1,5 mm di differenza di altezza: un compito, due possibili soluzioni
Quando si verifica la presenza di parti piatte, il compito appare chiaro all’inizio: il sensore deve rilevare una differenza di altezza di soli 1,5 mm. In realtà, tuttavia, a questo scopo si possono valutare due caratteristiche diverse.
Un sensore laser di distanza basato sul principio di triangolazione rileva che la distanza tra il sensore e la superficie cambia. Distingue quindi geometricamente tra lo sfondo e l’oggetto che vi giace sopra. Una barriera riflessa, invece, utilizza lo sfondo appreso come riferimento e rileva quando un oggetto cambia le sue proprietà ottiche o la distanza rispetto allo sfondo di riferimento.
Entrambi i principi possono portare all’obiettivo in una query di frequenza pura. Quale dei due si adatti meglio dipende dalle condizioni dell’applicazione specifica.
Perché l’isteresi a spostamento è cruciale nella misurazione della distanza
Definizione
Se un sensore deve rilevare una piccola differenza di altezza come salto di distanza, la differenza tra i suoi punti di accensione e spegnimento deve essere minore dello spessore dell’oggetto da rilevare. Questa differenza è chiamata isteresi commutatoria.
Se l’isteresi è specificata in relazione alla distanza effettiva tra il sensore e l’oggetto, la posizione di montaggio ha un effetto diretto sulla possibile distinzione. Con un’isteresi commutativa inferiore all’uno percento, corrisponde a meno di un millimetro a una distanza di 100 mm. A 500 mm, invece, può essere poco meno di cinque millimetri. Lo stesso sensore può quindi rilevare un salto di 1,5 mm a breve distanza molto più chiaramente rispetto alla fine del suo intervallo di regolazione.
Ciò non significa che si possa derivare un’altezza minima garantita dell’oggetto solo dal valore percentuale. Inoltre, riproducibilità, deriva di temperatura, posizione di installazione e natura della superficie, tra le altre cose, influiscono sull’affidabilità del processo. Tuttavia, l’isteresi fornisce un’importante prima indicazione se la differenza di altezza richiesta corrisponde sostanzialmente alla distanza di lavoro selezionata.
Cosa mostra l’esperimento con oggetti di colori diversi
Per l’installazione di test, un sensore laser a commutazione della distanza è stato montato secondo il principio di triangolazione a una distanza di circa 115 mm dallo sfondo. Oggetti spessi circa 1,5-2 mm con superfici nere, bianche e legno sono stati posizionati sulla superficie di riferimento. Il sensore ha rilevato gli oggetti piatti nell’esperimento indipendentemente dalla loro colorazione e ha commutato in modo affidabile. Il fattore decisivo è stata la combinazione della breve distanza di lavoro e di una piccola isteresi commutata. Il sensore valutava la distanza dalla rispettiva superficie invece di affidarsi solo a una differenza di luminosità o colore.
Questo rende la triangolazione particolarmente interessante quando diverse varianti di oggetti devono essere testate sulla stessa superficie. Se il colore, il materiale o la luminosità delle parti cambiano, la loro proprietà comune rimane la posizione elevata rispetto allo sfondo.
Quando la triangolazione con sensore laser di distanza è la scelta più robusta
Un metodo basato sulla distanza è particolarmente adatto se le proprietà ottiche degli oggetti da rilevare non sono costanti. Queste includono, ad esempio, assortimenti con parti nere, bianche e colorate o componenti con materiali e superfici variabili.
I seguenti punti sono particolarmente rilevanti per la selezione e l’installazione:
- Deve essere possibile distinguere chiaramente l’altezza minima dell’oggetto dall’isteresi e dall’incertezza della misura.
- Il sensore dovrebbe essere montato il più vicino possibile all’oggetto, se il suo intervallo di regolazione consentito e la geometria della macchina lo permettono.
- Il punto luminoso deve trovarsi completamente sulla superficie dell’oggetto rilevante.
- Lo sfondo e l’oggetto non devono muoversi oltre le tolleranze di altezza consentite durante l’acquisizione.
- La combinazione specifica di distanza, superficie e posizione di installazione dovrebbe essere testata in condizioni realistiche.
Lo sforzo tecnico maggiore è particolarmente utile se il cambio di superficie potrebbe altrimenti portare a punti di commutazione diversi o se lo sfondo non offre un contrasto ottico affidabile.
Quando una barriera riflessa può essere sufficiente
Se, invece, lo sfondo rimane costante e l’oggetto si distingue chiaramente, una barriera riflessa può essere un’alternativa più economica. Viene addestrata su uno sfondo di riferimento esistente e rileva quando un oggetto passa tra il sensore e la superficie di riferimento. A differenza di una barriera SLR, questo principio sensore non richiede un riflettore separato sul lato opposto. Tuttavia, il prerequisito è che lo sfondo appreso sia disponibile in modo affidabile come riferimento. Se il colore, la distanza o la condizione della superficie cambiano troppo, anche la riserva del segnale può cambiare.
In un esperimento supplementare, è stato anche possibile rilevare oggetti spessi circa 1,5 mm, di colori diversi su uno sfondo bianco. Per una semplice domanda “parte presente o non presente”, questo principio può quindi essere sufficiente se si soddisfano le seguenti condizioni:
- Il background di riferimento rimane sostanzialmente costante sia nella posizione che nell’aspetto.
- C’è una differenza sufficientemente chiara tra l’oggetto e lo sfondo.
- Il background può essere insegnato in modo affidabile.
- Solo un segnale di commutazione e nessuna informazione geometrica sulla distanza.
Se una barriera riflessa sia adatta è quindi meno determinato dall’altezza dell’oggetto che dalla stabilità della situazione di riferimento.
Triangolazione o barriera riflessa: quale soluzione si adatta all’applicazione?
| Condizione di applicazione | Più simile a una triangolazione con sensori laser di distanza | Più che altro una barriera riflessa |
|---|---|---|
| Cambia colori e materiali degli oggetti | Sì | Solo se c’è sufficiente demarcazione rispetto allo sfondo |
| Cambiamenti visivi dello sfondo | Sì | Piuttosto inadatto o da testare |
| Il contesto rimane costante | Possibile | Buoni prerequisiti |
| La differenza di altitudine molto piccola è la caratteristica decisiva | Sì | Solo rilevamento indiretto tramite deviazione dal background |
| Richiesta solo di presenza | Possibile | Sì |
| Informazioni sulla distanza o più soglie di commutazione richieste | Sì | No |
| La costo-efficacia è fondamentale per un’applicazione stabile | Maggiore sforzo tecnico | Spesso soluzione più semplice |
La tabella non sostituisce un test applicativo, ma distingue chiaramente i due approcci l’uno dall’altro: la triangolazione si basa principalmente sulla geometria, la barriera riflessa sulla deviazione da un background di riferimento appreso.
Solo le condizioni al contorno rendono 1,5 mm un segnale chiaro
La domanda “Un sensore può rilevare un oggetto alto 1,5 mm?” non può essere risposta solo sulla base dell’altezza dell’oggetto. Nel caso di una triangolazione con sensore laser di distanza, la distanza di lavoro, l’isteresi di commutazione e la riproducibilità devono corrispondere alla differenza di altezza. Più piccola è la distanza, minore è la differenza tra i punti di accensione e spegnimento nel caso di una isteresi percentuale. Una barriera riflessa può risolvere lo stesso compito di presenza con meno sforzo se esiste uno sfondo di riferimento stabile e una differenza sufficiente tra oggetto e sfondo. Se le superfici cambiano significativamente o manca un riferimento affidabile, il rilevamento basato sulla distanza offre maggiore indipendenza.
Prima di effettuare una selezione, quindi, non deve essere registrata solo l’altezza minima del pezzo. Ugualmente importanti sono le possibili varianti dell’oggetto, le proprietà dello sfondo, la distanza di montaggio disponibile e la questione se sia necessario solo un segnale di commutazione o informazioni aggiuntive sulla distanza.
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