Témata
Reklama

Bezkontaktní měření vzdálenosti

V oblasti přesného měření vzdálenosti rychle roste využití bezkontaktních technologií. To je způsobeno mnoha faktory, z nichž těmi hlavními jsou, že zákazníci potřebují měřit mnohem přesněji (s rozlišením v řádu mikrometrů nebo dokonce nanometrů) a je třeba měřit proti obtížným povrchům nebo povrchům, kterých se nelze během procesu měření dotknout což jsou například křemík, sklo, plasty, miniaturní elektronické součástky, lékařské komponenty a také potraviny.

Tento rychlý růst podněcoval vývoj nových a zdokonalování již existujících technologií s cílem splnění nových požadavků na přesnost měření a rozlišení. Postupně se jako nejpopulárnější vyprofilovaly senzory na bázi vířivých proudů, laserové triangulační senzory, kapacitní a konfokální senzory. Bezkontaktní senzory se ale dodávají v široké škále tvarů, velikostí a principů měření. Při výběru správného senzoru pro danou měřicí úlohu je důležité více než kdy jindy správně porozumět přednostem a omezením každého principu bezkontaktního měření.

Reklama
Reklama
Reklama

Princip vířivých proudů

Princip měření vířivých proudů vychází z induktivní měřicí metody založené na extrakci energie z oscilačního obvodu. Tato energie je potřeba pro indukci tzv. vířivých proudů v elektricky vodivých materiálech.

Cívka je napájena střídavým proudem, který vytváří magnetické pole kolem cívky. Pokud je elektricky vodivý předmět umístěn do tohoto magnetického pole, indukují se vířivé proudy, což podle Faradayova indukčního zákona vytvoří elektromagnetické pole. Toto pole působí proti poli cívky, což také způsobuje změnu impedance cívky. Řídicí jednotka vypočítá impedanci podle změny amplitudy a fázového posunu.

Princip vířivých proudůVýhodou principu vířivých proudů je, že může být použit na všechny elektricky vodivé, feromagnetické a nemagnetické kovy. Velikost snímače je ve srovnání s jinými technologiemi relativně malá a rozsah pracovní teploty je vysoký. Tato technologie zaručuje vysokou přesnost a je odolná vůči nečistotám, prachu, vlhkosti, oleji, vysokému tlaku a dielektrickým materiálům v místě měření.
Princip kapacitního snímače

Je také třeba zvážit omezení této technologie. Výstup a linearita závisejí na elektrických a magnetických vlastnostech cílového materiálu. Z tohoto důvodu je často nutná individuální linearizace a kalibrace systému. Délka kabelu je maximálně 15 m a průměr snímače (a tedy i efektivní plocha měření) se zvyšuje spolu s měřicím rozsahem.

Kapacitní princip

Díky kapacitnímu principu fungují snímač a cíl jako ideální paralelní desky kondenzátoru. Dvě elektrody jsou tvořeny snímačem a protichůdným cílem. Pokud kondenzátorem protéká střídavý proud o konstantní frekvenci, amplituda střídavého napětí na senzoru je úměrná vzdálenosti mezi elektrodami kondenzátoru. Nastavitelné kompenzační napětí je současně generováno pomocí zesilovače elektroniky. Po demodulaci obou střídavých napětí je rozdíl zesílen a přenesen jako analogový signál.

Laserový triangulační princip

Snímače společnosti Micro-Epsilon jsou konstruovány s dvojitým stíněním měřicího pole, což umožňuje dosáhnout téměř ideální linearity a citlivosti. Tato technologie také nabízí vysokou teplotní stabilitu, protože změny ve vodivosti cíle nemají žádný vliv na měření. Kapacitní senzory mohou měřit také izolanty. Tato technologie je nicméně citlivá na změny v dielektrické mezeře snímače, a proto je vhodná pouze pro čisté a suché prostředí. Délka kabelu je také relativně krátká vzhledem k vlivujeho kapacity na ladění oscilačního obvodu.

Princip laserové triangulace

U principu laserové triangulace, promítálaserová dioda viditelný světelný bod na povrch měřeného objektu. Rozptýlené světlo odražené od tohoto bodu se pak promítá na CCD pole pomocí vysoce kvalitního systému optických čoček a pozice dopadajícího světla je dále analyzována pro přesné určení vzdálenosti měřeného objektu. Mění-li cíl polohu vzhledem k senzoru, mění se také poloha dopadajícího světla na CCD poli. Naměřené hodnoty jsou digitálnězpracovány v integrovanémkontroléru a poté převedeny na výstupní signál přes analogové (I/U) a digitální rozhraní RS232, RS422 nebo USB.

Konfokální princip

Princip této technologie spočívá v zaměření polychromatického bílého světla na cílovou plochu pomocí soustavy optických čoček. Čočky jsou uspořádány takovým způsobem, že je bílé světlo rozptýleno do světla monochromatického pomocí řízené chromatické odchylky. Určitá odchylka je přiřazena ke každé vlnové délce při tovární kalibraci. Pouze vlnová délka, která je přesně zaměřena na cílový povrch nebo materiál, je použita pro měření.

Světlo, které se odráží od cílového povrchu, přechází přes konfokální clonu do přijímače, který detekuje a zpracovává spektrální změny. Tento jedinečný princip umožňuje velmi přesné měření posunutí a vzdálenosti.

Konfokální snímač

Tuto metodu lze použít k měření difuzních i zrcadlových povrchůa u transparentních materiálů, jako je sklo, je možné jednostranné měření tloušťky společně s měřením vzdálenosti. Při měření nedochází ke stínování, protože vysílač a přijímač jsou uspořádány v jedné ose.

Konfokální technologie nabízí rozlišení v řádech nanometrů a pracuje prakticky nezávisle na materiálu měřeného objektu. Je možné docílit také velmi malého a konstantního bodu. K dispozici jsou mimo jiné i miniaturní radiální a axiální verze provedení snímačů pro měření vyvrtaných otvorů. Místo laseru se používá bílé světlo.

Použití této technologie omezuje limitovaná vzdálenost mezi snímačem a  cílem a také čisté prostředí pro průchod paprsku.

Václav Zárybnický
Micro-Epsilon

vaclav.zarybnicky@micro-epsilon.cz

www.micro-epsilon.cz

Reklama
Související články
Plzeňské setkání strojařů

Katedra technologie obrábění Fakulty strojní Západočeské univerzity v Plzni letos uspořádala již devátý ročník mezinárodní konference Strojírenská technologie Plzeň. V porovnání s minulým ročníkem zaznamenala podstatně větší návštěvnost – čítala téměř dvě stě účastníků a uskutečnilo se bezmála šedesát prezentací. Náš časopis na konferenci figuroval jako mediální partner akce.

Průmysl 4.0 v praxi

Reflexe současného poznání s aplikací prvků Průmyslu 4.0 do praxe byla předmětem odborné konference, kterou společnost Ceratizit společně se svými partnery připravila pro téměř stovku účastníků z řad výrobních společností ve svém Technickém centru. Od původního teoretizování o aspektech Průmyslu 4.0 jsme se nyní dostali již k praktických zkušenostem.

Akademici a (nejen) technika

Spolupráce akademické a komerční sféry. Těchto pět slov v sobě bez nadsázky zahrnuje budoucí prosperitu naší země. Akademická sféra, včetně univerzit, totiž disponuje vynikajícími mozky, jejichž práce však byla v minulosti často „jen“ výzkumem pro poznání. Přitom na kvalitní výzkum je potřeba stále větší množství financí a těch se dnes často nedostává. Komerční sféra naopak financemi disponuje, ale aby ustála zesilující tlak konkurence, potřebuje získávat další a další know-how čili právě výsledky výzkumu. V čem je úhel pohledu na tuto problematiku z obou stran stejný a v čem se liší?

Související články
Vylepšený triangulační snímač střední třídy

Laserové snímače optoNCDT 1750 měří posunutí, vzdálenost a polohu v mnoha průmyslových odvětvích, jako je například automatizační technika, výroba elektroniky, automobilový průmysl a strojní zařízení. Tento nový model zachovává kompaktnost a robustnost svého osvědčeného předchůdce ILD1700, ale významně zvyšuje maximální vzorkovací frekvenci, přesnost a rozlišení.

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
Pokročilé měření tloušťky pásových materiálů

Znalost tloušťky je rozhodující pro posouzení kvality pásových materiálů či fólií. Vzhledem k tomu, že měření je často nutné provádět za pohybu, uvažujeme většinou o bezkontaktních měřicích metodách, které s ohledem na rychlost měření přinášejí výhody.

Přesné bezkontaktní měření vzdálenosti

Kapacitní snímače od firmy Micro-Epsilon slouží pro přesné bezkontaktní měření vzdálenosti do 10 mm s přesností až v řádu nanometrů. Fungují na principu deskového kondenzátoru: jednu elektrodu tvoří aktivní plocha snímače a druhou elektrodou je samotný měřený objekt. Z toho důvodu lze touto metodou měřit jen vodivé materiály. Změna vzdálenosti objektu způsobí změnu kapacity, kterou kalibrovaná jednotka přepočítá na změnu v jednotkách délky.

Nové konfokální systémy jsou kompaktnější

V tomto článku vám představíme novinky v portfoliu konfokálních systémů značky Micro-Epsilon. Konfokální systémy jsou standardně složeny z poměrně velkého kontroléru a malé sondy s optickým vláknem, kterou lze použít ve stísněných prostorách. Nové řady snímačů mají tento kontrolér třetinový, anebo dokonce integrovaný.

Měření vzdálenosti pomocí vířivých proudů v průmyslu

V průmyslu je často potřeba měřit v ne zrovna ideálním prostředí. Prach, špína a olej jsou naprosto běžnou součástí některých výrobních hal a ne vždy je možné vytvořit čisté a bezprašné prostředí, jaké je například v ESD prostorech elektrotechnických montáží. Tyto a další ztížené podmínky, jako je např. vysoká teplota či tlak, pravděpodobně zaměstnávají konstruktéry i ve vaší firmě. Tento článek představuje snímače vířivých proudů, které vynikají právě odolností vůči těmto vlivům, a to při zachování velmi vysoké přesnosti měření.

Měření v sub-nanometrech

Nejen díky rozvoji nanotechnologie, kdy je potřeba měřit opravdu malé polovodičové součástky, má společnost Micro-Epsilon ve svém portfoliu optické interferometrické měřicí systémy. Interferometr dosahuje sub-nanometrického rozlišení při zachování relativně velkého měřicího rozsahu a offsetu, který umožňuje větší vzdálenost od měřeného cíle. Pro představu, průměr lidského vlasu se pohybuje v desítkách tisíc nanometrů.

Inspekční a provozní měření
při výrobě baterií

Aktuální trend řešení klimatické krize vsadil na technologie, které pro uskladnění elektrické energie vyžadují enormní množství akumulátorů a baterií s vysokou kapacitou. V úvahu tak přichází jen plně automatizovaná výroba. Z technologických a bezpečnostních důvodů je nutné dodržet vysokou přesnost a bezchybnost výrobních procesů.

Průmyslové měření polohy, profilu a teploty

Společnost Micro-Epsilon se déle než padesát let věnuje vývoji a výrobě průmyslových snímačů vzdálenosti, polohy, profilu a teploty. Představujeme vám několik novinek, se kterými se můžete seznámit na MSV Brno 2021.

Snímače ušité potřebám na míru

Elektromagnetická indukce oslaví 190 let od svého objevení a za tu dobu našla využití snad ve všech odvětvích průmyslu. Moderní automatizace a robotizace se na tento princip stále spoléhá při měření vzdálenosti a polohy indukčními snímači. Tyto snímače máme v Micro-Epsilon zařazeny v produktové kategorii induSENSOR a nabízíme je pro přesné měření již od roku 1987. V článku si kategorii přiblížíme a podíváme se na novinky uplynulého roku.

Laserový skener v CNC řezacím zařízení

Pokročilé 3D skenování pomocí mapovacího softwaru umožňuje firmě MicroStep, výrobci a dodavateli CNC strojů na dělení materiálů plazmatem, laserem, autogenem, vodním paprskem a vysokootáčkovým vřetenem, měření skutečných rozměrů kopulí.

Snímače s vysokou přesností a kompaktním designem

Od srpna 2020 je na trhu novinka mezi laserovými triangulačními snímači pro měření vzdálenosti a polohy - optoNCDT 1900. Tento inovativní snímač, který nabízí jedinečnou kombinaci vysoké rychlosti, kompaktního designu a přesnosti, je mimo jiné vybaven integrovanou vysoce výkonnou řídící jednotkou pro rychlé a vysoce přesné zpracování a výstup naměřených hodnot.

Reklama
Předplatné MM

Dostáváte vydání MM Průmyslového spektra občasně zdarma na základě vaší registrace? Nejste ještě členem naší velké strojařské rodiny? Změňte to a staňte se naším stálým čtenářem. 

Proč jsme nejlepší?

  • Autoři článků jsou špičkoví praktici a akademici 
  • Vysoký podíl redakčního obsahu
  • Úzká provázanost printového a on-line obsahu ve špičkové platformě

a mnoho dalších benefitů.

... již 25 let zkušeností s odbornou novinařinou

      Předplatit