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Medição óptica para todos – graças à luz laser VCSEL

Com o seu encoder de roda de medição, os especialistas em sensores industriais da SICK AG possuem um verdadeiro produto de sucesso no mercado. O dispositivo para a medição tátil trabalha de modo confiável e tem boas vendas. Heiko Krebs, Senior Vice President Product Management da SICK poderia ter mantido assim. Mas, ele quer mais. Seu objetivo: o registro sem contato de dados da produção, como velocidade, posição ou comprimento em equipamentos produtivos. Entretanto, até agora os processos ópticos eram bem mais complexos e caros do que o usual encoder com roda de medição.

Em 2012, Krebs saiu em busca de um parceiro que pudesse ajudar a reduzir o preço dos sensores laser. A TRUMPF lhe apresentou os diodos VCSEL, como sensores laser totalmente integrados e propôs um processo de medição já comprovado: a assim chamada tecnologia de interferometria de automistura, abreviadamente SMI. A ideia havia nascido e SICK e TRUMPF iniciaram uma parceria de desenvolvimento, em cuja conclusão estão os sensores SPEETEC da SICK.

A SICK é especialista em soluções de sensores industriais, desde a fábrica e logística até a automação de processos. O líder tecnológico e de mercado com sede em Waldkirch utiliza sensores inteligentes e soluções em aplicações para criar a base do controle seguro e eficiente dos processos, protegendo pessoas contra acidentes e evitando danos ambientais. A empresa, fundada em 1946, está presente em todo o mundo, com 50 filiais e participações, bem como numerosos representantes.

Setor

Soluções de sensores para automação de fábrica, logística e processos

Número de funcionários

10.000

Local de operação

Waldkirch (Alemanha)

Exibir mais
Produtos TRUMPF
  • ViP (VCSEL com fotodiodo integrado)
Aplicações
  • Sistema de sensores 3D, medição a laser sem contato

Desafios

Até agora as medições táteis de velocidade, posição e comprimento através de encoders com roda de medição em equipamentos produtivos eram o estado da tecnologia. Uma rodinha rola sobre os produtos e componentes que passam, calculando as suas dimensões e velocidade. Isso é bom, mas pode ser ainda melhor. Pois, mesmo a velha e comprovada roda de medição tem suas desvantagens: em materiais finos e sensíveis, as rodinhas deixam rastros indesejáveis ou elas não têm aderência o suficiente para uma medição precisa. A alternativa é a medição óptica. Mas esta pode ser considerada cara demais: "Os benefícios de uma medição sem contato geralmente não compensavam o maior preço de aquisição. Era o que eu sempre ouvia", diz Heiko Krebs. Pois soluções com sensores, que escaneiam peças com luz laser são tecnicamente complexas e causam custos subsequentes: requerem alta potência laser, recaindo na categoria de classe laser 3, o que requer precauções de segurança no projeto e treinamentos especiais.

Recebemos muitas consultas para aplicações que não havíamos considerado durante o desenvolvimento. Agora, com o SPEETEC, estes clientes podem solucionar tarefas de medição para as quais ainda não havia sistemas de sensores adequados.

Heiko Krebs
Vice-Presidente Sênior de Gestão de Produtos, SICK AG

Soluções

Diodos VCSEL e a parceria de desenvolvimento com a TRUMPF Photonic Components trouxeram o avanço. Ralph Gudde, VP Marketing and Sales na TRUMPF Photonic Components, apresentou a Heiko Krebs os pequenos diodos com sensores laser totalmente integrados, para aparelhos de consumo. Isso solucionou o problema da classe laser 3. Gudde recorda: "Também propusemos à SICK outro processo de medição. Pois, com VCSEL podemos utilizar a assim chamada tecnologia de interferometria de automistura, abreviadamente SMI. Esta tecnologia se encontra em milhões de produtos, há aproximadamente vinte anos e já está comprovada."O processo funciona assim: um VCSEL lança um raio laser infravermelho sobre a superfície de uma peça que está passando. Um ressonador óptico recebe a reflexão do raio laser e a mistura com a luz no ressonador. Então um fotodiodo mede a interferência e o sistema calcula a velocidade do movimento a partir da diferença de frequências. A partir da modulação do comprimento de onda é possível concluir qual é a direção. Assim, o sensor laser registra diretamente a velocidade e a direção e, indiretamente a posição e a extensão da peça.

 

Implementação

Uma ideia revolucionária, mas nada fácil para implementar. Contudo, os parceiros de desenvolvimento ganham com o conhecimento especializado mútuo. Juntos, TRUMPF e SICK criaram os sensores SPEETEC. A base é um algoritmo de processo, que analisa com rapidez e ultraprecisão a qualidade do sinal no FPGA. Em velocidades do objeto de dez metros por segundo ele atinge uma resolução de quatro micrômetros e uma precisão de medição de 0,1 por cento, mesmo com os materiais mais exigentes, como lã isolante. "E tudo isso a um preço bem mais próximo das soluções táteis do que todas as demais soluções disponíveis no mercado", constata Krebs, satisfeito.

Perspectiva

Ambos os parceiro estão orgulhosos do resultado da sua cooperação e também do caminhos percorrido. Krebs recorda "Com os nossos parceiros de projeto, orientados ao mercado consumidor dinâmico e conosco, que temos como foco as especificações da indústria, foi a colisão de dois mundos. Em algumas coisas precisamos primeiro encontrar uma linguagem em comum e um modo de pensar conjunto. Os colegas da TRUMPF Photonic Components, com a sua abordagem nos ajudaram a encontrar a encontrar o caminho algumas vezes". E Gudde complementa: "No início, tínhamos pouca experiência com os requisitos que um sensor industrial integrado deve atender. Ainda não conhecíamos todos os mercados e nichos que existem na indústria. Aprendemos algumas coisas com a SICK."

Krebs está especialmente satisfeito por receber agora algumas consultas para aplicações do seu sensor óptico, nas quais não havia pensado durante o desenvolvimento. "Estes clientes são capazes de resolver tarefas de medição com o SPEETEC, para as quais não havia sensores adequados até então."

Saiba mais sobre o produto

VCSEL com fotodiodo integrado

Na solução VCSEL integrada ViP há um fotodiodo integrado diretamente, para permitir o processamento de sinais refletidos. devido às suas características ópticas, os VCSEL de modo único são, em geral, a escolha perfeita para aplicações exigentes de sistemas de sensores. Para a aplicação sob condições industriais são adequadas as versões do produto nas quais o VCSEL está embutido em um invólucro TO hermético.

Para o produto