激光位移传感器
激光位移传感器在非标自动化设备中,主要用于非接触测量物体的位置、距离、高度、厚度、段差、翘曲和振动变化。
它会向被测物体表面发射激光,再根据反射光的位置、角度或传播时间,计算传感器到物体表面的距离。
与普通光电传感器相比:
-
光电传感器通常只判断"有没有物体";
-
激光位移传感器能够测出物体距离传感器具体是多少毫米;
-
光电传感器多数输出开关量;
-
激光位移传感器多数输出连续变化的模拟量或数字测量值。
例如:
普通光电传感器:
检测到工件 → ON
未检测到工件 → OFF
激光位移传感器:
当前距离 → 49.82 mm
一、激光位移传感器在设备中的作用
1. 测量物体高度
例如检测产品高度是否合格:
标准高度:20.00 mm
允许范围:19.90~20.10 mm
激光位移传感器测得:
19.96 mm → 合格
20.25 mm → 不合格
常用于:
-
零件高度检测;
-
PCB元器件高度检测;
-
电池极柱高度检测;
-
塑胶件尺寸检测;
-
装配到位检测。
2. 测量位置和距离
可以检测运动机构或工件距离传感器的位置。
例如:
-
滑台当前位置;
-
工件是否压到指定深度;
-
气缸实际伸出位置;
-
料盘高度;
-
升降平台位置;
-
工件表面距离。
需要注意,激光位移传感器通常测量的是:
传感器到被测表面的距离
它不一定直接输出设备机械坐标。
如果要得到工件高度,通常需要通过基准值进行换算。
3. 测量段差
段差是两个表面之间的高度差。
例如:
表面A:50.20 mm
表面B:49.85 mm
段差 = 50.20 - 49.85
= 0.35 mm
常用于:
-
手机外壳装配段差;
-
电池盖板段差;
-
金属零件台阶高度;
-
PCB焊点高度;
-
玻璃与边框高度差;
-
工件装配平整度检测。
4. 测量厚度
如果只使用一个传感器,并且工件放在固定基准面上,可以通过距离变化计算厚度。
例如:
没有工件时,传感器到平台距离:100 mm
放入工件后,传感器到工件表面距离:92 mm
工件厚度 = 100 - 92
= 8 mm
如果工件上下位置会变化,可以使用上下两个激光位移传感器对射测量。
例如:
上方传感器测量值:A
下方传感器测量值:B
两个传感器固定间距:L
工件厚度 = L - A - B
这样可以减少工件整体上下浮动对厚度测量的影响。
5. 检测平面度和翘曲
通过移动激光位移传感器或移动工件,在多个位置采集高度。
例如测量一个平面上的多个点:
点1:10.02 mm
点2:10.05 mm
点3:9.98 mm
点4:10.01 mm
最大值与最小值之差:
平面高度差 = 10.05 - 9.98
= 0.07 mm
可用于判断:
-
板材是否翘曲;
-
工件是否平整;
-
玻璃是否变形;
-
电池是否鼓包;
-
金属表面是否变形。
6. 检测振动和跳动
激光位移传感器响应速度足够快时,可以连续检测运动物体表面的位置变化。
例如:
-
转轴径向跳动;
-
圆盘端面跳动;
-
电机振动;
-
皮带上下波动;
-
薄膜抖动;
-
高频机械位移。
如果转动物体表面位置周期性变化,传感器输出也会周期性变化。
7. 检测装配是否到位
例如压装轴承时,激光位移传感器检测压头最终位置:
正常压装位置:25.00 ± 0.10 mm
如果实际位置为:
24.98 mm → 正常
24.50 mm → 可能未压到底
25.60 mm → 可能零件缺失或装配异常
激光位移检测只能反映位置结果,不能完全代替压力检测。
更可靠的压装设备通常同时检测:
-
位移;
-
压力;
-
压力---位移曲线。
二、激光位移传感器的输入和输出
1. 输入是什么
激光位移传感器的输入是被测物体表面的位置变化。
传感器会受到以下因素影响:
-
物体距离;
-
表面颜色;
-
表面反光程度;
-
表面粗糙度;
-
倾斜角度;
-
透明程度;
-
激光光斑位置;
-
物体运动速度。
2. 输出是什么
常见输出包括:
-
0~10V;
-
±5V;
-
4~20mA;
-
PNP开关量;
-
NPN开关量;
-
RS485;
-
RS232;
-
Ethernet;
-
EtherCAT;
-
PROFINET;
-
IO-Link;
-
厂家专用通信接口。
一台激光位移传感器可能同时具有:
模拟量输出:输出实际位移值
开关量输出:输出合格或不合格
通信接口:读取测量值和参数
三、激光位移传感器的工作原理
常见激光位移测量原理主要包括:
-
激光三角测量法;
-
飞行时间法;
-
共焦测量法;
-
光谱共焦法;
-
干涉测量法。
非标自动化中最常见的是激光三角测量法。
1. 激光三角测量法
传感器向物体表面发射激光。
激光在物体表面形成一个光点,反射光通过镜头照射到感光元件上。
当物体远近发生变化时,反射光在感光元件上的位置也会发生变化。
内部控制器根据光点位置计算距离。
可以理解为:
物体距离改变
↓
反射光角度改变
↓
光点在接收器上的位置改变
↓
计算出位移
特点
-
精度较高;
-
响应速度快;
-
适合近距离精密测量;
-
常见量程从几毫米到几百毫米;
-
对表面颜色和反光特性比较敏感;
-
测量范围越大,通常分辨率越低。
2. 飞行时间法
传感器发射激光并测量激光往返时间,根据光速计算距离。
适合:
-
较远距离;
-
米级距离测量;
-
大量程;
-
物流和位置检测。
它通常不像三角测量式那样适合微米级近距离精密测量。
3. 光谱共焦位移传感器
不同波长的光会在不同距离聚焦。
传感器根据被测表面反射回来的波长判断距离。
适合测量:
-
透明玻璃;
-
镜面材料;
-
高反光金属;
-
多层透明材料;
-
薄膜厚度。
其精度通常较高,但价格也更高。
四、检测距离、基准距离和测量范围
激光位移传感器经常会标注:
基准距离:50 mm
测量范围:±10 mm
它表示:
最近测量距离:40 mm
基准位置:50 mm
最远测量距离:60 mm
传感器通常在基准距离附近精度最好。
例如型号标识:
50 ± 10 mm
不能简单理解为传感器只能测10mm,而是它以50mm为中心,前后各有10mm测量范围。
五、使用电压和电流
1. 常见供电电压
工业激光位移传感器常见供电:
-
DC 24V;
-
DC 12~24V;
-
DC 10~30V。
部分小型传感器可能使用:
-
DC 5V;
-
专用控制器供电。
选型时必须区分:
-
传感器头;
-
放大器;
-
控制器。
有些激光位移传感器头不能直接接24V,而是必须连接厂家配套控制器。
2. 消耗电流
常见消耗电流可能为:
-
50mA;
-
100mA;
-
200mA;
-
500mA。
带显示屏、通信接口或高速处理功能的控制器功耗会更高。
3. 开关量输出电流
PNP或NPN输出常见允许电流:
-
50mA;
-
100mA;
-
200mA。
通常只适合连接PLC输入点,不适合直接驱动:
-
电磁阀;
-
接触器;
-
电机;
-
蜂鸣器;
-
大功率指示灯。
如需驱动负载,应通过PLC输出或中间继电器。
六、激光位移传感器与PLC连接
1. PNP开关量输出
典型接线:
棕线:DC 24V
蓝线:DC 0V
黑线:PNP输出,接PLC数字量输入
PLC输入公共端:接DC 0V
传感器输出ON时,黑线输出接近24V。
可用于输出:
-
测量值合格;
-
测量值过高;
-
测量值过低;
-
传感器报警;
-
测量稳定完成。
2. NPN开关量输出
典型接线:
棕线:DC 24V
蓝线:DC 0V
黑线:NPN输出,接PLC数字量输入
PLC输入公共端:接DC 24V
输出ON时,黑线被拉向0V。
3. 4~20mA接PLC
传感器模拟量输出接PLC模拟量电流输入模块。
例如传感器量程为40~60mm,对应4~20mA:
40 mm → 4 mA
50 mm → 12 mA
60 mm → 20 mA
换算公式:
距离 = 距离下限
+(当前电流 - 4mA)÷16mA
×(距离上限 - 距离下限)
例如测得电流为12mA:
距离 = 40 +(12 - 4)÷16 × 20
= 50 mm
4. 0~10V接PLC
例如量程40~60mm:
0V → 40 mm
5V → 50 mm
10V → 60 mm
接线通常为:
传感器24V:接电源正极
传感器0V:接电源负极
模拟输出:接PLC AI+
PLC AI-:接0V
PLC模拟量通道必须设置为电压模式。
5. RS485连接PLC
RS485通常用于读取实际测量值和传感器状态。
接线可能包括:
-
24V;
-
0V;
-
A;
-
B;
-
屏蔽。
PLC需要配置:
-
波特率;
-
站号;
-
校验位;
-
数据位;
-
停止位;
-
寄存器地址;
-
数据格式;
-
字节顺序。
部分传感器使用Modbus RTU,也有部分使用厂家私有协议。
6. Ethernet或现场总线连接
高端激光位移控制器可能支持:
-
TCP/IP;
-
EtherNet/IP;
-
PROFINET;
-
EtherCAT;
-
CC-Link;
-
Ethernet通信。
这种方式可以读取:
-
实时位移;
-
多通道数据;
-
波形;
-
峰值;
-
谷值;
-
判定结果;
-
传感器报警;
-
参数设置。
七、PNP、NPN、源型和漏型
激光位移传感器是否需要讨论PNP和NPN,要看它是否具有开关量输出。
需要讨论PNP/NPN的信号
-
HIGH输出;
-
LOW输出;
-
GO输出;
-
报警输出;
-
测量完成输出;
-
触发输入对应的数字接口。
不需要讨论PNP/NPN的信号
-
4~20mA;
-
0~10V;
-
RS485;
-
Ethernet;
-
EtherCAT;
-
模拟电压输出。
PNP输出
传感器动作后向PLC输入点提供正电压。
PLC输入公共端通常接0V。
NPN输出
传感器动作后把PLC输入点拉向0V。
PLC输入公共端通常接24V。
八、激光位移传感器的输出类型
1. 模拟量输出
用于连续输出位移值。
常见:
-
0~10V;
-
±5V;
-
1~5V;
-
4~20mA。
优点:
-
接线简单;
-
PLC读取方便;
-
实时性较好。
缺点:
-
容易受模拟量误差影响;
-
存在分辨率损失;
-
长距离传输时电压信号抗干扰较差;
-
PLC模拟量模块精度会影响最终结果。
2. 开关量输出
传感器内部可以设置上下限。
例如:
小于49.90 mm → LOW
49.90~50.10 mm → GO
大于50.10 mm → HIGH
对应输出可能包括:
-
LOW;
-
GO;
-
HIGH。
PLC直接读取判定结果,不需要自己换算。
3. 数字通信输出
数字通信可以直接读取传感器内部计算后的数值。
与模拟量相比:
-
不需要经过电压、电流和PLC模拟量换算;
-
数值精度通常保留得更完整;
-
可以读取更多状态;
-
通信程序更复杂;
-
通信故障需要单独处理。
九、重要选型参数
1. 基准距离
基准距离决定传感器安装后,正常被测表面距离传感器大约多远。
例如:
-
10mm;
-
20mm;
-
50mm;
-
100mm;
-
200mm;
-
500mm。
机械结构设计时必须提前预留安装距离。
2. 测量范围
常见:
-
±1mm;
-
±5mm;
-
±10mm;
-
±20mm;
-
0~100mm;
-
100~500mm。
应覆盖工件的最大位置变化以及机械误差。
量程不能选得太小,否则工件稍微偏移就会超量程。
量程也不宜选得过大,因为通常:
量程越大,分辨率和精度越低
3. 重复精度
重复精度表示同一个物体放在同一个位置,反复测量时结果的一致程度。
例如重复精度:
0.5 μm
1 μm
5 μm
10 μm
重复精度对自动化检测很重要。
例如同一个标准块连续测量:
10.002 mm
10.001 mm
10.003 mm
10.002 mm
说明重复性较好。
4. 线性精度
线性精度表示传感器在整个测量范围内,测量值与真实值之间的最大偏差。
常见表示:
-
±0.05% F.S.;
-
±0.1% F.S.;
-
±0.2% F.S.。
例如量程20mm,线性度±0.1%F.S.:
最大线性误差约为:
20 mm × 0.1%
= 0.02 mm
重复精度高,不代表绝对精度一定高。
5. 分辨率
分辨率表示传感器能够识别的最小位移变化。
例如:
-
0.1μm;
-
1μm;
-
5μm;
-
10μm;
-
0.01mm。
分辨率越高,不代表整个系统最终一定能达到相同测量精度。
最终精度还受以下因素影响:
-
机械振动;
-
工件表面;
-
安装刚性;
-
温度漂移;
-
PLC采集精度;
-
标定方式;
-
环境光。
6. 采样频率
采样频率表示传感器每秒测量多少次。
常见:
-
100Hz;
-
1kHz;
-
5kHz;
-
10kHz;
-
20kHz;
-
100kHz。
静态高度检测不一定需要很高采样频率。
以下应用则需要较高频率:
-
高速流水线;
-
转轴跳动;
-
振动检测;
-
薄膜抖动;
-
高频动态位移。
7. 响应时间
响应时间决定物体位置变化后,输出多久更新。
响应时间可能为:
-
10ms;
-
1ms;
-
100μs;
-
10μs。
高速测量时,不仅要看采样频率,也要看:
-
滤波参数;
-
平均次数;
-
PLC扫描周期;
-
通信周期;
-
触发方式。
8. 激光光斑大小
激光光斑可能是:
-
小圆点;
-
大光斑;
-
线形光斑;
-
椭圆光斑。
小光斑适合:
-
小零件;
-
边缘;
-
狭窄位置;
-
微小特征。
线形光斑更适合:
-
粗糙表面;
-
有纹理表面;
-
金属加工面;
-
表面反射不均匀的物体。
9. 被测物颜色
不同颜色反射能力不同。
一般来说:
-
白色表面反射较强;
-
黑色表面反射较弱;
-
深色橡胶可能难测;
-
高亮金属容易产生镜面反射;
-
透明物体可能出现多重反射。
选型时应确认传感器是否适合:
-
黑色材料;
-
高反光金属;
-
透明玻璃;
-
半透明塑料;
-
粗糙表面。
10. 安装角度
激光位移传感器一般要求接近垂直测量物体表面。
如果表面倾斜过大:
-
反射光可能无法进入接收器;
-
测量值跳动;
-
无法测量;
-
精度下降。
不同型号允许的倾斜角度不同。
11. 温度特性
环境温度变化可能造成:
-
传感器内部结构热胀冷缩;
-
发光元件漂移;
-
安装支架变形;
-
被测工件尺寸变化。
参数中可能标注:
温度特性:0.01% F.S./℃
高精度设备需要:
-
控制环境温度;
-
预热传感器;
-
做温度补偿;
-
使用低热膨胀支架。
12. 防护等级
常见:
-
IP40;
-
IP54;
-
IP65;
-
IP67。
在油污、水雾、粉尘环境中,应选择适合的防护等级。
镜头表面如果沾上:
-
灰尘;
-
水滴;
-
油膜;
-
金属粉;
会严重影响测量。
13. 激光等级
常见激光等级:
-
Class 1;
-
Class 2;
-
Class 3R。
设备设计时需要注意激光安全。
即使是可见红光,也不应长时间直视光束或让激光直接照射人眼。
必要时增加:
-
防护罩;
-
安全标识;
-
观察窗;
-
联锁结构;
-
激光关闭控制。
十、正常状态是什么
激光位移传感器正常时,一般应满足:
-
电源指示正常;
-
激光正常发射;
-
被测物在测量范围内;
-
测量值稳定;
-
不出现超量程报警;
-
输出随物体位置变化而变化;
-
通信数据持续更新;
-
判定输出与设定范围一致。
例如目标位置为50mm:
物体向传感器靠近
↓
距离值减小
物体远离传感器
↓
距离值增大
但部分厂家可能将位移方向定义为相反,因此要以参数定义为准。
十一、常见故障现象
1. 一直显示超量程
可能原因:
-
物体距离太近;
-
物体距离太远;
-
安装位置错误;
-
传感器量程选错;
-
物体表面反射太弱;
-
激光没有照到物体;
-
传感器接收不到反射光;
-
透明物体造成透射;
-
镜头被污染。
2. 测量值跳动很大
可能原因:
-
设备振动;
-
支架刚性不足;
-
工件表面粗糙;
-
表面高反光;
-
表面颜色变化;
-
物体倾斜;
-
环境光干扰;
-
电气干扰;
-
滤波参数过小;
-
测量点落在边缘或孔洞位置。
3. 同一个工件每次测量结果不同
可能原因:
-
工件定位不一致;
-
工装存在间隙;
-
工件自身表面不一致;
-
测量位置发生变化;
-
传感器支架松动;
-
工件振动;
-
测量时机不同;
-
传感器尚未稳定;
-
使用移动平均造成响应延迟。
4. 黑色物体测量不稳定
黑色材料反射光弱。
可能表现为:
-
无法测量;
-
测量值跳动;
-
经常超量程;
-
响应速度下降。
解决方向:
-
选择适合黑色目标的型号;
-
调整曝光或灵敏度;
-
减小测量距离;
-
调整角度;
-
使用更强的反射模式;
-
更换其他测量原理。
5. 金属镜面测量异常
镜面金属会产生方向性很强的反射。
如果反射光偏离接收器,传感器可能完全收不到信号。
解决方向:
-
调整传感器倾斜方向;
-
使用适合镜面测量的型号;
-
使用光谱共焦传感器;
-
改变测量表面;
-
使用漫反射处理;
-
避免激光垂直反射回错误方向。
6. 透明玻璃测量不稳定
透明材料可能同时产生:
-
上表面反射;
-
下表面反射;
-
内部多次反射;
-
透射。
普通三角测量式激光位移传感器可能无法稳定区分测量面。
可以考虑:
-
透明体专用激光位移传感器;
-
光谱共焦传感器;
-
共焦位移传感器;
-
双峰识别功能。
7. 模拟量与传感器显示值不一致
可能原因:
-
PLC量程设置错误;
-
0~10V和4~20mA模式选错;
-
模拟量换算公式错误;
-
输出零点设置错误;
-
输出方向设置相反;
-
PLC模拟量分辨率不足;
-
信号线受干扰;
-
AI公共端接线错误。
十二、使用万用表定位故障
1. 检查供电
万用表调至直流电压档。
测量传感器电源正负极:
正常应接近DC 24V
如果电压过低或没有电压,检查:
-
开关电源;
-
熔断器;
-
端子排;
-
电缆;
-
0V公共端;
-
接头。
2. 检查PNP输出
黑表笔接0V,红表笔测输出线。
输出ON时:
电压应接近24V
输出OFF时:
电压通常接近0V
3. 检查NPN输出
输出ON时,输出线会被拉向0V。
输出OFF时,受PLC输入回路影响,可能接近24V。
必须确保传感器和PLC公共端接法正确。
4. 检查0~10V模拟量
黑表笔接0V,红表笔接模拟量输出。
移动被测物体时,电压应连续变化。
例如:
近端:0V
中间:5V
远端:10V
如果传感器显示值变化,但模拟电压不变,可能是:
-
模拟输出未启用;
-
输出线接错;
-
输出参数配置错误;
-
输出端损坏。
5. 检查4~20mA输出
万用表调至直流电流档,并串联进回路。
正常电流应在:
4~20mA
如果为0mA,可能是:
-
回路断开;
-
传感器无供电;
-
电流输出未启用;
-
接线错误;
-
输出损坏。
十三、通过PLC定位故障
1. 查看数字量输入状态
观察传感器本体输出指示灯和PLC输入点是否同步。
如果传感器指示灯变化,PLC输入不变化,重点检查:
-
PNP/NPN是否匹配;
-
PLC输入公共端;
-
输入线;
-
PLC输入点;
-
地址是否正确。
2. 查看模拟量原始值
不要只看程序换算后的毫米值,还要看PLC模拟量原始值。
例如:
传感器显示值变化
PLC原始值不变化
说明问题可能在:
-
接线;
-
模拟量输入模块;
-
输入通道设置;
-
输出模式;
-
信号公共端。
如果原始值变化,但换算结果错误,通常是程序换算问题。
3. 使用标准信号测试PLC模块
可以暂时断开传感器,使用:
-
0~10V信号源;
-
4~20mA信号发生器。
如果PLC读取正常,说明PLC模拟量模块和程序大概率正常。
故障更可能在:
-
激光位移传感器;
-
输出设置;
-
现场线路。
4. 查看传感器报警状态
通信型传感器通常可以读取:
-
光量不足;
-
光量过强;
-
超量程;
-
目标丢失;
-
传感器温度异常;
-
控制器故障;
-
通信故障。
不能只看最终位移值,也要看测量质量和报警状态。
5. 交叉替换法
将正常通道与异常通道交换。
如果故障跟着传感器走,可能是:
-
传感器本体;
-
传感器设置;
-
镜头污染;
-
被测物表面;
-
安装位置。
如果故障留在原位置,可能是:
-
线路;
-
PLC通道;
-
机械结构;
-
程序;
-
环境干扰。
十四、安装位置和机械结构要求
1. 安装支架必须有足够刚性
激光位移传感器可能需要检测微米级变化。
如果支架自身发生0.05mm振动,测量结果就会跟着变化。
因此不能简单使用:
-
过长的薄钢板;
-
容易弯曲的铝片;
-
单点悬臂结构;
-
松动的万向支架。
更适合采用:
-
厚壁支架;
-
短悬臂结构;
-
加强筋;
-
双点固定;
-
独立测量支架;
-
花岗岩或稳定基座。
2. 传感器和被测物要有共同基准
如果传感器安装在设备机架上,而工件安装平台独立振动,传感器会把两者相对振动当成位移变化。
高精度测量时,传感器支架与工件基准应尽量安装在同一稳定结构上。
3. 避免测量工件边缘
激光光斑如果落在:
-
工件边缘;
-
台阶交界;
-
孔洞;
-
缝隙;
-
圆弧边缘;
反射光可能同时来自多个高度,引起测量跳动。
测量点应尽量选择完整、稳定的表面。
4. 避免强振动源
传感器应尽量远离:
-
冲床;
-
振动盘;
-
高速电机;
-
气锤;
-
压装机构;
-
机械冲击位置。
必要时采用:
-
独立支架;
-
减振结构;
-
测量延时;
-
机械停止后再测量;
-
多次平均。
5. 保持镜头清洁
镜头前方不能长期积聚:
-
油雾;
-
水雾;
-
粉尘;
-
焊烟;
-
金属屑;
-
胶水。
可以增加:
-
防护玻璃;
-
正压吹气;
-
气幕;
-
防尘罩;
-
定期清洁结构。
但防护玻璃也可能造成反射和折射,必须确认是否影响测量。
6. 避免环境光直射
强烈阳光、频闪灯、高亮照明可能影响传感器接收。
可以采用:
-
遮光罩;
-
调整安装角度;
-
减少外部强光;
-
使用抗环境光能力更强的型号。
7. 预留调整结构
机械设计时建议预留:
-
前后距离调整;
-
左右调整;
-
高度调整;
-
角度微调;
-
锁紧机构。
因为实际安装时需要将被测表面调到传感器量程中心附近。
十五、为什么激光位移传感器型号很多
同样是激光位移传感器,型号差异可能来自:
-
基准距离;
-
测量范围;
-
重复精度;
-
线性精度;
-
分辨率;
-
采样频率;
-
响应时间;
-
光斑大小;
-
点光斑或线光斑;
-
红色激光或蓝色激光;
-
是否适合黑色物体;
-
是否适合高反光金属;
-
是否适合透明材料;
-
传感器头与控制器是否分离;
-
PNP还是NPN;
-
0~10V还是4~20mA;
-
是否支持EtherCAT;
-
是否支持多头同步;
-
防护等级;
-
电缆长度;
-
接头形式;
-
激光等级;
-
工作温度;
-
安装结构。
因此,选型时不能只说:
需要一个精度很高的激光位移传感器
必须明确:
测量对象是什么
测量距离是多少
变化范围是多少
允许误差是多少
表面是什么材质
工件是否运动
采样速度是多少
PLC使用什么接口
十六、激光位移传感器和接近传感器的区别
| 对比项 | 激光位移传感器 | 接近传感器 |
|---|---|---|
| 主要功能 | 测量具体距离 | 判断有没有物体 |
| 输出结果 | 连续数值 | ON/OFF |
| 精度 | 高 | 一般 |
| 输出方式 | 模拟量、通信、开关量 | PNP、NPN |
| 价格 | 较高 | 较低 |
| 调试难度 | 较高 | 较低 |
| 表面影响 | 较明显 | 相对较小 |
| 典型用途 | 高度、厚度、段差 | 到位、有无检测 |
如果只是判断工件是否到位,没有必要一定使用激光位移传感器。
如果需要知道工件到底偏差了多少,就需要位移传感器。
十七、激光位移传感器和激光测距传感器的区别
激光测距传感器通常用于:
-
米级距离;
-
货物位置;
-
堆垛高度;
-
行车距离;
-
物流定位。
激光位移传感器通常用于:
-
毫米级范围;
-
微米级变化;
-
高度检测;
-
厚度检测;
-
段差检测;
-
精密位置检测。
两者都测距离,但重点不同:
激光测距传感器:
距离较远,精度相对较低
激光位移传感器:
距离较近,精度更高
十八、典型检测流程
例如检测零件高度:
工件到位
↓
PLC收到到位信号
↓
等待工件稳定
↓
触发激光位移传感器测量
↓
读取位移值
↓
与上下限比较
↓
输出合格或不合格
程序中不应在工件还在高速移动或振动时立即取值。
常见处理方式:
-
工件定位;
-
延时100~500ms;
-
连续采集若干次;
-
去除最大值和最小值;
-
计算平均值;
-
进行合格判断。
十九、选型示例
设备需要检测金属零件高度,标准高度为20mm,允许误差±0.05mm,工件表面为加工铝件,PLC具有4~20mA模拟量模块。
可以考虑:
类型:激光三角位移传感器
基准距离:50 mm左右
测量范围:±5 mm
重复精度:不高于5 μm
线性精度:优于±0.02 mm
采样频率:1 kHz以上
输出:4~20mA
辅助输出:PNP合格/不合格输出
供电:DC 24V
光斑:小光斑或线光斑
防护等级:IP65
机械安装要求:
传感器安装在刚性支架上
被测表面位于量程中心
测量点避开边缘和刀纹明显区域
工件定位后再采集
PLC处理:
读取模拟量
↓
换算实际距离
↓
减去基准距离
↓
得到工件高度或高度差
↓
与19.95~20.05 mm比较
二十、激光位移传感器最核心的理解
激光位移传感器不是直接知道"工件高度是多少",它首先测得的是:
传感器到工件表面的距离
工件高度、厚度、段差和平面度,通常都是基于这个距离值,再结合:
-
机械基准;
-
空载基准;
-
标准件标定;
-
多传感器结果;
-
PLC计算;
间接得到的。
因此,测量系统是否准确,不仅取决于传感器本身,还取决于:
-
机械结构是否稳定;
-
工件定位是否一致;
-
测量表面是否适合;
-
安装距离是否正确;
-
标定是否可靠;
-
PLC换算是否正确;
-
环境振动和温度是否受控。
