Afstandsmåling med Laser

En laserafstandsmåler er et fantastisk instrument.

Den kan måle ultrapræcist over korte afstande og meget præcist over meget lange afstande blot ved at sende en tynd smal lysstråle ud. Principperne er forskellige om det er til kort eller lang afstand, og der er selvfølgelig nogle tekniske spidsfindigheder der betyder at netop denne laser afstandsmåler fungerer bedst til præcis denne måling.

Laserafstandsmåler til lange afstande (500 m) med "time of flight" princippet

Udgangssignal:

Målerne leveres med analog udgang samt digital udgang. Den analoge udgang er den mest simple og kan nemt og hurtigt benyttes til visning på display og reguleringsformål. Men skal man udnytte laser afstandsmåleren til den ekstra høje præcision over et større måleområde bør man benytte den digitale udgang.
Den digitale udgang er typisk en seriel udgang der kan føres til et display eller til en PC/PLC, og ved at benytte den digitale overførsel sker der ingen forringelse i signaloverførslen, og visningen kan udføres med laserens målenøjagtighed. Der er mulighed for RS 232, RS 422, SSI, Profinet, Ethernet, EtherCat og Profibus.

Måleprincip:

Time of flight/faseskifte: Laser måleren benytter ”faseskifte” princippet der betyder at sensoren udsender et laserlys, der reflekteres af emnet eller en reflektor og vender tilbage til sensoren. Sensoren måler den ændring i fasen som det udsendte lys og det indkomne lys har.

Måleoverflade:

Det synlige laserlys udsendes fra måleren og reflekteres af den overflade man ønsker at måle afstanden til. En vigtig forudsætning for at måleren kan måle afstanden til overfladen er at overfladen rent faktisk reflekterer lyset. Det kan være problematisk med spejlende overflader der kan sende lyset i en anden retning, eller med overflader der ”spiser” lyset og stort set ikke reflekterer noget. Målerne er meget robuste overfor dæmpning ved refleksion på overfladen, men alt har sin grænse. Meget mørke overflader kan være svære at måle på. Ved længere afstande kan det være nødvendigt at benytte en reflektor der lige som en cykelrefleks sender lyset tilbage i samme retning som den kom fra. Ofte kan man nøjes med at male en lille hvid plet på overfladen.

Laserafstandsmåler til de korte afstande efter triangulationsprincippet

Laserafstandsmåler til kort afstand - Triangulation

Micro-Epsilon, der er markedsledende indenfor området afstandsmåling har en lang række af laserbaserede afstandsmålere, der typisk benyttes til måling af afstand, niveau, form, tykkelse, positionering, profil og detektion af kant. Produktprogrammet indeholder to forskellige typer afstandsmålere, punktmåling og scanner.

Se afsnittet om teknikken bag laserafstandsmålere med triangulation længere neder på siden.

En triangulation laserafstandsmåler har forskellige specifikationer, se nedenfor.
Først og fremmest er der selve det aktuelle måleområde.

Measuring range

er det aktive måleområde startende fra ”Start of measuring range”, her 24 mm fra sensoren og op til ”end of measuring range". I dette tilfælde kan måleren måle fra 24 til 26 mm fra sensoren. Se skema til højre.

Linearitet

Den maksimale afvigelse mellem en ideel ret linje og den reelle karakteristik angives som Non-linearity eller linearity. Værdien angives som en procent af måleområdet (% FSO). Her angivet som 2µm eller under 0,1% af fuld skala, hvilket er 0,1% af 2 mm = 2µm. Denne værdi har især betydning når man skal måle over et stort område f.eks her 2 mm.
Måler man typisk den samme afstand, eller en bestemt afstand er vigtig er det opløsningen man skal se på som målenøjagtighed.

Resolution

Betyder opløsning eller følsomhed. I skemaet til højre er skrevet 0,1µm. Det vil sige at sensoren kan registrere en afstandsændring på 0,1µm. Denne værdi er ofte angivet ved en bestemt målehastighed, her 2,5 kHz. Hvis man programmerer måleren til en lavere hastighed eller midler værdierne (averaging) kan man opnå bedre opløsning.
Ved en opløsning på 0,1µm i et måleområde på 2 mm kan man sige at måleområdet deles op i 2000 dele.

Measuring rate

er den maksimale målehastighed måleren kan opnå.

Spot diameter

angiver størrelsen af laserpletten i start, midt og slut af måleområdet. Laserafstandsmåleren modtager lys fra hele målepletten så hvis det område under pletten ikke har samme afstand til sensoren vil den vise en værdi mellem maks og min afstand til emnet.

Udgangssignal

En laserafstands sensor har 2 muligheder for udgangssignal, enten et analogt signal eller et digitalt signal, måske begge dele. Hvis man skal have den højeste målenøjagtighed samt opløsning skal man benytte det digitale signal da det analoge ikke er nøjagtigt nok. Desuden kan der være drift på et analogt signal.

Temperaturafhængighed

Sensoren vil være afhængig af omgivelsestemperaturen. Der vil være variation i elektronikken, mekanikken og i optikken. Variationen er typisk angivet som her 0,03% af FSO (fuld skala) pr °C. For at opnå den allerhøjeste nøjagtighed skal temperaturen derfor være konstant.

Langtidsstabilitet

På trods af at der benyttes komponenter af høj kvalitet vil stabiliteten af en sensor kunne ændres over tid. Det vil sige at udgangssignalet kan ændre sig over tid, selv om måleforholdene er uændrede. Værdien angives normalt som % FSO / måned. FSO = Full Scale Output (Fuld måleområde)

Farve: Rød eller blå

Endelig kan man vælge forskellige farver til laserlyset. Typisk er farven rød, men hvis man skal bruge lasermåleren til at måle på en rød overflade eller en rødglødende overflade kan den ikke ses. En blå laser har desuden den fordel at den ikke når så langt ind i den overflade der skal måles på hvilket i nogle tilfælde kan give en bedre målenøjagtighed.