M5 - Бесконтактные оптические датчики

Измерение толщины Непрерывное измерение в процессе производства	Контроль уровня жидкости Точное измерение при дозировании жидкости
Контроль интегральных схем (ИС) Контроль точности размеров и ориентации контактов ИС	Контроль плоскостности Контроль плоскостности в процессе производства
Измерение канавки Для измерения канавки одновременно выполняется сканирование в двух или более точках	Контроль положения Определение глубины/расположения сверлений
Расход / Количественный учет Определение наличия материала или количественный учет	Контроль сверлений Определение глубины/расположения сверлений

Характеристики

• Широкий диапазон измерений от 0,5 до 400 мм
• Диапазон свыше 400 мм по требованию заказчи-ка
• Частота измерения 10 кГц, 25 кГц или 500 кГц
• Свой тип датчика для конкретных задач
• Аналоговый выход ± 10 В постоянного тока
• Разрешение/воспроизводимость < 0,1 мкм
• Результат не зависит от вариаций типа и цвета поверхности
• Автоматическая адаптация под черные поверх-ности
• Сфокусированный луч диаметром до 50 мкм
• Устойчивость к внешнему освещению до 20 000 люкс
• Время реакции по выбору 0,04/0,2/2/20 мс
• астраиваемые пороговые значения для "слиш-ком далеко/OK/слишком близко"
• Аналоговый вывод для силы отраженного света
• Выводы самоконтроля для "недостаточ-ной/излишней интенсивности" света
• Допускается измерение толщины прозрачныхобъектов

Примеры использования

• Контроль размеров
• Определение положения небольших деталей
• Определение положения деталей на конвейерной ленте
• Индикация готовности матрицы пресса
• Определение наложения материала
• Проверка излома инструмента
• Контроль позиционирования инструмента деталей большие зазоры
• Определение положения манипулятора робота
• Определение наличия/отсутствия небольших деталей
• Определение положения предмета через не-большие зазоры
• Проверка глубины отверстий
• Контроль уровня

Дополнительные возможности

• Два датчика для проведения сверхточных изме-рений
• Вывод на 0-10 В пост. тока, ± 5 В или 4 – 20 мА
• Дополнительные датчики по требованию заказ-чика
• Интерфейс RS 232

Принадлежности

• Цифровой дисплей:

- Программируемая калибровка
- Смещение нуля
- Хранение минимальных значений
- Хранение максимальных значений
- Регулируемое время реакции и измерения
- 2 цифровых порога по выбору
- 2 релейных вывода
- последовательный интерфейс RS 232

• Тепло- и пылезащитный корпус

Программное обеспечение

• Программа ПК для контроля точности размеров на линиях автоматизированного производства с функцией самообучения
• Программа ПК для распознавания движущихся объектов

=====================================================

рисунок1

=====================================================

Оптический датчик M5 используется при необходимости использовать бесконтактную технологию измерения. Датчики M5 изготавливаются с широким диапазоном технических характеристик. Для каждой задачи предусмотрен свой датчик. Датчики различаются диапазоном измерения, диаметром луча и длиной волны. Существует два различных источника света. Первый – это лазер, используемый в датчике
M5/LASER, второй – светодиод, используемый в датчике M5/LED. У каждого типа есть свои преимущества в зависимости от области применения. Использование новых комплектующих позволило сделать конструкцию M5 намного более компактной и менее дорогостоящей, чем большинство других бесконтактных оптических датчиков, использующих триангуляционный принцип.

Сравнение датчиков M5/LED и M5/LASER

Преимущества датчиков M5/LED:
• Более высокая точность на черных объектах
• Отсутствует опасность повредить зрение
• Больший диаметр луча позволяет лучше интегрировать шероховатые поверхности
• Проверка наличия царапин на поверхности
• Низкая цена

Преимущества датчиков M5/LASER:
• Меньше время реакции. Время наращения сиг нала для M25 составляет 40 мкс
• Меньший диаметр луча позволяет различать незначительные вариации структуры объекта
• Более высокая точность для разнородных по цвету объектов (переход от светлого к темному в пределах диаметра луча)
• Отсутствует неоднозначность результатов, вызываемая рассеянием света блестящими объектами по краю луча

Описание
Оптические датчики перемещения тройного диапазона серии M5 предназначены для бесконтактного определения наличия объектов. Они измеряют перемещение объекта по триангуляционному принципу в диапазоне от 0,5 до 400 мм. Аналоговый выходной сигнал представляет собой сигнал напряжения, линейно отражающий отклонения от
опорной точки, и имеет диапазон ±10 В постоянного тока, либо, дополнительно, ±5 В постоянного тока или 4-20 мА. Датчик генерирует световые импульсы, что делает сигнал независимым от внешнего освещения. Диффузно отраженный луч проецируется через линзу на датчик положения (PSD). Интенсивность светового потока луча регулируется автоматически в зависимости от коэффициента отражения поверхности. Если интенсивность отраженного луча слишком низкая и не может быть отслежена, вывонизкая и не может быть отслежена, выводится сообщение об ошибке F1 (недостаточная интенсивность света). Зеркальные поверхности, отражающие луч непосредственно в датчик положения вызывают ошибку F2 (излишняя интенсивность света). Сообщения об этих ошибках отображаются отдельными светодиодами и являются логическими выходными сигналами. В дополнение к этому предусмотрен вывод сигнала напряжения, указывающий интенсивность света. Два компаратора (блока сравнения) могут быть настроены на определенные предельные значения измеряемого расстояния: "слишком далеко/OK/слишком близко". Светодиоды отображают реальное состояние. Дополнительно предусмотрены 3 релейных выхода.

Самоконтроль
Постоянно действующий встроенный механизм осуществляет непрерывный контроль интенсивности отраженного света.

Отклонения при измерении поверхностей

Влияние материала и света
Измерения могут осуществляться на объектах, изготовленных практически из любого материала, например, металла, пластмассы, керамики, резины или бумаги. Особые условия существуют только для объектов с высоким коэффициентом отражения и жидкостей. Для измерения стеклянных и зеркальных поверхностей необходимо использо-
вать датчики M54. Для корректной работы датчика диффузное отражение должно составлять не менее 10%.

Царапины в пределах диаметра луча
Значительные изменения поверхности измеряемого объекта в пределах диаметра луча могут привести к неверному результату измерения. Анализ поверхностных царапин с использованием данного эффекта способствует точности измерения. Для движущихся объектов средние (интегрированные) значения измерения остаются постоянными,
т.е. перепады, вызванные провалами и скачками объекта, подавляются.

Рассеянное световое излучение
Проецируемый луч дает незначительное рассеяние света, отражаемого в датчик. Тем не менее, если поверхность с высоким коэффициентом отражения приводит к тому, что рассеянный свет отражается непосредственно в датчик, возможно возникновение погрешностей. Однородные поверхности с постоянным коэффициентом отражения не вызывают подобных ошибок, если зеркальная поверхность находится за пределами пятна лазера, ошибки составляют <2%. Для снижения ошибок рекомендуется использовать датчик "M5/LASER" с диаметром луча меньше, чем у "M5/LED".

Проникновение луча света в измеряемый объект

Луч света проникает на определенную глубину в прозрачные пластмассы и мутные жидкости, преж де чем будет отражен. Эта глубина может быть определена дополнительно экспериментальным способом и должна добавляться к результатам измерений.

Разнородные по цвету объекты

При измерении объектов со светлыми и темными полосами, полосы должны быть параллельны линии оптического центра. Для измерения подобных объектов лучше всего подходит датчик "M5\LASER", т.к. он имеет луч меньшего диаметра.

Переход от светлого к темному в пределах диаметра луча

При измерении поверхности с перемешанными темными и отражающими участками возможно появление ошибок, т.к. максимальное отражение света происходит не в центре пятна луча. Тем не менее, если граница раздела проходит параллельно линии оптического центра, вероятность погрешностей снижается.

Изменения интенсивности отражения в процессе измерения

Интенсивность света, излучаемого датчиком M5, регулируется автоматически в зависимости от отражающих характеристик поверхности материала.

Измерение толщины

Модель M5/D состоит из двух датчиков, при помощи которых производится измерение расстояния до двух сторон объекта. Сложением двух сигналов определяется толщина материала. Выходное напряжение варьируется в диапазоне от 0 до 10 В постоянного тока. Диапазон измерения зависит от диапазонов используемых датчиков. Внутри этого диапазона измерение толщины не зависит от положения датчиков. Каждый датчик имеет собственную электронную часть, световые импульсы синхронизируются. Датчики не влияют друг на друга, поэтому допускается измерение да же прозрачных материалов.

=====================================================

рисунок2

====================================================

Направление установки датчиков при измерении движущихся или разнородных по цвету объектов

При измерении движущихся или разнородных по цвету объектов датчик должен устанавливаться таким образом, чтобы линия оптического центра была перпендикулярна направлению движения (Рис. 4). В этом случае достигается более высокая точность измерения при наличии перепадов поверхности.

=====================================================

рисунок3

====================================================

рисунок4

====================================================

Влияние внешнего освещения

Внешнее освещение до 5 000 люкс не влияет на сигнал, при освещении до 20 000 люкс наблюдается незначительное влияние. Это соответствует средней интенсивности солнечного света на белой поверхности.

Зависимость точности измерений от угла установки

Если датчик установлен не под прямым углом к измеряемому объекту, выходной сигнал будет зависеть от угла установки датчика. Эта зависимость ниже при измерении матовых поверхностей, имеющих высокий уровень диффузного отражения, однако ее следует учитывать при измерении поверхностей с высоким коэффициентом отражения. Угловое смещение зависит от направления, как показано на рис. 5. Допускается установка датчика под углом ±30° к оси A и ±15° к оси B, при этом не возникнет значительных погрешностей измерения. Если угол является постоянным, изменение выходного сигнала может быть компенсировано перекалибровкой датчика.

=====================================================

рисунок5

====================================================

Протокол калибровки

К каждому датчику прилагается протокол калибровки по качеству, в котором представлены данные по действительному выходному сигналу в зависимости от расстояния до стандартной диффузно отражающей белой поверхности по всему диапазо- ну датчика. Погрешности в протоколе представлены как в относительных, так и в абсолютных величинах. На рис. 6 показан образец протокола калибровки датчика. Погрешность в нем увеличена в 40 раз для иллюстрации отклонения от действительного значения.

=====================================================

рисунок6

====================================================

Линеаризация

Приемным устройством является датчик положения (PSD), который не генерирует линейный выходной сигнал измеренного расстояния. Поэтому линеаризация выполняется электроникой с учетом различных коэффициентов отражения поверхности, при этом вырабатывается выходной сигнал напряжения, пропорциональный измеренному рас- стоянию.

Время реакции и частотный диапазон

Время наращения выходного сигнала датчиков M5/LASER значительно меньше, чем у M5/LED. У датчиков M5L время наращения до 90% от конечного значения составляет приблизительно 100 мкс, а у датчиков M25L – всего 40 мкс. На датчиках M5/LED тот же уровень достигается после прибли зительно 1мс. (см. также рис. 7).

=====================================================

рисунок7

====================================================

Микропереключатели в корпусе DIP (с двухрядным расположением выводов), расположенные в корпусе электронного блока, позволяют выбирать большее время интегрирования – 0,2, 2 или 20 мс, что снижает уровень помех и повышает точность измерения. Для выбора большего времени интег рирования необходимо, чтобы два переключателя находились во включенном состоянии и четыре – в выключенном (переключатель S6, рис. 8)

=====================================================

рисунок8

===================================================

====================================================

Помехи

Уровень помех от сигнала зависит от типа поверхности объекта. Типовое значение помех, измеренных при максимальной частоте на стандартной белой диффузной поверхности, составляет 10-30 мВ для M5L и 100 мВ для M25L. Увеличение времени интегрирования до 0,2, 2 или 20 мс значительно снижает уровень помех.

Регулируемые уровни переключения

В M5 предусмотрены два потенциометра для установки значений минимального и максимального уровней переключения, которые могут регулиро-ваться по всему диапазону.

Для избежания неустойчивых колебаний медленно изменяющегося сигнала в устройстве используется 0,5% гистерезис. Ниже минимального уровня активируется выходной сигнал минимума (MIN), между граничными уровнями вырабатывается сигнал OK, а выше максимального уровня активиру-ется выходной сигнал максимума (MAX).

Данные значения функционируют корректно только в пределах измерительного диапазона датчика. Если объект расположен слишком близко к датчи-объект расположен слишком близко к датчику или отстоит от него слишком далеко, показания могут быть неоднозначными. Для облегчения начала эксплуатации изготовитель устанавливает
значения по умолчанию.
Max. R2: + 10 В постоянного тока
Min. R1: - 10 В постоянного тока

Точность/Воспроизводимость

В отличие от механических систем, в бесконтактных оптических датчиках отсутствует гистерезис или неточности повторных измерений. Точность ограничивается уровнем помех, линейностью и качеством поверхности. При измерениях в микронном диапазоне следует также учитывать температурные колебания и механическую устойчи-
вость. Для более высокой точности измерения механически обработанных объектов (сверление, фрезерование, шлифовка) можно использовать двойной датчик M52.

Аналоговые выходные сигналы

Сигнал измеренного расстояния представляет собой сигнал напряжения [В], пропорциональный данному расстоянию [мм]. Линия опорного расстояния находится в середине диапазона измерения. Если объект находится дальше опорной линии, вырабатывается положительный сигнал (до +10 В постоянного тока), если объект находится
ближе опорной линии, вырабатывается отрицательный сигнал (до -10 В постоянного тока).
Выходной сигнал, характеризующий интенсивность отраженного луча изменяется в диапазоне от 0 до 10 В постоянного тока. Поверхности с высоким коэффициентом отражения порождают сигнал 7 В, сигнал свыше 4 В вызывает коррекцию интен сивности луча в сторону ее уменьшения, вследствие чего сигнал напряжения уже не является ли-
нейным представлением интенсивности отраженного света. При напряжении ниже 1 В датчик работает на пределе своих возможностей, в результате чего возможны помехи и погрешности измерений.

Выходные характеристики

=====================================================

рисунок9

====================================================

ыходные сигналы самоконтроля

Аварийные сообщения F1 (недостаточная интенсивность света) и F2 (излишняя интенсивность света) являются сигналами 24 В постоянного тока.
Пороговые значения для F1 могут регулироваться при помощи R3 (см. рис. 8).
Изготовителем установлены следующие значения:
Недост. интенсивность F1: 1 В, регулируется R3, измеряется в TP6
Излишн. интенсивность F1: 10 В, не регулируется
Если уровень сигнала упадет ниже F1 или превысит F2, загорится диод F1 или F2 соответственно.

Управляющий входной сигнал для лазерного диода

Во время простоя системы лазерный диод может быть отключен подачей сигнала 24 В постоянного тока на контакт 3 разъема. Данная возможность используется для защиты глаз в то время, когда лазерный луч свободно направлен в пространство.

Синхронизация двух датчиков

Чтобы избежать взаимовлияния двух датчиков, их необходимо синхронизировать. Данная функция используется в первую очередь для датчиков, расположенных близко друг к другу, а также при измерении толщины прозрачных материалов. При этом в системе один датчик будет главным, а дру-гой подчиненным.

Дополнительный аналоговый вывод для измерения толщины должен заказываться и определяться отдельно в зависимости от типа и диапазона измере-ний.

Установка датчика

Для достижения оптимальных результатов важно установить датчик под углом 90° к поверхности объекта.

Лазерный излучатель датчика M5 необходимо ус танавливать таким образом, чтобы исключить возможность отражения лазерного луча в глаза окру жающих.

Рядом с датчиком должна быть размещена хорошо видимая предупредительная табличка.
Для юстировки датчика можно использовать предупредительные светодиоды MIN, OK и MAX.

При поставке значения MIN и MAX установлены на границах диапазона измерения. Таким образом, пока горит светодиод OK, объект находится в диапазоне измерения. Светодиод OK горит пока объект, отражающий достаточное количество света, находится в диапазоне измерения.

Регулировку нулевого напряжения следует проводить сначала механически, затем, для более точной настройки, можно использовать потенциометр R4, который способен осуществлять регулировку в пределах ±5% диапазона измерения.

Примечание
Для устранения электромагнитных помех датчик при установке необходимо изолировать
при помощи прилагаемых изоляционных втулок.

Вероятные помехи

Источники оптических помех

• Искрение от электросварочного оборудованияизбегать прямого попадания на датчик
• Солнечный свет, отражающийся от поверхности объекта в датчик, также может оказать влияние
• Прямой солнечный свет, отражаемый в датчик, может значительно снизить точность.
• Электрический и флюоресцирующий свет не оказывает значительного влияния на сигнал (кроме M500, где модулируемый свет также может влиять на сигнал).

Источники электрических помех

• Линии электропередачи с высоким уровнем излучаемых помех, расположенные параллельно кабелю датчика.
• Высокие фоновые помехи от 24 В напряжения питания.
• Отсутствие изоляции измерительной головки усиливает влияние помех.

Для устранения влияния помех корпус датчика изолируется, тем не менее, к корпусу подключается аналоговый сигнал заземления через конденсатор на 22 нФ/200 В. Корпус электроники также изолируется.

Меры безопасности

Система M5/LASER обеспечивает защиту класса 2 или 3А, который указывается на табличке, как показано на рис. 10. Табличка должна устанавливаться таким образом, чтобы ее можно было увидеть прежде чем лазерный луч попадет в глаза. Лазерный луч не является опасным для кожи оператора, также не опасно для глаз смотреть на диффузно отраженное пятно лазера.

Для обеспечения безопасности оператора необходимо соблюдать следующие меры безопасности:

• Не смотреть прямо в луч лазера
• Не смотреть в луч лазера, отраженный от зеркальных поверхностей
• Не открывать оборудование для ремонта. Оборудование должно возвращаться на ремонт изготовителю.
• Не использовать элементы управления и регулировки, кроме указанных выше. Использование нестандартных устройств может подвергнуть Вас опасному воздействию лазерного излучения.

=====================================================

рисунок10

====================================================

Дополнительное оборудование / Аксессуары

Блок индикации MODIG-106-MEL

=====================================================

рисунок17

====================================================

Блок индикации предоставляет возможность отображения в режиме реального времени измеренного расстояния (мм). Для выходного сигнала ±10 В и диапазона измерения ±2 мм цифровая индикация имеет вид: 2.000.

Размеры

Размеры для установки в лицевую панель: ширина 96 мм / высота 48 мм / глубина 150 мм.

Питание 117 В~ или 230 В

Использование

Прост в использовании и программировании. Все функции блока индикации программируются при помощи трех кнопок.

Шкала

Перевод в физические единицы программируется при помощи клавиатуры, поэтому MODIG-106 может использоваться с большинством типов датчиков.

Аварийные сигналы

Для каждого параметра индикации предусмотрен аварийный сигнал. Выход за нижнюю или верхнюю границу диапазона сигнала отображается при помощи соответствующего светодиода. Кроме того, переключающие контакты или три выхода с открытым коллектором приводят в действие соответствующие реле. Для аварийных сигналов 1 и 2
может отдельно программироваться гистерезис и время задержки (кратное 0,5 с).

Интерфейс RS232

Блок индикации может дополнительно комплекто-
ваться интерфейсом RS232.

Минимальные/максимальные значения

Индикатор обеспечивает непрерывное хранение в памяти минимальных и максимальных значений. Их можно в любое время отобразить и переустановить нажатием кнопки.

Функция тарировки

Нажатием кнопки можно сбросить показания на ноль. Запрограммированное смещение также можно отобразить и сбросить на ноль нажатием кнопки.

Дополнительное оборудование для серии M5

Интерфейс RS232 и RS485

С апреля 1997 г. для датчиков серии M5 используется последовательный интерфейс со следующими характеристиками:
- разрешение: 12 бит
- скорость передачи: 1200-115000 бод (устанавливается переключателем DIP)
- формат передачи: 2 байта / 8N1 (8-битовый, без контроля четности, 1 стоповый бит)

Интерфейс RS232 не может использоваться совместно с релейным выходом и выходом на 4-20 мА. Более подробная информация предоставляется по запросу.

Красящий аэрозоль

Для точных измерений слабо отражающих поверхностей предлагается аэрозоль матового белого цвета.

Аналоговые выходы датчиков M5

Вместо стандартного выхода от -10 В до +10 В дополнительно можно заказать следующие варианты:
1. От 0 В до +10 В (10 мА)
2. От -5 В до +5 В (10 мА)
3. От 4 мА до 20 мА

Релейные выходы датчиков M5

Для логических выводов сигналов MIN, MAX и OK вместо стандартных выходов (24 В) можно заказать реле SPCO. Подробнее о выводах см. также ключ для составления заказа таблицу выходов.

Кабельное соединение

В случае ограничений по месту установки можно заказать измерительную головку атчика с выводом для подключения кабеля на правой стороне (стандартный вариант – на верхней
стороне), см. рис. 18.

=====================================================

рисунок18

===================================================

Измерение толщины при помощи M5D и M5LD

Для измерения толщин используются два синхронизированных датчика, выходные сигналы которых сводятся при помощи дифференциального усилителя в диапазоне от 0 до +10 В постоянного тока. Для настройки лучей датчиков можно использовать инфракрасную преобразовательную пластину размером 20 x 20 мм. Данная пластина позволяет одновременно видеть оба луча, что делает возможным осуществлять регулировку датчиков, пока лучи не будут расположены соосно. Для проверки работы системы можно использовать тонкий предмет – при его измерении должен вырабатываться одинаковый выходной сигнал, независимо от его размещения в рамках диапазона измерения. Для калибровки электронного модуля предусмотрены специальные потенциометры.

Двойной датчик M52 / Высокоточный /

Для объектов с перемежающимися темными и светлыми участками, царапинами или кристаллической оверхностью может использоваться двойной датчик, который обеспечивает точность, превышающую точность 20 мкм одного датчика. Два датчика положения (PSD) снижают погрешность, при этом может быть достигнута точность до 5 мкм.

Скоростные датчики M25 и M500 для вибрационных измерений

Для измерения высокоскоростных перемещений могут использоваться датчики M25 и M500. Для вибрационных измерений лучше всего подходят датчики с малым диапазоном измерения (см. таб-лицу)

Данная система имеет следующие преимущества в сравнении со стандартными системами измерения вибраций:

• Измерительная система не влияет на результат
• Вибрирующий объект может измеряться в различных положениях, что позволяет получить трехмерную картину колебаний.
•Облегчена работа с малыми объектами
• Полоса частот от токовых (DC) до 25 кГц. Более широкие полосы – по заказу.

Примеры использования:

1. вибрации реле
2. измерение резонанса
3. проверка коллекторов
4. дорожное покрытие
5. двигательные стенды

Конструкция M25 аналогична конструкции M5, однако M25 работает на частоте 125 кГц, и достигается предел 3 дБ частоты 25 кГц. Из-за высокой частоты измерения уровень шума несколько выше, чем у M5, остальные характеристики совпадают.

M500

Бесконтактный датчик, 500 кГц M500 функционирует как электроприбор и не использует световые импульсы. Для адаптации к изменениям интенсивности внешнего освещения датчик выполняет корректировку на свет через каждые 0,125-64 мс.

Данный цикл, называемый циклом установки нуля, запускается через каждые 0,125-64 мс автоматически. Продолжительность периода измерения устанавливается при помощи переключателей DIP. Во время цикла установки нуля сигнал установки нуля имеет высокое значение (см. рис. 19) и все другие выходные сигналы не могут быть определены.

=====================================================

рисунок13

====================================================

Для достижения наилучшей точности датчик должен быть смонтирован в корпусе, защищающем его от переменного освещения (лампа накаливания или неоновая лампа).

Технические характеристики предоставляются по запросу.

Официальный представитель фирмы в России - ООО"СЕНСОРИКА-М" 127474, Москва, а/я 57 тел: 487-0363 факс: (095) 487-7460 e-mail: info@sensorika.com