Что такое лазерный датчик

Содержание:

• Принципы работы лазерных датчиков
  • Импульсный метод
  • Метод сдвига фаз
  • Триангуляционные лазерные датчики
• Применение лазерных датчиков
  • Датчики смещения
  • Датчики расстояния
• Преимущества лазерных датчиков
• Меры безопасности при использовании лазерных датчиков

Лазерные датчики широко применяются в различных отраслях промышленности, где требуется высокая точность измерений и быстрота реагирования. Бесконтактные и высокочувствительные измерительные датчики востребованы в производстве, медицине, аэрокосмической промышленности, в системах безопасности и измерительных инструментах. Использование лазерных датчиков гарантирует эффективные результаты в большом диапазоне измерения размеров и расстояний.

Принципы работы лазерных датчиков

Принцип действия лазерных датчиков основан на анализе отражения тонкого светового луча от отражаемого объекта. Обработка данных происходит с помощью высокоинтегрированной электроники, что обеспечивает получение точных и быстрых измерений.

Одним из методов работы лазерного датчика является принцип времени пролета, который делится на импульсный метод и метод фазового сдвига.

Импульсный метод

Импульсный метод базируется на измерении времени прохождения лазерного импульса от излучателя до объекта и обратно. Электронная система фиксирует затраченное количество времени и вычисляет расстояние до цели на основе скорости света.

Данный метод особо востребован при измерении больших расстояний и площадей, построении карт, мониторинге загрязнения атмосферы. В авиации и космонавтике метод импульса помогает определить расстояние до космического аппарата или изучаемого объекта, обеспечивает безопасность посадки спускаемого модуля. В системах 3D-моделирования зданий, при проведении автономной навигации и вождении, в процессе картографической съемке местности использование импульсного лазерного датчика дает возможность построить высокоточную пространственную визуализацию.

Импульсный метод дает высокую точность измерений, но требует тщательной технологической подготовки из-за короткого времени измерения.

Метод сдвига фаз

Метод сдвига фаз дает лучшую точность измерений при применении на средних и малых расстояниях. Лазерный луч выпускается с периодически меняющейся интенсивностью в виде синусоидальной волны. Сдвиг фазы между переданным и полученным сигналом измеряется электронным способом, и через определение времени прохождения света рассчитывается расстояние до объекта.

Метод сдвига фаз незаменим в промышленной автоматизации. Лазерные датчики используются на роботизированных линиях и автоматических сборочных конвейерах, а также на станках с ЧПУ. В производстве различных изделий фазосдвигающие датчики помогают регулировать размеры изделий, их плоскость и толщину. В ходе научных исследований метод сдвига фаз применяется для изучения и измерения внутренней структуры материалов.

Триангуляционные лазерные датчики

Метод триангуляции основан на принципе измерения расстояния до объекта с помощью треугольника.

Лазерный луч из источника излучения выходит в направлении цели и возвращается на светочувствительную матрицу. Угловая разница между начальной и конечной точками позволяет точно рассчитать расстояние до объекта на основе геометрических соотношений.

Триангуляционный метод дает исключительно точные результаты для измерения на малых и сверхкоротких расстояниях. Узкая фокусировка позволяет получать показания с темных, неровных и отражающих поверхностей. Лазерные датчики, работающие на методе триангуляции, не зависят от перепада температур, вибрационных нагрузок и загрязненности среды. Высокая частота измерений дает возможность интеграции в движущиеся автоматические линии и роботизированные комплексы.

Триангуляционные датчики используются при производстве электронных компонентов, изготовлении чипов и полупроводников. В автомобильной промышленности лазерные датчики незаменимы при создании ровных поверхностей при сварке, контроле сборки деталей и проверки качества покраски кузова.

При производстве солнечных фотоэлектрических панелей триангуляционные датчики следят за качеством изделий, выявляя неровности, пятна и трещины на фотоэлементах.

Применение лазерных датчиков

В числе основных видов лазерных датчиков выделяют датчики смещения и датчики расстояния.

Датчики смещения

Лазерные датчики смещения работают по принципу триангуляции. Измерения происходят с точностью нанометрового диапазона, этот метод подходит для работы на самых коротких расстояниях. Лазерные датчики смещения могут определить линейные величины объекта: диаметр и толщину, а также плоскостность и уровень вибрации. Использование лазерных датчиков незаменимо на стадиях прецизионной обработки и проведения контроля качества.

Измерительный прибор определяет размер объекта и его отклонения от заданных стандартных параметров.

Лазерные датчики смещения применяются в следующих сферах:

• изготовление деталей в машиностроении;
• проверка степени обработки поверхностей деталей;
• измерение предметов в металлообработке;
• контроль перемещения механизмов станков;
• определение формы деталей и их идентификация в сборочном производстве.

Величины измерения предметов с помощью лазерных датчиков:

• толщина плит;
• уровень установки деталей;
• гладкость изготовления.

За счет высокой точности измерений лазерные датчики широко используются в электронной промышленности, автомобилестроении, изготовлении медицинского оборудования.

Датчики расстояния

Лазерный датчик расстояния использует импульсный метод для определения дистанции до измеряемого объекта. Прибор работает на больших расстояниях и гарантирует высокую точность и стабильность измерений. Для изготовления лазерного датчика приближения применяются высокопрочные материалы, которые сохраняют свою работоспособность при высоких температурах и в сложных условиях эксплуатации. Простота настройки и обслуживания делает лазерный датчик применимым в различных отраслях.

Дальномерные датчики используются во многих направлениях:

• определение размеров и расстояний объектов в строительстве;
• проверка геометрических параметров проката в металлургии;
• контроль деталей и поверхностей в машиностроении;
• оценка качества сборки механизмов;
• измерение заготовок и готовой продукции в деревообработке.

Лазерные датчики могут комбинироваться друг с другом для точного измерения параметров объекта, они характеризуются быстрым откликом и пригодны для решения многих задач.

Комплексная система датчиков обеспечивает весь спектр промышленной автоматизации:

• измерение контуров деталей;
• контроль качества поверхностей;
• определение положения предметов;
• автоматизация сварочных и металлорежущих операций;
• обеспечение безопасности производства;
• логистика внутри цехов;
• управление складскими операциями.

Высокоточные бесконтактные технологии с помощью лазерных датчиков обеспечивают исключительную точность измерений. Датчики расстояния способны надежно измерять показания в динамическом режиме, что особенно важно при автономном управлении и беспилотном вождении. Лазерные датчики способны проводить постоянный мониторинг окружающей среды при любых климатических условиях.

Преимущества лазерных датчиков

Лазерные датчики обладают многими уникальными свойствами, которые выводят их в лидеры по сравнению со светодиодными и ультразвуковыми приборами.

1. Точность измерений достигает долей миллиметра, что важно в производстве электроники и многих механических деталей после прецизионной обработки.
2. Быстрота измерений достигает десятков тысяч результатов в секунду, что позволяет оперативно реагировать на изменения в производственном процессе.
3. Изготовление корпуса и оптической части из прочных материалов, устойчивых к агрессивным средам.
4. Широкий диапазон параметров измерений, возможность работать на расстояниях от миллиметров до десятков метров.
5. Высокое разрешение измерений независимо от материала и цвета объекта.
6. Монохромное излучение гарантирует защищенность от оптических помех.
7. Возможность комбинации нескольких датчиков в одну систему для определения различных характеристик предмета.
8. Энергетическая экономичность.
9. Удобство и простота монтажа и обслуживания.

Меры безопасности при использовании лазерных датчиков

Для безопасного применения лазерных датчиков необходимо использовать приборы с наличием официальных сертификатов. При эксплуатации датчиков следует принимать меры к защите кожи и глаз от прямого излучения.

Производители гарантируют точность измерений при соблюдении установленных условий среды и требований к чистоте в отношении оптической части датчика. Лазерные датчики могут допускать ошибки в измерениях в отношении зеркальных поверхностей и плоскостей с малой шероховатостью.

При создании системы датчиков требуется обращать внимание на исключение взаимных оптических помех на лазерные сенсоры и фотоэлементы. Перед запуском рекомендуется провести тестирование в холостом режиме, а во время эксплуатации датчиков проводить регулярную чистку оптики и техническую проверку.