传感器选择:激光传感器规格说明
制造商使用许多术语来描述传感器的性能:精度、分辨率、可重复性或再现性、线性度等。 并非所有制造商都使用相同的规格,这就给比较不同型号的传感器带来了挑战。 以下指南解释了常见的传感器规格,并讨论了如何使用它们为您的应用找到合适的传感器。
精度不是最重要的吗?
您可能希望看到的首要规格之一就是精确度。 精度表示测量值与实际值之间的最大差值;测量值与实际值之间的差值越小,精度越高。 例如,0.5 毫米的精度意味着传感器读数与实际距离的误差在 ± 0.5 毫米以内。
然而,在工业传感和测量应用中,精度往往是,而不是最重要的考虑因素。 请继续阅读以了解原因,并根据应用类型了解需要考虑的最重要规格。
对于离散激光测量传感器 ,Banner 提供了两个关键指标:重复性和最小目标分离度。 虽然这两种方法都有助于比较离散传感产品,但最小物体分离度对帮助您选择在实际应用中性能可靠的传感器最有价值。
重复精度
重复性 (或再现性) 指传感器在相同条件下重复相同测量的可靠程度。 0.5 毫米的重复性意味着对同一目标的多次测量结果将在± 0.5 毫米的范围内。
传感器制造商通常使用这种规格,它可以作为一个有用的比较点;但它是一种静态测量,可能并不代表传感器在实际应用中的性能。
重复性规格基于检测不动的单色目标。该规范没有考虑目标的可变性,包括斑点(目标表面的微观变化)或颜色/反射率转换,这些都会对传感器性能产生重大影响。
目标最小间距 (MOS)
最小物体间距 (MOS) 是指传感器要可靠地检测到目标,目标与背景之间的最小距离。 最小物体间距为 0.5 毫米意味着传感器可以检测到距离背景至少 0.5 毫米的物体。
最小物体间距是离散应用中最重要、最有价值的规格 。 这是因为 MOS 可通过测量同一物体上同一距离的不同点来捕捉动态可重复性。 这样就能更好地了解传感器在实际离散应用中的性能,以及正常的目标变化情况。
MOS 在离散应用中的重要性
在右图中,Q4X 传感器 用于识别发动机缸体中是否存在垫圈。 单击此处了解有关此应用程序的更多信息。
如果传感器检测到轻微的高度差,哪怕只有 1 毫米,它也会发出信号,提醒操作员缺少一个垫圈或存在多个垫圈。
MOS 规格对于确定可检测到的最小变化非常重要。
对于模拟应用 ,Banner 提供分辨率和线性度规格。 虽然分辨率是传感器制造商最常用的规格,但线性度对于许多需要在传感器量程范围内进行一致测量的应用来说是最有用的。
分辨率
分辨率 显示传感器能检测到的最小距离变化。 分辨率小于 0.5 毫米意味着传感器可以检测到 0.5 毫米的距离变化。 该规格与最佳情况下的静态重复性相同,但它是以绝对数而不是 +/- 表示的。
分辨率规格所面临的挑战是,它们代表了传感器在 "最佳情况 "下的分辨率,因此无法全面反映传感器在真实世界中的性能,有时甚至会夸大传感器的性能。 在典型应用中,分辨率受目标条件、目标距离、传感器响应速度和其他外部因素的影响。 例如,光泽物体、斑点和颜色转换都是三角测量传感器的误差来源,会影响分辨率。
线性度
线性度指传感器的模拟输出在整个测量范围内接近直线的程度。 传感器的测量值越是呈线性,在整个传感器范围内的测量值就越一致。0.5 毫米的线性度意味着传感器量程内的最大测量误差为 ± 0.5 毫米。
换句话说,线性度是理想直线测量与实际测量之间的最大偏差。 在模拟应用中,如果可以传授近点和远点,传感器显示的精度就不那么重要了,重要的是输出的线性程度。 这是因为线性度越高,输出就越能显示沿着测量线的正确变化。
例如,目标距离两个传感器 100 毫米,两个传感器的教导距离分别为 100 毫米和 200 毫米。 在 100 毫米处,传感器 A 的测量值为 100 毫米,传感器 B 的测量值为 110 毫米。在 200 毫米处,传感器 A 的测量值为 200,传感器 B 的测量值为 210。 然后将目标移动到距离传感器 150 毫米的地方。 传感器 A 的尺寸为 153 毫米,传感器 B 的尺寸为 160 毫米。
实际距离 | 传感器 A 显示屏 | 传感器 B 显示屏 |
100 mm | 100 mm | 110 mm |
150 mm | 153 毫米 | 160 mm |
200 毫米 | 200 毫米 | 210 毫米 |
在这种情况下,传感器 A 更准确,因为它们更接近每个点的实际距离。 但传感器 B 的线性 ,因为传感器读数在整个传感器范围内更加一致。
模拟应用中线性度的重要性
在右图中,Q4X 模拟激光测量传感器上的两点示教选项用于示教满仓(4 mA)和空仓(20 mA)。 模拟量输出提供堆叠高度的实时测量结果。
传感器的线性度越高,满仓和空仓之间的测量结果就越好。 在线性度完美的情况下,当传感器输出 12 mA 电流时,堆栈的一半就会消失。
温度效应
温度效应是指由于环境温度变化而产生的测量变化。 0.5 毫米/°C 的温度效应意味着环境温度每变化一度,测量值就会变化 0.5 毫米。
总预期误差
总预期误差是模拟应用中最重要的规格。 This is a holistic calculation that estimates the combined effect of factors including linearity, resolution, and temperature effect. 由于这些因素是独立的,因此可以使用平方根求和法将它们结合起来,计算出总预期误差。
下图是模拟传感器的总预期误差计算示例。
这些计算的结果比单个规格更有价值,因为它能更全面地反映传感器在实际应用中的性能。
Banner 在产品数据表中提供了计算总预期误差的必要参数。
重复性,即传感器重复相同测量的可靠程度,是IO-Link 传感器 的通用规范。 然而,与离散应用一样,可重复性并不是 IO-Link 应用的唯一或最重要因素。
准确性在这里也变得更加重要。 如前所述,精度是实际值与测量值之间的最大差值。使用 IO-Link 时,测量值(显示在显示屏上)直接传送到 PLC。因此,数值必须尽可能接近 "真实"。
IO-Link 应用的最佳情况是传感器既精确又可重复。 不过,如果传感器可重复使用但不精确,用户仍可通过 PLC 标定偏移量。
IO-Link 应用中精度的重要性
在右图的应用示例中,Q4X 激光测量传感器可检测到深色汽车门板上是否有深色嵌件。 了解有关此应用程序的更多信息。
IO-Link 过程数据显示插入点的距离,以确定插入点是否存在。 无论目标颜色如何,测量都必须准确。
IO-Link 应用的总预期误差
总预期误差是 IO-Link 应用中最重要的规格。对于 IO-Link 传感器,Banner 计算总预期误差的方法与模拟应用有点不同。 对于 IO-Link 传感器,总预期误差代表精度、重复性和温度效应的综合影响。 同样,由于这些因子是独立的,因此可以使用平方根求和法将它们合并起来,计算出总预期误差。
有关如何计算 IO-Link 传感器的示例,请参阅下文。
与模拟应用的总预期误差一样,这些计算结果对于 IO-Link 应用来说比单个规格更有价值,因为它能更全面地反映传感器在实际应用中的性能。
Banner 在产品数据表中提供了计算总预期误差的必要规格。