在生產(chǎn)中，測(cè)量技術(shù)的地位越來(lái)越重要，這種地位的獲得要?dú)w功于傳感技術(shù)的持續(xù)發(fā)展。應(yīng)用于物體識(shí)別、寬度和高度以及位置測(cè)定的3D傳感器便是其中一例。
3D傳感技術(shù)在自動(dòng)化技術(shù)中的重要性日益加強(qiáng)，它已經(jīng)從高端進(jìn)入到實(shí)際應(yīng)用領(lǐng)域。“迄今為止，我們?cè)诠鈱W(xué)測(cè)量技術(shù)方面還只涉及測(cè)量和開(kāi)關(guān)系統(tǒng)。此類系統(tǒng)利用光束來(lái)測(cè)定物體的存在和距離。這種所謂的單光束系統(tǒng)通常包含所有在能量和幾何上可利用的距離信息。”Leuze公司總裁Ulrich Balbach解釋說(shuō)。
從2D系統(tǒng)到深度信息
此外還有以攝像機(jī)為基礎(chǔ)的平面測(cè)量系統(tǒng)，這種系統(tǒng)往往具有較高的分辨率，通過(guò)亮度分布來(lái)對(duì)平面元素（平面圖像點(diǎn)或像素）進(jìn)行判斷。現(xiàn)在人們把單光束系統(tǒng)的距離信息及其光束能的高滲透性與攝像機(jī)芯片的平面評(píng)判結(jié)合起來(lái)，即可額外獲得一種深度信息，即所謂的第三個(gè)尺度。“人們沿著激光光線在每個(gè)圖像點(diǎn)上不僅可以得到X/Y坐標(biāo)系統(tǒng)上的位置和亮度數(shù)值，而且還可在Z坐標(biāo)上獲得距離數(shù)值。”Balbach說(shuō)道。
與常規(guī)技術(shù)相比，這種技術(shù)的優(yōu)勢(shì)在于用戶在獲得距離信息后，對(duì)物體上的亮度差異和顏色差異的依賴程度明顯減弱。
圖1 傳感器對(duì)一個(gè)機(jī)械臂的抓爪控制進(jìn)行支持
3D傳感器因價(jià)格居高不下而無(wú)法被推廣
“3D傳感器市場(chǎng)推廣失利的主要原因在于其較高的價(jià)格水平和對(duì)3D點(diǎn)云的極其費(fèi)時(shí)費(fèi)力的后續(xù)加工。”Balbach解釋說(shuō)，“況且，傳感器因規(guī)格尺寸較大而難以被集成到設(shè)備上，無(wú)法確保其長(zhǎng)期可使用性。”此后出現(xiàn)了非常緊湊的傳感器，它納入了數(shù)據(jù)預(yù)處理功能。此外，傳感器的性價(jià)比也得到優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)批量供應(yīng)。這種狀況推進(jìn)了3D傳感器技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。
在很多應(yīng)用場(chǎng)合，簡(jiǎn)單的點(diǎn)狀信息已經(jīng)不夠用。在自動(dòng)化技術(shù)領(lǐng)域里，3D傳感器技術(shù)也開(kāi)辟出新的應(yīng)用范疇。只要是點(diǎn)狀或2D作業(yè)的設(shè)備系統(tǒng)無(wú)法達(dá)到目標(biāo)，就可以采用3D傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)目標(biāo)。
Leuze公司的線性輪廓傳感器并非通過(guò)各個(gè)光點(diǎn)進(jìn)行工作，而是通過(guò)一種激光線性照明對(duì)發(fā)散的光束進(jìn)行投影。依據(jù)制造廠商的說(shuō)法，激光器和接收器同被設(shè)置于一個(gè)安裝簡(jiǎn)便的緊湊型單元內(nèi)。LPS 36型光切傳感器可以提供高達(dá)0.1mm的分辨率，適合于小部件的測(cè)量。當(dāng)高度距離為200～600mm時(shí)，可采用LPS 36 HI/EN線性輪廓傳感器對(duì)自身小于3mm的部件物體進(jìn)行識(shí)別。傳感器的分辨率為0.1～0.9mm，測(cè)量時(shí)間為10ms，測(cè)量頻率為100Hz，在140mm直線長(zhǎng)度上可以對(duì)小部件進(jìn)行快速和準(zhǔn)確的測(cè)量。
測(cè)量數(shù)據(jù)傳輸和傳感器參數(shù)編寫(xiě)可通過(guò)以太網(wǎng)進(jìn)行。通過(guò)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)增量編碼器設(shè)置一個(gè)額外的接口，可以幫助生成3D校準(zhǔn)數(shù)據(jù)。在以往需要費(fèi)時(shí)費(fèi)力的傳感器技術(shù)方案、傳感器組合或需要額外增加求值裝置的場(chǎng)合和需要設(shè)置攝像系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域，現(xiàn)在均可采用分辨率良好的LPS 36 HI/EN型光切傳感器，而投資較低且造型緊湊，這是因?yàn)榘l(fā)送器和接收器被設(shè)置在一個(gè)很容易安裝的單元里。
圖2 線-幅傳感器（LRS）通過(guò)線性激光照明而投出離散光束
傳感器數(shù)據(jù)可由顯示屏導(dǎo)入
除了可以測(cè)量物體外形和提供3D信息的線性輪廓傳感器（LPS）之外，開(kāi)關(guān)式線-幅傳感器（LRS）則可以實(shí)現(xiàn)全新的功能。人們現(xiàn)在可以通過(guò)一種Teach功能，直接在裝置上輸入LRS開(kāi)關(guān)式光切傳感器的數(shù)據(jù)信息。作為平面掃描器、帶背景遮隱的掃描器和多軌跡完整控制器（Track Scan），LRS 36 Teach型傳感器的三種典型應(yīng)用可以通過(guò)操作界面和菜單被直接輸入到裝置里并接受參數(shù)設(shè)計(jì)。
3D傳感器幫助企業(yè)節(jié)省能源
位于Monheim地區(qū)的Hiller公司就采用了LRS傳感器。“與開(kāi)關(guān)式的光柵相比，LRS傳感器沒(méi)有單獨(dú)的發(fā)送器和接收器元件，由此可以簡(jiǎn)化其在冷卻臺(tái)上的安裝步驟。”APT Hiller公司的Hans-Joachim Hopf如是說(shuō)。由于Monheim工廠所歸屬的APT Hiller公司為歐洲主要市場(chǎng)制造和提供鋁材半成品，他也談到生產(chǎn)熱壓鋁型材時(shí)會(huì)出現(xiàn)的特殊狀況。
長(zhǎng)達(dá)60m拉伸長(zhǎng)度的鋁型材通過(guò)大型橫向膠帶輸送機(jī)被輸送到冷鋸輥道上。橫向輸送機(jī)同時(shí)也被用作冷卻臺(tái)，把壓制后溫度高達(dá)約500℃的鋁型材冷卻至30～40℃。風(fēng)機(jī)從下部把空氣吹過(guò)輸送帶，由此來(lái)加快冷卻速度。
由于各種不同型材的生產(chǎn)具有較大的靈活性，冷卻臺(tái)各部位的負(fù)荷量并不均勻，Hans-Joachim Hopf尋找了一種可對(duì)各排風(fēng)機(jī)進(jìn)行實(shí)際操控的解決途徑：為的是能夠關(guān)掉當(dāng)時(shí)沒(méi)有鋁型材的相對(duì)應(yīng)部位的風(fēng)機(jī)。而Hopf所需要的恰是一種傳感器技術(shù)方案，以便對(duì)各個(gè)部位上是否放置有鋁型材的狀況進(jìn)行識(shí)別，并且不受其厚度、形狀、方位和位置的影響。此外，他還需要一種無(wú)需要求相對(duì)應(yīng)安裝（例如無(wú)反射器或接收器）的技術(shù)方案。
出于成本以及傳感器不能設(shè)置在高溫風(fēng)流區(qū)里的原因，Hans-Joachim Hopf并不考慮在冷卻臺(tái)的上方安裝一個(gè)機(jī)械構(gòu)件。盡管把傳感器安裝在輸送帶的下方也會(huì)存在風(fēng)險(xiǎn)，因?yàn)閭鞲衅鞯墓鈱W(xué)鏡面可能會(huì)受到污染而影響到功能，但還是優(yōu)先選擇這種方案。LRS 36型傳感器的造型非常緊湊，因此很容易被安裝在風(fēng)機(jī)之間。此外，傳感器離輸送水平具有足夠的間距，因此光束在抵達(dá)型材輸送高度時(shí)可以有足夠的寬幅和掃描區(qū)域，從而對(duì)風(fēng)機(jī)的500mm風(fēng)流寬度進(jìn)行覆蓋。
圖3 LRS 36型傳感器的緊湊造型減輕了其在風(fēng)機(jī)之間的安裝難度
通過(guò)采用線-幅傳感器降低能耗
由于線-幅傳感器不受型材位置影響，而可對(duì)型材進(jìn)行全范圍的探測(cè)，因此每排風(fēng)機(jī)只需一個(gè)傳感器即可夠用。所生產(chǎn)的型材的長(zhǎng)度均超過(guò)20m，各種不同的型材還可因熱膨脹而產(chǎn)生彎曲或傾斜擺放。因此在18m的間距上再設(shè)置一排光切傳感器，這樣可以確保鋁型材在最差的情況下也可受到至少一個(gè)傳感器的探測(cè)。
一旦兩個(gè)傳感器探測(cè)不到鋁型材，相應(yīng)一排的風(fēng)機(jī)在很小的延遲時(shí)間之后即會(huì)關(guān)機(jī)。“通過(guò)這種節(jié)能措施，可以使風(fēng)機(jī)的工作時(shí)間縮短約25%，這對(duì)于80?kW功率的設(shè)備來(lái)說(shuō)，成本的節(jié)省是不難算出的。”Hans-Joachim Hopf對(duì)此感到高興。
