مستشعر المدى الليزري مقابل مستشعر التثليث الليزري: شرح الاختلافات الرئيسية
تُعد مستشعرات القياس للمسافات القصيرة ضرورية للأتمتة الصناعية الحديثة، خاصةً في مجال الأتمتة الصناعية الحديثة، وخاصةً في مجال الروبوتات ولوجستيات المستودعات وإنتاج أشباه الموصلات والزراعة الذكية وفحص المصانع عالي الدقة. من أكثر تقنيات الاستشعار استخدامًا في هذا المجال تقنيتان من أكثر تقنيات الاستشعار استخدامًا في هذا المجال هما مستشعر مدى الليزر و مستشعر التثليث الليزري (يُعرف أيضًا باسم مستشعر الإزاحة البصري).
للوهلة الأولى، يبدو كلا المستشعرين مناسبين للكشف قصير المدى. ومع ذلك، فإن مبادئ العمل ونطاق القياس وسلوك الدقة ومتطلبات التركيب والتركيب والتفاوت البيئي وملاءمة التطبيق مختلفتان اختلافًا جوهريًا.
تقدم هذه المقالة مقارنة مفصلة على المستوى التقني والتطبيقي لمساعدة المهندسين على تحديد التقنية الأنسب لمشروعهم.
1. كيف يعمل كل جهاز استشعار
1.1 مستشعر المدى الليزري (قياس إزاحة الطور أو قياس الترددات العالية)
A مستشعر مدى الليزر وعادةً ما يستخدم قياس المسافة باستخدام المدى المتغير الطوري أو زمن الرحلة (TOF) لقياس المسافة.
مبدأ العمل:
- يبعث المستشعر شعاع ليزر معدّل أو نابض.
- يعود الشعاع المنعكس إلى المستشعر.
- يحسب النظام المسافة من فرق الطور أو زمن الإرجاع.
نقاط القوة الرئيسية:
- حساب المسافة لا يعتمد على هندسة العدسة أو تثليث الشعاع
- دقة عالية حتى على بعد عدة أمتار
- أداء متسق بغض النظر عن الزاوية أو لون الجسم
- ثبات ممتاز في الهواء الطلق ومقاومة ممتازة للضوضاء
- يعمل بشكل جيد مع الأهداف المظلمة أو الخشنة أو منخفضة الانعكاس
وهذا يجعل مستشعر مدى الليزر مثالية للسيناريوهات الصناعية حيث الاستقرار والموثوقية مهمان.
1.2 مستشعر التثليث بالليزر (الإزاحة الهندسية البصرية)
يستخدم جهاز استشعار التثليث مبدأ بصري قائم على الهندسة البصرية.
مبدأ العمل:
- يتم تسليط بقعة ليزر على سطح الهدف.
- تصطدم البقعة المنعكسة بمستشعر CMOS/CCD/PSD عبر عدسة.
- مع تغير المسافة، تتغير بقعة الضوء على الكاشف.
- يحسب المستشعر المسافة بناءً على زاوية الإزاحة.
نقاط القوة الرئيسية:
- دقة عالية للغاية على مسافات قريبة للغاية
- ممتاز للكشف عن الإزاحة على مستوى الميكرومتر
- سرعة استجابة سريعة وحساسية عالية
القيود:
- يتأثر بشدة بلون السطح وزاويته وانعكاسيته
- نطاق القياس قصير عادةً (10-500 مم)
- ضعف الاستخدام الخارجي
- يتطلب ظروف تركيب مستقر للغاية
وبالتالي، تعد مستشعرات التثليث أكثر ملاءمة لبيئات المختبرات وبيئات التصنيع الخاضعة للرقابة.
2. قياس المدى ومقارنة الأداء
| الميزة | مستشعر مدى الليزر | مستشعر التثليث بالليزر |
|---|---|---|
| النطاق النموذجي | 0.03 م - 200 م | 10 مم - 500 مم |
| قابل للاستخدام على الأهداف المظلمة/السوداء | نعم | غير مستقر في كثير من الأحيان |
| الأداء في الهواء الطلق | قوي جداً | ضعيف جداً |
| تفاوت الزوايا | عالية | منخفضة |
| مرونة النطاق | عريض | ضيقة جداً |
| الدقة على المستوى الجزئي | متوسط | عالية للغاية |
إن مستشعر مدى الليزر يهيمن عندما يكون النطاق المطلوب أعلى من 0.5 متر أو عندما تكون المتانة البيئية مهمة.
3. الدقة والاستقرار والمقاومة البيئية
3.1 مستشعر مدى الليزر
الدقة: عادةً ± 1 مم
التردد: حتى 30-100 هرتز حسب الطراز
المزايا:
- مستقر في البيئات الداخلية والخارجية
- مقاوم لأشعة الشمس والغبار والضباب والانعكاس الضعيف
- الحد الأدنى من الانجراف بسبب تغيرات الزوايا
- يعمل على المعادن والبلاستيك والأقمشة والخشب وغيرها.
- مثالية للأجسام المتحركة
وهذا يجعلها الخيار الأفضل لـ الأتمتة الصناعية، والروبوتات، وملاحة العربات الآلية الصناعية، وماكينات التعبئة والتغليف، وأنظمة الفرز، والكشف عن السلامة.
3.2 مستشعر التثليث بالليزر
الدقة: عالية للغاية ضمن مسافة قصيرة (على مستوى الميكرومتر)
التردد: غالبًا 1-2 كيلوهرتز، جيد لاكتشاف الاهتزازات الدقيقة
القيود:
- حساس للغاية لاهتزازات التركيب
- بقعة ضوء مشوهة بسهولة على الأسطح اللامعة/السوداء
- لا يمكن التعامل مع الإضاءة المحيطة القوية
- نطاق أقصى محدود
الأنسب لـ
- فحص أشباه الموصلات
- قياس ارتفاع السطح
- تجميع دقيق
- اختبارات الإزاحة المخبرية
4. ملاءمة التطبيق
مستشعر مدى الليزر - الأفضل لـ
- نظام الملاحة ومكافحة التصادم والمركبات ذاتية القيادة والمركبات ذاتية الحركة
- تحديد موضع ذراع الروبوت
- أتمتة المستودعات/استشعار الرافعة الشوكية
- الكشف عن مستوى المواد
- آلات الزراعة الذكية
- معدات خارجية مدمجة
- التغذية الراجعة عن بُعد للماكينات الصناعية
متانتها ونطاق قياسها يجعلها مثالية للهندسة في العالم الحقيقي.
مستشعر التثليث - الأفضل لـ
- قياس الإزاحة الدقيقة
- خطوط تجميع الإلكترونيات
- تحليل تسطيح السطح والسماكة
- كشف الحركة الميكانيكية الصغيرة
- فحص عالي الدقة في البيئات النظيفة
إن التثليث لا مثيل له في دقة المدى القصير للغاية ولكن ليس في التطبيق العملي.
5. ملخص: أيهما يجب أن تختار؟
إذا كان مشروعك يتطلب:
قياس طويل المدى قصير المدى (0.1-80 م)
الثبات في الهواء الطلق
اكتشاف الأجسام المظلمة
المتانة والمرونة
إذا كان مشروعك يتطلب:
فحص السطح دون المليمتر
الكشف عن المدى القريب للغاية (أقل من 500 مم)
إضاءة متحكم بها وتركيب ثابت
بالنسبة لمعظم التطبيقات الصناعية - خاصةً الروبوتات والأتمتة وأنظمة العربات الآلية المساعدة -
فإن مستشعر قياس المسافة بالليزر كفاءة فائقة وموثوقية وأداء طويل الأمد.
