Laserowy czujnik przemieszczenia

Jednym z głównych powodów, dla których te czujniki mogą mierzyć obiekty o różnych materiałach i właściwościach, jest możliwość wykonywania bardzo precyzyjnych, bezkontaktowych pomiarów. Optymalny czujnik przemieszczenia laserowego można dobrać odpowiednio do zastosowania lub materiału celu (takiego jak przezroczyste lub błyszczące obiekty).

Jeżeli obiekt jest wykonany z metalu lub innego twardego materiału, który nie rysuje się łatwo, można go mierzyć za pomocą suwmiarki, mikrometru lub innego narzędzia stykowego, a także za pomocą LVDT lub innego czujnika przemieszczenia stykowego w układzie liniowym. Jednak w przypadku miękkich materiałów mogą wystąpić błędy spowodowane naciskiem pomiarowym. W przypadku delikatnych obiektów, których jakość zależy od braku kontaktu, takich jak wafle, cienkie folie czy wrażliwe powierzchnie metalowe z mikrorysami, można zastosować bezkontaktowe czujniki przemieszczenia laserowego, eliminując ryzyko błędów i uszkodzeń obiektu. Ponieważ umożliwiają stabilny, bezkontaktowy pomiar nawet powierzchni przezroczystych lub błyszczących, czujniki przemieszczenia laserowego pozwalają na szerokie zastosowanie.

Dokładne pozycjonowanie urządzeń jest niezbędne do automatyzacji procesów takich jak powlekanie, spawanie czy montaż podzespołów. Kompaktowa, lekka głowica czujnika przemieszczenia laserowego z wielokolorową metodą konfokalną firmy KEYENCE może być łatwo zamontowana na urządzeniach i precyzyjnie określać odległość do celu, umożliwiając bardzo dokładną kontrolę położenia bez pogorszenia pracy urządzenia.

Oddzielenie jednostki spektroskopowej i pozostawienie soczewki jako jedynego kluczowego elementu w głowicy pozwoliło na uzyskanie przez czujnik przemieszczenia konfokalnego serii CL-3000 kompaktowej i lekkiej głowicy, którą można łatwo zainstalować w maszynach. Pomiar odbywa się światłem na tej samej osi, dzięki czemu można mierzyć wysokości wąskich szczelin w obiektach bez martwych pól. Ponadto głowica nie generuje błędów spowodowanych ciepłem ani zakłóceniami elektrycznymi/magnetycznymi, co zapewnia stabilność pomiaru. W sterowaniu urządzeniami czujniki przemieszczenia laserowego mogą mierzyć wysokość celu z dużą prędkością, przekazując te informacje do urządzeń sterujących. Pozwala to na pomiar wysokości obiektów schodkowych lub lekko przechylonych podczas transportu w czasie rzeczywistym. Efektem jest utrzymanie jakości w procesach automatycznych.

Gdy współczynnik odbicia powierzchni różni się między powierzchnią szkła a powierzchnią wzoru, podczas pomiaru grubości za pomocą czujników przemieszczenia laserowego ustawionych po obu stronach szkła tradycyjnie występują błędy śledzenia na powierzchni wzoru. Czujnik przemieszczenia konfokalnego serii CL-3000 wykorzystuje wielokolorową metodę konfokalną, która mierzy pozycję, w której światło projekcyjne jest skupione, umożliwiając stabilny i bardzo precyzyjny pomiar niezależny od różnic w natężeniu światła odbitego od celu. Minimalizuje to wpływ błędów śledzenia, skracając czas cyklu inspekcji.

Zapewnienie zaawansowanego, precyzyjnego i automatycznego powlekania wymaga nie tylko zaawansowanego robota dozującego, ale także wysokowydajnego czujnika przemieszczenia, który porusza się razem z dyszą, pełniąc rolę „oka” dozownika. Zainstalowanie czujnika przemieszczenia konfokalnego serii CL-3000 tak, by podążał za dyszą dozownika, umożliwia kontrolę wysokości dyszy dzięki pomiarowi w czasie rzeczywistym i sprzężeniu zwrotnemu wysokości celu. Kompaktowa i lekka głowica może być łatwo zamontowana obok dyszy dozownika i redukuje drgania resztkowe po zakończeniu pracy. Technologia wielokolorowej konfokali wykorzystuje układ współosiowy, zapewniając szerszy zakres pomiarowy i stabilny pomiar wysokości oraz kontrolę sprzężenia zwrotnego, niezależnie od przezroczystych, lustrzanych lub błyszczących powierzchni materiałów oraz kształtów takich jak wklęsłości, różnice wysokości czy powierzchnie nachylone lub zaokrąglone.

Czujniki przemieszczenia konfokalnego serii CL-3000 mogą stabilnie mierzyć nie tylko przezroczyste szkło, ale także szeroką gamę materiałów i kształtów z wysoką precyzją. Oczywiście, bezkontaktowy pomiar eliminuje ryzyko uszkodzenia szkła. W przypadku serii CL-3000 do jednego kontrolera można podłączyć jednocześnie do sześciu głowic. Na przykład płaskość szkła można sprawdzić stabilnie, mierząc cztery boki i środek szkła za pomocą systemu składającego się z jednego kontrolera i pięciu głowic lub mierząc sześć końców za pomocą czterech do sześciu głowic. Ponadto, jak wspomniano powyżej, wszystkie czujniki są kompaktowe i lekkie, co czyni je odpowiednimi do montażu w wąskich przestrzeniach lub na ramionach robotów. Elektronika jest oddzielona od miejsca pomiaru w jednostce optycznej, co zapewnia stabilny wynik niewrażliwy na ciepło i zakłócenia elektromagnetyczne.

Zazwyczaj występują odbicia rozproszone spowodowane przenikaniem światła lasera do wnętrza płytki PCB lub jej maski lutowniczej, która jest lakierem występującym zazwyczaj w różnych kolorach. Półprzezroczysta natura maski lutowniczej w połączeniu z różnymi kolorami może powodować rozproszone odbicia podczas pomiaru czujnikiem przemieszczenia laserowego. Może to prowadzić do niestabilnych wartości pomiarowych.
Czujniki przemieszczenia konfokalnego serii CL-3000 firmy KEYENCE mogą emitować światło laserowe o różnych długościach fal, aby obliczyć i zmierzyć tylko ten zakres długości fali, który doprowadził powierzchnię celu do ogniska. Stabilne wartości pomiarowe można uzyskać z wysoką precyzją nawet dla płytek PCB i innych obiektów łatwo przepuszczających światło, takich jak szkło, wafle krzemowe, mikrosoczewki itp. Zaletą tej technologii jest możliwość pomiaru przemieszczenia powierzchni nawet bańki mydlanej bez fizycznego ingerowania w powierzchnię.

Celem stosowania czujnika przemieszczenia jest pomiar ruchu lub przemieszczenia obiektu względem punktu odniesienia. Dzięki swojej konstrukcji czujniki te zazwyczaj mierzą przemieszczenia w zakresie mikrometrów, a nawet nanometrów, a niektóre modele są zdolne do pomiarów dokładniejszych niż nanometry. Celem tych czujników, przynajmniej w kontekście produkcji, jest zapewnienie precyzyjnego pomiaru położenia — funkcji o szerokim zastosowaniu. Pomiar położenia pozwala nam określić ruch obiektu. Na przykład może być wykorzystywany do monitorowania pracy maszyn w określonym zakresie oraz do kontroli jakości. To ostatnie jest szczególnie interesujące, ponieważ wiąże się z metrologią, umożliwiając sprawdzenie dokładnych specyfikacji produktu poprzez pomiar przemieszczenia.

Kilka czynników odgrywa kluczową rolę przy wyborze odpowiedniego czujnika, zapewniając, że urządzenie i metoda pomiaru będą odpowiadać konkretnym potrzebom. Zakres, rozdzielczość i dokładność to zdecydowanie najważniejsze czynniki przy wyborze czujnika do pomiaru przemieszczenia. Jednak, jak pokazano powyżej, nie wszystkie metody pomiarowe nadają się do wszystkich materiałów, a niektóre czujniki lepiej sprawdzają się przy skanowaniu określonych materiałów niż inne. Należy również wziąć pod uwagę szybkość próbkowania, szczególnie jeśli mierzymy przemieszczenia dynamiczne — w takim przypadku potrzebny będzie czujnik o odpowiedniej szybkości próbkowania.

Chociaż oba są bezkontaktowymi czujnikami przemieszczenia laserowego, czujniki konfokalne i triangulacyjne laserowe działają na zupełnie innych zasadach, co sprawia, że nadają się do różnych zastosowań.
Triangulacja laserowa polega na emisji światła na powierzchnię i pomiarze światła odbitego przez tę powierzchnię na element odbiorczy. Wszelkie zmiany kąta odbitego światła są proporcjonalne do przemieszczenia powierzchni celu. Czujniki konfokalne natomiast emitują różne długości fal światła i analizują, która długość fali jest skupiona na powierzchni celu. Wraz ze zmianą skupionej długości fali można określić zmianę położenia celu. Jednak dzięki swojej konstrukcji, obejmującej szereg soczewek optycznych umieszczonych wewnątrz cylindrycznej tuby, czujniki konfokalne są zazwyczaj bardziej stabilne w porównaniu do czujników triangulacji laserowej. Z drugiej strony, są również wolniejsze, co daje przewagę czujnikom triangulacyjnym w zastosowaniach wymagających dużej szybkości.