En la industria del metal, la medición precisa de longitud, distancia y posición es necesaria en numerosos procesos de corte, alimentación, posicionamiento y manipulación de material. Los sensores láser de distancia permiten realizar estas mediciones sin contacto físico y transmitir el valor directamente al PLC o sistema de control de la máquina.
Esta tecnología puede utilizarse tanto en máquinas de corte de barras, tubos y perfiles como en líneas de producción de acero, sistemas de corte a longitud, posicionamiento de topes y carros, control dimensional de slabs y otras aplicaciones de automatización industrial.
La principal ventaja es disponer de una referencia absoluta de posición o distancia sin elementos mecánicos en contacto con la pieza, evitando problemas asociados al desgaste de ruedas de medida, cables, reglas o determinados sistemas mecánicos de posicionamiento.
Aplicaciones de los sensores láser en corte y producción de metal
Dependiendo de la geometría de la máquina, un sensor láser puede medir directamente la posición de la pieza o de un elemento móvil y utilizar esa información para determinar cuándo debe realizarse el corte, posicionar un tope o verificar una dimensión.
| Proceso | Variable medida | Aplicación del sensor láser |
|---|---|---|
| Corte a longitud / Cut-to-Length | Posición o longitud | Determinar la posición del material antes de ejecutar el corte |
| Sierra automática | Posición de pieza o tope | Posicionamiento para cortar barras, tubos o perfiles |
| Cizalla | Posición del material | Referencia para corte transversal o formatos |
| Carro o tope móvil | Posición absoluta | Realimentación de posición al PLC |
| Slabs y desbastes | Longitud, espesor, anchura o posición | Control dimensional y posicionamiento en la línea |
| Líneas de transporte | Presencia y posición | Seguimiento de grandes piezas de acero |
| Máquinas especiales | Distancia | Retrofit o sustitución de determinados sistemas mecánicos de medida |
Control de corte a longitud o Cut-to-Length (CTL)
En procesos de corte a longitud o Cut-to-Length (CTL), el objetivo es obtener piezas o formatos con una longitud determinada a partir de chapa, barra, perfil, tubo u otros productos metálicos.
En una línea automatizada, el sensor láser puede instalarse en una posición fija y medir la distancia hasta el extremo del material, un tope, un carro de alimentación u otra referencia móvil. El PLC utiliza esa distancia para conocer la posición y decidir cuándo se ha alcanzado el punto programado para realizar el corte.
La relación entre distancia medida y longitud depende de la geometría de la instalación. Por ejemplo, si el sensor conoce una distancia fija de referencia, la posición del extremo de la pieza puede calcularse a partir de la variación respecto a esa referencia.
Este principio resulta especialmente interesante en aplicaciones en las que se quiere evitar el contacto mecánico con el material o disponer de una medida absoluta después de una parada, reinicio o cambio de formato.
Dimetix dispone de una aplicación industrial específica, AE-0509 Laser controlled cut-off solution, desarrollada para una instalación de producción de acero. El sistema utilizaba un sensor láser Dimetix, accionamiento lineal y control mediante PLC para automatizar una solución de corte de barras de acero mediante una sierra industrial.
Medición de barras, tubos y perfiles en máquinas de corte
Las sierras automáticas y otras máquinas de corte necesitan posicionar correctamente el material antes de iniciar cada ciclo. En este tipo de máquinas puede utilizarse un sensor láser para medir la posición del extremo de una barra, tubo, perfil o pieza de gran longitud.
La medida puede mostrarse al operario como referencia o enviarse directamente al sistema de control para automatizar el posicionamiento.
En comparación con una medición manual mediante regla, cinta o referencia visual, la lectura automática permite reducir la intervención del operario y mantener una referencia repetible entre ciclos de producción.
En maquinaria de nueva construcción también permite al fabricante incorporar directamente la medida de posición al PLC, mientras que en determinados proyectos de retrofit de maquinaria puede utilizarse para modernizar sistemas de medida existentes.
Medición de slabs y grandes productos de acero en siderurgia
En una acería o planta siderúrgica las necesidades de medición van más allá del corte de una pieza individual. Durante la producción y transporte de slabs, desbastes y otros grandes productos de acero puede ser necesario controlar dimensiones, posición o alineación sin instalar elementos de medida en contacto con el material.
Dimetix documenta específicamente la aplicación AE-0214 Slab production, donde sensores láser de alta precisión se utilizan para controlar dimensiones de los slabs durante su enfriamiento y transporte.
En esta configuración pueden emplearse dos sensores enfrentados o situados a ambos lados de la pieza para obtener información dimensional. Dimetix indica la posibilidad de medir espesor, longitud y desviación angular o skew, dependiendo de la disposición de los sensores.
Para esta aplicación, Dimetix propone sensores como el DPE-10-500, con precisión típica de ±1 mm y capacidad de realizar mediciones a larga distancia.
Dimetix dispone además del caso AE-0705 Slab Position Monitoring, desarrollado para Voestalpine Rail Technology. En esa aplicación se utilizó un sensor DPE-30-500 para detectar presencia y posición de slabs en un entorno con elevada radiación térmica, humo, llamas y reflejos. Tras un periodo de prueba de ocho semanas, Dimetix documenta que el sistema funcionó sin errores de detección.
Posicionamiento de topes, carros y elementos móviles
No todas las aplicaciones requieren medir directamente la pieza. En muchos equipos industriales resulta más práctico medir la posición de un tope, carro, actuador, cabezal o elemento móvil de la máquina.
El sensor láser permanece en una posición fija y mide continuamente la distancia hasta el elemento móvil. La medida puede utilizarse como realimentación de posición y compararse con la consigna programada en el PLC.
Este sistema puede aplicarse en máquinas de corte, sierras, sistemas de alimentación, transportadores, manipuladores y maquinaria especial donde exista línea de visión entre el sensor y el objetivo.
Integración del sensor láser con PLC y automatización
Para un fabricante de maquinaria, la medida de distancia es solo una parte del sistema. El valor debe integrarse con el control de la máquina para utilizarlo en secuencias automáticas, recetas de producción, cambios de formato, posicionamiento o alarmas.
Los sensores industriales Dimetix disponen de diferentes interfaces de comunicación y salidas que permiten conectarlos a PLC, controladores y sistemas de adquisición de datos. Dependiendo del modelo y de la arquitectura elegida pueden utilizarse comunicaciones serie, SSI, salida analógica y diferentes soluciones de integración en redes industriales.
| Dato del sensor | Tratamiento en el PLC | Acción posible |
|---|---|---|
| Distancia absoluta | Comparación con consigna | Posicionar un carro o tope |
| Posición de la pieza | Comparación con longitud programada | Autorizar el ciclo de corte |
| Variación de posición | Control de tolerancia | Generar alarma o rechazo |
| Presencia a determinada distancia | Detección de ventana | Activar una secuencia automática |
| Medición continua | Registro y supervisión | Control del proceso y trazabilidad |
Medición sin contacto en ambientes industriales exigentes
Las instalaciones siderúrgicas y de mecanizado pueden presentar condiciones complicadas para cualquier sistema óptico: polvo, vibraciones, superficies brillantes, cascarilla, humo, cambios de reflectividad y materiales a elevada temperatura.
Por este motivo, la selección y ubicación del sensor debe estudiarse en función de la aplicación real. La distancia de trabajo, el ángulo de incidencia, la superficie objetivo, la temperatura en el punto de instalación y la presencia de humo o partículas pueden influir en la calidad de la medición.
Cuando es necesario, el sensor puede instalarse a una distancia segura de la zona de proceso, utilizar protecciones mecánicas o sistemas auxiliares y medir sobre un objetivo específicamente definido para la aplicación.
¿Sensor láser, encoder, rueda de medida o velocímetro láser?
La tecnología más adecuada depende de qué variable necesita realmente la máquina. Un sensor láser de distancia Dimetix mide distancia y posición; no debe confundirse con un velocímetro láser destinado a medir directamente la velocidad superficial de una banda en movimiento.
| Necesidad | Tecnología habitual |
|---|---|
| Posición absoluta de pieza, carro o tope | Sensor láser de distancia |
| Distancia hasta el extremo de una barra o perfil | Sensor láser de distancia |
| Medición sin contacto a varios metros | Sensor láser de distancia |
| Posición angular o revoluciones de un eje | Encoder |
| Longitud acumulada mediante contacto con el material | Encoder + rueda de medida |
| Velocidad o longitud superficial continua sin contacto | Velocímetro láser / tecnología Doppler |
En determinados sistemas pueden combinarse varias tecnologías. Por ejemplo, un encoder puede controlar el movimiento de un accionamiento mientras un sensor láser proporciona una referencia absoluta independiente de posición.
Ventajas del sensor láser para fabricantes de maquinaria
- Medición sin contacto con la pieza o elemento móvil.
- Posibilidad de realizar mediciones a varios metros de distancia.
- Referencia absoluta de posición.
- Ausencia de cables extensibles o elementos mecánicos de medida en contacto.
- Integración con PLC y sistemas de automatización.
- Posibilidad de instalar el sensor protegido y alejado de la zona de proceso.
- Aplicable tanto a maquinaria nueva como a determinados proyectos de retrofit.
- Medición sobre piezas de grandes dimensiones donde un transductor mecánico sería difícil de instalar.
Selección del sensor Dimetix para una máquina de corte o línea de acero
La selección del sensor debe realizarse a partir de las condiciones reales de la máquina. No es suficiente conocer únicamente la longitud máxima que se quiere medir.
Para dimensionar correctamente una aplicación conviene definir:
- distancia mínima y máxima de medida;
- precisión y repetibilidad requeridas;
- velocidad de movimiento de la pieza o del carro;
- frecuencia de actualización necesaria;
- tipo y acabado de la superficie objetivo;
- temperatura y condiciones ambientales;
- ángulo disponible para realizar la medición;
- interfaz disponible en el PLC o sistema de control;
- necesidad de medida continua o únicamente durante determinadas fases del ciclo.
Para aplicaciones de largo alcance y elevada precisión puede estudiarse, entre otros modelos, el Dimetix DPE-10-500, mientras que otros modelos de la Serie D pueden resultar más adecuados cuando cambian el alcance, la velocidad o las características de la aplicación.
Puede consultar la gama disponible de sensores láser de distancia industriales o facilitarnos los datos de la máquina para estudiar qué configuración resulta más adecuada.
Aplicaciones en siderurgia, corte y mecanizado
Estas soluciones pueden utilizarse en proyectos relacionados con acerías, centros de servicio del acero, fabricantes de líneas de corte, fabricantes de sierras industriales, integradores de automatización y constructores de maquinaria especial.
Entre los materiales y productos que pueden encontrarse en este tipo de instalaciones se incluyen chapa, bobina, fleje, barra, tubo, perfiles, palanquillas, slabs y otros productos largos o semielaborados de acero, acero inoxidable y aluminio.
GUEMISA puede ayudar en la selección del sensor, definición de la distancia de trabajo e integración de la medida con el sistema de automatización de la máquina.