LASER
A TEMPO DI VOLO
Sono
quelli che per primo hanno caratterizzato le misure di distanza, da
pochi metri a centinaia di metri, su qualsiasi target naturale.
Per
fare un esempio, negli anni ’80 FAE promuoveva strumenti laser che
già utilizzavano un diodo allo stato solido ed una elettronica
digitale contenuti in una custodia di ca. 30x30x10cm.
Le
prestazioni consentivano di misurare a più di 100 metri di distanza
con una frequenza di misura di 100 Hz ed una precisione di qualche
centimetro, tuttavia il funzionamento e l’affidabilità di misura
erano strettamente legati al tipo di target, per cui un oggetto di
colore scuro non offriva adeguate garanzie di successo, dando spesso
come risultato “NO ECO”
 Il
nuovo Laser classe 1 “LS1501” può oggi misurare fino a
oltre 300 metri di distanza su qualsiasi target naturale e fino a
3.000 metri su un catarifrangente.
La
custodia compatta è circa la metà di quella del suo antenato, la
precisione può arrivare fino a pochi millimetri e la frequenza di
misura fino a 10KHz, ma ciò che è ancora più importante
l’affidabilità e la precisione della misura non sono più
condizionate dalla tipologia del target, che può essere molto
riflettente oppure estremamente opaco e scuro senza compromettere il
risultato della misura.
L’unica
variante è la massima distanza di misura che, in caso di target
molto scuro, può ridursi fino al 10% della distanza nominale.
Un’altra
caratteristica performante del Laser “LS1501” è il software
disponibile all’interno dello strumento che consente una facile
parametrizzazione di alcune funzioni fondamentali per garantire
affidabilità e precisione di misura anche nelle condizioni di
esercizio più gravose.
Per
esempio, la misura su un target in movimento può creare un effetto
turbolenza sul segnale di uscita, che può essere stabilizzato
impostando la media di misure fino a 100, ottenendo comunque un
tempo di risposta di soli 0,01 secondi.
Utilizzando
un adeguato filtro IR è possibile misurare anche il livello
dell’acciaio fuso a 1.650°C.
Le
interfacce disponibili, 4-20mA, RS232, RS422, SSi, 2xON-OFF,
consentono un facile collegamento ai PLC, PC e microprocessori più
diffusi.
LASER
A TRIANGOLAZIONE
 I
primi Laser a triangolazione sono stati caratterizzati
dall’impiego dei moduli PSD (Positioning Sensitive Detector)
e CCD (Charge Coupled Device) utilizzati come
ricevitore del segnale emesso dal diodo laser e rimbalzato
sull’oggetto target.
 
A
causa delle dimensioni d’ingombro dei suddetti componenti e della
relativa elettronica per la conversione e l’amplificazione del
segnale, gli strumenti compatti presentavano dimensioni
ragguardevoli (ca. 200x200x500mm) oppure era necessario separare la
testa di misura dall’elettronica di amplificazione per ottenere un
ingombro ridotto della testa ottica.
 La
nuova serie di laser a triangolazione “LDE-HS” offre oggi
un’estrema miniaturizzazione della custodia compatta (65x50x20mm)
unitamente a ottiche ed elettroniche equipaggiate con componenti di
elevata tecnologia.
Un
firmware estremamente sofisticato è incorporato nel microprocessore
di più recente generazione, offrendo all’utente un menù di
facile utilizzo per parametrizzare le funzioni nel modo più
adeguato alle esigenze d’impiego.
Per
esempio, la regolazione della potenza del diodo Laser può essere
impostata su un livello alto in caso di target di colore nero
assorbente, mentre può essere ridotta al minimo in caso di target
di colore bianco, riducendo di conseguenza anche il rischio di
pericolosità per gli operatori.
La
regolazione della frequenza di misura è determinante per ottenere
un funzionamento performante nelle più diverse condizioni di
impiego. Una frequenza elevata riduce al minimo il rischio di eco
fasulle, mentre un tempo di risposta più lungo fornisce una misura
più precisa.
Il
campo di misura può superare i 2 metri, traguardo ragguardevole
tenuto conto che a tale distanza è possibile ottenere precisioni
millimetriche con una frequenza di misura fino a 8KHz.
Con
l’impiego di adeguate custodie di protezione e raffreddamento i
laser a triangolazione “LDE-HS” possono essere utilizzati anche
per misure geometriche su barre in acciaio incandescenti.
 Un’applicazione
interessante ha visto i modelli con campo di misura fino a 50mm,
LDE100HS, impiegati in un sistema di misura spessore e larghezza su
linee di decapaggio di nastri di acciaio. Il sistema “LTWMS” ha
fornito precisioni centesimali nella misura di spessore e decimali
nella misura di larghezza.
Le
interfacce 4-20mA, RS232, RS485, CAN-BUS, ON-OFF, consentono un
facile collegamento ai PLC, PC e microprocessori più diffusi.
LASER
A DIFFERENZA DI FASE
Sono
di gran lunga gli strumenti che nel rapporto prezzo-prestazioni
offrono le più elevate precisioni di misura alla maggiori distanze.
Da circa 10 anni l’impiego della tecnologia basata sulla misura
della differenza di fase, tra l’onda laser emessa e quella
riflessa ha dimostrato di fornire prestazioni eccezionali mai
ipotizzate in precedenza.
 Il
laser “LS111FA”, classe 2, può misurare fino a oltre 100
metri di distanza con una ripetibilità di ±1mm
e entro i 10 metri con una ripetibilità di ±0,1mm.
L’unica
limitazione è rappresentata dalla frequenza di misura standard di
10Hz, 50Hz per il modello “LS121FA”.
Il
firmware, racchiuso in un microprocessore di ultima generazione,
consente facili parametrizzazione tramite un qualsiasi programma
terminale (es. HyperTerminal) di diverse funzioni operative come :
-
campo di misura
-
soglie di uscita ON-OFF con isteresi programmabile
-
funzione finestra dell’uscita ON-OFF
-
media delle misure
-
filtro delle eco spurie
-
frequenza di misura
  L’impiego
di custodie di raffreddamento ad aria oppure ad acqua-aria consente
l’impiego anche in ambienti particolarmente gravosi, in presenza
di polvere, olio, vapore e temperatura fino a 300°C.
 Con
un dispositivo di scansione a specchio motorizzato il laser “LS111FASP”
può controllare una ampia sezione di materiale piano, per es.
lamiere, entro un campo di misura di ±20°,
con possibilità di regolare la velocità e l’angolo di apertura
della scansione.
 Per
ovviare ad eventuali abbagliamenti causati da superfici di oggetti
particolarmente riflettenti (effetto specchio) sono disponibili
Filtri Neutri con diversi valori di riduzione (dal 5% al 90%).
Le
interfacce standard sono RS232, RS422, 4-20mA, ON-OFF, opzioni :
SSi, Profibus-DP, Ethernet, Device-NET.
E’
possibile anche una versione Ex in custodia a norme ATEX per
ambienti esplosivi con un campo di misura limitato a 50 metri
LASER
SCANNER 2D, 3D
Sono
così definiti gli strumenti che possono misurare 2 o 3 dimensioni
di un oggetto o di una superficie.
Facciamo
un rapido accenno ai sistemi a CN basati sulla movimentazione di 2
assi (X – Y) che sono equipaggiati con uno degli strumenti laser
sopra descritti, per la maggior parte i modelli a triangolazione o
olografici.
“MINICONOSCAN”
è uno scanner 3D basato su un sistema motorizzato con precisioni di
posizionamento centesimali che utilizza un laser olografico, basato
sulla riflessione concentrica al raggio emesso.
In
questo modo è possibile misurare profili molto complessi senza
incorrere in perdite di segnale che possono essere causate dalla
geometria della triangolazione.
L’area
di scansione è di 120x120mm con una profondità di campo di max.
100mm, il software permette la visualizzazione del profilo
tridimensionale (x,y,z) con misure di dettagli di profilo 2D, raggi
e angoli, le precisioni possono raggiungere valori micrometrici
sull’asse Z e centesimali sull’asse X.
 “LS3D”
è uno scanner 3D basato su un sistema motorizzato, che può essere
equipaggiato sia con laser olografico che con laser a
triangolazione. L’area di scansione è di 500x500mm, con una
profondità di campo max. di 1000mm (con laser a
triangolazione).
Precisioni
centesimali o decimali, secondo il tipo di laser montato.
Possibilità
di visualizzare il profilo 3D e 2D con zoom sui particolari ed
esportazione dei dati nei formati più utilizzati dalle macchine per
lavorazione tridimensionale.
 “LS3DE”
è uno scanner 3D basato sull’emissione di un raggio laser che si
muove ad elevata velocità entro un’area di ca. 300x300mm ad una
distanza di ca. 500mm consentendo una risoluzione di ±0,15mm.
Il
raggio laser riflesso colpisce una matrice di max. 256 x 1000 pixel
in modo tale da ricostruire via software il profilo 3D (x,y,z) della
superficie scannerizzata.
Grazie
ad un microprocessore di ultima generazione implementato con
sofisticati algoritmi è possibile ricostruire in modo semplice
l’immagine completa di un solido su 360° ricomponendo via
software le scansioni parziali di “n” parti dell’oggetto.
Ogni
scansione può essere effettuata in soli 7 secondi, per cui anche
gli oggetti più complessi possono essere riprodotti su un file
esportabile nei formati più usati dalle macchine per lavorazioni
3D, cosicché l’oggetto può essere ricostruito secondo le sue
complessità da centri CNC a 3, 4, 5 o 6 assi.
“LDE2D”
è uno scanner 2D completamente statico basato sull’emissione di
una linea laser ad elevata risoluzione che viene proiettata sulla
superficie dell’oggetto da misurare, la quale provoca una
riflessione che, con il principio della triangolazione, colpisce la
CCD all’interno dello scanner.
 Tramite
un convertitore di segnale optoelettronico le misure sull’asse
“Z” (distanza dall’oggetto) e sull’asse “X” (larghezza
dell’oggetto) vengono trasmesse su interfaccia seriale RS485, USB,
ETHERNET, oppure 4-20mA, oppure 0-10V.
I
campi di misura per i modelli standard possono arrivare fino a 250mm
sull’asse Z e 200mm sull’asse X, tuttavia sono fornibili
versioni custom fino a oltre 1.000 x 1.000mm.
La
risoluzione del sistema è dello ±0,1%
del campo di misura sia per l’asse “Z” che per l’asse
“X”, che normalmente utilizza una CCD a 1024 pixel, la frequenza
di misura può arrivare a max. 3.000 profili al secondo (minimo 200
profili al secondo).
Il
laser scanner 2D “LDE2D” è un sistema plug&play che non
necessita di alcun accessorio esterno oltre all’alimentazione a
24Vcc, la protezione stagna della custodia (IP65) e l’estraibilità
del cavo di connessione rendono semplice il montaggio anche negli
alloggiamenti più angusti e critici, come a bordo di robot,
manipolatori o in linee di processo protette da tunnel.
Sono
realizzabili software applicativi secondo le esigenze del cliente.
BARRIERE
LASER
 “BL”
è una barriera laser utilizzabile per intercettare la presenza di
oggetti o macchine entro una determinata area. La distanza fra
emettitore e ricevitore può raggiungere i 50 metri per la versione
standard e i 100 metri per la versione “BXX”.
Lo
spot laser di minime dimensioni può consentire di rilevare anche
corpi di dimensioni millimetriche e, in base ad una particolare
focalizzazione, anche centesimali.
 Il
ricevitore comprende il convertitore di segnale con una uscita
“PNP”, che grazie ai più recenti componenti optoelettronici
consente un tempo di reazione di pochi microsecondi (10-6
sec).
Grazie
all’alta definizione dello spot laser è possibile utilizzare la
barriera “BL” anche per definire la misura di un oggetto di
forma regolare.
Ponendo
due barriere affiancate, a pochi millimetri una dall’altra, si può
rilevare la presenza dello spigolo dell’oggetto in modo da
apprezzare la precisione di circa la metà della distanza fra le due
barriere.
Quando
saranno oscurate entrambe le barriere si avrà una tolleranza
positiva, quando sarà oscurata solo quella interna l’oggetto sarà
in tolleranza, quando saranno libere (illuminate) entrambe le
barriere si avrà una tolleranza negativa.
 “PSD-10”
è un sistema di controllo della posizione basato su un emettitore
laser ad altissima definizione e un ricevitore, che incorpora una
matrice 10x10mm, sulla quale lo spot laser ricevuto imprime il suo
raggio per consentire il rilevamento preciso dello spostamento della
posizione del modulo emettitore rispetto alla posizione del modulo
ricevitore. In tal modo è possibile apprezzare spostamenti
micrometrici sugli assi cartesiani X-Y, oppure sulle coordinate
polari in millesimi di grado, la massima distanza fra emettitore e
ricevitore è di 25 metri.
I
risultati della misura sono riportati su un monitor, alloggiato in
una custodia compatta portatile autoalimentata, dove è possibile
impostare i parametri delle varie funzioni tramite touch-screen.
Una
uscita USB permette di scaricare i dati rilevati su un PC. |