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Como Funcionam os Sensores de Deslocamento a Laser

Sensores de deslocamento a laser, comumente conhecidos como lasers de ponto, medem um único ponto usando reflexão triangular. Os perfiladores a laser, por outro lado, medem uma linha inteira. A precisão da medição dos sensores de deslocamento a laser é alta, mas a eficiência é baixa porque os dados são coletados ponto a ponto. Os perfiladores a laser têm a compensação oposta. Eles digitalizam a superfície e formam contornos 3D rapidamente, mas a precisão diminui. A escolha de qual tipo de abordagem de medição a laser usar depende dos requisitos da aplicação, principalmente se a precisão ou a velocidade forem as prioridades mais altas.&nsbp;

Seja contando biscoitos em um contêiner de conchas, verificando o alinhamento dos painéis de carros ou medindo a posição de componentes eletrônicos em uma placa de circuito impresso, a lista de aplicações de produção que podem se beneficiar com um sistema de visão 3D simples de usar é virtualmente ilimitado.&nsbp;

Hoje, os designers de sistemas de visão 3D têm várias opções à sua disposição para resolver aplicações 3D, incluindo sistemas de deslocamento a laser (também chamados de scanners a laser), soluções estereoscópicas e de tempo de voo (ToF). Desses três conjuntos de soluções, os sensores de deslocamento a laser são os mais comuns e fornecem a aquisição de dados 3D mais rápida, precisa e econômica para operações in-line e off-line.&nsbp;

Perfiladores versus deslocamento linear versus deslocamento de área

Um sensor de deslocamento a laser pode gerar medições de superfície 2D e 3D precisas, incluindo a altura, largura, ângulo, área e posição de um objeto. Os sensores de deslocamento a laser se enquadram em três tipos principais: perfiladores lineares, sensores de deslocamento linear e sensores de deslocamento de captura de área.&nsbp;

Os perfiladores a laser geram fatias 2D de imagens (por exemplo, uma imagem do objeto cortada ao meio) ou mapas de superfície 3D, empilhando perfis individuais em uma imagem contínua. Normalmente, isso é feito usando dados de movimento de um codificador que rastreia o objeto em digitalização.

Comparação entre mapa de altura 2D e nuvem de pontos 3D

Mapa de altura 2.5(esquerda) e nuvem de pontos 3D (direita)

Os sensores de deslocamento a laser levam esta operação um passo adiante, gerando verdadeiras nuvens de pontos 3D de todo o objeto para melhor precisão e usabilidade (assumindo que o software de processamento de imagem foi totalmente otimizado para funcionar em um ambiente 3D verdadeiro). Sensores de deslocamento a laser também são montados acima e, ocasionalmente, abaixo de transportadores para a digitalização de objetos em movimento. Esses sensores às vezes são anexados à extremidade dos braços robóticos para fornecer o movimento de leitura sensor-objeto.

Correia transportadora com robô para coleta de peças de metal fundido inspecionadas

Finalmente, alguns sensores de deslocamento de captura de área usam espelhos microeletromecânicos (MEMs) para mover a luz do laser ao redor do objeto, em vez de depender do movimento do objeto em relação ao laser.&nsbp;

A triangulação a laser mede a altura

Os sensores de deslocamento a laser usam a triangulação a laser para determinar a altura de um pixel a partir de um plano de base calibrado (pense na localização “zero” em um gráfico de linha).&nsbp;

Em operação, os sensores de deslocamento a laser projetam uma linha laser em um objeto que pode estar estacionário ou em movimento relativo. Por exemplo, um sensor de deslocamento linear, como aquele usado no sistema de visão In-Sight 3D-L4000, pode ser montado acima de um transportador móvel ou montado em um braço robótico móvel.&nsbp;

Localizado a uma distância e ângulo conhecidos do gerador de linha laser dentro do sensor de deslocamento a laser, um sensor digital captura a luz refletida. O software de triangulação a laser em execução no sensor reconstrói o mapa de superfície ou nuvem de pontos 3D com base nas mudanças na forma da linha laser projetada à medida que ela se move pelo objeto. O resultado é então comunicado aos CLPs a jusante, sistemas de manuseio de materiais e/ou software de rastreamento de produção para ações futuras.

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2D e 3D: O melhor de dois mundos

Com base nestes princípios operacionais simples, os sensores de deslocamento a laser são amplamente usados para medições de perfil, posição e lacuna para muitas aplicações de produção industrial, incluindo:

  • Presença/ausência na montagem automotiva
  • Medições de vedação e volume para alimentos e embalagens
  • Folga do molde, espessura e inspeção de trama em aplicações de extrusão
  • Inspeções de altura, localização e nivelamento de componentes em produtos eletrônicos e produtos embalados de consumo

Além de sua precisão, os sensores de deslocamento a laser são rápidos, capazes de adquirir milhões de pontos de dados 3D por segundo para construir modelos de nuvem de pontos 3D de alta resolução. A capacidade de trabalhar em velocidades muito altas permite a medição 100% dos produtos movendo-se por uma esteira, eliminando assim a necessidade de parar a linha para amostrar produtos. Isso resulta em custos mais baixos, melhor qualidade e maior rendimento.

Os sensores de deslocamento a laser mais confiáveis fornecem imagens 2D em tons de cinza, bem como nuvens de pontos 3D. Ao usar sistemas avançados de leitura a laser livre de reflexos, os sensores de deslocamento a laser da próxima geração têm uniformidade e potência óptica para gerar imagens 2D de alta qualidade. Esses sistemas avançados oferecem operação confiável, mesmo se montados de cabeça para baixo, sob um transportador onde a contaminação é tradicionalmente um problema para projetores de laser.

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Linha laser livre de reflexos azul (esquerda) e laser vermelho com reflexos (direita)

Conforme observado acima, a ampla faixa de medição dos modernos sensores de deslocamento a laser, juntamente com os programas de software de visão mais poderosos e intuitivos, dá aos sistemas de perfiladores a laser a capacidade de resolver virtualmente qualquer aplicação de medição 3D em linha. Isso economiza tempo e despesas aos fabricantes e construtores de máquinas, ao mesmo tempo que aumenta a qualidade geral de seus produtos.

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