Выбор страны/региона и языка

Оптические измерения для всех ‑ благодаря лазерному излучению VCSEL

Своими энкодерами с мерным колесом компания SICK AG, специалист по промышленным датчикам, представила на рынке действительно успешный продукт. Устройство для тактильного измерения работает надежно и хорошо продается. Хайко Кребс, старший вице-президент по управлению продуктами компании SICK, на самом деле мог бы оставить все как есть. Однако он хочет большего. Его цель: бесконтактная оптическая регистрация производственных данных, таких как скорость, положение или длина, на производственных установках. Но до сих пор оптические методы были намного сложнее и дороже, чем распространенные энкодеры с мерным колесом.

В 2012 году Кребс решил найти партнера, который помог бы ему выпускать лазерные датчики гораздо дешевле. Компания TRUMPF представила ему диоды VCSEL в качестве полностью интегрированных лазерных датчиков и предложила уже проверенный способ измерения: так называемую технологию самосмешивающейся интерференции, или сокращенно SMI. Родилась идея, и компании SICK и TRUMPF запустили партнерство по разработке, результатом которого стали датчики SPEETEC от компании SICK.

Компания SICK является специалистом в области промышленных сенсорных решений ‑ от автоматизации производства до автоматизации логистики и процессов. С помощью интеллектуальных датчиков и прикладных решений технологический лидер и ведущая компания на рынке из Вальдкирха создает основу для безопасного и эффективного управления процессами, для защиты людей от несчастных случаев и для предотвращения ущерба окружающей среде. Компания, основанная в 1946 году, работает по всему миру, имея более 50 дочерних компаний и долевых предприятий, а также многочисленные представительства.

Отрасль
Сенсорные решения для автоматизации производства, логистики и процессов
Число сотрудников
10 000
Место размещения производства
Вальдкирх (Германия)
Продукция TRUMPF
  • ViP (VCSEL со встроенным фотодиодом)
Возможности применения
  • 3D системы сенсорных датчиков, бесконтактное лазерное измерение

Сложности

До сих пор тактильные измерения скорости, положения и длины в производственных установках с помощью энкодеров с мерным колесом представляли собой уровень развития техники. Колесо прокатывается по проходящим товарам и компонентам и рассчитывает их размеры и скорость. Это хорошо, но можно сделать и лучше. Ведь даже у проверенного временем мерного колеса есть свои недостатки: при работе с тонкими, чувствительными материалами колеса оставляют нежелательные следы или не имеют достаточного сцепления для точного измерения. Альтернатива ‑ оптическое измерение. Но его считают слишком дорогим: «Преимущества бесконтактного измерения, как правило, не компенсируют более высокие расходы на приобретение. Я постоянно слышал это», ‑ говорит Хайко Кребс. Это связано с тем, что сенсорные решения, использующие лазерное излучение для сканирования деталей, технически сложны и вызывают дополнительные затраты: они требуют высокой мощности лазера и поэтому попадают в категорию класса лазерной безопасности 3. Это требует соблюдения мер безопасности при работе с установкой и специального обучения.

Мы получаем много запросов для таких сфер применения, о которых мы даже и не думали во время разработки. Теперь эти клиенты могут использовать SPEETEC для решения задач по измерению, для которых ранее не существовало подходящей системы сенсорных датчиков.

Хайко Кребс
Старший вице-президент по управлению продуктами компании SICK AG

Решения

Диоды VCSEL и партнерство в разработке с компанией TRUMPF Photonic Components позволили совершить прорыв. Ральф Гудде, вице-президент по маркетингу и продажам компании TRUMPF Photonic Components, представил Хайко Кребсу маленькие диоды с полностью интегрированными лазерными датчиками для потребительских устройств. Это решило проблему класса лазерной безопасности 3. Гудде вспоминает: «Мы также предложили компании SICK другой способ измерения. Это связано с тем, что с помощью VCSEL мы можем применять так называемую технологию самосмешивающейся интерференции, или сокращенно SMI. Она используется в миллионах продуктов уже около двадцати лет и хорошо себя зарекомендовала». Процесс происходит следующим образом: VCSEL испускает инфракрасный луч лазера на поверхность движущейся детали. Оптический резонатор улавливает отражение луча лазера и смешивает его со светом в резонаторе. Затем фотодиод измеряет интерференцию, и система рассчитывает скорость движения по разности частот. По модуляции длины волны можно определить направление. Таким образом, лазерный датчик напрямую определяет скорость и направление, а также косвенно положение и длину детали.

 

Применение

Это революционная идея, но реализовать ее не так-то просто. Однако партнеры-разработчики извлекают пользу из экспертных знаний друг друга. Компании TRUMPF и SICK совместно выпускают датчики SPEETEC. В основе лежит алгоритм процесса, который быстро и сверхточно оценивает качество сигнала на программируемой логической матрице типа FPGA. При скорости перемещения объекта в десять метров в секунду датчик достигает разрешения в четыре микрометра и точности измерения в 0,1 процента ‑ даже при работе с такими сложными материалами, как изоляционная вата. «И все это по цене, которая значительно ближе к тактильным решениям, чем все, что было доступно на рынке до сих пор», ‑ с удовлетворением говорит Кребс.

Перспективы

Оба партнера гордятся не только результатом своего сотрудничества, но и тем, как они к нему пришли. Кребс вспоминает: «Поскольку партнеры по проекту ориентировались на быстро развивающийся потребительский рынок, а мы сосредоточились на промышленном применении, уже тогда произошло столкновение двух миров. Сначала нам нужно было найти общий язык, общее видение некоторых вещей. Коллеги из TRUMPF Photonic Components помогали нам выходить из тупика благодаря своему подходу». И Гудде добавляет: «В то время у нас было мало понимания того, каким требованиям должен отвечать интегрированный промышленный датчик. Мы не понимали, какие рынки и ниши вообще существуют в отрасли. Здесь мы многому научились у SICK».

Кребс особенно доволен тем, что сейчас он получает запросы на свои оптические датчики, о которых он даже и не думал во время разработки. «Теперь эти клиенты могут использовать SPEETEC для решения задач по измерению, для которых ранее не существовало подходящей системы сенсорных датчиков».

Узнайте больше об изделии

VCSEL со встроенным фотодиодом

В интегрированном решении VCSEL ViP непосредственно встроен фотодиод для обработки отраженных сигналов. Благодаря своим оптическим свойствам одномодовые лазеры VCSEL в целом являются идеальным выбором для применения в требовательных датчиках. Варианты изделий, в которых лазеры VCSEL встроены в герметичные корпуса TO, подходят для использования в промышленных условиях.

К изделию