센서 선택: 레이저 센서 사양 설명

2018년 3월 29일    

제조업체에서는 정확도, 해상도, 반복성 또는 재현성, 선형성 등 센서 성능을 설명하는 데 많은 용어를 사용합니다.  모든 제조업체가 동일한 사양을 사용하는 것이 아니므로 여러 센서 모델을 비교하는 것이 어려울 수 있습니다.  다음 가이드에서는 일반적인 센서 사양을 설명하고 이를 사용하여 귀하의 적용 분야에 적합한 센서를 찾는 방법을 설명합니다.

Q4X 레이저 측정 센서의 병 뚜껑 감지

정확도가 가장 중요하지 않습니까?

예상할 수 있는 첫 번째 사양 중 하나는 정확도입니다.  정확도는 측정값과 실제 값 사이의 최대 차이를 나타냅니다. 측정값과 실제 값의 차이가 작을수록 정확도가 높아집니다.  예를 들어, 0.5mm의 정확도는 센서 판독 값이 실제 거리와 ± 0.5mm 이내에 있음을 의미합니다.

그러나 정확도는 산업용 감지 및 측정 적용 분야에서 고려해야 할 중요한 가치가 아닙니다.  그 이유를 확인하고 적용 분야의 유형에 따라 고려해야 할 가장 중요한 사양을 보려면 계속 읽으십시오.

이산적 적용 분야의 주요 사양

이산 레이저 측정 센서의 경우 Banner는 반복성과 최소 대상 이격이라는 두 가지 주요 사양을 제공합니다.  이 둘은 이산 감지용 제품을 비교하는 데 유용하지만 최소 대상 이격은 실제 적용 분야에서 안정적으로 수행할 수 있는 센서를 선택하는 데 가장 중요합니다.

반복성

반복성 (또는 재현성) 이란 센서가 동일한 조건에서 동일한 측정을 얼마나 정확하게 반복할 수 있는지를 나타냅니다.  반복성이 0.5mm인 경우 동일한 대상을 여러번 측정할 때 범위가 ± 0.5mm 이내라는 것을 의미합니다.

이 사양은 일반적으로 센서 제조업체간에 사용되며 유용한 비교 방법이 될 수 있지만 실제 적용 분야에서 센서 성능을 나타내지 않을 수 있는 정적 측정값입니다. 

반복성 사양은 이동하지 않는 단일 색상 대상을 감지하는 것을 기반으로 합니다. 이 사양의 경우 센서 성능에 중요한 영향을 줄 수 있는 얼룩(대상 표면의 미세한 변화) 또는 색상/반사율 전환을 포함하여 대상의 변동성은 고려되지 않습니다.

최소 대상 이격(MOS)

최소 대상 이격(MOS) 은 센서가 안정적으로 감지할 수 있는 배경과 대상 간의 최소 거리를 나타냅니다.  0.5mm의 최소 물체 이격은 센서가 배경에서 0.5mm 이상 떨어진 물체를 감지할 수 있음을 의미합니다.   

최소 대상 이격은 이산 적용 분야에서 가장 중요한 사양입니다..  이것은 MOS가 동일한 거리에서 동일한 대상 위의 여러 점을 측정하여 동적 재현성을 포착하기 때문입니다.  따라서 일반적인 대상 변동성이 있는 실제 이산 적용 분야에서 센서의 작동 방식을 더 잘 이해할 수 있습니다.

이산 적용 분야에서 MOS의 중요성

오른쪽 이미지에서 Q4X 센서는 와셔가 엔진 블록에 있는지 여부를 확인하는 데 사용됩니다.  이 적용 분야에 대한 자세한 내용을 보려면 여기를 클릭하십시오.

센서가 1mm 정도의 작은 높이 차이를 감지하면 와셔가 누락되었거나 와셔가 여러 개 있다는 경고 신호를 작업자에게 보냅니다.

MOS 사양은 감지할 수 있는 가장 작은 변화를 확인하는 데 중요합니다.

Q4X 레이저 측정 센서가 엔진 블록의 고무 와셔 감지

아날로그 적용 분야의 주요 사양

아날로그 적용 분야의 경우 Banner에서는 해상도 및 선형성 사양을 공급합니다.  해상도는 센서 제조업체가 사용하는 가장 일반적인 사양이지만 선형성은 센서 범위 전체에서 일관된 측정이 필요한 다양한 적용 분야에 가장 유용합니다. 

해상도

해상도 는 센서가 감지할 수 있는 거리의 최소 변화를 나타냅니다.  0.5mm 미만의 해상도는 센서가 0.5mm의 거리 변화를 감지할 수 있음을 의미합니다.  이 사양은 최상의 정적 반복성과 동일하지만 +/-와 절대값으로 표현됩니다.

해상도 사양의 문제점은 이 사양이 "최상"의 조건에서 센서의 해상도를 나타내는 것이므로 실제로는 센서 성능이 완벽하게 파악되지 못하고 센서 성능이 과장될 수도 있습니다.  일반적인 적용 분야의 경우 해상도는 대상 조건, 대상까지의 거리, 센서 응답 속도 및 기타 외부 요인에 따라 달라집니다.  예를 들어 광택이 있는 대상, 얼룩 및 색상 전환은 삼각 측량 센서의 해상도에 영향을 줄 수 있는 모든 오류의 원인입니다. 

선형성

선형성이란 센서의 아날로그 출력이 측정 범위에서 직선에 얼마나 근접하는지를 나타냅니다.  센서의 측정값이 선형일수록 센서의 전 범위에 걸쳐 측정값이 더 일관성을 갖습니다. 0.5mm의 선형성은 전 센서 범위에서 측정의 가장 큰 편차가 ± 0.5mm임을 의미합니다. 

즉, 선형성은 이상적인 직선 측정과 실제 측정 간의 최대 편차를 말합니다.   아날로그 적용 분야에서 가까운 지점과 먼 지점을 인식시킬 수 있으면 센서 출력의 정확도는 출력의 선형보다 덜 중요합니다.  이는 선형일수록 출력이 측정 라인을 따라 정확한 변화를 보여주기 때문입니다.

예를 들어, 대상이 두 개의 센서에서 100mm 떨어져 있고 두 센서 모두 100mm와 200mm를 인식하고 있다고 가정합니다.  100mm에서 센서 A는 100mm를 측정하고 센서 B는 110mm를 측정합니다. 200mm에서 센서 A는 200mm를 측정하고 센서 B는 210mm를 측정합니다.  그런 다음 대상이 센서에서 150mm 떨어진 위치로 이동합니다.  센서 A는 153mm를 측정하고 센서 B는 160mm를 측정합니다.

실제 거리 센서 A 출력 센서 B 출력
100 mm 100 mm 110 mm
150 mm 153 mm 160 mm
200 mm 200 mm 210 mm

이 경우 센서 A는 각 지점에서 실제 거리에 더 가깝기 때문에 더 정확합니다.  그러나 센서 B는 센서 범위 전체에서 센서 판독 값이 더 일관적이기 때문에 선형입니다.  

아날로그 적용 분야에서 선형성의 중요성

오른쪽 이미지에서는 Q4X 아날로그 레이저 측정 센서의 2점 인식 옵션을 사용하여 전체(4mA) 및 비어있는(20mA) 매거진을 인식하는데 사용됩니다.   아날로그 출력은 스택 높이의 실시간 게이지를 제공합니다.  

센서가 선형일수록 전체 매거진과 빈 매거진 사이의 측정값이 좋아집니다.  완벽한 선형성으로 센서가 12mA를 제공하면 스택의 절반이 사라집니다.

Q4XTULAF300-Q8-Analog-Blank-Refill-Sensor-Angle-Cases

온도 영향

온도 영향은 주위 온도의 변화로 인해 발생하는 측정 변화를 나타냅니다.  0.5mm/°C의 온도 영향은 주위 온도의 모든 온도 변화에 대해 측정값이 0.5mm 차이가 날 수 있음을 의미합니다.

총 예상 오차

총 예상 오차는 아날로그 적용 분야에서 가장 중요한 사양입니다.  이것은 선형성, 해상도 및 온도 영향을 포함한 다수의 요인이 결합된 영향을 추정하는 전체론적 계산입니다.  이러한 요인은 독립적이므로 각 요인은 총 예상 오차 계산을 위해 제곱합근법(Root-Sum-of-Squares)을 사용하여 결합할 수 있습니다.

아래 그래픽은 아날로그 센서에 대한 총 예상 오차 계산의 예입니다. 

Total Expected Error Analog

이 계산의 결과는 실제 적용 분야에서 센서의 성능을 보다 완벽하게 파악할 수 있기 때문에 개별 사양보다 더 중요합니다.   


Banner는 총 예상 오차를 계산하는 데 필요한 사양을 제품 데이터시트에 제공합니다.  

IO-Link 적용 분야의 주요 사양

반복성 즉 센서가 동일한 측정을 얼마나 신뢰할 수 있게 반복할 수 있는지는 IO-Link 센서에 대한 공통 사양입니다.  그러나 이산 적용 분야와 마찬가지로 반복성은 IO-Link 적용 분야에서 유일하거나 중요한 요소는 아닙니다.  

여기에는 정확성 또한 중요합니다.  앞서 언급했듯이 정확도는 실제 값과 측정된 값 사이의 최대 차이입니다. IO-Link를 사용하면 측정값(디스플레이에 표시됨)이 PLC에 직접 전달됩니다. 따라서 값이 가능한 한 "실제"에 근접하는 것이 중요합니다. 

IO-Link 적용 분야를 위한 최상의 시나리오는 정확하고 반복 가능한 센서입니다.  그러나 센서가 반복적이지만 정확하지 않은 경우에도 사용자는 PLC를 통해 오프셋을 보정할 수 있습니다.

IO-Link 적용 분야에서 정확성의 중요성

오른쪽 그림과 같은 이 적용 분야에서 Q4X 레이저 측정 센서는 어두운 색상의 자동차 도어 패널에 어두운 색상의 삽입물이 있는지 감지합니다.  이 적용 분야에 대해 자세히 알아 보십시오.

IO-Link 프로세스 데이터는 삽입물이 있는지 확인하기 위해 삽입물이 있어야 하는 곳까지의 거리를 보여줍니다.  측정은 대상 색상에 관계없이 정확해야 합니다. 

어두운 곳에서 어두운 대상을 감지하는 레이저 측정 센서

IO-Link 적용 분야의 총 예상 오차

총 예상 오차는 IO-Link 적용 분야에서 가장 중요한 사양입니다. IO-Link 센서의 경우 Banner는 아날로그 적용 분야와는 약간 다른 총 예상 오차를 계산합니다.  IO-Link 센서의 경우 총 예상 오차는 정확도, 반복성 및 온도 영향의 결합된 영향을 나타냅니다.   이러한 요인은 독립적이므로 각 요인은 총 예상 오차 계산을 위해 제곱합근법(Root-Sum-of-Squares)을 사용하여 결합할 수 있습니다.  

IO-Link 센서에 대해 이 오차를 계산하는 방법에 대한 예는 아래를 참조하십시오.

IO-Link Total Expected Error

아날로그 적용 분야의 총 예상 오차와 마찬가지로 이 계산의 결과는 실제 적용 분야에서 센서의 성능을 보다 완벽하게 파악할 수 있기 때문에 개별 사양보다 IO-Link 적용 분야에서 더 중요합니다.  

Banner는 총 예상 오차를 계산하는 데 필요한 사양을 제품 데이터시트에 제공합니다.

주요 제품

견고한 Q4X 시리즈 레이저 거리 센서
견고한 Q4X 시리즈 레이저 거리 센서

견고한 Q4X 레이저 거리 센서는 까다로운 다양한 응용 분야의 문제를 해결하고 FDA 식품 등급 스테인리스강 하우징을 채택한 견고한 IP69K 등급으로 공급됩니다.

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LTF 시리즈 장거리 전파 시간 레이저 센서
LTF 시리즈 장거리 전파 시간 레이저 센서

고성능 LTF 시리즈 센서는 최대 24미터의 거리에서 직선 또는 비스듬하게 색상, 재질 또는 광택에 관계없이 대상을 감지합니다.

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LE 시리즈 1m 범위 레이저 변위 센서
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100~1000mm 거리 측정이 가능한 LE의 측정 정확도로 품질 관리의 제어, 분류 및 검사 작업에 적합합니다.

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