Компания sick: датчики расстояния серии dt60 и dl60 Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

Компания SICK:

датчики расстояния серий DT60, DL60 и DS60

Олег ЛЫСЕНКО, к. т. н.

oleg.lysenko@sick-automation.ru

В статье рассказывается о датчиках расстояния серий DT60/DL60 и DS60, которые изготавливаются фирмой SICK и используются для решения самых различных промышленных задач — от предотвращения столкновений кранов до измерения геометрических параметров объекта. Эти серии датчиков расстояния — одни из самых популярных и недорогих изделий в линейке продукции компании.

Введение

Сегодня в промышленности для измерения расстояний, линейного положения и перемещений объектов широко используются следующие принципы:

• индуктивный (LVDT и ВЧ датчики на основе принципа вихревых токов);

• ультразвуковой (time of flight);

• магнитный принцип (магнитные датчики приближения, линейные энкодеры или магнитостриктивные датчики);

• преобразование вращательного движения в линейное (энкодеры с тросовым барабаном), или наоборот, линейного в угловое;

• оптический триангуляционный принцип;

• оптический радарный (time of flight) принцип, основанный на измерении времени полета светового (лазерного) луча. Каждый из этих принципов имеет свои достоинства и недостатки и предназначен для решения определенного спектра задач.

Немецкая компания SICK AG является мировым лидером в производстве датчиков расстояния и предлагает широкую линейку устройств, созданных на основе многих из указанных принципов и предназначенных для решения самых различных задач.

На рис. 1 показан ассортимент датчиков расстояния компании SICK, рассчитанных на большой диапазон измерений (200-20 000 мм и выше, в зависимости от версии датчика и режима). К числу таких устройств относятся энкодеры серии Pomux 53 (линейный энкодер, работающий на основе магнитного принципа) и серии BTF/PRF (с тросовым барабаном), оптические (лазерные) — триангуляционные и радарные датчики. Для получения исходного светового луча лазерные радарные датчики (лидары) SICK используют лазерные диоды, а для формирования отраженного луча — принцип отражения от объекта или принцип отражения от рефлектора.

Аналоговые датчики с отражением от объекта БТ60 и с отражением от рефлектора БЬ60, а также датчики серии Б860 с двумя инвертированными переключаемыми выходами, которые подробно рассмотрены в данной статье, позволяют решить большинство стандартных задач и отличаются относительно невысокой ценой.

Маркетинговые цели

Еще в 1990-х годах компания наладила выпуск датчиков серий 0860ЮТ60ЮЬ60, преследуя следующие цели:

• удовлетворить рыночный спрос на недорогие аналоговые датчики расстояния;

• закрыть «продуктовый зазор» между нишей недорогих датчиков ближнего расстояния 0Т2ЮТ10ЮТ20 (0,05-0,5 м) и рыночным сегментом топ-серий ЭТ500ЮМЕ4000/ БМЕ5000 с высокими рабочими характеристиками (диапазоном дальности от 0,15 до 30-300 м, в зависимости от серии датчика и режима);

• расширить ассортимент предлагаемых датчиков расстояния.

Принцип работы

Принцип работы датчиков серий Б860/ БЬ60/0Т60 основан на измерении времени полета луча в сочетании с измерением разности фаз между исходящим сигналом и отраженным от объекта (рис. 2). Такая схема позволяет измерять расстояния с высокой точностью и на больших расстояниях (до 1100 м).

Датчик расстояния DT60

Датчик с аналоговым токовым выходом БТ60 (рис. 3) предназначен для измерения расстояния до объекта. Лазерный радарный датчик-дальномер БТ60 — одно из наиболее популярных решений, в которых заинтере-

Датчики расстояния на большой диапазон

•

1

%

4

К

ё

і

Pomux КН 53

От 35 т 107 т

354 т

1700 т

0,3 0,5 т

1100 т

DML

I

"L

DME 3000-1

0,1 т

,500 т

Ljj<2Jo,5r

►[ DMD I

240 т

DME 5000

°-2<2 10,15 т 70 т 150 т

300 т

DME 2000

°,5/1/4 Jq,1|

130 т

2

BTF/P RF 1

0,025<0,1

DL60 I

,2'10 , 30,

Hi I IИ

ххх = название устройства

,24 m

Рис. 1. Ассортимент датчиков расстояния большого диапазона компании SICK

сован рынок. В отличие от многих других типов датчиков расстояния, данное устройство обладает точностью, не зависящей от диапазона и характеризующейся постоянным значением.

Основные технические характеристики и отличительные признаки дальномера DT60:

• измеряемый диапазон: 200-5300 мм (90%-ная отражательная способность белого объекта);

• аналоговый токовый выход 4-20 мА с дополнительным переключаемым выходом;

• точность: ±10 мм;

• разрешение: 1,5 мм;

• степень защиты IP67;

• рабочий диапазон температур -25.. .55 °С;

• доступность в версиях plug & play и teach-in. Варианты teach-in и plug&play различаются по исполнению. Стандартной версией изделия является teach-in. В этом случае, используя кнопку Teach, можно задавать необходимую дистанцию (рис. 4). Включение устройства происходит следующим образом:

1. Подключить питание к датчикам DT60/ DL60.

2. Навести видимый луч лазера на объект.

3. Перевести переключатель в режим 4mA и нажать кнопку Teach для настройки ближней границы диапазона.

4. Перевести переключатель в положение 20 мА и нажать Teach для настройки дальней границы.

5. Перевести переключатель в положение Run.

Для серийных производителей оборудования больше подходит версия plug&play. В этом случае необходимый диапазон работы программируется на заводе, и заказчику остается только установить оборудование без дополнительной настройки. Кстати, при заказе не обязательно приобретать минимальную партию, необходимо указывать лишь рабочий диапазон. Не менее важно и то, что цена исполнения plug&play аналогична версии teach-in.

При эксплуатации оптических датчиков расстояния следует учитывать ряд интересных моментов, о которых заказчик должен знать.

Прежде всего, имеет смысл поговорить о рабочем диапазоне. Для датчика серии DT60 рабочий диапазон определен в 200-5300 мм, но эти значения справедливы только при измерении расстояния до белых объектов с отражательной способностью 90%. Для серых предметов (отражательная способность 18%) рабочая дистанция уменьшается до 200-5000 мм, а для черных (9%) она почти втрое меньше — 200-2000 мм. На рис. 5 показано соотношение рабочей дистанции различных датчиков расстояния и цвета материала: белый (90% ремиссии) и черный (18% ремиссии).

Следующий важный момент — размер светового пятна. Несмотря на то что датчики этой серии используют для измерения расстояния лазерный луч, существует некоторый установленный разлет луча. В документации к датчику размер светового пятна на дистанции 2000 мм определен в 10 мм. Для вычисления размера пятна на других дистанциях требуется решить обычную пропорцию. Например, на дистанции 5000 мм размер пятна будет равен 10 мм х 5000 мм/ 2000 мм = 25 мм.

Для того чтобы рассчитать питание датчика (18-30 В), необходимо учитывать также, что потребление мощности лазерными приборами не превышает 3 Вт.

И еще одна очень важная характеристика — постоянное время отклика датчика. Для версии fast его значение составляет 30 мс, а для long range — 50-250 мс.

Рабочаяя дистанция в зависимоси от свойств материала (черный или белый)

0,5 м

DMT

-V

40М 4ГГ

1 155 м

:V-----------------1

0,2 м

DT500

1 250 П~Т

18м

—| 30 м

0,1 м

DME 3000-2

2<10

4м

Юм

—I

0,2 м 1,4 м

DT60

50...250 8

І

5 м

-I

DME2000/ DT200 М I

| <30 Н 1 <25 Г I

| ххх | = время отклика [мс]

I XXX ] = повторяемость [мм]

[ ххх | = название устройства

Рис. 5. Рабочая дистанция датчиков расстояния SICK в зависимости от цвета материала (черный или белый)

Рис. 6. Тыльная сторона датчика DS60 с кнопкой настройки Teach и индикатором выбора режимов

Датчик расстояния DL60

В отличие от предыдущего, датчик DL60 (рис. 3) работает на основе отражения от рефлектора с высокой отражающей способностью, что позволяет измерять значительно большие расстояния — до 24 м. В данной серии предусмотрен датчик, измеряющий расстояния до 40 м.

Основные технические характеристики и отличительные признаки дальномера DL60:

• измеряемый диапазон 300-24 000 мм (существует возможность изготовить специальное изделие для измерения расстояния до 40 м);

• токовый аналоговый выход 4-20 мА и переключаемый выход;

• точность: ±15 мм;

• разрешение: 7 мм;

• степень защиты IP67 (возможность работы с погружением датчика в воду);

• рабочий диапазон температур -25.55 °С;

• доступные версии — plug & play и teach-in;

• наличие версий с малым временем отклика и версий, рассчитанных на больший диапазон.

Датчик расстояния DS60

Лидарный датчик DS60 (рис. 3) с двумя инвертированными переключаемыми выходами предназначен для решения очень широкого спектра задач.

Основные технические характеристики данного дальномера и важнейшие признаки:

• измеряемый диапазон 200-6000 мм (отражательная способность 90% — белый объект)/ 200-20 000 мм (с отражением от рефлектора);

• подавление заднего фона до 100 м (блики от объектов за пределами рабочего диапазона не приводят к ложным срабатываниям);

• 2 переключаемых инвертированных выхода;

• степень защиты IP67;

• рабочий диапазон температур -25.55 °С;

• версии с видимым/инфракрасным лучом;

• версии с переключением на частотах 10 и 50 Гц;

• наличие версий с настройкой на задний фон — в этом случае срабатывание датчика происходит при появлении объекта между фоном и датчиком.

Обучение датчика DS60 двум границам диапазонов происходит аналогично предыдущим датчикам, DT60 и DL60 (рис. 6). Процедура обучения состоит из следующих этапов:

1. Подключить питание к датчику DS60.

2. Навести видимый луч лазера на объект.

3. Повернуть переключатель в положение Q1 или Q2 и нажать кнопку Teach.

4. Перевести переключатель в положение Run.

Дополнительные принадлежности

Рассмотренные датчики расстояния могут использоваться в самых разных условиях. Для работы на улице предусмотрен специальный кожух для защиты от различных погодных условий (рис. 7).

Для версии БЬ60 существует также целый набор отражателей различного геометрического размера и отражательная самоклеющаяся пленка.

Сферы применения

Можно выделить четыре основные области применения, где используются лидарные датчики расстояния:

• погрузочно-разгрузочные операции;

• автомобильная промышленность;

• робототехника и различные автоматизированные системы;

• бумажная промышленность и полиграфия. Несколько примеров использования датчиков расстояния приведены на рис. 8-13.

Датчики расстояния БТ60 в том числе применяются:

• автоматизация небольшого фармацевтического склада (рис. 8) — для определения количества свободных ячеек на складе;

• определение положения в автомобильной промышленности (рис. 9) — настройка посредством датчика БТ60 положения автомобильного сидения во время его изготовления;

• контроль на конвейерных линиях (рис. 10) — определение положения на конвейерной линии и размеров коробок;

• автоматизация склада — определение свободного места на складе для загрузки новыми паллетами с грузом.

Некоторые примеры использования датчиков расстояния DL60/DS60:

• автоматизированная транспортная система (рис. 11) — датчики применяются для избежания столкновений в пределах автоматизированной рельсовой транспортной системы;

• автоматизированные ворота (рис. 12) — во избежание столкновений автоматизированных ворот;

• автомобильная промышленность (рис. 13) — для поддержания требуемого расстояния между автомобильными дверями на конвейерной линии.

Более подробную информацию об этих и других изделиях можно получить на сайтах w ww .sick-automation.r u, w ww.sickx om ■

Литература

1. Материалы презентаций компании SICK

2. ht tp:/ /ww w.sick-automation.r u

3. ht tp:/ /ww w.sick.c om

4. ht tp:/ /extranet.sick. de

5. ht tp:/ /ww w.sensor.r u

Рис.10. Использование датчиков DT60 для измерения размеров коробок на конвейере

Рис.13. Применение датчиков DL60 для поддержания заданных промежутков на конвейере в автомобильной промышленности