Bij veel processen is er een vraag naar automatisering in de vorm van een afstandsmeting. Dit om meer grip en inzicht te krijgen in het proces. Dit komt ten goede aan de nauwkeurigheid, betrouwbaarheid en efficiëntie. Voorbeelden hiervan zijn:
- Een vrachtwagen die achteruit rijdt richting een loading bay
- Het bepalen van de afstand van een gripper tot een container
- Het bepalen van de afstand van een schip tot de kade, aanmeren en afmeren
- Niveau van een bunker
- Niveau in een tank
Dit zijn allen mooie toepassingen, maar welke sensor is de juiste keuze? Waar baseer je deze keuze op?
In dit artikel staan we stil bij de verschillen tussen de ultrasone en laser-gebaseerde meetprincipes, uitdagende toepassingen die dit verschil benadrukken. Tot slot geven we inzicht in de mogelijke oplossingen voor verschillende applicaties.
Wat is laserlicht?
Laser is licht, maar dan heel intens. Dit komt omdat de lichtdeeltjes in laserlicht veel dichter op elkaar zitten dan in reguliere verlichting. Kenmerkend voor lasersensoren is dat er zowel in het zichtbare spectrum als in het onzichtbare spectrum lasersensoren gemaakt worden. Zo bestaan er ook infrarode en zichtbare rode lasers. Laserlicht kan gebruikt worden voor het nauwkeurig meten van hele kleine maar ook hele grote afstanden. Methodes die hierbij toegepast worden zijn: “Time of Flight” en de “fase verschuiving”.
Omdat lasers ook licht zijn hebben deze met dezelfde spelregels te maken wanneer het aankomt op voor- en nadelen. Onder voordelen vallen de hoge snelheid, zeer hoge precisie en een scherpe focus op kleine oppervlakten. Wat betreft meetomvang zijn lasers toepasbaar over zowel hele kleine als zeer grote afstanden.
De nadelen van het gebruik van licht zijn de vatbaarheid voor omgevingslicht, de (beperkte) reflectiviteit en te hoge ruwheid van het te meten of detecteren oppervlak en objecten die licht doorlaten. Deze kunnen allemaal een obstakel vormen voor het ontvangen van het uitgezonden laserlicht van de sensor.
Wat is ultrasoon geluid?
Ultrasoon geluid is een gebied uit het geluidsspectrum. Oftewel trillingen die zich door de lucht verplaatsen. Wat ultrasoon geluid kenmerkt is dat het niet waar te nemen is door het menselijk oor. De frequentie, oftewel het aantal trillingen dat dit geluid per seconde maakt bepaalt of het waar te nemen is voor het menselijke oor. In de natuur wordt dit geluidsspectrum gebruikt door bijvoorbeeld dolfijnen en vleermuizen. Specifiek om te detecteren, communiceren en afstanden te bepalen tot iets.
Het gebruik van geluid brengt voordelen maar net zo goed ook nadelen met zich mee. De voordelen bestaan uit: de onvatbaarheid voor kleur, glans en transparantie van objecten, zeer goede werking op vaste stoffen en vloeistoffen en geen hinder bij objecten met een grovere of juist fijnere structuur.
Wat betreft nadelen heeft ultrasoon geluid een kleiner bereik en een zeer grote vatbaarheid voor geluidsabsorberende materialen of oppervlakten zoals schuim en textiel.
Wat zijn de toepassingen die laser of ultrasoon vereisen?
De eerder genoemde fundamentele beschrijvingen van ultrasoon geluid en laserlicht helpen bij het vertalen van deze eigenschappen naar bruikbare praktijktoepassingen. Hieronder volgen een aantal industriële toepassingen waar ultrasoon geluid of laserlicht tot hun recht komen.
Meting van transparante objecten
Transparante objecten, zoals bijvoorbeeld een PET-fles, hebben de eigenschap dat deze licht doorlaten. Als een laser gebruikt zou worden om een afstand te meten tot de fles zou dit problemen opleveren door het gebrek aan een reflectie van het laserlicht dat ontvangen moet worden door de sensor. Een ultrasoonsensor daarentegen is een zeer geschikte oplossing hiervoor: het uitgezonden geluid gaat niet door de verpakking heen en wordt dus weerkaatst. Hierdoor is een meting mogelijk en kan de sensor de afstand tot de fles bepalen.
Hoge nauwkeurigheid
Soms dient er een meting uitgevoerd te worden met oppervlakten die zeer verschillend zijn in vorm. Denk aan bandenprofielen die op een afstand gemeten moeten worden. Het gebruik van een ultrasoonsensor is hier minder geschikt omdat hoe groter de afstand, des te minder precies de meting verloopt. Laserlicht daarentegen heeft de nodige precisie om deze openingen te bereiken en dus te meten. Hiermee kan het bandenprofiel worden bepaald tot op micrometers waardoor slijtages of productfouten opgespoord kunnen worden.
Metingen op verschillende kleuren
In de verpakkingsindustrie komen er materialen en productverpakkingen voor in allerlei verschillende kleuren. Niet iedere kleur heeft dezelfde reflectiviteit, dat wil zeggen dat de ene kleur meer reflecteert dan een andere. Dit merken we vaak bij het dragen van een zwart shirt op een zomerse dag: we ervaren de zon nog heter dan iemand met een wit shirt. Dit komt door de mate van reflectie. Het laserlicht is, net zoals ieder soort licht, hieraan onderhevig omdat niet iedere kleur een even goede reflectie weerkaatst naar de sensor toe. De voorkeur ligt dus bij een ultrasoonsensor die ongevoelig is voor de kleur van een verpakking.
Metingen op (zeer) grote schaal
Het bereik is misschien wel het belangrijkste als het aankomt op een (afstands)meting. Ultrasoonsensoren reiken tot een 8.000 mm (of 8 meter) en kunnen dus gebruikt worden binnen de meeste kleine en middelgrote afstanden. De lasersensoren beginnen bij een maximum meetbereik van 10 cm en zijn er zelfs tot 3.000 meter (of 3 km). Voor zowel kleine, middelgrote en (zeer) grote afstanden kunnen afstandslasers worden gebruikt. Denk aan een niveaumeting in een silo.
Geluidsabsorberende materialen
In de textielindustrie wordt er met allerlei soorten materialen gewerkt van katoen tot wol en van synthetische materialen tot aan onbewerkte stoffen. Materialen met een open structuur hebben vaak een geluidsabsorberende eigenschap. Dit zorgt ervoor dat bij een meting met een ultrasoonsensor de geluidtrillingen minder of helemaal niet worden weerkaatst naar de sensor. Het heeft een serieuze invloed op het meetbereik. Hier is de laser een gangbare oplossing omdat deze foutloos metingen kan uitvoeren op dit soort materialen, zonder significante invloed op het meetbereik (afgezien van de kleur).
Waar moet de keuze op uit gaan?
Hieronder hebben we de producten in ons pakket aan ultrasoon en lasersensoren ondergebracht in uitklapbare tabellen en vergeleken in termen van meetbereik, extra’s en bruikbaarheid in verschillende toepassingen.
| Meetbereik | Extra’s | Bruikbaarheid in verschillende toepassingen |
Nano serie | 350 mm | Kleinste M12 ultrasoonsensor ter wereld | Metingen met kleine inbouwruimte |
Pico+TF serie | 1.300 mm | Teflonlaag om transducer voor chemische bestendigheid | Metingen in omgevingen met chemische stoffen |
UK6 serie | 1.200 mm | Kortvormige kunststoffen of metalen M18 behuizing | Voor toepassingen met weinig inbouwruimte |
UK1 serie | 2.200 mm | Cylindrische M18 behuizingen van kunststof of metaal met teach-in button | Eenvoudig inleren voor toepassing op grote schaal |
UQ1 serie | 1.200 mm | Kubusvormige behuizing met M18 sensorkop | Voor toepassingen met een haakse montage |
Lpc+ serie | 1.000 mm | Temperatuurcompensatie voor automatische aanpassing aan omgevingstemperatuur en een IO-Link interface | Middelgrote afstandsmetingen; |
Nero serie | 1.000 mm | Kunststoffen M18 behuizing, beschikbaar in normale en haakse uitvoering | Middelgrote ultrasone afstandsmetingen |
Crm+ | 6.000 mm | Speciale beschermende folielaag over transducer | Grote ultrasone afstandmetingen |
Mic serie | 6.000 mm | RVS M30 behuizing voor zware gebruiksomstandigheden en een automatische synchronisatie bij gebruik van meerdere sensoren | Lange ultrasone afstandsmetingen |
Mic+ serie | 6.000 mm | RVS M30 behuizing voor zware gebruiksomstandigheden en een automatische synchronisatie bij gebruik van meerdere sensoren | Lange ultrasone afstandsmetingen |
Wms serie | 6.000 mm | Triggeringang en echo-uitgang functies | Lange ultrasone afstandsmeting |
Sks serie | 150 mm | Zeer compacte rechthoekige behuizing en IO-Linkondersteuning | Kritische ultrasone afstandsmetingen |
Zws serie | 700 mm | Meest compacte balkvormige ultrasoonsensoren met zeer hoge schakelfrequentie (250 Hz) en teach-in button | Voor high-speed meettoepassingen |
Lcs serie | 1.300 mm | Compacte kubusbehuizing, automatische synchronisatie en multiplexmodus | Middelgrote meettoepassingen met meerdere sensoren |
Lcs+ serie | 6.000 mm | Compacte kubusbehuizing, IO-Linkondersteuning, automatische synchronisatie en multiplexmodus | Middelgrote meettoepassingen met meerdere sensoren |
Hps+ serie | 3.400 mm | PTFE-folie over transducer voor bescherming tegen agressieve stoffen, RVS-behuizing, extra hygiëne | Gebruik in omgevingen met agressieve chemicaliën |
Pms serie | 1.000 mm | ECOLAB-, FDA- en EHEDG-conforme behuizing | Voor gebruik in omgevingen met chemische stoffen, zware reinigingsmiddelen en een hoge goedgekeurde hygiëne |
LASE 1000 serie | 110 m op natuurlijke ondergronden en 800 m op reflector | Ondersteuning van meerdere industriële interfaces en zeer hoge meetsnelheid (20 kHz) | Toepassingen met zeer hoge snelheidIntegratie in de meeste bestaande en nieuwe systemen, door de ondersteuning van de meest voorkomende industriële interfaces |
LAM 34 serie | 30 m op natuurlijke ondergronden en 250 m op reflector | Zeer hoge schakelfrequentie (30 kHz), oogveilige infrarode laser | Toepassingen waar er vaak mensen in de buurt van de laser werken; |
LAM 50 serie | 30 m op natuurlijke ondergronden en 150 m op reflector | Opties als een interne verwarming, verschillende interfaces. | Voor gebruik in toepassingen vanaf een omgevingstemperatuur van -40°CVoor integratie in bestaande en nieuwe systemen |
SP1200 serie | 600 m op beperkte reflectiviteit en 1.200 m op reflector | Puntlaser voor visuele uitlijning, zeer groot meetbereik | Voor grootschalige meettoepassingen |
LAM 70 serie | 70 tot 125 m op natuurlijke ondergronden en 270 m op reflector | Zeer compacte behuizing, schakelfunctie tussen meerdere meetpunten, modulaire functionaliteit | Toepasbaar als lasermodule in een LIDAR-systeem |
LAM 5 serie | 5.11 – 6 meter | Kostenefficiënte oplossing, | Minder eisende toepassing die de voordelen van lasers vereisen; |
LAM 300 serie | 300 m op natuurlijke ondergronden en 3.000 m op targetboard. | Twee schakeluitgangen, waardoor een window mode mogelijk is; | Toepassingen over een zeer groot meetbereik zoals een niveaumeting in een graansilo of de ondersteuning van schepen bij het aanmeren; |
