Sensors de distància làser
Un sensor de distància làser és un dispositiu de mesura sense contacte que utilitza un feix de llum per determinar amb precisió la distància entre el sensor i un objecte. En aplicacions industrials s'empra per mesurar posició, desplaçament, separació, altura, dimensions o nivell, tant sobre objectes estàtics com en moviment.
Els sensors de distància làser industrials permeten realitzar mesuraments des de distàncies molt curtes fins a desenes de metres, i en determinats sistemes assolir distàncies considerablement més grans. L'elecció correcta no depèn únicament de l'abast: també hi intervenen precisió, repetibilitat, velocitat de mesura, superfície de l'objecte, mida del punt làser, condicions ambientals i senyal de sortida.
Per aquest motiu, un sensor adequat per mesurar a 1 metre amb precisió submil·limètrica pot utilitzar un principi de funcionament diferent del necessari per mesurar a 10, 20, 50 o 100 metres. Seleccionar correctament la tecnologia és tan important com seleccionar el rang.
- Mesurament sense contacte: sense desgast mecànic ni contacte amb lobjecte.
- Ampli rang de mesura: des de centímetres fins a llargues distàncies, segons tecnologia i model.
- Alta precisió: des de precisió micromètrica en aplicacions de curt abast fins a precisió mil·limètrica a diversos metres.
- Objectes estàtics o mòbils: diferents freqüències de mesurament segons la dinàmica de laplicació.
- Integració industrial: senyals analògics, interfícies sèrie, entrades/sortides digitals i Ethernet industrial segons l'equip.
Com triar un sensor de distància làser?
Per seleccionar un sensor làser no n'hi ha prou amb indicar la distància màxima. Dues aplicacions que mesuren a la mateixa distància poden necessitar sensors completament diferents si canvieu la precisió requerida, el color de l'objecte, la velocitat o les condicions ambientals.
Com a orientació general, aquests són alguns dels rangs habituals en aplicacions industrials:
| Distància orientativa | Aplicacions habituals | Aspectes importants |
|---|---|---|
| Menys d'1 m | Control dimensional, gruix, desplaçaments petits, posicionament de precisió | Resolució, linealitat, mida del punt làser i tipus de superfície |
| 1 a 10 m | Posicionament de maquinària, alçada, separació, control de processos | Precisió, repetibilitat, superfície de l'objectiu i freqüència de mesura |
| 10 a 20 m | Automatització, logística, nivell, posicionament i maquinària mòbil | Reflectivitat, llum ambient, velocitat de l'objecte i interfície de comunicació |
| 20 a 50 m | Sitges, grans màquines, magatzems automàtics, ponts grua i instal·lacions industrials | Estabilitat del senyal, mida del punt làser, alineació i condicions ambientals |
| 50 a 100 m | Infraestructures, grans instal·lacions, monitorització, logística i posicionament | Reflectivitat de l'objectiu, condicions atmosfèriques, precisió i estabilitat del muntatge |
| Més de 100 m | Grans estructures, grues, intralogística i instal·lacions de grans dimensions | Ús de reflector quan sigui necessari, alineació, mida de l'objectiu i condicions ambientals |
Com funciona un sensor de distància làser?
El sensor emet un feix làser cap a lobjecte que es vol mesurar. Parteix d'aquesta llum torna al receptor de l'equip i, analitzant el senyal rebut, el sensor calcula la distància.
El procediment utilitzat per calcular-la depèn de la tecnologia de mesura. En sensòrica industrial s'utilitzen principalment la triangulació, el temps de vol i la comparació o desplaçament de fase.
Triangulació làser
En un sensor de triangulació, el feix es projecta sobre la superfície i la llum reflectida arriba a un detector òptic amb un angle que varia en funció de la distància. A partir daquesta geometria es determina la posició de lobjecte.
És una tecnologia especialment adequada per a distàncies curtes i mesuraments d'alta precisió, com a control dimensional, gruix, deformació, perfilat i petits desplaçaments.
Temps de vol (ToF)
Els sistemes Time-of-Flight o ToF determinen la distància a partir del temps que necessita la llum per viatjar des del sensor fins a lobjecte i tornar.
Permeten treballar a distàncies superiors a les habituals en triangulació i s'utilitzen àmpliament en automatització, posicionament i detecció d'objectes.
Comparació o desplaçament de fase
En aquesta tecnologia, la llum làser es modula i el sensor compara la fase del senyal emès amb el senyal que torna des de l'objectiu. A partir daquesta diferència es calcula la distància.
És especialment interessant quan cal combinar precisió mil·limètrica amb rangs de diversos metres o desenes de metres.
Quina precisió necessita un sensor làser?
La precisió necessària depèn de laplicació. Per detectar la posició aproximada d'una estructura es poden admetre diversos mil·límetres d'error, mentre que un control dimensional pot exigir dècimes o centèsimes de mil·límetre.
És important no confondre precisió, resolució i repetibilitat.
- Precisió: diferència entre el valor mesurat i la distància real.
- Resolució: canvi mínim de distància que el sistema pot representar.
- Repetibilitat: capacitat del sensor per proporcionar resultats similars quan mesura repetidament la mateixa posició.
En aplicacions de posicionament industrial, una bona repetibilitat pot ser tan important com la precisió absoluta.
Influeix el color o la superfície de lobjecte?
Sí. La quantitat i qualitat de llum que torna al sensor depenen de la superfície mesurada. Un objecte blanc i mat, una peça metàl·lica brillant i una superfície negra poden produir senyals òptics molt diferents.
Les superfícies fosques absorbeixen una major part de la llum i poden reduir labast disponible. Les superfícies molt brillants o especulars poden reflectir el feix en una adreça diferent de la del receptor. També hi influeixen la rugositat, l'angle d'incidència i la mida de l'objecte.
Per aquesta raó, quan se selecciona un sensor de distància làser és recomanable conèixer no només la distància, sinó també quin material es mesurarà, el seu color, acabat superficial i possible inclinació respecte al sensor.
Es pot mesurar sense reflector?
Sí. Molts sensors làser industrials estan preparats per mesurar directament sobre la superfície natural de lobjecte i no necessiten cap reflector.
L'abast disponible dependrà de la tecnologia utilitzada, de la potència i la sensibilitat òptica de l'equip i, especialment, de les característiques de la superfície.
Els reflectors o làmines reflectores s'utilitzen quan cal augmentar la intensitat del senyal de retorn, millorar l'estabilitat del mesurament o treballar a distàncies superiors a les possibles sobre una superfície natural.
Mesurament làser d'objectes en moviment
Quan l'objecte està en moviment no n'hi ha prou de conèixer la precisió del sensor. També cal comprovar la freqüència de mesura, el temps de resposta i la velocitat d'actualització de la sortida.
Un sensor que mesura 10 vegades per segon pot ser suficient per controlar lentament un nivell, però resultar inadequat per seguir una peça ràpida, una grua, un carro mòbil o un procés dinàmic.
També convé diferenciar entre la freqüència interna de mesura i la freqüència amb què l'equip pot transmetre noves dades al PLC o al sistema d'adquisició.
Interfícies i senyals de sortida per a automatització
Un sensor de distància làser industrial ha dintegrar-se correctament amb el sistema de control. Depenent del fabricant i del model es poden trobar diferents sortides i interfícies.
- 0-10 V
- 0/4-20 mA
- RS-232
- RS-422
- RS-485
- SSI
- IO-Link
- Entrades i sortides digitals
- PROFINET
- EtherNet/IP
- EtherCAT
L'elecció depèn del PLC, de la distància entre el sensor i el sistema de control, de la velocitat d'adquisició requerida i de si cal transmetre únicament la distància o també paràmetres de diagnòstic i configuració.
Aplicacions dels sensors de distància làser
El mesurament làser de distància sutilitza quan interessa conèixer una posició o distància sense establir contacte mecànic amb lobjecte.
Posicionament de maquinària
Permet determinar la posició de carros, eixos, plataformes, mecanismes mòbils i altres elements de maquinària sense utilitzar cables, rodes de mida o elements mecànics de contacte.
Automatització i logística
S'utilitzen sensors làser per a posicionament en magatzems automàtics, sistemes AS/RS, transelevadors, transportadors i equips mòbils.
Mesurament de nivell
Mesurant la distància fins a la superfície d'un material és possible determinar l'alçada disponible o el nivell existent en determinats dipòsits, sitges i processos industrials.
Ponts grua i grues pòrtic
El mesurament sense contacte permet determinar contínuament la posició del pont o del carro i utilitzar aquest valor dins del sistema dautomatització.
Indústria metal·lúrgica i siderúrgica
Els sensors òptics poden mesurar posició, longitud o nivell sense entrar en contacte amb superfícies calentes, peces mòbils o materials que dificulten lús de sensors mecànics.
Control dimensional
Depenent de la tecnologia i precisió requerida, el mesurament làser pot emprar-se per comprovar dimensions, gruixos, posició de peces, separació entre components i desplaçaments.
Obra civil i monitorització
També es poden utilitzar per controlar desplaçaments i moviments en estructures, ponts, pilars, túnels i altres infraestructures quan és convenient realitzar la mesura sense contacte.
Sensor de distància làser, sensor fotoelèctric i LiDAR: són el mateix?
No. Tot i que poden utilitzar una font de llum làser, compleixen funcions diferents.
Un sensor fotoelèctric làser s'utilitza normalment per detectar si un objecte és present o absent i proporciona un senyal de commutació.
Un sensor de distància làser proporciona un valor de distància mesurat, per exemple 1253 mm, 8,42 mo 24,7 m, que pot ser utilitzat per un PLC, controlador o sistema d'adquisició.
Un LIDAR normalment realitza múltiples mesuraments i pot explorar diferents adreces per detectar objectes, obtenir perfils o generar mapes bidimensionals o tridimensionals.
Si lobjectiu és conèixer amb precisió la distància entre un punt fix i un objectiu concret, normalment sutilitza un sensor de distància làser puntual.
Sensors de distància làser Dimetix
Dins la nostra gamma de sensors làser industrials, GUEMISA treballa amb Dimetix AG, fabricant suís especialitzat en mesurament de distància làser de precisió per a automatització, indústria i infraestructures.
La Sèrie D disposa de diferents versions per adaptar l'equip a la precisió, la velocitat i el rang de cada aplicació. Hi ha models que comencen a mesurar des d'aproximadament 0,05 m i treballen directament sobre superfícies naturals fins aproximadament 50 o 100 m, depenent del model i de la reflectivitat de lobjectiu.
En determinades versions s'assoleixen precisions de fins ±1 mm i freqüències de mesura de fins 250 Hz. També hi ha models preparats per ampliar considerablement el rang mitjançant objectius reflectants.
Segons la versió, poden disposar d'interfícies com ara RS-232, RS-422, RS-485, SSI, sortida analògica 0/4-20 mA, entrades i sortides digitals, a més d'opcions per a integració amb xarxes Ethernet industrials.
Disposem d´una pàgina específica dedicada a Dimetix on es poden consultar els models, accessoris i aplicacions. En aquesta categoria podeu comparar els diferents sensors de distància làser i seleccionar el més adequat segons les necessitats de l'aplicació.
Preguntes habituals sobre sensors de distància làser
Quin sensor làser necessito per fer 1 metre?
Depèn principalment de la precisió necessària. Per a distàncies curtes i precisions molt elevades sol utilitzar triangulació. Si es busca precisió mil·limètrica, robustesa industrial i possibilitat d'utilitzar el mateix sensor en un rang de diversos metres, es poden utilitzar altres tecnologies de mesura de distància.
Quin sensor de distància làser serveix per a 10 o 20 metres?
A aquestes distàncies hi ha diferents solucions industrials. Per seleccionar el model adequat cal conèixer la precisió requerida, el material i el color de l'objectiu, si l'objecte està en moviment i la sortida necessària per al PLC o sistema de control.
Es pot fer a 50 metres sense reflector?
Sí, hi ha sensors capaços de treballar sobre superfícies naturals a aquestes distàncies. L'abast real pot variar considerablement segons la reflectivitat de l'objectiu, la il·luminació, l'angle i les condicions ambientals.
Un sensor làser pot mesurar una superfície negra?
Sí, però una superfície fosca torna menys energia òptica que una superfície clara. Depenent del sensor, això pot reduir l'abast màxim o augmentar el temps necessari per obtenir un mesurament estable.
Pot treballar un sensor làser a exteriors?
Sí, sempre que l'equip estigui dissenyat per fer-ho. S'han de revisar el grau de protecció, rang de temperatura i comportament davant de llum solar directa, pluja, pols, boira, vapor i altres condicions de la instal·lació.
Quina informació necessito per triar un sensor?
Com a mínim convé conèixer la distància mínima i màxima, precisió o repetibilitat necessàries, material i color de lobjectiu, velocitat de lobjecte, condicions ambientals i senyal de sortida o protocol de comunicació requerit.
Productes: 21