
Selección del sensor: Explicación de las especificaciones del sensor láser
Los fabricantes utilizan muchos términos para describir el rendimiento de los sensores: precisión, resolución, repetibilidad o reproducibilidad, linealidad, etc. No todos los fabricantes utilizan las mismas especificaciones, lo que puede dificultar la comparación entre distintos modelos de sensores. La siguiente guía explica las especificaciones habituales de los sensores y explica cómo utilizarlas para encontrar el sensor adecuado para su aplicación.
¿No es la precisión lo más importante?
Una de las primeras especificaciones que cabe esperar es la precisión. La precisión representa la diferencia máxima entre el valor medido y el valor real; cuanto menor sea la diferencia entre el valor medido y el valor real, mayor será la precisión. Por ejemplo, una precisión de 0,5 mm significa que la lectura del sensor estará dentro de un margen de ± 0,5 mm de la distancia real.
Sin embargo, la precisión es a menudo no el valor más importante a tener en cuenta en las aplicaciones industriales de detección y medición. Siga leyendo para saber por qué y conocer las especificaciones más importantes que hay que tener en cuenta según el tipo de aplicación.
Especificaciones Clave para Aplicaciones Analógicas
Para sensores discretos de medición láser, Banner proporciona dos especificaciones clave: repetibilidad y separación mínima entre objetos. Aunque ambos son útiles para comparar productos de detección discreta, la separación mínima entre objetos será la más valiosa para ayudarle a seleccionar un sensor que pueda funcionar de forma fiable en una aplicación del mundo real.
Repetibilidad
Repetibilidad (o reproducibilidad) se refiere a la fiabilidad con la que un sensor puede repetir la misma medición en las mismas condiciones. La repetibilidad de 0.5 mm significa que múltiples mediciones del mismo objetivo estarán dentro de ± 0.5 mm.
Esta especificación se utiliza habitualmente entre los fabricantes de sensores y puede ser un punto de comparación útil; sin embargo, es una medida estática que puede no representar el rendimiento del sensor en aplicaciones del mundo real.
Las especificaciones de repetibilidad se basan en la detección de un objetivo de un solo color que no se mueve. La especificación no tiene en cuenta la variabilidad del objetivo, incluido el moteado (cambios microscópicos en la superficie del objetivo) o las transiciones de color/reflectividad que pueden tener un impacto significativo en el rendimiento del sensor.
Separación Mínima de Objetos (MOS)
Separación mínima entre objetos (MOS) se refiere a la distancia mínima que debe haber entre un objeto y el fondo para que un sensor lo detecte con fiabilidad. Una separación mínima entre objetos de 0,5 mm significa que el sensor puede detectar un objeto que se encuentre a una distancia mínima de 0,5 mm del fondo.
La separación mínima entre objetos es la especificación más importante y valiosa para aplicaciones discretas. Esto se debe a que MOS capta la repetibilidad dinámica midiendo diferentes puntos del mismo objeto a la misma distancia. Esto le da una mejor idea de cómo funcionará el sensor en aplicaciones discretas del mundo real con una variabilidad normal del objetivo.
Importancia de los MOS en aplicaciones discretas
En la imagen de la derecha, se utilizan los sensores Q4X para identificar si hay una arandela en un bloque motor. Haga clic aquí para obtener más información sobre esta aplicación.
Si el sensor detecta una ligera diferencia de altura, incluso de tan sólo 1 mm, enviará una señal para alertar a los operarios de que falta una arandela o de que hay varias.
La especificación MOS es importante para determinar el cambio más pequeño que se puede detectar.
Especificaciones Clave para Aplicaciones Analógicas
Para aplicaciones analógicas, Banner proporciona especificaciones de resolución y linealidad. Mientras que la resolución es la especificación más común utilizada por los fabricantes de sensores, la linealidad es la más útil para muchas aplicaciones que requieren mediciones consistentes en todo el rango del sensor.
Resolución
Resolución le indica el cambio más pequeño en la distancia que puede detectar un sensor. Una resolución de <0.5 mm significa que el sensor puede detectar cambios en la distancia de 0.5 mm. Esta especificación es la misma que la repetibilidad estática en el mejor de los casos, pero se expresa como un número absoluto frente a +/-.
El desafío con las especificaciones de resolución es que representan la resolución de un sensor en las condiciones del "mejor de los casos", por lo que no brindan una imagen completa del rendimiento del sensor en el mundo real y, a veces, exageran el rendimiento del sensor. En aplicaciones típicas, la resolución se ve afectada por las condiciones del objetivo, la distancia al objetivo, la velocidad de respuesta del sensor y otros factores externos. Por ejemplo, los objetos brillantes, el moteado y las transiciones de color son fuentes de error para los sensores de triangulación que pueden afectar la resolución.
Linealidad
Linealidad se refiere al grado de aproximación de la salida analógica de un sensor a una línea recta en todo el rango de medición. Cuanto más lineales sean las mediciones del sensor, más consistentes serán las mediciones en todo el rango del sensor. La linealidad de 0.5 mm significa que la mayor variación en la medición en el rango del sensor es de ± 0.5 mm.
En otras palabras, la linealidad es la desviación máxima entre una medición ideal en línea recta y la medición real. En aplicaciones analógicas, si puede enseñar los puntos cercano y lejano, la precisión de la indicación del sensor es menos importante que lo lineal que sea la salida. Esto se debe a que cuanto más lineal, más la salida muestra el cambio correcto a lo largo de una línea de medición.
Por ejemplo, supongamos que un objetivo se coloca a 100 mm de dos sensores, y ambos sensores se enseñan a 100 mm y 200 mm. A 100 mm, el sensor A mide 100 mm y el sensor B mide 110 mm. A 200 mm, el sensor A mide 200 y el sensor B mide 210. A continuación, el objetivo se aleja 150 mm de los sensores. El sensor A mide 153 mm y el sensor B mide 160 mm.
Distancia real | Sensor A Pantalla | Sensor B Pantalla |
---|---|---|
Distancia real 100 mm | Sensor A Pantalla 100 mm | Sensor B Pantalla 110 mm |
Distancia real 150 mm | Sensor A Pantalla 153 mm | Sensor B Pantalla 160 mm |
Distancia real 200 mm | Sensor A Pantalla 200 mm | Sensor B Pantalla 210 mm |
En este caso, el sensor A es más preciso porque están más cerca de la distancia real en cada punto. Pero el sensor B es más lineal porque las lecturas del sensor son más consistentes en todo el rango del sensor.
Importancia de la linealidad en las aplicaciones analógicas
En la imagen de la derecha, la opción de aprendizaje de dos puntos del sensor de medición láser analógico Q4X se utiliza para aprender un depósito lleno (4 mA) y vacío (20 mA). La salida analógica proporciona un verdadero indicador en tiempo real de la altura de la pila de cartón.
Cuanto más lineal sea el sensor, mejores serán las mediciones entre un cargador lleno y uno vacío. Con una linealidad perfecta, la mitad de la pila desaparecería cuando el sensor diera 12 mA.
Efecto de Temperatura
El efecto de la temperatura se refiere a la variación de la medición que se produce debido a cambios en la temperatura ambiente. Un efecto de la temperatura de 0,5 mm/ °C significa que el valor medido puede variar 0,5 mm por cada grado de variación de la temperatura ambiente.
Error total esperado
El error total esperado es la especificación más importante para las aplicaciones analógicas. Se trata de un cálculo holístico que estima el efecto combinado de factores como la linealidad, la resolución y el efecto de la temperatura. Dado que estos factores son independientes, pueden combinarse mediante el método de la suma de las raíces de los cuadrados para calcular el error total esperado.
El gráfico siguiente es un ejemplo de cálculo del Error Total Esperado para un sensor analógico.
El resultado de estos cálculos es más valioso que las especificaciones individuales porque proporciona una imagen más completa del rendimiento de un sensor en aplicaciones del mundo real.
Banner proporciona las especificaciones necesarias para calcular el Error Total Esperado en las hojas de datos de nuestros productos.
Especificaciones Clave para Aplicaciones IO-Link
La repetibilidad, o la fiabilidad con la que el sensor puede repetir la misma medición, es una especificación común para los sensores IO-Link. Sin embargo, al igual que en las aplicaciones discretas, la repetibilidad no es el único factor ni el más importante en las aplicaciones IO-Link.
La precisión también cobra importancia en este caso. Como se ha mencionado anteriormente, la precisión es la diferencia máxima entre el valor real y el valor medido. Cuando se utiliza IO-Link, el valor medido (mostrado en la pantalla) se comunica directamente al PLC. Por lo tanto, es importante que el valor sea lo más cercano posible a "verdadero".
El mejor escenario para una aplicación IO-Link es un sensor que sea preciso y repetible. Sin embargo, si el sensor es repetible pero no preciso, el usuario puede calibrar la desviación a través del PLC.
Importancia de la precisión en las aplicaciones IO-Link
En este ejemplo de aplicación que aparece a la derecha, un sensor de medición láser Q4X detecta la presencia de inserciones de color oscuro en un panel de puerta de automóvil de color oscuro. Aprenda más Sobre esta Aplicación
Los datos de proceso IO-Link muestran la distancia hasta donde debería estar el inserto para determinar si está presente. La medición debe ser precisa independientemente del color del blanco.
Error total esperado para aplicaciones IO-Link
El Error Total Esperado es la especificación más importante para las aplicaciones IO-Link. Para sensores IO-Link, Banner calcula el Error Total Esperado un poco diferente que para aplicaciones analógicas. Para los sensores IO-Link, el Error Total Esperado representa el efecto combinado de la precisión, la repetibilidad y el efecto de la temperatura. Una vez más, dado que los factores son independientes, pueden combinarse utilizando el método de la raíz-suma de cuadrados para calcular el error total esperado.
Vea a continuación un ejemplo de cómo se calcula para los sensores IO-Link.
Al igual que con el Error Total Esperado para aplicaciones analógicas, el resultado de estos cálculos es más valioso para las aplicaciones IO-Link que las especificaciones individuales, ya que proporciona una imagen más completa del rendimiento de un sensor en aplicaciones del mundo real.
Banner proporciona las especificaciones necesarias para calcular el Error Total Esperado en las hojas de datos de nuestros productos.