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Selezione del sensore: spiegazione delle specifiche dei sensori laser

I produttori utilizzano molti termini per descrivere le prestazioni dei sensori: accuratezza, risoluzione, ripetibilità o riproducibilità, linearità, ecc.  Non tutti i produttori utilizzano le stesse specifiche, il che può rendere difficile il confronto tra i diversi modelli di sensori.  La seguente guida illustra le specifiche comuni dei sensori e spiega come utilizzarle per trovare il sensore giusto per la vostra applicazione.

La precisione non è forse la cosa più importante?

Una delle prime specifiche che ci si aspetta di vedere è la precisione.  L'accuratezza rappresenta la differenza massima tra il valore misurato e il valore effettivo; minore è la differenza tra il valore misurato e il valore effettivo, maggiore è l'accuratezza.  Ad esempio, un'accuratezza di 0,5 mm significa che la lettura del sensore sarà compresa entro ± 0,5 mm dalla distanza effettiva.

Tuttavia, la precisione è spesso non il valore più importante da considerare per le applicazioni di rilevamento e misura industriali.  Continuate a leggere per capire perché e per conoscere le specifiche più importanti da prendere in considerazione in base al tipo di applicazione.

Specifiche chiave per applicazioni digitali

Per i sensori di misura laser discreti , Banner fornisce due specifiche chiave: ripetibilità e separazione minima degli oggetti.  Sebbene entrambi siano utili per confrontare i prodotti per il rilevamento discreto, la separazione minima degli oggetti sarà la più utile per aiutarvi a selezionare un sensore che possa funzionare in modo affidabile in un'applicazione reale.

Ripetibilità

Ripetibilità (o riproducibilità) si riferisce all'affidabilità con cui un sensore può ripetere la stessa misura nelle stesse condizioni.  Una ripetibilità di 0,5 mm significa che più misurazioni dello stesso bersaglio rientrano in un range di ± 0,5 mm.

Questa specifica è comunemente utilizzata dai produttori di sensori e può essere un utile punto di confronto; tuttavia, si tratta di una misura statica che potrebbe non rappresentare le prestazioni del sensore nelle applicazioni reali. 

Le specifiche di ripetibilità si basano sul rilevamento di un bersaglio monocolore che non si muove. La specifica non tiene conto della variabilità del bersaglio, comprese piccole macchie (cambiamenti microscopici della superficie del bersaglio) o le transizioni di colore/riflessione che possono produrre un impatto significativo sulle prestazioni del sensore.

Minima separazione tra gli oggetti (MOS)

Separazione minima dell'oggetto (MOS) si riferisce alla distanza minima che un bersaglio deve avere dallo sfondo per essere rilevato in modo affidabile da un sensore.  Una separazione minima dell'oggetto di 0,5 mm significa che il sensore è in grado di rilevare un oggetto distante almeno 0,5 mm dallo sfondo.   

La separazione minima degli oggetti è la specifica più importante e preziosa per le applicazioni discrete.  Questo perché il MOS cattura la ripetibilità dinamica misurando punti diversi sullo stesso oggetto alla stessa distanza.  In questo modo si comprende meglio come il sensore si comporterà in applicazioni digitali in condizioni d'uso reali con una normale variabilità del bersaglio.

Importanza dei MOS nelle applicazioni discrete

Nell'immagine a destra, i sensori Q4X vengono utilizzati per identificare la presenza di una rondella in un blocco motore.  Fare clic qui per saperne di più su questa applicazione.

Se il sensore rileva una leggera differenza di altezza, anche solo di 1 mm, invia un segnale per avvisare gli operatori che manca una rondella o che sono presenti più rondelle.

La specifica MOS è importante per determinare la più piccola variazione che può essere rilevata.

Specifiche chiave per applicazioni analogiche

Per le applicazioni analogiche, Banner fornisce le specifiche di risoluzione e linearità.  Mentre la risoluzione è la specifica più comunemente utilizzata dai produttori di sensori, la linearità è la più utile per molte applicazioni che richiedono misure coerenti in tutto il campo del sensore. 

Risoluzione

Risoluzione indica la minima variazione di distanza che un sensore può rilevare.  Una risoluzione di <0,5 mm significa che il sensore è in grado di rilevare variazioni della distanza di 0,5 mm.  Questa specifica è uguale alla ripetibilità statica del caso migliore, ma è espressa come numero assoluto anziché come +/-.

È importante ricordare che le specifiche di risoluzione rappresentano le prestazioni di un sensore nelle condizioni "migliori", quindi non forniscono un quadro completo di come funziona il sensore in condizioni d'uso reali e a volte sovrastimano i risultati.  Nelle applicazioni tipiche, la risoluzione è influenzata dalle condizioni del bersagli, dalla relativa distanza, dalla velocità di risposta del sensore e da altri fattori esterni.  Ad esempio, gli oggetti lucidi, le piccole macchie e le transizioni di colore sono tutte fonti di errore per i sensori di triangolazione che possono influenzare la risoluzione. 

Linearità

Linearità si riferisce all'approssimazione dell'uscita analogica di un sensore a una linea retta lungo il campo di misura.    Più lineari risultano le misure del sensore, più coerenti saranno i valori misurati su tutta la portata del sensore. La linearità di 0,5 mm significa che la maggiore variazione di misura nel campo del sensore è di ± 0,5 mm. 

In altre parole, la linearità è la deviazione massima tra una misura rettilinea ideale e la misura effettiva.   Nelle applicazioni analogiche, se è possibile insegnare i punti vicini e lontani, la precisione del display del sensore è meno importante della linearità dell'uscita.  Questo perché più è lineare, più l'uscita mostra la variazione corretta lungo una linea di misura.

Ad esempio, supponiamo che un bersaglio sia posizionato a 100 mm di distanza da due sensori e che entrambi i sensori siano appresi a 100 mm e 200 mm.  A 100 mm, il sensore A misura 100 mm e il sensore B misura 110 mm. A 200 mm, il sensore A misura 200 e il sensore B misura 210.  Il bersaglio viene quindi spostato a 150 mm di distanza dai sensori.  Il sensore A misura 153 mm e il sensore B misura 160 mm.

Distanza effettiva Sensore A Display Sensore B Display
Distanza effettiva 100 mm Sensore A Display 100 mm Sensore B Display 110 mm
Distanza effettiva 150 mm Sensore A Display 153 mm Sensore B Display 160 mm
Distanza effettiva 200 mm Sensore A Display 200 mm Sensore B Display 210 mm

In questo caso, il sensore A è più preciso perché sono più vicini alla distanza effettiva in ogni punto.  Ma il sensore B è più lineare perché le letture del sensore sono più coerenti in tutto l'intervallo del sensore.

Importanza della linearità nelle applicazioni analogiche

Nell'immagine a destra, l'opzione di autoapprendimento a due punti del sensore di misura laser analogico Q4X viene utilizzata per l'autoapprendimento di un magazzino pieno (4 mA) e vuoto (20 mA).   L'uscita analogica offre una misura in tempo reale dell'altezza della pila.  

Quanto più lineare è il sensore, tanto migliori sono le misurazioni tra un caricatore pieno e uno vuoto.  Con una linearità perfetta, metà della pila sarebbe scomparsa quando il sensore fornisce 12 mA.

Effetti della temperatura

L'effetto temperatura si riferisce alla variazione di misura che si verifica a causa delle variazioni della temperatura ambiente.  Un effetto della temperatura di 0,5 mm/°C significa che il valore di misura può variare di 0,5 mm per ogni variazione di grado della temperatura ambiente.

Errore totale previsto

L'errore totale previsto è la specifica più importante per le applicazioni analogiche.  Si tratta di un calcolo olistico che stima l'effetto combinato di fattori quali la linearità, la risoluzione e l'effetto della temperatura.  Poiché questi fattori sono indipendenti, possono essere combinati con il metodo della somma dei quadrati per calcolare l'errore totale atteso.

Il grafico seguente è un esempio di calcolo dell'errore totale previsto per un sensore analogico. 

Il risultato di questi calcoli è più prezioso delle singole specifiche perché fornisce un quadro più completo delle prestazioni di un sensore nelle applicazioni reali.   

Banner fornisce le specifiche necessarie per calcolare l'errore totale previsto nelle schede tecniche dei prodotti.  

Specifiche chiave per applicazioni IO-Link

La ripetibilità, ovvero l'affidabilità con cui il sensore può ripetere la stessa misura, è una specifica comune per i sensori IO-Link.  Tuttavia, come per le applicazioni digitali, la ripetibilità non è l'unico fattore né il più importante per le applicazioni IO-Link.  

Anche la precisione diventa più importante in questo caso.  Come già detto, l'accuratezza è la differenza massima tra il valore effettivo e il valore misurato. Quando si utilizza IO-Link, il valore misurato (visualizzato sul display) viene comunicato direttamente al PLC. Pertanto, è importante che il valore sia il più vicino possibile al "vero". 

Lo scenario migliore per un'applicazione IO-Link è un sensore preciso e ripetibile.  Tuttavia, se il sensore è ripetibile ma non preciso, l'utente può comunque calibrare l'offset tramite il PLC.

Importanza della precisione nelle applicazioni IO-Link

Nell'esempio di applicazione illustrato a destra, un sensore di misura laser Q4X rileva la presenza di inserti di colore scuro su un pannello porta di un'automobile di colore scuro.  Per saperne di più su questa applicazione.

I dati di processo IO-Link mostrano la distanza dal punto in cui dovrebbe trovarsi l'inserto per determinare se l'inserto è presente.  La misurazione deve essere accurata indipendentemente dal colore del target. 

Errore totale previsto per le applicazioni IO-Link

L'errore totale previsto è la specifica più importante per le applicazioni IO-Link. Per i sensori IO-Link, Banner calcola il Total Expected Error in modo leggermente diverso rispetto alle applicazioni analogiche.  Per i sensori IO-Link, l'errore totale previsto rappresenta l'effetto combinato di precisione, ripetibilità ed effetto della temperatura.   Anche in questo caso, poiché i fattori sono indipendenti, possono essere combinati con il metodo della somma dei quadrati per calcolare l'errore totale atteso.  

Vedere di seguito un esempio di calcolo per i sensori IO-Link.

Come per l'errore totale previsto per le applicazioni analogiche, il risultato di questi calcoli è più prezioso per le applicazioni IO-Link rispetto alle singole specifiche, perché fornisce un quadro più completo delle prestazioni di un sensore nelle applicazioni reali.  

Banner fornisce le specifiche necessarie per calcolare l'errore totale previsto nelle schede tecniche dei prodotti.

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