Đo quang học cho mọi người - nhờ ánh sáng laser VCSEL

Các thách thức

Cho đến nay, các phép đo xúc giác về tốc độ, vị trí và chiều dài trong các hệ thống sản xuất sử dụng bộ mã hóa bánh đo đã là quá khứ. Một bánh xe nhỏ lăn qua hàng hóa và bộ phận đi qua và tính toán kích thước và tốc độ của chúng. Giải pháp đó tốt, nhưng có một cách tốt hơn. Bởi vì ngay cả bánh đo đã thử cũng có nhược điểm của nó: Với chất liệu mỏng, nhạy cảm, bánh xe để lại những vết hằn không mong muốn hoặc chúng không có đủ độ bám để đo chính xác. Phương pháp thay thế được gọi là phép đo quang học. Nhưng cách này khá tốn kém: „Lợi ích của phép đo không tiếp xúc thường sẽ không vượt trội so với giá mua đắt đỏ. Tôi đã nghe điều đó nhiều lần”, Heiko Krebs nói. Bởi vì các giải pháp cảm biến quét các bộ phận bằng ánh sáng laser rất phức tạp về mặt kỹ thuật và gây chi phí bổ sung: Chúng yêu cầu công suất laser cao và do đó được xếp vào loại laser cấp 3. Điều này khiến các biện pháp phòng ngừa an toàn về cấu trúc và đào tạo đặc biệt trở lên cần thiết.

Các giải pháp

Điốt VCSEL và quan hệ đối tác phát triển với TRUMPF Photonic Components đã mang lại bước đột phá. Ralph Gudde, Phó Giám đốc Tiếp thị và Bán hàng tại TRUMPF Photonic Components, Heiko Krebs đã giới thiệu cho Heiko Krebs các điốt nhỏ với cảm biến laser tích hợp đầy đủ cho các thiết bị tiêu dùng. Điều đó đã giải quyết được vấn đề của laser lớp 3. Gudde nhớ lại: „Chúng tôi cũng đã đề xuất một phương pháp đo khác cho SICK. Bởi vì với VCSEL, chúng tôi có thể sử dụng công nghệ giao thoa tự trộn, viết tắt là SMI. Công nghệ này đã có trong hàng triệu sản phẩm trong khoảng 20 năm và đã được chứng minh.” Quá trình hoạt động như sau: Một VCSEL đưa một chùm tia laser hồng ngoại lên bề mặt của một bộ phận đi qua. Một bộ cộng hưởng quang học bắt lấy phản xạ của chùm tia laser và trộn nó với ánh sáng trong bộ cộng hưởng. Sau đó, một đi-ốt quang đo nhiễu và hệ thống sẽ tính toán tốc độ di chuyển từ chênh lệch tần số. Hướng có thể được suy ra từ sự điều biến của bước sóng. Do đó, cảm biến laser ghi lại tốc độ và hướng trực tiếp và ghi lại vị trí và độ giãn nở của bộ phận một cách gián tiếp.

Triển khai

Một ý tưởng mang tính cách mạng, nhưng dễ thực hiện. Nhưng các đối tác phát triển sẽ được hưởng lợi nhờ chuyên môn của nhau. Cùng với nhau, TRUMPF và SICK sẽ tung ra các hệ thống cảm biến SPEETEC. Cơ sở là một thuật toán quy trình đánh giá nhanh chóng và siêu chính xác chất lượng tín hiệu trên FPGA. Ở tốc độ vật thể là mười mét/giây, nó đạt được độ phân giải bốn micromet và độ chính xác của phép đo là 0,1% - ngay cả với các vật liệu yêu cầu cao như len cách nhiệt. Krebs hài lòng cho biết: „Và tất cả các sản phẩm này có mức giá gần hơn với giải pháp xúc giác so với bất kỳ giải pháp nào trước đây.

Triển vọng

Cả hai đối tác không chỉ tự hào về kết quả hợp tác của họ mà còn về con đường để đạt được điều đó. Krebs nhớ lại: „Các đối tác dự án hướng tới thị trường tiêu dùng nhanh và chúng tôi, những người tập trung vào các thông số kỹ thuật của ngành - hai thế giới đã chạm nhau. Đối với số vấn đề, trước tiên chúng tôi phải tìm ra một ngôn ngữ chung, một lối suy nghĩ chung. Các đồng nghiệp của chúng tôi tại TRUMPF Photonic Components đôi khi khiến chúng tôi đi vào ngõ cụt với cách tiếp cận của họ.” Và Gudde cho biết thêm: „Vào thời điểm đó, chúng tôi có rất ít hiểu biết về các yêu cầu mà một cảm biến công nghiệp tích hợp phải đáp ứng. Chúng tôi không nhận ra loại thị trường và ngách nào tồn tại trong ngành. Ở đây chúng tôi đã học được rất nhiều điều từ SICK.“

Krebs đặc biệt vui mừng vì giờ đây ông thậm chí còn nhận được yêu cầu về hệ thống cảm biến quang học điều mà ông còn chưa nghĩ đến trong quá trình phát triển. „Với SPEETEC, các khách hàng này giờ đây có thể giải quyết các nhiệm vụ đo lường mà trước đây chưa có công nghệ cảm biến phù hợp.“