فهم مبدأ عمل مقياس الجلفانومتر بالليزر
تخيل جهازًا يُحدث ثورة في دقة الوسم بالليزر من خلال الجمع بين السرعة والدقة. مرحبًا بك في عالم جلفانومتر الليزر. تستخدم هذه الأداة الرائعة مرايا يتم التحكم فيها بالكمبيوتر لتوجيه...
تخيل قياس المسافات بدقة متناهية دون لمس الجسم. هذا ما تفعله مستشعرات الإزاحة بالليزر بالضبط، باستخدام تقنية الليزر لالتقاط قياسات دقيقة للموضع والإزاحة وغير ذلك. في هذه المقالة، ستتعرف في هذه المقالة على المبادئ الكامنة وراء هذه المستشعرات، بما في ذلك التثليث الليزري وتحليل الصدى بالليزر، وستكتشف تطبيقاتها المتنوعة في الصناعات بدءًا من التصنيع وحتى الإلكترونيات. سواءً كنت مهتمًا بتحسين مراقبة الجودة أو تحسين كفاءة الإنتاج، فإن فهم مستشعرات الإزاحة بالليزر قد يغير قواعد اللعبة.
جهاز استشعار الإزاحة بالليزر هو أداة قياس تستخدم تقنية الليزر لقياس الموضع والإزاحة والتغيرات الأخرى للجسم المقيس. ويتكون من ليزر وكاشف ليزر ودائرة قياس.
يوفر هذا النوع من أجهزة الاستشعار قياسات دقيقة وغير تلامسية وقادرة على قياس الإزاحة والسُمك والاهتزاز والمسافة والقطر وغيرها من القياسات الهندسية الدقيقة. يتميز الليزر المستخدم في المستشعر بخاصية الاستقامة الخصائص.
بالمقارنة مع أجهزة الاستشعار بالموجات فوق الصوتية، تتمتع مستشعرات الإزاحة بالليزر بمستوى أعلى من الدقة. ومع ذلك، فإن جهاز توليد الليزر معقد وكبير نسبيًا، مما يحد من نطاق تطبيقات حساسات الإزاحة بالليزر.
جهاز استشعار الإزاحة بالليزر هو جهاز غير تلامسي يقيس بدقة الموضع والإزاحة والتغيرات الأخرى في أبعاد الجسم. يُستخدم على نطاق واسع في التطبيقات الصناعية للكشف عن الإزاحة والسُّمك والاهتزاز والمسافة والقطر والخصائص الهندسية المختلفة للمواد والمكونات.
يمكن تصنيف مبدأ تشغيل مستشعرات الإزاحة الليزرية إلى طريقتين أساسيتين: التثليث الليزري وتحليل زمن الرحلة (TOF). وعادةً ما يُستخدم التثليث الليزري للقياسات عالية الدقة وقصيرة المدى (عادةً ما تصل إلى متر واحد)، في حين أن تحليل زمن الرحلة أكثر ملاءمة للقياسات بعيدة المدى (حتى عدة مئات من الأمتار).
فيما يلي نظرة عامة موجزة على هاتين الطريقتين للقياس:
تتضمن معالجة الإشارة الداخلية لجهاز الاستشعار مكونات إلكترونية تناظرية ورقمية. تتم معالجة موضع الضوء المنعكس على عنصر الاستقبال وتحليله بواسطة معالج دقيق وتحويله إلى قيمة خرج مقابلة. تُستخدم هذه القيمة بعد ذلك لضبط انبعاث الليزر وضبط القياس بدقة، مما يضمن الأداء الأمثل عبر نطاق تشغيل المستشعر.
لقياس مكون ما، ضعه في الموضع المحدد على الحزام الناقل. ثم يقوم مستشعر الليزر، الذي يتم تشغيله بواسطة الماسح الضوئي بالليزر، باكتشاف وقياس المكون، وتحديد طوله في النهاية.
ضع عدة حساسات ليزر في اتجاه ميل قطعة العمل المراد قياسها واجعل حساسًا واحدًا يخرج قيمة القياس مباشرةً. علاوة على ذلك، يمكن استخدام برنامج لحساب قيمة القياس وعرض النتيجة بناءً على الإشارة أو البيانات المستقبلة.
استخدم ماسحين ضوئيين ليزريين لوضع المكونات التي يتم قياسها بينهما ثم الحصول على البيانات من خلال المستشعرات لتقييم دقة واكتمال أبعاد المكون.
يقوم جهاز إرسال الليزر بإسقاط ليزر أحمر مرئي على سطح الجسم الذي يتم قياسه من خلال عدسة. ثم يمر ضوء الليزر المتناثر من سطح الجسم من خلال عدسة الاستقبال ويتم اكتشافه بواسطة الكاميرا الخطية الداخلية CCD.
استنادًا إلى المسافة من الجسم، تكتشف الكاميرا الخطية CCD بقعة الضوء بزوايا مختلفة. وباستخدام هذه الزاوية والمسافة المعروفة بين الليزر والكاميرا، يحسب معالج الإشارات الرقمية المسافة بين المستشعر والجسم.
ثم تتم معالجة موضع الشعاع في عنصر الاستقبال بواسطة الدوائر التناظرية والرقمية، ويتم حساب قيمة الخرج المقابلة بواسطة المعالج الدقيق. يتم إخراج إشارة البيانات القياسية بشكل متناسب في النافذة التناظرية التي يحددها المستخدم. إذا تم تحديد خرج قيمة التبديل، فسيتم تنشيطه داخل النافذة المحددة وإيقاف تشغيله خارجها.
يمكن أن يكون لكل من المخرجات التناظرية والتبديل نوافذ كشف منفصلة. يمكن أن يحقق مستشعر الإزاحة بالليزر، باستخدام التثليث، أقصى خطية تبلغ 1 ميكرومتر مع دقة تبلغ 0.1 ميكرومتر. على سبيل المثال، يتميز الحساس من النوع ZLDS100 بدقة عالية تبلغ 0.01%، وخطية عالية تبلغ 0.1%، واستجابة سريعة تبلغ 9.4 كيلو هرتز، والقدرة على الأداء في البيئات القاسية.
يستخدم مجس الإزاحة بالليزر مبدأ تحليل الصدى لقياس المسافة بدقة. يتكون المجس من وحدة معالج ووحدة معالجة الصدى وجهاز إرسال ليزر وجهاز استقبال ليزر ومكونات أخرى.
في كل ثانية، يرسل جهاز الإرسال بالليزر مليون نبضة ليزر إلى الجسم الذي يتم اكتشافه، ثم تعود النبضة إلى جهاز الاستقبال. يقوم المعالج بحساب الوقت الذي تستغرقه نبضة الليزر للوصول إلى الجسم والعودة، مما يسمح بحساب قيمة المسافة.
يتم تحديد هذه القيمة بأخذ متوسط آلاف القياسات باستخدام طريقة زمن النبض. على الرغم من أن طريقة تحليل الصدى الليزري مناسبة للكشف عن المسافات البعيدة، إلا أن دقتها أقل مقارنة بطريقة التثليث الليزري. وأبعد مسافة كشف يمكن أن تصل إليها هي 250 مترًا.
تُستخدم مستشعرات الإزاحة بالليزر على نطاق واسع لقياس الكميات الفيزيائية المختلفة بما في ذلك الطول والمسافة والاهتزاز والسرعة والتوجيه وغير ذلك. وقد وجدت هذه المستشعرات أيضًا تطبيقات في الكشف عن العيوب ومراقبة ملوثات الهواء.
يُستخدم مستشعر ليزر لقياس سُمك صفائح معدنية.
يمكن أن يساعد الكشف عن التغيرات في السُمك في تحديد التجاعيد أو الثقوب الصغيرة أو التداخلات، وبالتالي منع تعطل الماكينة.
ضع المكون المراد قياسه في الموضع المحدد على الحزام الناقل. بعد ذلك يكتشف مستشعر الليزر المكوّن ويقيسه في نفس الوقت باستخدام الماسح الضوئي الليزري المشغّل، ويحدد طوله في النهاية.
رتب عدة حساسات ليزر في اتجاه ميل قطعة العمل المراد قياسها. يمكن إخراج قيمة القياس مباشرةً من خلال أحد المستشعرات. بالإضافة إلى ذلك، يمكن استخدام برنامج لحساب قيمة القياس بناءً على الإشارات أو البيانات وتقديم النتيجة.
ضع المكونات التي تم قياسها بين ماسحتين ضوئيتين بالليزر، ثم اقرأ البيانات من خلال المستشعر للكشف عن دقة واكتمال حجم المكونات.
جهاز الاستشعار بالليزر مدمج في عملية إنتاج منتجات التعبئة. أثناء مرور منتجات التعبئة عبر المستشعر، يمكنه أن يكتشف بدقة ما إذا كانت المنتجات ممتلئة بالكمية المطلوبة. يستخدم المستشعر برنامجًا متقدمًا لانعكاس شعاع الليزر على السطح لتحديد ما إذا كانت تعبئة المنتجات مطابقة للمعايير وكمية المنتجات بدقة.
أولاً، ستحتاج من 2 إلى 3 مستشعرات إزاحة بالليزر لإجراء قياس مشترك، كما هو موضح في الشكل.
بعد ذلك، ضع مستشعرات الإزاحة بالليزر الثلاثة في خط مستقيم، موازٍ لخط الإنتاج، وحدد المسافات بينها بناءً على دقة القياس المطلوبة.
وأخيرًا، اجعل الجسم يتحرك في اتجاه موازٍ لخط تركيب مستشعرات الإزاحة الليزرية.
عند محاذاة خط الإنتاج مع خط تركيب المستشعر، كلما كان الفرق في المسافة المقيسة بواسطة المستشعرات الثلاثة أكبر، كلما كان استقامة الجسم أقل. وعلى العكس من ذلك، يشير الفرق الأصغر في المسافة المقيسة بواسطة أجهزة الاستشعار الثلاثة إلى أن الجسم أكثر استقامة.
يمكنك حساب النسبة المئوية للاستقامة من خلال مراعاة طول الجسم المراد قياسه والتباعد بين تركيبات المستشعرات الثلاثة، مما ينتج عنه إشارة خرج قابلة للقياس الكمي.
بهذا الإعداد، تكون قد حققت بنجاح هدف الكشف عن استقامة الأجسام.
قوة الحل:
يمكن أن تصل دقة دقة مستشعر التيار الدوامي إلى 0.1 مم، وهو ما يضاهي دقة مستشعر الإزاحة بالليزر.
الخطية:
عادةً ما تكون الخطية لمستشعر التيار الدوامي منخفضة، حوالي 1% من نطاق القياس. ومن ناحية أخرى، تتباهى حساسات الإزاحة الليزرية المتطورة بخطية تبلغ حوالي 0.1%.
شروط القياس:
تتطلب أجهزة استشعار التيار الدوامي أن يكون جسم الاختبار مادة موصلة وغير مغناطيسية، مثل الألومنيوم أو النحاس، ولكن ليس الحديد.
ومن ناحية أخرى، فإن مستشعرات الإزاحة بالليزر قادرة على قياس كل من الأجسام المغناطيسية والموصلة.
إن دقة حساسات الإزاحة السعوية عالية بشكل لا يصدق، وتتجاوز دقة حساسات الإزاحة الليزرية. ومع ذلك، فإن مداها محدود للغاية، وعادةً ما يكون أقل من 1 مم. ومن ناحية أخرى، تتمتع حساسات الإزاحة الليزرية بمدى أوسع بكثير، حيث يصل أقصى مدى للقياس إلى مترين.
يتمثل مبدأ قياس مستشعر الإزاحة بالألياف الضوئية في تحديد إزاحة جسم ما من خلال الكشف عن التغيرات في التدفق الضوئي وشدة الضوء المنعكس من سطح الجسم بسبب الإزاحة.
يتكون مسبار المستشعر من ألياف بصرية مرسلة وألياف بصرية مستقبلة.
بالنسبة للأجسام الصغيرة، تكون حساسات الإزاحة التقليدية غير التلامسية محدودة بمساحة الانعكاس، مما يؤدي إلى ضعف أداء القياس. ومع ذلك، يمكن تصميم مجس الإزاحة المصنوع من الألياف الضوئية بمسبار صغير جدًا (بقطر لا يقل عن 0.2 مم)، مما يجعله مناسبًا لقياس الأجسام الصغيرة.
بالإضافة إلى ذلك، يمكن صنعه على شكل إرسال واستقبال خطي.
يتم حساب قيمة الإزاحة عن طريق قياس درجة حماية الجسم للألياف الضوئية أثناء عملية الإزاحة، بدقة تصل إلى 0.01 ميكرومتر.
أقصى مدى قياس للمستشعر هو 4 مم.
بصفتي مؤسس شركة MachineMFG، فقد كرّستُ أكثر من عقد من حياتي المهنية في مجال تصنيع المعادن. وقد أتاحت لي خبرتي الواسعة أن أصبح خبيرًا في مجالات تصنيع الصفائح المعدنية، والتصنيع الآلي، والهندسة الميكانيكية، وأدوات الماكينات للمعادن. أفكر وأقرأ وأكتب باستمرار في هذه المواضيع، وأسعى باستمرار للبقاء في طليعة مجال عملي. فلتكن معرفتي وخبرتي مصدر قوة لعملك.
AR 
EN 
DE 
ES 
FR 
IT 
JA 
NL 
PT 
PT_BR 
RU 
KO