Kompaktní laserový snímač HG-F1 s velkým dosahem

Optické snímače vzdálenosti se používají k měření vzdáleností a odchylek polohy. V typické úloze se snímač seřídí na jmenovitou hodnotu, v ní se nastaví na nulu a měří odchylky v kladném i záporném směru. Takto je možné měřit průhyb pásu, rozdíly v tloušťce materiálu po jeho ploše nebo excentricitu hřídele. Snímače lze použít také k detekci přítomnosti: Snímač se nastaví na nulu na referenční plochu v pozadí, pak detekuje předměty před touto plochou. Může tak detekovat např. přítomnost těsnění v drážce a současně měřit, zda je jeho tloušťka dostatečná.
Měření je bezkontaktní, takže rozměr pružného těsnění není ovlivňován mechanicky. Podobně je možné kontrolovat přítomnost součástek na desce plošných spojů při výrobě elektroniky a současně správnost jejich montáže nebo třídit objekty na pásu podle jejich výšky. Výsledkem měření může být analogová hodnota vzdálenosti (nebo odchylky od nulové polohy) anebo jen dvoustavový výstup vyhověl/nevyhověl. Vzdálenost mezi snímačem a měřeným předmětem může být od několika centimetrů po několik metrů.

Přehled stávajícího sortimentu
Laserové snímače polohy pracují nejčastěji na triangulačním principu. V sortimentu firmy Panasonic jsou to např. snímače řady HG-C s červeným laserem, jako zdrojem světla, a senzorem CMOS. Podle loňského průzkumu jde o nejmenší průmyslové laserové snímače vzdálenosti se senzorem CMOS na trhu. Princip jejich činnosti je na obr. 3, kde je i vidět, proč jsou tak kompaktní: V jejich konstrukci je zrcátko, které odráží dopadající paprsek na CMOS, čímž prodlužuje jeho dráhu a umožňuje zachovat malé rozměry krytu snímače.
Snímače HG-C obvykle měří na kratší vzdálenosti. Největší dosah má typ HG-C1400 se středem měřicího intervalu ve vzdálenosti 400 mm od snímače a měřicím rozsahem ±200 mm, nejmenší má typ HG-C1030 se středem měřicího intervalu 30 mm a měřicím rozsahem ±5 mm.
Výkonnější z hlediska dosahu je snímač LS-H21, který využívá difuzní odraz laserového paprsku. Také zde je zdrojem světla červený laser. Dosah je sice dlouhý až 1 m, ale nastavení je zdlouhavější a měření nemusí být stabilní, jestliže se mění barva a povrch měřeného objektu nebo pozadí scény. Tam, kde lze zajistit neměnné podmínky, měří spolehlivě.
Problém ovlivnění stability měření barvou a povrchem materiálu řeší snímač EQ-501. Jde o dvoucestný optický snímač s nastavitelným rozsahem, který dokáže měřit až do 2,5 m. Měření neovlivňuje ani pozadí měřené scény (nejsou-li v něm zrcadlově lesklé předměty). Zdrojem světla je infračervená LED, což s sebou nese jistou obtíž: stopa měřicího paprsku není okem viditelná, takže seřízení je komplikovanější.
Dvoucestný optický snímač CX-442 má jako zdroj světla červenou LED. Mezi jeho přednosti patří o 60 % menší spotřeba energie, ve srovnání s předchůdci, a velká odolnost proti vlivům prostředí, např. chladicí kapaliny u obráběcích strojů. Jeho měřicí rozsah je 40 až 300 mm.
Nyní přichází jako novinka snímač HG-F1 (obr. 2), určený pro detekci na vzdálenost až 3 m. Jako zdroj světla využívá červený laser. Snímač pracuje na principu měření doby šíření světelného signálu (TOF – Time Of Flight).

Triangulační metoda vs. TOF
Triangulační metoda snímačů HG-C využívá odrazu vyslaného paprsku pod daným úhlem od detekovaného předmětu s dopadem na senzor snímače. Změní-li se vzdálenost mezi snímačem a detekovaným předmětem, změní se také poloha paprsku na senzoru a z ní je možné spočítat vzdálenost.
Při měření metodou TOF se měří doba mezi vysláním laserového pulzu a jeho detekcí na senzoru snímače. Z této doby a rychlosti světla je potom možné spočítat vzdálenost mezi snímačem a měřeným předmětem.
Výhoda použití metody TOF je v tom, že lze jedním snímačem měřit ve velkém měřicím rozsahu a na velkou vzdálenost a při měření na různé vzdálenosti má snímač stejnou opakovatelnost. Ve srovnání se snímači na triangulačním principu však neumožňuje dosahovat takové přesnosti, jaké dosahují tyto snímače při měření na krátkou vzdálenost.
Opakovatelnost měření je u nového snímače HG-F1 do 10 mm, zatímco srovnatelný HG-C1400 má opakovatelnost 300 µm ve vzdálenosti 200 až 400 mm od snímače a 800 µm ve vzdálenosti 400 až 600 mm od snímače. Snímač HG-C1030 se středem měřicího intervalu 30 mm a měřicím rozsahem ±5 mm dokonce dosahuje pozoruhodné opakovatelnosti měření 10 µm.
Snímač HG-F1 tedy není náhradou snímačů HG-C, ale doplněním celkové nabídky snímačů Panasonic.

Základní charakteristiky snímače HG-F1
Kompaktní laserový snímač vzdálenosti HG-F1 o rozměrech 20 x 44 x 25 mm disponuje měřicím rozsahem 0,25 až 3 m. Obsahuje červený laser třídy 1. Jeho výstup je dvoustavový či analogový. Nastavení limitů vzdálenosti usnadňuje displej na snímači zobrazující měřenou hodnotu. Snímač má externí vstupy pro nastavení nuly, učení a vypnutí laseru v případě, že je vedle instalován též kamerový systém pro snímání obrazu.
Příklady použití jsou detekce přítomnosti nebo nepřítomnosti objektů na velkou vzdálenost, např. při kontrole montáže v autoprůmyslu, detekce přítomnosti dílů za stěnou či detekce uloženého materiálu na paletě.
Rozsah měření 250 až 3000 mm umožňuje měřit i na velkých dílech (např. karoserií) a sestavách. Snímač může být díky velkému měřicímu rozsahu umístěn mimo zónu pohybu robota nebo manipulátoru.
Statické rozlišení závisí, kromě měřené vzdálenosti, také na pracovních podmínkách a prostředí, mj. i na barvě a struktuře povrchu detekovaného předmětu. Hrubší rozlišení je u černých předmětů, jemnější u bílých.

Zaměření a nastavení laserového paprsku
Na rozdíl od snímačů EQ-501, které také dokážou měřit na poměrně velkou vzdálenost, mají snímače HG-F1 paprsek malého průměru. Je tomu tak proto, že EQ-501 má jako zdroj infračervenou LED, jejíž paprsek má mnohem větší divergenci než u laseru (obr. 4). Malý průměr paprsku znamená, že snímač je schopen detekovat i drobné předměty. Konkrétně, ve vzdálenosti 2 m má paprsek snímače EQ-501 průměr 56 mm, kdežto HG-F1 průměr 14,4 mm.
Malý průměr stopy laserového paprsku ale má i nevýhodu, bod se při nastavování snímače v měřené scéně obtížně hledá. Proto má snímač speciální režim, v němž laser po dobu 2 min bliká s vyšší intenzitou než v měřicím režimu (obr. 5).
Uvedení snímače HG-F1 do provozu je jednodušší než u jiných snímačů, protože k nastavení či potvrzení snímací vzdálenosti je možné použít aktuální měřenou hodnotu zobrazenou na lokálním displeji. Je-li třeba nastavit několik snímačů na stejnou vzdálenost (např. při měření tloušťky pásového materiálu), stačí nastavit jeden snímač a u dalších vzdálenost a limitní hodnoty zadat tlačítky. Na rozdíl od snímačů HG-C není nutné snímače umístit do středu měřicího rozsahu.

Více informací o snímačích pro automatizaci výrobních zařízení lze najít na https://bit.ly/3jcvYM4, kde je k dispozici také vyhledávač vhodných snímačů.

Petr Bartošík
Foto: Panasonic Industry

Publikováno: 17. 4. 2023 | Počet zobrazení: 654 149