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適合所有的光學量測——憑藉 VCSEL 雷射光

憑藉其量測輪編碼器,SICK AG 作為工業感應器專家在市場上擁有真正的成功產品。用於接觸式量測的設備工作可靠,非常暢銷。SICK 產品管理高級副總裁 Heiko Krebs 本來可以安於現狀, 但他想要積極進取。他的目標是:以無接觸光學方式感測生產數據,如生產設備的速度、位置或長度。但到目前為止,光學方法比普通的量測輪編碼器要複雜和昂貴得多。

2012年,Krebs 開始尋找能夠幫助他實現明顯更實惠的雷射感應器的合作夥伴。TRUMPF 向他展示了 VCSEL 二極體,作為一種全集成的雷射感應器,並推薦了一種久經考驗的測量方法:所謂的自混合干涉技術,簡稱 SMI。創意誕生,SICK 和 TRUMPF 的開發合作關係就此開啟,最終的合作成果就是 SICK 的 SPEETEC 感應器。

SICK 是工業感應器的專家——從工廠到物流,再到流程自動化。位於德國 Waldkirch 的這家技術和市場先進企業憑藉感應器智慧和應用解決方案,為安全高效地控制過程;保護人員免受事故傷害以及避免環境損害奠定基礎。該公司成立於 1946 年,在全球擁有 50 多家子公司和控股公司以及眾多代理機構。

行業

針對工廠、物流和流程自動化的感應器解決方案

員工人數

10,000

地點

Waldkirch(德國)

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TRUMPF 產品
  • ViP(集成有光電二極體的 VCSEL)
應用
  • 3D 感應系統,無接觸式雷射量測

挑戰

在此之前,在生產設備中使用量測輪編碼器對速度、位置和長度進行接觸式量測都是先進的技術水準。在這裡,一個小輪子在經過的貨物和部件上滾動,並計算它們的尺寸和速度。這很不錯,但還能做到更好。因為即使是久經考驗的量測輪也有缺點:在薄而敏感的材料上,量測輪會留下不希望出現的痕跡,或者它們沒法獲得足夠的抓力來實現準確量測。替代方法就是光學量測。但通常認為它很貴:「無接觸式量測方法所帶來的好處通常不足以抵消掉更高昂的購置價格。這是我一再聽到的說法」,Heiko Krebs 說道。因為使用雷射光掃描零件的感應器解決方案技術複雜,並會造成後續成本:它們需要較高的雷射功率,因此屬於 3 類雷射等級。所以必須從建築方面採取安全預防措施並進行專門的培訓。

我們收到了很多針對應用的詢價,這些在我們開發時甚至都沒有想到。這些客戶現在可以使用 SPEETEC 解決以前沒有合適的感應系統的量測任務。

Heiko Krebs
SICK AG 產品管理高級副總裁

解決方案

VCSEL 二極體以及與 TRUMPF Photonic Components 公司的開發合作關係實現了突破。TRUMPF Photonic Components 公司營銷和銷售副總裁 Ralph Gudde 向 Heiko Krebs 展示了用於消費類設備的帶有全集成雷射感應器的小型二極體。這解決了 3 類雷射等級的問題。Gudde 回憶道:「我們還向 SICK 建議了另一種測量方法。因為藉助 VCSEL 我們可以採用所謂的自混合干涉技術,簡稱 SMI。該技術已經在數百萬的產品中使用了大約二十年,久經考驗。」該方法的工作方式是:VCSEL 將紅外雷射束投射到經過的零件的表面上。光學諧振腔重新捕獲反射的雷射束並將其與諧振腔中的光混合。然後光電二極體量測干涉,系統根據頻率差計算移動速度。從波長的調製中可以推斷出方向。雷射感應器藉此直接感測出零件的速度和方向,並且間接感測出位置和大小。

 

落實

即使有了革命性的想法,想要落實也絕非易事。但開發合作夥伴可以從他人的專業知識中受益。TRUMPF 和 SICK 攜手共進,一起推出了 SPEETEC 感應器。該產品基於一種可超精確地快速評估 FPGA 上的信號質量的處理演算法。在每秒十米的物體速度下,它可以達到 4 微米的解析度和 0.1% 的量測精確度——即使是使用像絕緣羊毛這種要求苛刻的材料也是如此。「所有這一切的價格比以前市場上的任何產品都更接近接觸式解決方案」,Krebs 滿意地說道。

展望

合作雙方對於合作成果以及合作方式感到無比自豪。Krebs 回憶道:「項目合作夥伴面向的是快速變化的消費市場,而我們則專注於行業規範——在這裡,兩個世界交織在一起。在一些事情上,我們必須首先找到共同的語言,共同的思維方式。TRUMPF Photonic Components 公司的同事有時會用他們的方法帶我們突破瓶頸。」Gudde 補充道:「當時,我們對集成工業感應器必須滿足的要求知之甚少。我們並不清楚該行業到底有什麼樣的市場和利基領域。我們在這裡跟 SICK 學了一些東西。」

令 Krebs 特別高興的是,他現在甚至收到了對他的光學感應器的詢價,這是在他開發時根本沒想到的情況。「這些客戶現在可以使用 SPEETEC 解決以前沒有合適的感應系統的量測任務。」

深入瞭解該產品

集成有光電二極體的 VCSEL

在集成式 VCSEL 解決方案 ViP 中直接集成了光電二極體,以便能夠處理反射信號。憑藉其光學特性,普通單模 VCSEL 成為高要求感應系統應用的理想選擇。VCSEL 嵌入密封 TO 外殼的產品版本適用於工業環境條件。

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