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适合所有的光学测量——凭借 VCSEL 激光

凭借其测量轮编码器,SICK AG 作为工业传感器专家在市场上拥有真正的成功产品。用于接触式测量的设备工作可靠,非常畅销。SICK 产品管理高级副总裁 Heiko Krebs 本来可以安于现状, 但他想要积极进取。他的目标是:以无接触光学方式感测生产数据,如生产设备的速度、位置或长度。但到目前为止,光学方法比普通的测量轮编码器要复杂和昂贵得多。

2012 年,Krebs 开始寻找能够帮助他实现明显更实惠的激光探针的合作伙伴。通快向他展示了 VCSEL 二极管,作为一种全集成的激光探针,并推荐了一种久经考验的测量法:所谓的自混合干涉技术,简称 SMI。创意诞生,SICK 和通快的开发合作关系就此开启,最终的合作成果就是 SICK 的 SPEETEC 探针。

SICK 是工业传感器的专家——从工厂到物流,再到流程自动化。位于德国 Waldkirch 的这家技术和市场先进企业凭借传感器智能和应用解决方案,为安全高效地控制过程;保护人员免受事故伤害以及避免环境损害奠定基础。该公司成立于 1946 年,在全球拥有 50 多家子公司和控股公司以及众多代理机构。

行业

针对工厂、物流和流程自动化的传感器解决方案

员工人数

10,000

地点

Waldkirch(德国)

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通快产品
  • ViP(集成有光电二极管的 VCSEL)
应用
  • 3D 多传感器系统,无接触式激光测量

挑战

在此之前,在生产设备中使用测量轮编码器对速度、位置和长度进行接触式测量都是先进的技术水平。在这里,一个小轮子在经过的货物和部件上滚动,并计算它们的尺寸和速度。这很不错,但还能做到更好。因为即使是久经考验的测量轮也有缺点:在薄而敏感的材料上,测量轮会留下不希望出现的痕迹,或者它们没法获得足够的抓力来实现准确测量。替代方法就是光学测量。但通常认为它很贵:“无接触式测量方法所带来的好处通常不足以抵消掉更高昂的购置价格。这是我一再听到的说法”,Heiko Krebs 说道。因为使用激光扫描零件的传感器解决方案技术复杂,并会造成后续成本:它们需要较高的激光功率,因此属于 3 类激光安全等级。所以必须从建筑方面采取安全预防措施并进行专门的培训。

我们收到了很多针对应用的询价,这些在我们开发时甚至都没有想到。这些客户现在可以使用 SPEETEC 解决以前没有合适的多传感器系统的测量任务。

Heiko Krebs
SICK AG 产品管理高级副总裁

解决方案

VCSEL 二极管以及与 TRUMPF Photonic Components 公司的开发合作关系实现了突破。TRUMPF Photonic Components 公司营销和销售副总裁 Ralph Gudde 向 Heiko Krebs 展示了用于消费类设备的带有全集成激光探针的小型二极管。这解决了 3 类激光安全等级的问题。Gudde 回忆道:“我们还向 SICK 建议了另一种测量法。因为借助 VCSEL 我们可以采用所谓的自混合干涉技术,简称 SMI。该技术已经在数百万的产品中使用了大约二十年,久经考验。”该方法的工作方式是:VCSEL 将红外激光束投射到经过的零件的表面上。光学谐振腔重新捕获反射的激光束并将其与谐振腔中的光混合。然后光电二极管测量干涉,系统根据频率差计算移动速度。从波长的调制中可以推断出方向。激光探针借此直接感测出零件的速度和方向,并且间接感测出位置和大小。

 

实施

即使有了革命性的想法,想要实施也绝非易事。但开发合作伙伴可以从他人的专业知识中受益。通快和 SICK 携手共进,一起推出了 SPEETEC 探针。该产品基于一种可超精确地快速评估 FPGA 上的信号质量的处理算法。在每秒十米的物体速度下,它可以达到 4 微米的分辨率和 0.1% 的测量精确度——即使是使用像绝缘羊毛这种要求苛刻的材料也是如此。“所有这一切的价格比以前市场上的任何产品都更接近接触式解决方案”,Krebs 满意地说道。

展望

合作双方对于合作成果以及合作方式感到无比自豪。Krebs 回忆道:“项目合作伙伴面向的是快速变化的消费市场,而我们则专注于行业规范——在这里,两个世界交织在一起。在一些事情上,我们必须首先找到共同的语言,共同的思维方式。TRUMPF Photonic Components 公司的同事有时会用他们的方法带我们突破瓶颈。”Gudde 补充道:“当时,我们对集成工业传感器必须满足的要求知之甚少。我们并不清楚该行业到底有什么样的市场和利基领域。我们在这里跟 SICK 学了一些东西。”

令 Krebs 特别高兴的是,他现在甚至收到了对他的光学探针的询价,这是在他开发时根本没想到的情况。“这些客户现在可以使用 SPEETEC 解决以前没有合适的多传感器系统的测量任务。”

深入了解该产品

集成有光电二极管的 VCSEL

在集成式 VCSEL 解決方案 ViP 中直接集成了光电二极管,以便能夠处理反射信号。凭借其光学特性,普通单模 VCSEL 成为高要求多传感器系统应用的理想选择。VCSEL 嵌入密封 TO 外壳的产品版本适用于工业环境条件。

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