레이저 변위 센서의 작동 원리 이해

레이저 변위 센서는 레이저 기술을 사용하여 측정 대상의 위치, 변위 및 기타 변화를 측정하는 측정 기기입니다. 레이저, 레이저 검출기, 측정 회로로 구성됩니다.

이 유형의 센서는 정확한 비접촉식 측정을 제공하며 변위, 두께, 진동, 거리, 직경 및 기타 정밀한 기하학적 측정을 측정할 수 있습니다. 센서에 사용되는 레이저는 직진성 특성.

레이저 변위 센서는 초음파 센서에 비해 정확도가 높습니다. 하지만 레이저 발생 장치가 상대적으로 복잡하고 크기 때문에 레이저 변위 센서의 적용 범위가 제한적입니다.

1. 기본 원칙

레이저 변위 센서는 물체의 위치, 변위 및 기타 치수 변화를 정밀하게 측정하는 비접촉식 장치입니다. 변위, 두께, 진동, 거리, 직경 및 재료와 부품의 다양한 기하학적 특성을 감지하기 위해 산업 분야에서 널리 사용됩니다.

레이저 변위 센서의 작동 원리는 레이저 삼각 측량과 비행 시간(TOF) 분석의 두 가지 주요 방법으로 분류할 수 있습니다. 레이저 삼각 측량은 일반적으로 고정밀 단거리 측정(일반적으로 최대 1m)에 사용되는 반면, 비행 시간 분석은 장거리 측정(최대 수백 미터)에 더 적합합니다.

다음은 이 두 가지 측정 방법에 대한 간략한 개요입니다:

1. 레이저 삼각 측량:
   이 방식에서는 레이저 다이오드가 대상 표면에서 반사되는 빔을 방출합니다. 그런 다음 반사된 빛은 렌즈를 통해 위치 감응형 검출기(PSD) 또는 전하 결합 장치(CCD)에 초점을 맞춥니다. 대상의 거리가 변함에 따라 반사된 빛의 각도가 변하여 검출기에서 빔의 위치가 이동합니다. 이 이동은 일반적으로 마이크로미터 범위의 높은 정확도로 물체의 거리 또는 변위를 계산하는 데 사용됩니다.
2. 비행 시간(TOF) 분석:
   이 기술은 레이저 펄스가 목표물까지 이동하고 돌아오는 데 걸리는 시간을 측정합니다. 빛의 속도를 알고 고정밀 타이밍 회로로 왕복 시간을 측정하여 센서가 물체까지의 거리를 계산할 수 있습니다. TOF 센서는 더 먼 거리를 측정할 수 있지만 일반적으로 삼각 측량 센서에 비해 해상도가 낮습니다.

센서의 내부 신호 처리에는 아날로그 및 디지털 전자 부품이 모두 사용됩니다. 수신 요소에 반사된 빛의 위치가 처리되고 마이크로프로세서에 의해 분석되어 해당 출력 값으로 변환됩니다. 이 값은 레이저 방출을 조정하고 측정을 미세 조정하는 데 사용되어 센서의 작동 범위에서 최적의 성능을 보장합니다.

2. 목적

1. 길이 측정

부품을 측정하려면 컨베이어 벨트의 지정된 위치에 부품을 놓습니다. 그러면 레이저 스캐너에 의해 트리거되는 레이저 센서가 부품을 감지하고 측정하여 최종적으로 길이를 결정합니다.

2. 균일성 검사

측정할 공작물의 기울기 방향에 여러 개의 레이저 센서를 배치하고 하나의 센서가 측정값을 직접 출력하도록 합니다. 또한 소프트웨어를 활용하여 수신된 신호 또는 데이터를 기반으로 측정값을 계산하고 결과를 표시할 수 있습니다.

3. 전자 부품 검사

두 개의 레이저 스캐너를 사용하여 측정할 부품을 스캐너 사이에 배치한 다음 센서를 통해 데이터를 획득하여 부품 치수의 정확성과 완전성을 평가합니다.

3. 삼각 측량

레이저 송신기는 렌즈를 통해 측정 대상 물체의 표면에 가시광선 적색 레이저를 투사합니다. 그러면 물체 표면에서 산란된 레이저 빛이 수신기 렌즈를 통과하여 내부 CCD 선형 카메라에 의해 감지됩니다.

CCD 리니어 카메라는 물체와의 거리에 따라 다양한 각도에서 광점을 감지합니다. 디지털 신호 프로세서는 이 각도와 레이저와 카메라 사이의 알려진 거리를 사용하여 센서와 물체 사이의 거리를 계산합니다.

그런 다음 수신 요소에서 빔의 위치는 아날로그 및 디지털 회로에 의해 처리되고 해당 출력 값은 마이크로프로세서에 의해 계산됩니다. 표준 데이터 신호는 사용자가 설정한 아날로그 창에 비례하여 출력됩니다. 스위칭 값 출력을 선택하면 설정된 창 내에서 활성화되고 창 밖에서는 차단됩니다.

아날로그 출력과 스위칭 출력 모두 별도의 감지 창을 가질 수 있습니다. 삼각 측량을 사용하는 레이저 변위 센서는 0.1um의 분해능으로 최대 1um의 선형성을 달성할 수 있습니다. 예를 들어, ZLDS100 타입 센서는 0.01%의 고해상도, 0.1%의 높은 선형성, 9.4KHz의 빠른 응답, 열악한 환경에서도 작동할 수 있는 성능을 자랑합니다.

4. 에코 분석

레이저 변위 센서는 에코 분석 원리를 활용하여 거리를 정확하게 측정합니다. 이 센서는 프로세서 유닛, 에코 처리 유닛, 레이저 송신기, 레이저 수신기 및 기타 구성 요소로 이루어져 있습니다.

레이저 송신기는 매초마다 100만 개의 레이저 펄스를 감지 대상 물체에 보낸 다음 수신기로 되돌아오는 방식으로 작동합니다. 프로세서는 레이저 펄스가 물체에 도달하고 돌아오는 데 걸리는 시간을 계산하여 거리 값을 계산할 수 있습니다.

이 값은 펄스 시간 방법을 사용하여 수천 번의 측정값의 평균을 구하여 결정됩니다. 레이저 에코 분석 방법은 장거리 감지에 적합하지만 레이저 삼각 측량 방법에 비해 정확도가 낮습니다. 가장 먼 거리까지 감지할 수 있는 거리는 250미터입니다.

5. 측정 애플리케이션

레이저 변위 센서는 길이, 거리, 진동, 속도, 방향 등 다양한 물리량을 측정하는 데 널리 사용됩니다. 이러한 센서는 결함 감지 및 대기 오염 물질 모니터링에도 활용되고 있습니다.

1. 사이즈 측정:

• 마이크로 부품의 위치 인식
• 컨베이어 벨트에서 부품 존재 감지
• 자료의 중복 및 커버리지 감지
• 조작자의 위치 제어(도구 중심점)
• 디바이스 상태 모니터링
• 작은 구멍을 이용한 디바이스 위치 감지
• 액체 레벨 모니터링
• 두께 측정
• 진동 분석
• 충돌 테스트 측정
• 자동차 등 관련 테스트

2. 금속 시트 및 시트의 두께 측정:

레이저 센서는 다음과 같은 두께를 측정하는 데 사용됩니다. 금속 시트.

두께 변화를 감지하면 주름, 작은 구멍 또는 겹침을 식별하여 기계 고장을 방지하는 데 도움이 될 수 있습니다.

3. 3. 실린더 배럴을 측정하고 동시에 측정합니다:

• 각도
• 길이
• 내경 및 외경의 편심도
• 코니시티
• 동심도
• 표면 프로필.

4. 길이 측정:

측정할 부품을 컨베이어 벨트의 지정된 위치에 놓습니다. 그러면 레이저 센서가 부품을 감지하고 동시에 트리거된 레이저 스캐너를 사용하여 측정하여 최종적으로 길이를 결정합니다.

5. 균일성 검사:

측정할 공작물의 기울기 방향으로 여러 개의 레이저 센서를 배열합니다. 측정값은 센서 중 하나를 통해 직접 출력할 수 있습니다. 또한 소프트웨어 프로그램을 활용하여 신호 또는 데이터를 기반으로 측정값을 계산하고 결과를 제공할 수 있습니다.

6. 전자 부품 검사:

측정된 부품을 두 개의 레이저 스캐너 사이에 놓고 센서를 통해 데이터를 판독하여 부품 크기의 정확성과 완전성을 감지합니다.

7. 생산 라인의 충전 레벨 검사:

레이저 센서는 충전 제품 생산 공정에 통합되어 있습니다. 충전 제품이 센서를 통과할 때 정량까지 채워졌는지 정확하게 감지할 수 있습니다. 이 센서는 표면의 레이저 빔을 반사하는 고급 프로그램을 사용하여 제품의 충전이 표준에 부합하는지 여부와 제품의 수량을 정확하게 결정합니다.

8. 센서가 측정한 물체의 직진도:

먼저, 그림과 같이 레이저 변위 센서를 2~3개 결합하여 측정해야 합니다.

그런 다음 세 개의 레이저 변위 센서를 생산 라인과 평행하게 일직선으로 배치하고 원하는 측정 정확도에 따라 센서 간 간격을 결정합니다.

마지막으로 레이저 변위 센서의 설치 선과 평행한 방향으로 물체를 움직이게 합니다.

생산 라인이 센서의 설치 라인과 정렬되어 있을 때 세 개의 센서가 측정한 거리 차이가 클수록 물체의 직진도가 떨어집니다. 반대로 세 센서가 측정한 거리 차이가 작을수록 물체가 더 곧다는 것을 나타냅니다.

측정 대상 물체의 길이와 세 개의 센서 설치 간격을 고려하여 직진도 비율을 계산하면 정량화 가능한 출력 신호를 얻을 수 있습니다.

이 설정을 통해 물체의 직진도를 감지하는 목표를 성공적으로 달성했습니다.

6. 변위 센서 분류

1. 와전류 변위 센서

해상도:

와전류 센서의 해상도는 레이저 변위 센서와 비슷한 0.1mm까지 올라갈 수 있습니다.

선형성:

와전류 센서의 선형성은 일반적으로 측정 범위의 약 1%로 낮습니다. 반면, 고급 레이저 변위 센서는 약 0.1%의 선형성을 자랑합니다.

측정 조건:

와전류 센서는 테스트 대상이 철이 아닌 알루미늄이나 구리와 같은 전도성 및 비자기성 물질이어야 합니다.

반면 레이저 변위 센서는 자성 및 전도성 물체를 모두 측정할 수 있습니다.

2. 정전용량식 변위 센서

정전용량식 변위 센서의 정밀도는 레이저 변위 센서를 능가할 정도로 매우 높습니다. 하지만 측정 범위가 보통 1mm 미만으로 매우 제한적입니다. 반면 레이저 변위 센서는 최대 측정 범위가 최대 2m로 훨씬 더 넓습니다.

3. 광섬유 변위 센서

광섬유 변위 센서의 측정 원리는 변위로 인해 물체 표면에서 반사되는 광속과 광도의 변화를 감지하여 물체의 변위를 파악하는 것입니다.

센서의 프로브는 송신 광섬유와 수신 광섬유로 구성됩니다.

작은 물체의 경우 기존의 비접촉식 변위 센서는 반사 영역에 의해 제한되어 측정 성능이 떨어집니다. 하지만 광섬유 변위 센서는 최소 직경 0.2mm의 초소형 프로브로 설계할 수 있어 작은 물체를 측정하는 데 적합합니다.

또한 선형 송수신 형태로도 만들 수 있습니다.

변위 값은 변위 과정에서 광섬유에 대한 물체의 차폐 정도를 측정하여 계산되며, 최대 0.01um의 정확도로 계산됩니다.

센서의 최대 측정 범위는 4mm입니다.