Laserowy czujnik triangulacyjny, rozdzielczosc.

[Michau1234]

Dzien dobry,

Jaka dokladnosc w pomiarze odleglosci mozna uzyskac w przypadku czujnikow traingulacyjnych, przykladowo firmy SHARP?

Pozdrawiam.

[Treker (Damian Szymański)]

Michau1234, witam na forum!

Ciężko podać konkretne informacje, bo pytanie zadałeś bardzo ogólne. Wiele zależy od konkretnego typu czujnika oraz przedmiotu, który jest celem pomiaru (niektóre materiały mogą inaczej odbijać światło). W przypadku lepszych czujników znajdziesz takie informacje w nocie katalogowej. O jakich zakresach myślisz? Chodzi Ci o dokładność rzędu 2-5 mm, 2-5 cm, czy 20-50 cm?

[Michau1234]

Witaj Treker, dzięki za odpowiedź.

W zasadzie dalsze dywagacje są zbędne, gdyż zaproponowane przez Ciebie zakresy rozjaśniły sytuację.

Zastanawiałem się jaką dokładność można uzyskać przy zastosowaniu niskobudżetowych rozwiązań. Dokładność, której wymagam jest znacznie wyższa, rzędu dziesiętnej części mikrometra. Teraz widzę, że w grę wchodzą tylko ekspensywne rozwiązania przemysłowe.

Co do badanego materiału, jest to cienka stalowa blacha metalicznie błyszcząca.

Pozdrawiam.

[marek1707]

A na jakiej odległości chcesz badać te zmiany wymiaru poniżej długości fali światła? Metody triangulacyjne opierają się na poszukiwaniu miejsca gdzie pada odbity promień, więc masz jakąś fotodiodę na którą nachodzi coraz większa plama (wynik analogowy) lub linijkę CCD, której oświetlony element wyznacza położenie np. promienia lasera (wynik dyskretny).

Jeśli potrzebujesz setek nanometrów to raczej wyłącznie metody fazowe, czyli mieszanie tego co wychodzi z tym co wraca np. na lustrze półprzepuszczalnym. To zupełnie inne techniki.

Co robisz ciekawego i do czego ten pomiar?

[Michau1234]

A na jakiej odległości chcesz badać te zmiany wymiaru poniżej długości fali światła?

Im mniejszy dystans tym lepiej, od 3-5 cm. Na takiej wysokości montowałbym czujnik.

Jeśli potrzebujesz setek nanometrów to raczej wyłącznie metody fazowe, czyli mieszanie tego co wychodzi z tym co wraca np. na lustrze półprzepuszczalnym.

Mógłbyś napisać nieco więcej na temat "metod fazowych"? Podać jakieś linki skąd zaczerpnę więcej informacji na ten temat?

Co robisz ciekawego i do czego ten pomiar?

Odległość nie jest docelową wartością całego projektu, a składową konieczną do uzyskania parametru jakim jest grubość badanego materiału, konstruuję urządzenie do bieżącego pomiaru grubości przemieszczającej się taśmy stalowej. Chcę zastosować metodę różnicową z dwoma czujnikami. Istnieją gotowe rozwiązania, lecz ja na chwilę obecną szukam alternatyw i możliwości samodzielnej realizacji tego zadania. Największym problemem jest owa dokładność.

Pozdrawiam.

[marek1707]

To może w ogóle zacznij od przeglądu metod, optyczne masz omówione np. tutaj:

https://www.osapublishing.org/aop/fulltext.cfm?uri=aop-4-4-441&id=241332

Po przeczytaniu zwróć uwagę na rys. 16. To wyjaśnia wiele jeśli chodzi o dobór metody. W zasadzie w Twoim przypadku zostają czujniki interferometryczne (być może sprzęgnięte z Time-Of-Flight) i te oparte na "ostrości widzenia".

Przypadek o którym piszesz jest dość szczególny (jak każdy..), bo np. nie jest to jedno miejsce lub przedmiot na którym możesz przećwiczyć współczynnik odbicia i użyć metod opartych na ilości powracającej energii. W warunkach przemysłowych poruszająca się metalowa taśma może być trochę brudna, mieć trochę inny kolor czy inaczej wykończoną powierzchnię.

Być może warto rozważyć inne metody pomiaru grubości. Dwa niezależne czujniki optyczne mierzące po dwóch stronach odległość dodają swoje błędy. Pomyśl nad jakąś metodą robiącą to jednocześnie, jednym wspólnym promieniem światła, np. nad oświetlaniem tej taśmy laserem z boku (świecącym w płaszczyźnie blachy), rozdzieleniu tego na dwa strumienie kierowane lustrami prostopadle do powierzchni taśmy, odbicie, powrót promieni i ich powtórne złożenie. Może z tego da się coś wyciągnąć.

Jeśli blacha jest stalowa, to masz metody indukcyjne. Gdyby zrobić kalibrację takiego czujnika do konkretnego materiału i kilku grubości, to jest szansa bezdotykowego pomiaru przez pomiar np. strat. Albo np. trzeba by umieścić jedną cewkę po jednej stronie a drugą po drugiej i mierzyć ilość energii pola przechodzącą przez blachę. To niestety zależy od materiału więc gdyby zakładali blachy o różnym składzie, trzeba taki czujnik za każdym razem kalibrować.

Być może dałoby się wymyślić jakiś układ triangulacyjny wykorzystujący obie powierzchnie blachy jednocześnie. Pomyśl o tym. Takie układy mają tę zaletę, że dobierając odległość między nadajnikiem a detektorem, kąt odbicia i odległość od obiektu można żonglować osiągniętymi parametrami: zakresem i rozdzielczością. Załóż sobie np. że masz np. linijkę CCD o długości 2500 pixeli i każdy jej element ma 5.25um:

https://www.avnet.com/shop/emea/products/toshiba/tcd1256gag-z-s--3074457345634502030/

albo 1024 pixele co 14umj:

https://www.avnet.com/shop/emea/products/toshiba/tcd132dg-8z-r--3074457345634502085/

Policz trochę trygonometrii i znajdź jakiś optymalny układ optyczny do Twojego celu. Przecież nie jesteś skazany na fabryczne czujniczki SHARPa i możesz pokusić się o zbudowanie własnego zestawu pomiarowego. Gdybyś tak wymyślił bieg promienia np. za pomocą luster by uderzał w blachę z obu stron i jeszcze jej położenie byłoby kompensowane to znosiły by się błędy związane i na wyjściu (na CCD) miałbyś tylko przesunięcie związane z grubością. Nie wiem czy to możliwe, trzeba przemyśleć trochę geometrii, ale gdyby się udało, to uniknął byś wielu problemów z kalibracją i precyzyjnym prowadzeniem taśmy.