
Seleção do sensor: Explicação das especificações do sensor a laser
Os fabricantes usam muitos termos para descrever o desempenho do sensor: precisão, resolução, repetibilidade ou reprodutibilidade, linearidade etc. Nem todos os fabricantes usam as mesmas especificações, o que pode dificultar a comparação de diferentes modelos de sensores. O guia a seguir explica as especificações comuns dos sensores e discute como usá-las para encontrar o sensor certo para sua aplicação.
A precisão não é o mais importante?
Uma das primeiras especificações que você pode esperar ver é a precisão. A precisão representa a diferença máxima entre o valor medido e o valor real; quanto menor a diferença entre o valor medido e o valor real, maior a precisão. Por exemplo, uma precisão de 0,5 mm significa que a leitura do sensor estará dentro de ± 0,5 mm da distância real.
No entanto, a precisão é frequentemente não o valor mais importante a ser considerado nas aplicações industriais de sensoriamento e medição. Continue lendo para saber por que e quais são as especificações mais importantes a serem levadas em consideração com base no tipo de aplicação.
Principais especificações para aplicativos discretos
Para sensores discretos de medição a laser, a Banner fornece duas especificações principais: repetibilidade e separação mínima de objetos. Embora ambos sejam úteis para comparar produtos para detecção discreta, a separação mínima de objetos será a mais valiosa para ajudá-lo a selecionar um sensor que possa ter um desempenho confiável em uma aplicação do mundo real.
Repetibilidade
Repetibilidade (ou reprodutibilidade) refere-se à confiabilidade com que um sensor pode repetir a mesma medição nas mesmas condições. A repetibilidade de 0,5 mm significa que várias medições do mesmo alvo estarão dentro de ± 0,5 mm.
Essa especificação é comumente usada entre os fabricantes de sensores e pode ser um ponto de comparação útil; no entanto, é uma medida estática que pode não representar o desempenho do sensor em aplicações do mundo real.
As especificações de repetibilidade são baseadas na detecção de um alvo de cor única que não se move. A especificação não leva em conta a variabilidade do alvo, incluindo speckle (alterações microscópicas na superfície do alvo) ou transições de cor/refletividade que podem ter um impacto significativo no desempenho do sensor.
Separação mínima de objeto
Separação mínima de objetos (MOS) refere-se à distância mínima que um alvo deve estar do fundo para ser detectado de forma confiável por um sensor. Uma separação mínima de objetos de 0,5 mm significa que o sensor pode detectar um objeto que esteja a pelo menos 0,5 mm de distância do plano de fundo.
A separação mínima de objetos é a especificação mais importante e valiosa para aplicações discretas. Isso ocorre porque o MOS captura a dinâmica repetibilidade medindo diferentes pontos no mesmo objeto à mesma distância. Isso lhe dá uma ideia melhor de como o sensor funcionará em aplicações discretas do mundo real com a variabilidade normal do alvo.
Importância do MOS em aplicações discretas
Na imagem à direita, os sensores Q4X estão sendo usados para identificar se uma arruela está presente em um bloco de motor. Clique aqui para saber mais sobre esse aplicativo.
Se o sensor detectar uma pequena diferença de altura, mesmo que seja de apenas 1 mm, ele enviará um sinal para alertar os operadores de que está faltando uma arruela ou de que há várias arruelas presentes.
A especificação MOS é importante para determinar a menor alteração que pode ser detectada.
Principais especificações para aplicativos analógicos
Para aplicações analógicas, a Banner fornece especificações de resolução e linearidade. Embora a resolução seja a especificação mais comum usada pelos fabricantes de sensores, a linearidade é a mais útil para muitas aplicações que exigem medições consistentes em toda a faixa do sensor.
Resolução
Resolução informa a menor alteração na distância que um sensor pode detectar. Uma resolução de <0,5 mm significa que o sensor pode detectar alterações na distância de 0,5 mm. Essa especificação é a mesma que a repetibilidade estática do melhor caso, mas é expressa como um número absoluto em vez de +/-.
O desafio das especificações de resolução é que elas representam a resolução de um sensor nas "melhores condições", portanto, não fornecem uma imagem completa do desempenho do sensor no mundo real e, às vezes, exageram o desempenho do sensor. Em aplicações típicas, a resolução é afetada pelas condições do alvo, pela distância até o alvo, pela velocidade de resposta do sensor e por outros fatores externos. Por exemplo, objetos brilhantes, manchas e transições de cores são fontes de erro para sensores de triangulação que podem afetar a resolução.
Linearidade
Linearidade refere-se à proximidade com que a saída analógica de um sensor se aproxima de uma linha reta em toda a faixa de medição. Quanto mais lineares as medições do sensor, mais consistentes serão as medições em todo campo de ação do sensor. Linearidade de 0,5 mm significa que a maior variação na medição em toda a faixa do sensor é de ± 0,5 mm.
Em outras palavras, a linearidade é o desvio máximo entre uma medição ideal em linha reta e a medição real. Em aplicações analógicas, se você puder ensinar os pontos próximos e distantes, a precisão da exibição do sensor é menos importante do que a linearidade da saída. Isso ocorre porque quanto mais linear, mais a saída mostra a alteração correta ao longo de uma linha de medição.
Por exemplo, digamos que um alvo seja colocado a 100 mm de distância de dois sensores, e ambos os sensores sejam ensinados a 100 mm e 200 mm. A 100 mm, o sensor A mede 100 mm e o sensor B mede 110 mm. A 200 mm, o sensor A mede 200 e o sensor B mede 210. O alvo é então movido para 150 mm de distância dos sensores. O sensor A mede 153 mm e o sensor B mede 160 mm.
Distância real | Display do sensor A | Display do sensor B |
---|---|---|
Distância real 100 mm | Sensor A Tela 100 mm | Sensor B Tela 110 mm |
Distância real 150 mm | Sensor A Tela 153 mm | Sensor B Tela 160 mm |
Distância real 200 mm | Sensor A Tela 200 mm | Sensor B Tela 210 mm |
Nesse caso, o Sensor A é mais preciso porque está mais próximo da distância real em cada ponto. Mas o Sensor B é mais linear porque as leituras do sensor são mais consistentes em toda a faixa do sensor.
Importância da linearidade em aplicações analógicas
Na imagem à direita, a opção de ensino de dois pontos no sensor analógico de medição a laser Q4X é usada para ensinar um magazine cheio (4 mA) e vazio (20 mA). A saída analógica fornece um medidor em tempo real da altura da pilha.
Quanto mais linear for o sensor, melhores serão as medições entre um carregador cheio e um vazio. Com linearidade perfeita, metade da pilha desapareceria quando o sensor fornecesse 12 mA.
Efeito da Temperatura
O efeito da temperatura refere-se à variação de medição que ocorre devido a mudanças na temperatura ambiente. Um efeito de temperatura de 0,5 mm/ °C significa que o valor da medição pode variar em 0,5 mm para cada mudança de grau na temperatura ambiente.
Erro total esperado
O erro total esperado é a especificação mais importante para aplicações analógicas. Esse é um cálculo holístico que estima o efeito combinado de fatores como linearidade, resolução e efeito da temperatura. Como esses fatores são independentes, eles podem ser combinados usando o método Root-Sum-of-Squares para calcular o erro total esperado.
O gráfico abaixo é um exemplo de cálculo de erro total esperado para um sensor analógico.
O resultado desses cálculos é mais valioso do que as especificações individuais, pois fornece um quadro mais completo do desempenho de um sensor em aplicações do mundo real.
A Banner fornece as especificações necessárias para calcular o Total Expected Error em nossas fichas técnicas de produtos.
Principais especificações para aplicativos IO-Link
A repetibilidade, ou a confiabilidade com que o sensor pode repetir a mesma medição, é uma especificação comum para os sensores IO-Link . No entanto, assim como nas aplicações discretas, a repetibilidade não é o único ou o mais importante fator para as aplicações IO-Link.
A precisão também se torna mais importante aqui. Conforme mencionado anteriormente, a precisão é a diferença máxima entre o valor real e o valor medido. Ao usar o IO-Link, o valor medido (mostrado no visor) é comunicado diretamente ao PLC. Portanto, é importante que o valor seja o mais próximo possível de "verdadeiro".
O melhor cenário para um aplicativo IO-Link é um sensor que seja preciso e repetível. No entanto, se o sensor for repetível, mas não preciso, ainda será possível para o usuário calibrar o deslocamento por meio do PLC.
Importância da precisão em aplicações IO-Link
Neste exemplo de aplicação ilustrado à direita, um sensor de medição a laser Q4X detecta a presença de inserções de cor escura em um painel de porta automotivo de cor escura. Saiba Mais Sobre esta Aplicação.
Os dados de processo do IO-Link mostram a distância até o local onde o inserto deveria estar para determinar se o inserto está presente. A medição deve ser precisa, independentemente da cor do alvo.
Erro total esperado para aplicativos IO-Link
O Total Expected Error é a especificação mais importante para aplicativos IO-Link. Para sensores IO-Link, o Banner calcula o erro total esperado de forma um pouco diferente do que para aplicações analógicas. Para sensores IO-Link, o erro total esperado representa o efeito combinado da precisão, da repetibilidade e do efeito da temperatura. Novamente, como os fatores são independentes, eles podem ser combinados usando o método Root-Sum-of-Squares para calcular o erro total esperado.
Veja abaixo um exemplo de como isso é calculado para sensores IO-Link.
Da mesma forma que o erro total esperado para aplicações analógicas, o resultado desses cálculos é mais valioso para aplicações IO-Link do que as especificações individuais, pois fornece um quadro mais completo do desempenho de um sensor em aplicações do mundo real.
A Banner fornece as especificações necessárias para calcular o Total Expected Error em nossas fichas técnicas de produtos.