Подписка на новости

Опрос

Нужны ли комментарии к статьям? Комментировали бы вы?

Реклама

 

2006 №7

Компания SICK: датчики расстояния серии DT60 и DL60

Лысенко Олег


В статье рассказывается о датчиках расстояния серий DT60/DL60 и DS60, которые изготавливаются фирмой SICK и используются для решения самых различных промышленных задач — от предотвращения столкновений кранов до измерения геометрических параметров объекта. Эти серии датчиков расстояния — одни из самых популярных и недорогих изделий в линейке продукции компании.

Введение

Сегодня в промышленности для измерения расстояний, линейного положения и перемещений объектов широко используются следующие принципы:

  • индуктивный (LVDT и ВЧ датчики на основе принципа вихревых токов);
  • ультразвуковой (time of flight);
  • магнитный принцип (магнитные датчики приближения, линейные энкодеры или магнитостриктивные датчики);
  • преобразование вращательного движения в линейное (энкодеры с тросовым барабаном), или наоборот, линейного в угловое;
  • оптический триангуляционный принцип;
  • оптический радарный (time of flight) принцип, основанный на измерении времени полета светового (лазерного) луча.

Каждый из этих принципов имеет свои достоинства и недостатки и предназначен для решения определенного спектра задач.

Немецкая компания SICK AG является мировым лидером в производстве датчиков расстояния и предлагает широкую линейку устройств, созданных на основе многих из указанных принципов и предназначенных для решения самых различных задач.

На рис. 1 показан ассортимент датчиков расстояния компании SICK, рассчитанных на большой диапазон измерений (200–20 000 мм и выше, в зависимости от версии датчика и режима). К числу таких устройств относятся энкодеры серии Pomux 53 (линейный энкодер, работающий на основе магнитного принципа) и серии BTF/PRF (с тросовым барабаном), оптические (лазерные) — триангуляционные и радарные датчики. Для получения исходного светового луча лазерные радарные датчики (лидары) SICK используют лазерные диоды, а для формирования отраженного луча — принцип отражения от объекта или принцип отражения от рефлектора.

Рис. 1. Ассортимент датчиков расстояния большого диапазона компании SICK
Рис. 1. Ассортимент датчиков расстояния большого диапазона компании SICK

Аналоговые датчики с отражением от объекта DT60 и с отражением от рефлектора DL60, а также датчики серии DS60 c двумя инвертированными переключаемыми выходами, которые подробно рассмотрены в данной статье, позволяют решить большинство стандартных задач и отличаются относительно невысокой ценой.

Маркетинговые цели

Еще в 1990-х годах компания наладила выпуск датчиков серий DS60/DT60/DL60, преследуя следующие цели:

  • удовлетворить рыночный спрос на недорогие аналоговые датчики расстояния;
  • закрыть «продуктовый зазор» между нишей недорогих датчиков ближнего расстояния DT2/DT10/DT20 (0,05–0,5 м) и рыночным сегментом топ-серий DT500/DME4000/DME5000 с высокими рабочими характеристиками (диапазоном дальности от 0,15 до 30–300 м, в зависимости от серии датчика и режима);
  • расширить ассортимент предлагаемых датчиков расстояния.

Принцип работы

Принцип работы датчиков серий DS60/DL60/DT60 основан на измерении времени полета луча в сочетании с измерением разности фаз между исходящим сигналом и отраженным от объекта (рис. 2). Такая схема позволяет измерять расстояния с высокой точностью и на больших расстояниях (до 1100 м).

Рис. 2. Принцип работы лазерного датчика расстояния DT60
Рис. 2. Принцип работы лазерного датчика расстояния DT60

Датчик расстояния DT60

Датчик с аналоговым токовым выходом DT60 (рис. 3) предназначен для измерения расстояния до объекта. Лазерный радарный датчик-дальномер DT60— одно из наиболее популярных решений, в которых заинтересован рынок. В отличие от многих других типов датчиков расстояния, данное устройство обладает точностью, не зависящей от диапазона и характеризующейся постоянным значением.

Рис. 3. Внешний вид датчиков серий DT60/DL60/DS60 с лицевой стороны
Рис. 3. Внешний вид датчиков серий DT60/DL60/DS60 с лицевой стороны

Основные технические характеристики и отличительные признаки дальномера DT60:

  • измеряемый диапазон: 200–5300 мм (90%-ная отражательная способность белого объекта);
  • аналоговый токовый выход 4–20 мА с дополнительным переключаемым выходом;
  • точность: ±10 мм;
  • разрешение: 1,5 мм;
  • степень защиты IP67;
  • рабочий диапазон температур –25…55 °С;
  • доступность в версиях plug & play и teach-in.
Рис. 4. Тыльная сторона датчика DT60 с кнопкой настройки Teach и индикатором выбора режимов
Рис. 4. Тыльная сторона датчика DT60 с кнопкой настройки Teach и индикатором выбора режимов

Варианты teach-in и plug&play различаются по исполнению. Стандартной версией изделия является teach-in. В этом случае, используя кнопку Teach, можно задавать необходимую дистанцию (рис. 4). Включение устройства происходит следующим образом:

  • Подключить питание к датчикам DT60/DL60.
  • Навести видимый луч лазера на объект.
  • Перевести переключатель в режим 4mA и нажать кнопку Teach для настройки ближней границы диапазона.
  • Перевести переключатель в положение 20 мА и нажать Teach для настройки дальней границы.
  • Перевести переключатель в положение Run.

Для серийных производителей оборудования больше подходит версия plug&play. В этом случае необходимый диапазон работы программируется на заводе, и заказчику остается только установить оборудование без дополнительной настройки. Кстати, при заказе не обязательно приобретать минимальную партию, необходимо указывать лишь рабочий диапазон. Не менее важно и то, что цена исполнения plug&play аналогична версии teach-in.

При эксплуатации оптических датчиков расстояния следует учитывать ряд интересных моментов, о которых заказчик должен знать.

Прежде всего, имеет смысл поговорить о рабочем диапазоне. Для датчика серии DT60 рабочий диапазон определен в 200–5300 мм, но эти значения справедливы только при измерении расстояния до белых объектов с отражательной способностью 90%. Для серых предметов (отражательная способность 18%) рабочая дистанция уменьшается до 200–5000 мм, а для черных (9%) она почти втрое меньше — 200–2000 мм. На рис. 5 показано соотношение рабочей дистанции различных датчиков расстояния и цвета материала: белый (90% ремиссии) и черный (18% ремиссии).

Рис. 5. Рабочая дистанция датчиков расстояния SICK в зависимости от цвета материала (черный или белый)
Рис. 5. Рабочая дистанция датчиков расстояния SICK в зависимости от цвета материала (черный или белый)

Следующий важный момент — размер светового пятна. Несмотря на то что датчики этой серии используют для измерения расстояния лазерный луч, существует некоторый установленный разлет луча. В документации к датчику размер светового пятна на дистанции 2000 мм определен в 10 мм. Для вычисления размера пятна на других дистанциях требуется решить обычную пропорцию. Например, на дистанции 5000 мм размер пятна будет равен 10 мм × 5000 мм/2000 мм = 25 мм.

Для того чтобы рассчитать питание датчика (18–30 В), необходимо учитывать также, что потребление мощности лазерными приборами не превышает 3 Вт.

И еще одна очень важная характеристика — постоянное время отклика датчика. Для версии fast его значение составляет 30 мс, а для long range — 50–250 мс.

Датчик расстояния DL60

В отличие от предыдущего, датчик DL60 (рис. 3) работает на основе отражения от рефлектора с высокой отражающей способностью, что позволяет измерять значительно большие расстояния — до 24 м. В данной серии предусмотрен датчик, измеряющий расстояния до 40 м.

Основные технические характеристики и отличительные признаки дальномера DL60:

  • измеряемый диапазон 300–24 000 мм (существует возможность изготовить специальное изделие для измерения расстояния до 40 м);
  • токовый аналоговый выход 4–20 мА и переключаемый выход;
  • точность: ±15 мм;
  • разрешение: 7 мм;
  • степень защиты IP67 (возможность работы с погружением датчика в воду);
  • рабочий диапазон температур –25…55 °С;
  • доступные версии — plug & play и teach-in;
  • наличие версий с малым временем отклика и версий, рассчитанных на больший диапазон.

Датчик расстояния DS60

Лидарный датчик DS60 (рис. 3) с двумя инвертированными переключаемыми выходами предназначен для решения очень широкого спектра задач.

Основные технические характеристики данного дальномера и важнейшие признаки:

  • измеряемый диапазон 200–6000 мм (отражательная способность 90% — белый объект)/200–20 000 мм (с отражением от рефлектора);
  • подавление заднего фона до 100 м (блики от объектов за пределами рабочего диапазона не приводят к ложным срабатываниям);
  • 2 переключаемых инвертированных выхода;
  • степень защиты IP67;
  • рабочий диапазон температур –25…55 °С;
  • версии с видимым/инфракрасным лучом;
  • версии с переключением на частотах 10 и 50 Гц;
  • наличие версий с настройкой на задний фон — в этом случае срабатывание датчика происходит при появлении объекта между фоном и датчиком.
Рис. 6. Тыльная сторона датчика DS60 с кнопкой настройки Teach и индикатором выбора режимов
Рис. 6. Тыльная сторона датчика DS60 с кнопкой настройки Teach и индикатором выбора режимов

Обучение датчика DS60 двум границам диапазонов происходит аналогично предыдущим датчикам, DT60 и DL60 (рис. 6). Процедура обучения состоит из следующих этапов:

  1. Подключить питание к датчику DS60.
  2. Навести видимый луч лазера на объект.
  3. Повернуть переключатель в положение Q1 или Q2 и нажать кнопку Teach.
  4. Перевести переключатель в положение Run.

Дополнительные принадлежности

Рассмотренные датчики расстояния могут использоваться в самых разных условиях. Для работы на улице предусмотрен специальный кожух для защиты от различных погодных условий (рис. 7).

Рис. 7. Защитный кожух датчиков DT60/DL60/DS60
Рис. 7. Защитный кожух датчиков DT60/DL60/DS60

Для версии DL60 существует также целый набор отражателей различного геометрического размера и отражательная самоклеющаяся пленка.

Сферы применения

Можно выделить четыре основные области применения, где используются лидарные датчики расстояния:

  • погрузочно-разгрузочные операции;
  • автомобильная промышленность;
  • робототехника и различные автоматизированные системы;
  • бумажная промышленность и полиграфия.

Несколько примеров использования датчиков расстояния приведены на рис. 8–13.

Рис. 8. Использование датчиков DT60 для определения свободных ячеек на складе
Рис. 8. Использование датчиков DT60 для определения свободных ячеек на складе

Датчики расстояния DT60 в том числе применяются:

  • автоматизация небольшого фармацевтического склада (рис. 8) — для определения количества свободных ячеек на складе;
  • определение положения в автомобильной промышленности (рис. 9) — настройка посредством датчика DT60 положения автомобильного сидения во время его изготовления;
  • контроль на конвейерных линиях (рис. 10) — определение положения на конвейерной линии и размеров коробок;
  • автоматизация склада — определение свободного места на складе для загрузки новыми паллетами с грузом.

Некоторые примеры использования датчиков расстояния DL60/DS60:

  • автоматизированная транспортная система (рис. 11) — датчики применяются для избежания столкновений в пределах автоматизированной рельсовой транспортной системы;
  • автоматизированные ворота (рис. 12) — во избежание столкновений автоматизированных ворот;
  • автомобильная промышленность (рис. 13) — для поддержания требуемого расстояния между автомобильными дверями на конвейерной линии.

Более подробную информацию об этих и других изделиях можно получить на сайтах www.sick-automation.ru, www.sick.com

Рис. 9. Использование датчиков DT60 для настройки положения автомобильного сидения
Рис. 9. Использование датчиков DT60 для настройки положения автомобильного сидения
Рис.10. Использование датчиков DT60 для измерения размеров коробок на конвейере
Рис.10. Использование датчиков DT60 для измерения размеров коробок на конвейере
Рис.11. Применение датчиков DL60 для избежания столкновений в автоматизированной рельсовой транспортной системе
Рис.11. Применение датчиков DL60 для избежания столкновений в автоматизированной рельсовой транспортной системе
Рис.12. Пример использования датчиков DL60 для автоматизации ворот
Рис.12. Пример использования датчиков DL60 для автоматизации ворот
Рис.13. Применение датчиков DL60 для поддержания заданных промежутков на конвейере в автомобильной промышленности
Рис.13. Применение датчиков DL60 для поддержания заданных промежутков на конвейере в автомобильной промышленности

Литература

  1. Материалы презентаций компании SICK
  2. http://www.sick-automation.ru
  3. http://www.sick.com
  4. http://extranet.sick.de
  5. http://www.sensor.ru

Скачать статью в формате PDF  Скачать статью Компоненты и технологии PDF

 


Другие статьи по данной теме:

Сообщить об ошибке