Podstawowa zaleta wykorzystania czujników laserowych to brak potrzeby fizycznego kontaktu z obiektem. W wielu sytuacjach wykonanie pomiaru inną metodą byłoby niemożliwe lub bardzo utrudnione ze względu na położenie obiektu, wysokie temperatury czy inny powód, dla którego kontakt taki jest niepożądany. Przykładem są pomiary elementów wykonanych z delikatnych materiałów i o cienkich profilach. Podczas pomiaru oscylacji sondy stykowe mogą np. tłumić ruch oscylatora, dając błędne wyniki. Czujniki laserowe sprawdzają się też przy ciągłych pomiarach poruszających się elementów. Brak kontaktu i możliwość wykonania pomiaru nawet z dużej odległości pozwala również na ochronę czujników przed zużyciem lub zniszczeniem, co wpływa na ich niezawodność.

Powiązane firmy

O popularności czujników laserowych do mierzenia ruchu obiektów i ich położenia w zastosowaniach przemysłowych świadczy też rozwój tego rynku na świecie. We wrześniu 2017 r. firma badawcza Transparency Market Research (TMR) przedstawiła raport dotyczący światowego rynku laserowych czujników położenia do zastosowań w przemyśle. Jak przewiduje TMR, od 2017 do 2025 r. średnia roczna stopa wzrostu na tym rynku osiągnie 7,6%. W 2016 r. jego wartość wyniosła 2,7 mld dolarów, a na koniec 2025 r. ma sięgnąć kwoty 5,2 mld dolarów. Główni gracze na rynku to według TMR firmy: Sick, Keyence, Panasonic, Cognex, Turck, KG, Omron, ZSY, Mechanical Technology Incorporated (MTI), Banner Engineering i Micro-Epsilon. Największy udział ma segment czujników o zasięgu pomiaru ponad 300 mm.

Jak sądzą analitycy, rynek czujników laserowych położenia i ruchu będzie się nadal szybko rozwijał ze względu na duże zapotrzebowanie spowodowane coraz szerszym wprowadzaniem automatyzacji i oszczędności związanych z procesem kontroli jakości w zakładach produkcyjnych. Laserowe czujniki przemieszczenia znajdują zastosowanie w wielu obszarach, takich jak robotyka, obrabiarki czy obsługa materiałów.

Coraz lepsze czujniki laserowe

Czujniki laserowe są czujnikami optycznymi, dlatego też mają niektóre ich wady (choć są bardziej na nie odporne), jak np. wrażliwość na zapylenie, zaparowanie czy zabrudzenia. Na pomiary wpływają materiał i rodzaj powierzchni, jej kolor, połysk, tekstura, przezroczystość itp. Problem sprawiają szkło i włókno szklane, marmur, stal oraz gorący metal.

Laserowe czujniki odległości (dystansu) należy dobierać, biorąc pod uwagę zastosowaną w nich technologię pomiaru i typ lasera. Może to być choćby pomiar przesunięcia fazowego między wiązką wysłaną i powracającą lasera, czasu przelotu wiązki lasera bądź pomiar metodą mieszania odbicia impulsowego. Zastosowanie krótszej długości fali w laserach niebieskich poprawia możliwości czujników przy pomiarach obiektów czerwonych (np. gorących metali), elementów przezroczystych (folii, szkła) i materiałów organicznych (żywności, drewna, tworzywa sztucznego).

Producenci czujników coraz lepiej radzą sobie z eliminacją wpływu tła na pomiar, który może być zakłócany znajdującymi się w pobliżu obiektami silnie odbijającymi światło. W celu wykluczenia wpływu takich czynników stosuje się np. technologię Time of Flight (ToF), tj. wysyła się pulsujące światło lasera i mierzy czas powrotów kolejnych odbić. Często do pomiaru odległości stosuje się też w czujnikach metodę triangulacyjną.

Jednym z widocznych trendów na rynku czujników jest postępująca miniaturyzacja, która dotyczy wszystkich ich kategorii, również czujników laserowych.

Szeroka oferta

Na rynku mamy duży wybór czujników laserowych przeznaczonych do różnych zastosowań w przemyśle. Wśród oferowanych urządzeń uniwersalnych są np. czujniki z serii LR-T firmy Keyence do wykrywania celu znajdującego się w ustalonym położeniu. Umożliwiają one również wykrywanie na podstawie różnicy w odległości w takich zastosowaniach jak np. kontrola naprężenia sieci. Jak podaje producent, pojedynczy czujnik laserowy LR-T umożliwia wykrywanie elementów docelowych w zakresie od 0,06 m do 5 m na maszynach każdego rodzaju używanych do dowolnego celu.

Z kolei firma ifm electronic oferuje np. rodzinę czujników O5D do pomiaru czasu przelotu z eliminacją tła i dobrym wykrywaniem niezależnie od koloru obiektu, a także wykrywaniem powierzchni połyskujących. Możliwy jest też pomiar pod kątem odbiegającym od prostego względem obiektu. Natomiast dalmierze serii O1D zapewniają pomiar o zasięgu do 10 m, również w zastosowaniach z eliminacją tła. Oba wymienione rodzaje czujników wyposażono w wyświetlacze alfanumeryczne.

W ofercie Omrona znajdziemy np. czujniki z serii E3Z, które radzą sobie w zmiennych warunkach oświetlenia, takich jak sztuczne światło i jasne tła. Układ optyczny z diodą LED o dużej mocy ma minimalizować ryzyko nieprawidłowego działania z powodu zabrudzenia lub niewspółosiowości.

Natomiast w czujnikach firmy pf electronic zastosowano filtry interferencyjne oraz spolaryzowane pulsujące światło, co umożliwia bezpieczne działanie nawet wtedy, gdy oświetlenie z zewnętrznego źródła światła przekracza wartość 10 000 lux. Bardzo wąska wiązka światła w czujnikach laserowych umożliwia wykrywanie bardzo małych obiektów.

Na naszym rynku działają też wyspecjalizowani dystrybutorzy, jak np. firma Eldar, w której ofercie można znaleźć m.in. czujniki Acuity, jak choćby laserowy czujnik triangulacyjny bliskiego zasięgu AR200. Z kolei OEM Automatic oferuje serię S85 dalmierzy laserowych klasy 2 firmy DATALOGIC wykorzystującą technologię czasu przelotu. To dobre rozwiązanie do zastosowań wymagających precyzyjnego pomiaru odległości, przesunięcia lub kontroli poziomu, takich jak systemy antykolizji pojazdów przemysłowych, pomiar odległości w automatycznych systemach magazynowych, pomiar średnicy szpuli, kontrola napełnienia w zbiornikach z materiałami stałymi itp.

To tylko wybrane przykłady. W praktyce można dziś dobrać odpowiedni czujnik do każdej aplikacji w przemyśle, jeśli tylko technologia laserowa może spełnić stawiane przed nią zadania. Można powiedzieć, że laserowe czujniki przemieszczenia, które mieszczą się w kategorii czujników bezdotykowych, przezwyciężą wady czujników przemieszczenia typu kontaktowego odnoszące się do zmian pomiarów, szybkiego zużycia czujnika i ograniczenia ruchu docelowego. Analitycy z TMR oczekują w nadchodzących latach spadku cen laserowych czujników przemieszczenia, co prawdopodobnie zwiększy ich wykorzystanie.

Jeśli chodzi o bezpieczeństwo związane z użytkowaniem takich urządzeń – warto zajrzeć do aktualnej normy PN-EN 60825-1:2014-11 związanej z bezpieczeństwem laserów emitujących promieniowanie w zakresie długości fal od 180 nm do 1 mm.