سنسور جابجایی لیزری (فاصله سنج لیزری)
در دنیای پیشرفتهی امروز، دقت در اندازهگیری فواصل و موقعیتها اهمیت بسیار زیادی دارد. یکی از نوآورانهترین ابزارهای این حوزه سنسور جابجایی لیزری (که به آن سنسور فاصله سنج لیزری هم گفته میشود) است. این سنسور با اندازهگیری دقیق و بدون تماس، امکان تعیین فاصله، جابجایی یا موقعیت اجسام را حتی در شرایط سخت صنعتی فراهم میکند. سنسورهای جابجایی لیزری در صنایع مختلف از جمله تولید، رباتیک، خودرو و کنترل کیفیت به کار میروند و به دلیل دقت بسیار بالا و سرعت پاسخگویی عالی خود، نقش کلیدی در اتوماسیون صنعتی یافتهاند.
ما در کنترل با ما واردات انواع سنسور رو انجام میدهیم شما میتوانید انواع سنسور لیزری جابجایی (سنسور تشخیص فاصله) را از فروشگاه کنترلباما تهیه کنید. همچنین اگر نیاز به اطلاعات بیشتری در مورد این سنسورها دارید، در ادامه به طور کامل توضیح دادهایم که سنسور جابجایی لیزری چیست، چگونه کار میکند و چه مزایا و کاربردهایی دارد.
سنسور جابجایی لیزری چیست و چگونه کار میکند؟
سنسور جابجایی لیزری دستگاهی است که فاصله یا تغییر موقعیت یک جسم را با استفاده از پرتو لیزر اندازهگیری میکند. این سنسور غیرتماسی عمل کرده و با تاباندن یک پرتو لیزر به سطح هدف و تحلیل نور بازتابی، فاصله را محاسبه میکند. حاصل این فرآیند، اندازهگیری بسیار دقیق موقعیت، ارتفاع، جابجایی یا ضخامت یک جسم است بدون آنکه تماس فیزیکی با آن برقرار شود. در نتیجه هیچگونه اعوجاج یا آسیبی به قطعه وارد نشده و اندازهگیری با دقت میکرونی انجام میشود.
نحوه عملکرد سنسور فاصله سنج لیزری (اصل مثلثسازی)
اغلب سنسورهای فاصلهسنج لیزری کوتاهبرد بر اساس اصل مثلثبندی (Triangulation) عمل میکنند. نحوه کار این سنسورها در مراحل زیر خلاصه میشود:
- تابش پرتو لیزر: با فعال شدن سنسور، دیود لیزری داخلی یک پرتو باریک لیزر تولید کرده و به سمت سطح جسم هدف میتاباند. این پرتو لیزر پس از خروج از سنسور، روی نقطهای از جسم متمرکز میشود.
- بازتاب از سطح و دریافت نور: پرتو لیزر پس از برخورد به سطح جسم منعکس میشود. سنسور دارای یک لنز دریافتکننده است که نور بازتابشده را جمعآوری کرده و به سمت آشکارساز داخلی هدایت میکند.
- تشخیص موقعیت نقطه بازتاب (PSD/CCD): نور منعکسشده به یک آشکارساز حساس به موقعیت (PSD) یا حسگر نوع CCD/CMOS میرسد. این آشکارساز محل دقیق برخورد نور بازگشتی روی سطح خود را تشخیص میدهد. بر این اساس میتوان فهمید که پرتوی لیزر با چه زاویهای بازگشته است. نکته فنی اینکه در سنسورهای قدیمیتر از PSD استفاده میشد که به صورت آنالوگ مرکز ثقل نور را تشخیص میدهد، در حالی که حسگرهای جدید CCD/CMOS تصویر دقیقتری از توزیع نور منعکسشده ارائه میکنند.
- محاسبه فاصله (روش مثلثاتی): همانطور که در شکل مثلثبندی نشان داده میشود، محل منبع لیزر در سنسور، نقطه برخورد لیزر بر جسم و نقطه دریافت نور روی حسگر یک مثلث تشکیل میدهند. با دانستن زاویهها و فاصلهی مبنا (فاصله بین فرستنده و گیرنده داخل سنسور) و محل برخورد نور بر آشکارساز، سنسور فاصله را محاسبه میکند. این محاسبات بر پایه روابط مثلثاتی پیشرفته انجام میشود و دقت بسیار بالایی حاصل میگردد.
- خروجی اطلاعات اندازهگیری: در نهایت سنسور جابجایی لیزری فاصله محاسبهشده را به شکل سیگنال قابل استفاده ارائه میدهد؛ به عنوان مثال خروجی میتواند یک سیگنال آنالوگ (ولتاژی یا جریانی) متناسب با فاصله باشد یا داده دیجیتال از طریق پورتهای صنعتی (مانند RS485، اترنت و …).
توجه: در سنسورهای لیزری بلندبرد بهجای روش مثلثسازی از اصل Time-of-Flight استفاده میشود که با اندازهگیری زمان رفتوبرگشت پالس لیزر، فاصله را محاسبه میکند. این روش برای فواصل طولانی مناسب است، اما دقت آن معمولاً از روش مثلثاتی در بردهای کوتاه کمتر است.
انواع سنسور اندازهگیری جابجایی لیزری
سنسورهای اندازهگیری فاصله یا جابجایی لیزری با توجه به طراحی پرتوی لیزر و ناحیهی پوشش به چند دسته اصلی تقسیم میشوند:
۱. پروفیلرهای خطی (Laser Profilers)
این دستگاهها سنسورهای لیزری پیشرفتهای برای ثبت پروفیل و توپوگرافی سطح هستند که بهجای یک نقطه، یک خط لیزر را اسکن میکنند. با تحلیل بازتاب این خط، ارتفاع نقاط مختلف اندازهگیری شده و امکان سنجش دوبعدی و سهبعدی پارامترهایی مانند اختلاف ارتفاع، عرض و زاویه سطح فراهم میشود.
۲. سنسورهای جابجایی خطی (Linear Displacement Sensors)
سنسور جابجایی خطی فاصلهی خود تا سطح مقابل را روی یک محور مستقیم اندازهگیری میکند و برای سنجش دقیق موقعیت یا فاصلهی خطی بهکار میرود. خروجی آن متناسب با جابجایی جسم بوده و معمولاً برای اندازهگیریهای دقیق در حد میلیمتر یا میکرون استفاده میشود.
۳. سنسورهای جابجایی اسکن ناحیهای (Area-Scan Sensors)
این سنسورها با چرخش سریع یا حرکت پرتوی لیزر در دو محور، یک ناحیه دو بعدی را اسکن میکنند. در واقع به جای خط یا نقطه، یک مشبک (شبکهای از پرتوها) یا حرکت جاروبی دارند که کل سطح جسم یا محیط را پوشش میدهد. خروجی این دستگاه یک ابر نقاط سهبعدی از سطح هدف است که اطلاعات کاملی برای بازرسیهای دقیق یا کنترل کیفیت فراهم میکند. از این تکنیک برای کاربردهایی مانند اسکن سهبعدی اجسام، تشخیص موانع در رباتیک، شمارش و اندازهگیری ابعاد اشیاء روی نوار نقاله و … استفاده میشود. دادههای اندازهگیری معمولاً از طریق رابطهای پرسرعت (اترنت صنعتی، سریال، پروفیباس و …) منتقل میشوند.
مشاهده محصول سنسور لیزری جابه جایی OPTEX اپتکس CD22 Series 2
کاربردهای سنسور جابجایی لیزری
سنسورهای جابجایی لیزری به طور گسترده در صنایع مختلف به کار میروند. در زیر به برخی از مهمترین کاربردها و صنایع استفادهکننده از سنسور فاصله سنج لیزری اشاره شده است:
- خودرو و ورزشهای موتوری: در سیستم تعلیق خودروها و موتورسیکلتهای مسابقهای، فرمان ماشینآلات کشاورزی و پدال خودروهای برقی، سنسور جابجایی برای پایش دقیق موقعیت و حرکت اجزا استفاده میشود.
- اتوماسیون صنعتی: در خطوط تولید برای کنترل نوار نقاله، موقعیت قطعات در CNC، عملیات چاپ، بستهبندی و تشخیص قطعات معیوب بهکار میرود و دقت و سرعت تولید را افزایش میدهد.
- تجهیزات پزشکی: در دستگاههایی مانند MRI، رادیوتراپی و جراحی رباتیک برای تنظیم و کالیبراسیون دقیق قطعات متحرک استفاده میشود.
- سیستمهای ایمنی: در دوربینهای متحرک، درهای اتوماتیک و بالابرها برای پایش موقعیت و تشخیص مانع کاربرد دارد.
- اندازهگیری ضخامت: با استفاده از دو سنسور لیزری، ضخامت ورقها، فیلمها و پارچهها بهصورت غیرتماسی در حین حرکت اندازهگیری میشود.
مزایای سنسور جابجایی لیزری
سنسورهای فاصلهسنج لیزری به خاطر ویژگیهای منحصربهفردشان در بسیاری از کاربردها نسبت به سایر فناوریها برتری دارند. مهمترین مزایای سنسور جابجایی لیزری عبارتند از:
- دقت بسیار بالا: اندازهگیری فاصله در حد میکرومتر و حتی کمتر، مناسب کاربردهای دقیق صنعتی.
- غیرتماسی بودن: اندازهگیری بدون تماس فیزیکی، مناسب اجسام ظریف، داغ یا متحرک.
- سرعت بالا: نرخ نمونهبرداری زیاد برای فرآیندهای سریع و مانیتورینگ بلادرنگ.
- سازگاری با سطوح مختلف: قابل استفاده برای انواع مواد و حتی سطوح تیره یا براق.
- فیدبک لحظهای: ارائه خروجی پیوسته برای کنترل خودکار و دقیق فرآیندها.
- ابعاد کوچک: طراحی کامپکت و سبک، مناسب نصب در فضاهای محدود و سیستمهای رباتیک.
معایب و محدودیتهای سنسور جابجایی لیزری
با وجود مزایای فراوان، بهکارگیری سنسور لیزری ممکن است با چالشهایی نیز همراه باشد. در ادامه به برخی معایب یا نقاط ضعف سنسورهای فاصله سنج لیزری اشاره میکنیم:
- هزینه بالاتر: سنسورهای جابجایی لیزری معمولاً گرانتر از گزینههایی مثل اولتراسونیک یا القایی هستند، اما در بسیاری کاربردها دقت و کارایی آنها هزینه را توجیه میکند.
- حساسیت به سطح: جنس، رنگ و بافت سطح میتواند بر دقت اندازهگیری اثر بگذارد، بهویژه در سطوح بسیار تیره یا براق؛ هرچند مدلهای پیشرفته این مشکل را تا حد زیادی کاهش دادهاند.
- تداخلات محیطی: عواملی مانند گردوغبار، مه یا نور شدید ممکن است عملکرد سنسور را مختل کنند، بنابراین در محیطهای صنعتی تمیزکاری لنز یا استفاده از محافظ توصیه میشود.
سنسور جابجایی لیزری ابزاری دقیق و غیرتماسی برای اندازهگیری فاصله و اسکن دوبعدی و سهبعدی سطوح است که به دلیل سرعت و دقت بالا، در بسیاری از صنایع جایگزین روشهای سنتی شده است. شما میتوانید متناسب با نیاز خود، انواع این سنسورها را از همین صفحه تهیه کنید.
مقایسه سنسور جابجایی لیزری با سایر سنسورهای فاصلهسنج
سنسورهای جابجایی لیزری یکی از انواع سنسورهای اندازهگیری فاصله هستند. برای انتخاب بهترین راهکار اندازهگیری، آشنایی با سایر فناوریهای سنجش فاصله نیز مفید است. در جدول زیر سنسور لیزری را با چند نوع سنسور رایج دیگر مقایسه کردهایم:
| معیار | سنسور جابجایی لیزری | سنسور اولتراسونیک | سنسور القایی (اندوکتیو) | سنسور جابجایی خازنی | سنسور LVDT (تماسی) |
|---|---|---|---|---|---|
| اصل عملکرد | تابش و بازتاب نور لیزر (مثلثسازی یا زمانپرواز) | انتشار امواج فراصوت و اندازهگیری زمان بازگشت صدا | ایجاد میدان مغناطیسی و تشخیص تغییر آن توسط فلز | ایجاد میدان الکتریکی و تشخیص تغییر ظرفیت با نزدیک شدن جسم | ترانسفورماتور متغیر خطی؛ هسته متصل به جسم حرکت میکند |
| دقت تقریبی | بسیار بالا (در حد میکرون) | متوسط (میلیمتر تا چند دهم میلیمتر) | بالا (میکرومتر برای فاصلههای کوتاه) | بالا (میکرومتر در فاصلههای بسیار کوتاه) | بسیار بالا (میکرون و حتی کمتر) |
| برد اندازهگیری | کوتاه تا بلند (چند میلیمتر تا دهها متر بسته به مدل) | متوسط (چند سانتیمتر تا چند متر) | کوتاه (چند میلیمتر تا چند سانتیمتر) | کوتاه (معمولاً زیر ۵۰ میلیمتر) | کوتاه (چند ده میلیمتر بسته به مدل) |
| مزایا | غیرتماسی؛ دقت و سرعت بسیار بالا؛ قابل استفاده برای اکثر مواد و سطوح | غیرتماسی؛ قیمت ارزانتر؛ عدم تأثیرپذیری از نور محیط؛ تشخیص آسان اجسام شفاف/مایع | غیرتماسی (در نوع ادی کارنت) یا تماس اندک (در LVDT)؛ پایدار و بادوام؛ دقت خوب برای اهداف فلزی | غیرتماسی؛ دقت بالا در فاصلههای کوتاه؛ مناسب برای سطوح فلزی یا اندازهگیری سطح مایعات (در خازنی) | دقت و تکرارپذیری بسیار عالی؛ نویز پایین؛ عمر طولانی و بدون نیاز به کالیبراسیون مکرر |
| محدودیتها | هزینه بالا؛ نیاز به دید مستقیم (تأثیر منفی گردوغبار و نور شدید) | دقت و رزولوشن پایینتر؛ برد محدودتر نسبت به برخی لیزرها؛ خطا در اجسام نرم یا جذبکنندهی صدا | القایی: فقط اجسام فلزی را حس میکند؛ برد بسیار کم.LVDT: تماسی بودن (امکان سایش مکانیکی)؛ محدوده حرکت محدود | حساس به تغییرات محیط (رطوبت، دما)؛ برد بسیار کوتاه؛ نیاز به کالیبراسیون با توجه به جنس هدف | تماسی بودن (نیاز به اتصال مکانیکی به جسم)؛ محدود به کاربردهای خطی کوتاه؛ حساسیت به میدانهای مغناطیسی بیرونی |
هر سنسور کاربرد خاص خود را دارد. اولتراسونیک برای مایعات و اجسام شفاف مناسب است اما دقت کمتری دارد. سنسورهای القایی فقط برای اجسام فلزی کاربرد دارند. LVDT و خازنی برای اندازهگیری دقیق در برد کوتاه استفاده میشوند که اولی نیاز به تماس دارد و دومی به محیط حساس است. در نهایت، سنسور جابجایی لیزری به دلیل دقت و سرعت بالا، گزینهای پرکاربرد در صنعت است.
نکات مهم در انتخاب سنسور جابجایی لیزری
اگر تصمیم به خرید سنسور فاصله سنج لیزری گرفتهاید، لازم است با توجه به نیاز کاربردی خود مدل مناسب را برگزینید. مهمترین فاکتورهایی که هنگام انتخاب یک سنسور جابجایی لیزری باید مدنظر قرار دهید عبارتند از:
- بازه اندازهگیری: سنسوری انتخاب کنید که برد آن کمی بیشتر از فاصله موردنیاز شما باشد تا حاشیه ایمنی لحاظ شود.
- دقت و وضوح: دقت نشاندهنده نزدیکی به مقدار واقعی و وضوح بیانگر کوچکترین تغییر قابل تشخیص است؛ سنسور باید متناسب با دقت موردنیاز پروژه انتخاب شود.
- تکرارپذیری: برای کاربردهای صنعتی دقیق، سنسوری با پایداری و تکرارپذیری بالا لازم است تا نتایج قابل اعتماد باشند.
- نوع خروجی: خروجی آنالوگ یا دیجیتال سنسور باید با PLC یا سیستم کنترلی شما سازگار باشد.
- سرعت نمونهبرداری: در فرآیندهای سریع، سنسور باید نرخ بهروزرسانی بالایی داشته باشد تا تغییرات را بدون خطا ثبت کند.
این موارد مهمترین پارامترها هستند. علاوه بر آنها، شرایط محیطی (دما، گردوغبار، لرزش محیط)، جنس و رنگ هدف، ابعاد و نحوه نصب سنسور و البته هزینه از دیگر عوامل اثرگذار در انتخاب شما خواهند بود. در صورت نیاز میتوانید برای مشاوره در انتخاب سنسور مناسب، با کارشناسان ما تماس بگیرید.
برندهای مطرح سنسورهای فاصله سنج لیزری
با توجه به تکنولوژی پیشرفتهی مورد نیاز برای ساخت سنسورهای جابجایی لیزری، تعداد محدودی از شرکتهای مطرح در این زمینه فعال هستند. از برندهای شناختهشده و معتبر این محصول میتوان به موارد زیر اشاره کرد:
- OPTEX (اپتکس ژاپن): تولیدکننده سنسورهای لیزری دقیق با برد و دقت متنوع
- Panasonic (پاناسونیک): ارائهدهنده سنسورهای صنعتی از جمله فاصلهسنجهای لیزری
- SICK (زیک): شرکت آلمانی مشهور در زمینه سنسورهای لیزری برد بلند صنعتی
- Sensopart: تولیدکننده آلمانی سنسورهای ویزیون و لیزری دقیق
- IFM: کمپانی آلمانی سازنده حسگرهای صنعتی (مدلهای لیزری با خروجی آنالوگ/دیجیتال)
- Akusense، ELCO، Heyi: چند برند آسیایی با محصولات مقرونبهصرفه در حوزه سنسورهای لیزری
البته برندهای معتبر دیگری مانند Keyence، Baumer، Banner Engineering و غیره نیز در سطح بینالمللی فعالاند. هر کدام از این شرکتها سریهای مختلفی از سنسورهای جابجایی لیزری را با مشخصات گوناگون عرضه میکنند که بسته به نیاز میتوانید از میان آنها انتخاب کنید.
