วัดค่าแบบออปติคัลเพื่อทุกคนด้วยแสงเลเซอร์ VCSEL

ความท้าทาย

จนถึงปัจจุบัน นิยมใช้เครื่องวัดระยะทางแบบลูกล้อเพื่อวัดค่าแบบสัมผัสของความเร็ว ตำแหน่ง และความยาวในระบบการผลิต โดยมีล้อหมุนทับสินค้าและชิ้นส่วนที่ส่งผ่าน และคำนวณขนาดและความเร็ว ซึ่งก็ดี แต่มีวิธีที่ดีกว่านี้ เพราะล้อวัดที่ใช้มายาวนานแล้วก็มีข้อเสียเช่นกัน: ในส่วนของวัสดุที่บางและละเอียดอ่อน ล้อจะทำให้เกิดรอยที่ไม่พึ่งประสงค์หรืออาจไม่ได้รับการจับมากเพียงพอเพื่อวัดอย่างแม่นยำ แนวคิดแก้ปัญหานี้ก็คือการวัดแบบออปติคัล แต่คงมีราคาสูงจนเกินไป: "ประโยชน์ของการวัดแบบไร้สัมผัสจะไม่มีค่าเกินราคาซื้อที่สูงขึ้น ผมได้ยินมาตลอด" คุณ Heiko Krebs กล่าว เพราะว่าแนวคิดการแก้ไขปัญหาที่ใช้เซ็นเซอร์ซึ่งใช้แสงเลเซอร์ในการสัมผัสมีความซับซ้อนทางเทคนิคและจึงทำให้ค่าใช้จ่ายที่ตามมาสูง จำเป็นต้องใช้กำลังของเลเซอร์มากขึ้นและดังนั้นตกเป็นเลเซอร์ระดับที่ 3 เพราะฉะนั้นจึงต้องมีมาตรการป้องกันความปลอดภัยเชิงโครงสร้างและการฝึกอบรมพิเศษ

โซลูชัน

ไดโอด VCSEL และความร่วมมือด้านการพัฒนากับ TRUMPF Photonic Components ทำให้เริ่มต้นการพัฒนา Ralph Gudde ในฐานะผู้ช่วยผู้อำนวยการด้านการตลาดและการจัดจำหน่ายที่ TRUMPF Photonic Components นำเสนอไดโอดขนาดเล็กพร้อมเซ็นเซอร์เลเซอร์แบบรวมภายในตัวอย่างเต็มรูปแบบสำหรับอุปกรณ์ลูกค้าให้แก่ Heiko Krebs ซึ่งได้แก้ไขปัญหาเลเซอร์ระดับที่ 3 ได้ Gudde จำได้ว่า "นอกจากนี้แล้ว ทางเรามีอีกวิธีการวัดค่าที่ได้นำเสนอแก่ SICK เพราะว่า VCSEL ช่วยให้เราสามารถใช้ประโยชน์จากสิ่งที่เรียกว่าเทคโนโลยีการแทรกสอดของคลื่นแบบผสมตัวเอง หรือเรียกสั้นๆ ว่า SMI ซึ่งมีอยู่ในผลิตภัณฑ์หลายล้านรายการมาประมาณยี่สิบปีและผ่านการทดสอบมาอย่างยาวนาน" กระบวนการทำงานดังนี้: VCSEL พ่นลำแสงเลเซอร์อินฟราเรดลงบนพื้นผิวของชิ้นส่วนที่ผ่าน เครื่องกำเนิดแสงเลเซอร์แบบออปติคัลจะจับการสะท้อนของลำแสงเลเซอร์แล้วผสมผสานกับแสงในเครื่องกำเนิดแสง จากนั้นโฟโตไดโอดจะวัดคลื่นและระบบจะคำนวณความเร็วการเคลื่อนไหวโดยพิจารณาความแตกต่างของความถี่ สามารถกำหนดทิศทางได้จากการปรับความยาวคลื่น ดังนั้น เซ็นเซอร์เลเซอร์จะตรวจจับความเร็วและทิศทางโดยตรงพร้อมกับตำแหน่งและการกระจายของชิ้นส่วนโดยอ้อม

การทำให้เป็นจริง

แนวคิดใหม่ๆ พูดง่ายแต่ทำให้เป็นจริงยากเหลือเกิน แต่พันธมิตรด้านการพัฒนาได้รับประโยชน์จากความเชี่ยวชาญของซึ่งกันและกัน TRUMPF และ SICK ร่วมกันเปิดตัวเซ็นเซอร์ SPEETEC พื้นฐานคืออัลกอริธึมกระบวนการที่ประเมินคุณภาพสัญญาณบน FPGA อย่างรวดเร็วและแม่นยำอย่างยิ่ง ที่ความเร็ววัตถุสิบเมตรต่อวินาที จะได้ความละเอียดสี่ไมโครเมตรและความแม่นยำ 0.1 เปอร์เซ็นต์ แม้กับวัตถุที่ซับซ้อน เช่น ฉนวนใยแก้ว ก็ตาม "และทั้งหมดนี้ในราคาที่ใกล้เคียงกับระบบแบบสัมผัสมากกว่าสินค้าอื่นๆ ในตลาดตอนนี้" คุณ Krebs กล่าวอย่างพึงพอใจ

วิสัยทัศน์

พันธมิตรทั้งสองภาคภูมิใจในเรื่องของทั้งผลการร่วมมือและเส้นทางที่เดินไปถึงจุดนั้นด้วยกัน คุณ Krebs จำได้ว่า "พร้อมกับพันธมิตรโครงการที่สอดคล้องกับตลาดผู้บริโภคที่เคลื่อนไหวอย่างรวดเร็ว และเราอีกฝ่ายหนึ่งที่มุ่งเน้นข้อจำเพาะของอุตสาหกรรม เหมือนกับว่าโลกสองใบชนกัน" ในบางเรื่องเราเลยต้องเรียนรู้แนวคิดของแต่ละฝ่าย เพื่อนร่วมงานของ TRUMPF Photonic Components เคยพาพวกเราออกจากทางตันบางครั้งด้วยแนวคิดและปฏิบัติของเขา" และคุณ Gudde เพิ่มเติมว่า "สมัยนั้น เรามีความเข้าใจเพียงเล็กน้อยเกี่ยวกับข้อกำหนดที่เซ็นเซอร์อุตสาหกรรมแบบบูรณาการ" เราไม่ได้ตระหนักถึงประเภทของตลาดและกลุ่มเฉพาะที่มีอยู่ในอุตสาหกรรมนี้ เราได้ความรู้ใหม่ๆ มากมายจาก SICK"

คุณ Krebs ยินดีอย่างยิ่งที่ตอนนี้มีเสียงตอบรับทางการตลาดสำหรับเซ็นเซอร์ออปติคัลแบบที่ไม่เคยคิดมาก่อนในระหว่างการพัฒนาเลย "ตั้งแต่ตอนนี้เป็นต้นไป ลูกค้าเหล่านี้สามารถดำเนินการวัดค่าด้วย SPEETEC ได้แล้ว ซึ่งก่อนหน้านี้ไม่มีระบบเซ็นเซอร์ที่เหมาะสม"