In dit artikel staan we stil bij de verschillen tussen de ultrasone en laser-gebaseerde meetprincipes, uitdagende toepassingen die dit verschil benadrukken en tot slot werpen we een blik op de mogelijke oplossingen hierin.

Bij veel processen is er een vraag naar automatisering in de vorm van een afstandsmeting. Dit om meer grip en inzicht te krijgen in het proces. Dit komt ten goede aan de nauwkeurigheid, betrouwbaarheid en efficiëntie. Voorbeelden hiervan zijn:

  • Een vrachtwagen die achteruit rijdt richting een loading bay
  • Het bepalen van de afstand van een gripper tot een container
  • Het bepalen van de afstand van een schip tot de kade, aanmeren en afmeren
  • Niveau van een bunker
  • Niveau in een tank

Dit zijn allen mooie toepassingen, maar welke sensor is de juiste keuze? Waar baseer je deze keuze op?

In dit artikel staan we stil bij de verschillen tussen de ultrasone en laser-gebaseerde meetprincipes, uitdagende toepassingen die dit verschil benadrukken. Tot slot geven we inzicht in de mogelijke oplossingen voor verschillende applicaties.

Wat is laserlicht?

Laser is licht, maar dan heel intens. Dit komt omdat de lichtdeeltjes in laserlicht veel dichter op elkaar zitten dan in reguliere verlichting. Kenmerkend voor lasersensoren is dat er zowel in het zichtbare spectrum als in het onzichtbare spectrum lasersensoren gemaakt worden. Zo bestaan er ook infrarode en zichtbare rode lasers. Laserlicht kan gebruikt worden voor het nauwkeurig meten van hele kleine maar ook hele grote afstanden. Methodes die hierbij toegepast worden zijn: “Time of Flight” en de “fase verschuiving”.

Omdat lasers ook licht zijn hebben deze met dezelfde spelregels te maken wanneer het aankomt op voor- en nadelen. Onder voordelen vallen de hoge snelheid, zeer hoge precisie en een scherpe focus op kleine oppervlakten. Wat betreft meetomvang zijn lasers toepasbaar over zowel hele kleine als zeer grote afstanden.

De nadelen van het gebruik van licht zijn de vatbaarheid voor omgevingslicht, de (beperkte) reflectiviteit en te hoge ruwheid van het te meten of detecteren oppervlak en objecten die licht doorlaten. Deze kunnen allemaal een obstakel vormen voor het ontvangen van het uitgezonden laserlicht van de sensor.

Wat is ultrasoon geluid?

Ultrasoon geluid is een gebied uit het geluidsspectrum. Oftewel trillingen die zich door de lucht verplaatsen. Wat ultrasoon geluid kenmerkt is dat het niet waar te nemen is door het menselijk oor. De frequentie, oftewel het aantal trillingen dat dit geluid per seconde maakt bepaalt of het waar te nemen is voor het menselijke oor. In de natuur wordt dit geluidsspectrum gebruikt door bijvoorbeeld dolfijnen en vleermuizen. Specifiek om te detecteren, communiceren en afstanden te bepalen tot iets. 

Het gebruik van geluid brengt voordelen maar net zo goed ook nadelen met zich mee. De voordelen bestaan uit: de onvatbaarheid voor kleur, glans en transparantie van objecten, zeer goede werking op vaste stoffen en vloeistoffen en geen hinder bij objecten met een grovere of juist fijnere structuur.

Wat betreft nadelen heeft ultrasoon geluid een kleiner bereik en een zeer grote vatbaarheid voor geluidsabsorberende materialen of oppervlakten zoals schuim en textiel.

Wat zijn de toepassingen die laser of ultrasoon vereisen?

De eerder genoemde fundamentele beschrijvingen van ultrasoon geluid en laserlicht helpen bij het vertalen van deze eigenschappen naar bruikbare praktijktoepassingen. Hieronder volgen een aantal industriële toepassingen waar ultrasoon geluid of laserlicht tot hun recht komen.

Meting van transparante objecten

Transparante objecten, zoals bijvoorbeeld een PET-fles, hebben de eigenschap dat deze licht doorlaten. Als een laser gebruikt zou worden om een afstand te meten tot de fles zou dit problemen opleveren door het gebrek aan een reflectie van het laserlicht dat ontvangen moet worden door de sensor. Een ultrasoonsensor daarentegen is een zeer geschikte oplossing hiervoor: het uitgezonden geluid gaat niet door de verpakking heen en wordt dus weerkaatst. Hierdoor is een meting mogelijk en kan de sensor de afstand tot de fles bepalen.

Hoge nauwkeurigheid

Soms dient er een meting uitgevoerd te worden met oppervlakten die zeer verschillend zijn in vorm. Denk aan bandenprofielen die op een afstand gemeten moeten worden. Het gebruik van een ultrasoonsensor is hier minder geschikt omdat hoe groter de afstand, des te minder precies de  meting verloopt. Laserlicht daarentegen heeft de nodige precisie om deze openingen te bereiken en dus te meten. Hiermee kan het bandenprofiel worden bepaald tot op micrometers waardoor slijtages of productfouten opgespoord kunnen worden.

Metingen op verschillende kleuren

In de verpakkingsindustrie komen er materialen en productverpakkingen voor in allerlei verschillende kleuren. Niet iedere kleur heeft dezelfde reflectiviteit, dat wil zeggen dat de ene kleur meer reflecteert dan een andere. Dit merken we vaak bij het dragen van een zwart shirt op een zomerse dag: we ervaren de zon nog heter dan iemand met een wit shirt. Dit komt door de mate van reflectie. Het laserlicht is, net zoals ieder soort licht, hieraan onderhevig omdat niet iedere kleur een even goede reflectie weerkaatst naar de sensor toe. De voorkeur ligt dus bij een ultrasoonsensor die ongevoelig is voor de kleur van een verpakking.

Metingen op (zeer) grote schaal

Het bereik is misschien wel het belangrijkste als het aankomt op een (afstands)meting. Ultrasoonsensoren reiken tot een 8.000 mm (of 8 meter) en kunnen dus gebruikt worden binnen de meeste kleine en middelgrote afstanden. De lasersensoren beginnen bij een maximum meetbereik van 10 cm en zijn er zelfs tot 3.000 meter (of 3 km). Voor zowel kleine, middelgrote en (zeer) grote afstanden kunnen afstandslasers worden gebruikt. Denk aan een niveaumeting in een silo.

Geluidsabsorberende materialen

In de textielindustrie wordt er met allerlei soorten materialen gewerkt van katoen tot wol en van synthetische materialen tot aan onbewerkte stoffen. Materialen met een open structuur hebben vaak een geluidsabsorberende eigenschap. Dit zorgt ervoor dat bij een meting met een ultrasoonsensor de geluidtrillingen minder of helemaal niet worden weerkaatst naar de sensor. Het heeft een serieuze invloed op het meetbereik. Hier is de laser een gangbare oplossing omdat deze foutloos metingen kan uitvoeren op dit soort materialen, zonder significante invloed op het meetbereik (afgezien van de kleur).

Waar moet de keuze op uit gaan?

Hieronder hebben we de producten in ons pakket aan ultrasoon en lasersensoren ondergebracht in uitklapbare tabellen en vergeleken in termen van meetbereik, extra’s en bruikbaarheid in verschillende toepassingen.

Ultrasone afstandssensoren

 

Meetbereik

Extra’s

Bruikbaarheid in verschillende toepassingen

Nano serie

350 mm

Kleinste M12 ultrasoonsensor ter wereld

Metingen met kleine inbouwruimte
Kleine afstandsmetingen op verschillende vaste tot vloeibare oppervlakten

Pico+TF serie

1.300 mm

Teflonlaag om transducer voor chemische bestendigheid

Metingen in omgevingen met chemische stoffen
Middelgrote ultrasone afstandsmetingen

UK6 serie

1.200 mm

Kortvormige kunststoffen of metalen M18 behuizing

Voor toepassingen met weinig inbouwruimte
Korte afstandsmetingen

UK1 serie

 2.200 mm

Cylindrische M18 behuizingen van kunststof of metaal met teach-in button

Eenvoudig inleren voor toepassing op grote schaal
Veelzijdigheid door verschillende instelbare uitgangen

UQ1 serie

1.200 mm

Kubusvormige behuizing met M18 sensorkop

Voor toepassingen met een haakse montage

Lpc+ serie

 1.000 mm

Temperatuurcompensatie voor automatische aanpassing aan omgevingstemperatuur en een IO-Link interface

Middelgrote afstandsmetingen;
Afstandsmetingen in temperatuurveranderlijke omgevingen

Nero serie

 1.000 mm

Kunststoffen M18 behuizing, beschikbaar in normale en haakse uitvoering

Middelgrote ultrasone afstandsmetingen
Uitvoerbaar als haakse sensor voor toepassingen met beperkte inbouwruimte

Crm+

 6.000 mm

Speciale beschermende folielaag over transducer

Grote ultrasone afstandmetingen
Metingen in omgevingen met chemicaliën en vervuiling die de sensor kunnen bedekken en de prestaties kunnen beïnvloeden

Mic serie

 6.000 mm

RVS M30 behuizing voor zware gebruiksomstandigheden en een automatische synchronisatie bij gebruik van meerdere sensoren

Lange ultrasone afstandsmetingen
Metingen in uitdagende omgevingen

Mic+ serie

 6.000 mm

RVS M30 behuizing voor zware gebruiksomstandigheden en een automatische synchronisatie bij gebruik van meerdere sensoren

Lange ultrasone afstandsmetingen
Metingen in uitdagende omgevingen

Wms serie

 6.000 mm

Triggeringang en echo-uitgang functies

Lange ultrasone afstandsmeting
Voor toepassingen waar de ultrasone sensor constant aangestuurd dient te worden (triggeringang) en het uitlezen van de metingen (echo-uitgang)

Sks serie

 150 mm

Zeer compacte rechthoekige behuizing en IO-Linkondersteuning

Kritische ultrasone afstandsmetingen
Goed alternatief voor kleinschalige meettoepassingen

Zws serie

 700 mm

Meest compacte balkvormige ultrasoonsensoren met zeer hoge schakelfrequentie (250 Hz) en teach-in button

Voor high-speed meettoepassingen
Voor toepassingen met zeer weinig inbouwruimte;
Grootschalige systemen waar snel inleren nodig is

Lcs serie

 1.300 mm

Compacte kubusbehuizing, automatische synchronisatie en multiplexmodus

Middelgrote meettoepassingen met meerdere sensoren
Toepassingen waar een groot aantal sensoren in dezelfde ruimte opereren

Lcs+ serie

 6.000 mm

Compacte kubusbehuizing, IO-Linkondersteuning, automatische synchronisatie en multiplexmodus

Middelgrote meettoepassingen met meerdere sensoren
Toepassingen waar een groot aantal sensoren in dezelfde ruimte opereren
Zeer eenvoudige implementatie door IO-Linkondersteuning

Hps+ serie

 3.400 mm

PTFE-folie over transducer voor bescherming tegen agressieve stoffen, RVS-behuizing, extra hygiëne

Gebruik in omgevingen met agressieve chemicaliën
Gebruik in omgevingen met normale druk en overdruk
Voor gebruik in hygiënische industrieën zoals de voedingsmiddelenindustrie, de farmaceutische en medische industrieën

Pms serie

 1.000 mm

ECOLAB-, FDA- en EHEDG-conforme behuizing

Voor gebruik in omgevingen met chemische stoffen, zware reinigingsmiddelen en een hoge goedgekeurde hygiëne

Afstandslasers

LASE 1000 serie

 110 m op natuurlijke ondergronden en 800 m op reflector

Ondersteuning van meerdere industriële interfaces en zeer hoge meetsnelheid (20 kHz)

Toepassingen met zeer hoge snelheidIntegratie in de meeste bestaande en nieuwe systemen, door de ondersteuning van de meest voorkomende industriële interfaces

LAM 34 serie

30 m op natuurlijke ondergronden en 250 m op reflector

Zeer hoge schakelfrequentie (30 kHz), oogveilige infrarode laser

Toepassingen waar er vaak mensen in de buurt van de laser werken;
Zeer snelle meettoepassingen (30000 metingen per seconde)

LAM 50 serie

 30 m op natuurlijke ondergronden en 150 m op reflector

Opties als een interne verwarming, verschillende interfaces.

Voor gebruik in toepassingen vanaf een omgevingstemperatuur van -40°CVoor integratie in bestaande en nieuwe systemen

SP1200 serie

600 m op beperkte reflectiviteit en 1.200 m op reflector

Puntlaser voor visuele uitlijning, zeer groot meetbereik

Voor grootschalige meettoepassingen
Voor toepassingen waar een precieze uitlijning cruciaal is

LAM 70 serie

 70 tot 125 m op natuurlijke ondergronden en 270 m op reflector

Zeer compacte behuizing, schakelfunctie tussen meerdere meetpunten, modulaire functionaliteit

Toepasbaar als lasermodule in een LIDAR-systeem
Toepassingen met beperkte inbouwruimte
Toepassingen waarbij meerdere meetpunten tegelijk gemonitord dienen te worden

LAM 5 serie

5.11 – 6 meter
5.12 – 5 meter
5.13 – 5 meter
5.14 – 5 meter
5.15 – 14 meter
5.21 – 70 meter

Kostenefficiënte oplossing,
Optionele tandem- en anti-collision-functies

Minder eisende toepassing die de voordelen van lasers vereisen;
Toepasbaarheid in kritische toepassingen als bovenloopkranen

LAM 300 serie

 300 m op natuurlijke ondergronden en 3.000 m op targetboard.

Twee schakeluitgangen, waardoor een window mode mogelijk is;
Zeer groot meetbereik

Toepassingen over een zeer groot meetbereik zoals een niveaumeting in een graansilo of de ondersteuning van schepen bij het aanmeren;
Toepassingen waarbij de voorgrond en/of de achtergrond onderdrukt moet worden