모두를 위한 광학 측정 – VCSEL 레이저 광

도전과제

지금까지 측정 휠 엔코더를 사용하여 생산 시스템에서 속도, 위치 및 길이를 촉각 측정하는 것이 최신 기술이었습니다. 이 기술에서는 지나가는 상품과 구성품 위로 휠이 구르며 해당 치수와 속도를 계산합니다. 이 기술도 좋긴 하지만, 더 나아질 수 있는 대안도 있습니다. 입증된 측정 휠에도 단점이 있기 때문입니다. 얇고 민감한 재료에서는 휠이 원치 않는 마크를 남기거나 정확하게 측정을 할 수 있을 만큼 그립이 충분하지 않습니다. 이에 대한 대안이 광학 측정입니다. 하지만 이 대안은 너무 비싸다고 여겨집니다: "비접촉 측정의 이점이 이 높은 구매 가격을 능가하지 못할 거라는 말을 항상 듣곤 했습니다“라고 Heiko Krebs씨가 말합니다. 레이저 광으로 부품을 스캔하는 센서 솔루션은 기술적으로 복잡하고 후속 비용이 발생하기 때문입니다. 이 솔루션은 높은 레이저 출력이 필요하므로 레이저 등급 3에 속합니다. 이를 위해서는 구조적 안전대책 및 특수 교육이 필요합니다.

솔루션

VCSEL 다이오드와 TRUMPF Photonic Components 개발 파트너십은 돌파구를 마련했습니다. TRUMPF Photonic Components 마케팅 및 유통판매 부사장인 랄프 구데(Raph Gudde)씨는 소비자 장비용 레이저 센서가 완전히 통합된 소형 다이오드를 하이코 크렙스(Heiko Krebs)씨에게 제시했습니다. 이 소형 다이오드는 레이저 등급 3의 문제를 해결했습니다. "우리는 SICK에 다른 측정방법도 제안했습니다. 왜냐하면 VCSEL로 소위 자체 혼합 간섭계(SMI) 테크놀로지를 이용할 수 있기 때문입니다. 이 테크놀로지는 약 20년 동안 수백만 개의 제품에 사용되었으며 그 자체로 입증되었습니다." 프로세스는 다음과 같이 작동합니다: VCSEL은 통과하는 부품의 표면에 적외선 레이저 빔을 방사합니다 광학 발진기는 레이저 빔의 반사를 다시 포착하여 발진기의 라이트와 혼합합니다. 그런 다음 광 다이오드가 간섭을 측정하고 시스템은 주파수 차이에서 이동 속도를 계산합니다. 파장의 변조에서 방향을 이끌어 낼 수 있습니다. 레이저 센서는 직접적으로 속도와 방향을, 그리고 간접적으로 부품의 위치와 범위를 수집합니다.

구현

혁신적인 아이디어지만, 구현하기 쉽지는 않습니다. 개발 파트너들은 서로의 전문지식을 통해 도움을 받습니다. TRUMPF와 SICK은 SPEETEC 센서에 착수합니다. 이에 대한 기반은 FPGA에서 신호 품질을 빠르고 초정밀하게 평가하는 프로세스 알고리즘입니다. 초당 10미터의 물체 속도에서 4마이크로미터의 분해능과 0,1퍼센트의 측정정확도를 달성합니다. 이는 절연 울과 같은 까다로운 재료에서도 가능합니다. "그리고 이 모든 것이 이전 시장에서 제공되었 것보다 촉각적 솔루션에 훨씬 더 가까운 가격으로 제공됩니다"라고 크렙스(Krebs)씨는 만족스럽게 말합니다.

전망

두 파트너는 협력의 결과뿐만 아니라 도달해 가는 과정에 대해서도 자부심을 가지고 있습니다. "급변하는 소비자 시장을 겨냥한 프로젝트 파트너와 산업 사양에 중점을 둔 우리, 이 두 세계가 서로 충돌했습니다. 어떤 경우에는 공통의 언어, 공통의 사고를 먼저 찾아야 했습니다. TRUMPF Photonic Components의 동료들은 그들의 접근방식으로 막다른 골목에서 우리를 종종 안내했습니다."라고 크렙스(Krebs)씨는 상기합니다. "당시 우리는 통합 산업용 센서가 충족해야하는 요구사항에 대한 통찰력이 미비했습니다. 우리는 업계에 어떤 시장 및 틈새시장이 있는지 정확하게 인식하지 못했습니다. 이 점에서 우리는 SICK으로부터 몇 가지 배웠습니다."라고 구데(Gudde)씨가 덧붙입니다.

개발 당시에는 생각조차하지 못했던 광센서에 대한 요청까지 받고 있다는 점에 크렙스(Krebs)씨는 특히 기뻐합니다. "이 고객은 지금까지 적합한 센서 시스템이 없었던 측정 작업에 이제 SPEETEC을 사용해 해결할 수 있습니다."