Sensori a triangolazione laser

Principio di funzionamento, geometria ottica e fattori di precisione nella misura senza contatto


La triangolazione laser è un principio di misura ottico che ricava la distanza di un bersaglio dalla posizione geometrica dello spot laser riflesso. Un diodo laser proietta un punto luminoso sulla superficie da misurare; la luce riflessa viene raccolta da un'ottica ricevente e focalizzata su un elemento sensibile posto ad angolo noto rispetto al fascio emesso. Quando il bersaglio si avvicina o si allontana, lo spot si sposta sull'elemento ricevente e il sensore converte questa posizione in un valore di distanza. I sensori a triangolazione raggiungono risoluzioni fino al submicron e frequenze di misura elevate, e sono oggi il principio più diffuso nella misura ottica di precisione senza contatto.


Spot laser proiettato su superficie metallica durante la misura

La geometria della triangolazione

Emettitore, bersaglio e ricevitore formano i tre vertici di un triangolo, da cui il nome del principio. Il diodo laser e l'ottica ricevente sono montati a distanza fissa e ad angolo noto all'interno del sensore: quando la distanza del bersaglio cambia, cambia anche l'angolo con cui la luce riflessa rientra nell'ottica, e lo spot si sposta sull'elemento sensibile. La relazione tra posizione dello spot e distanza non è lineare e viene linearizzata in fabbrica tramite calibrazione.

Elemento ricevente ed elaborazione del segnale

L'elemento ricevente è un rilevatore a matrice o a linea di tipo CCD o CMOS, che registra la distribuzione della luce riflessa. L'elettronica del sensore calcola il baricentro dello spot con risoluzione subpixel e lo converte nel valore di distanza in uscita. Il controllo automatico dell'esposizione compensa in tempo reale le variazioni di riflettività della superficie, mantenendo la misura stabile anche su bersagli disomogenei, con frequenze di campionamento che raggiungono decine di kilohertz.

I fattori che determinano la precisione

La risoluzione di un sensore a triangolazione è proporzionale al campo di misura: campi di pochi millimetri raggiungono il submicron, campi estesi offrono risoluzioni nell'ordine del micron. Contano poi la linearità della calibrazione, la stabilità termica della meccanica interna, la rigidità del montaggio, l'illuminazione ambientale e l'orientamento del sensore rispetto alla direzione di spostamento del bersaglio. Un'installazione curata vale quanto la scelta del modello nel determinare l'accuratezza reale della misura.

Triangolazione e altri principi ottici

Quando il bersaglio è trasparente o serve la misura di spessore da un solo lato, i sistemi di misura confocali offrono prestazioni superiori; oltre il metro di distanza il principio di riferimento diventa la misura a tempo di volo. La triangolazione resta la scelta più versatile per la misura di precisione a corto raggio: combina risoluzione elevata, velocità, distanza di sicurezza dal bersaglio e costi contenuti rispetto agli altri principi ottici.

Dal principio alla misura

I nostri ingegneri applicano quotidianamente questo principio nella selezione dei sensori per controllo qualità, automazione e ricerca: se stai valutando una misura ottica di precisione, possiamo aiutarti a verificare la fattibilità sulla tua superficie e nelle tue condizioni di installazione.

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FAQ

La triangolazione laser è un principio di misura ottico in cui un punto laser proiettato sul bersaglio viene osservato da un ricevitore posto ad angolo noto: dalla posizione dello spot riflesso sull'elemento ricevente si ricava la distanza. È il principio più diffuso nei sensori di spostamento senza contatto ad alta precisione.

La precisione di un sensore a triangolazione laser dipende principalmente dal campo di misura: campi più piccoli offrono risoluzioni migliori, fino all'ordine del submicron. Incidono anche le proprietà ottiche della superficie, l'angolo di installazione, le vibrazioni ambientali e la stabilità termica del punto di montaggio del sensore.

Le superfici più difficili per la triangolazione laser sono quelle a specchio, che riflettono il fascio lontano dal ricevitore, e quelle trasparenti, in cui la luce penetra nel materiale. Superfici lucide, scure o semitrasparenti si misurano con accorgimenti come regolazione dell'esposizione e scelta della lunghezza d'onda adeguata.

La triangolazione laser misura la posizione geometrica dello spot riflesso ed è ideale per distanze brevi con precisione elevata, tipicamente entro il metro. Il tempo di volo misura invece il tempo impiegato dalla luce per tornare al sensore ed è adatto a distanze lunghe, con risoluzioni meno spinte.

La maggior parte dei sensori a triangolazione impiega laser di classe 2, sicuri per l'occhio grazie al riflesso palpebrale e utilizzabili senza dispositivi di protezione individuale. Le versioni con potenza superiore, di classe 3R o 3B, richiedono invece misure di protezione specifiche e una valutazione della sicurezza laser in fase di installazione.

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