在生產(chǎn)中，測量技術(shù)的地位越來越重要，這種地位的獲得要歸功于傳感技術(shù)的持續(xù)發(fā)展。應(yīng)用于物體識別、寬度和高度以及位置測定的3D傳感器便是其中一例。
3D傳感技術(shù)在自動化技術(shù)中的重要性日益加強，它已經(jīng)從高端進入到實際應(yīng)用領(lǐng)域。“迄今為止，我們在光學(xué)測量技術(shù)方面還只涉及測量和開關(guān)系統(tǒng)。此類系統(tǒng)利用光束來測定物體的存在和距離。這種所謂的單光束系統(tǒng)通常包含所有在能量和幾何上可利用的距離信息。”Leuze公司總裁Ulrich Balbach解釋說。
從2D系統(tǒng)到深度信息
此外還有以攝像機為基礎(chǔ)的平面測量系統(tǒng)，這種系統(tǒng)往往具有較高的分辨率，通過亮度分布來對平面元素（平面圖像點或像素）進行判斷。現(xiàn)在人們把單光束系統(tǒng)的距離信息及其光束能的高滲透性與攝像機芯片的平面評判結(jié)合起來，即可額外獲得一種深度信息，即所謂的第三個尺度。“人們沿著激光光線在每個圖像點上不僅可以得到X/Y坐標(biāo)系統(tǒng)上的位置和亮度數(shù)值，而且還可在Z坐標(biāo)上獲得距離數(shù)值。”Balbach說道。
與常規(guī)技術(shù)相比，這種技術(shù)的優(yōu)勢在于用戶在獲得距離信息后，對物體上的亮度差異和顏色差異的依賴程度明顯減弱。
圖1 傳感器對一個機械臂的抓爪控制進行支持
3D傳感器因價格居高不下而無法被推廣
“3D傳感器市場推廣失利的主要原因在于其較高的價格水平和對3D點云的極其費時費力的后續(xù)加工。”Balbach解釋說，“況且，傳感器因規(guī)格尺寸較大而難以被集成到設(shè)備上，無法確保其長期可使用性。”此后出現(xiàn)了非常緊湊的傳感器，它納入了數(shù)據(jù)預(yù)處理功能。此外，傳感器的性價比也得到優(yōu)化，實現(xiàn)批量供應(yīng)。這種狀況推進了3D傳感器技術(shù)的進一步發(fā)展。
在很多應(yīng)用場合，簡單的點狀信息已經(jīng)不夠用。在自動化技術(shù)領(lǐng)域里，3D傳感器技術(shù)也開辟出新的應(yīng)用范疇。只要是點狀或2D作業(yè)的設(shè)備系統(tǒng)無法達到目標(biāo)，就可以采用3D傳感器來實現(xiàn)目標(biāo)。
Leuze公司的線性輪廓傳感器并非通過各個光點進行工作，而是通過一種激光線性照明對發(fā)散的光束進行投影。依據(jù)制造廠商的說法，激光器和接收器同被設(shè)置于一個安裝簡便的緊湊型單元內(nèi)。LPS 36型光切傳感器可以提供高達0.1mm的分辨率，適合于小部件的測量。當(dāng)高度距離為200～600mm時，可采用LPS 36 HI/EN線性輪廓傳感器對自身小于3mm的部件物體進行識別。傳感器的分辨率為0.1～0.9mm，測量時間為10ms，測量頻率為100Hz，在140mm直線長度上可以對小部件進行快速和準(zhǔn)確的測量。
測量數(shù)據(jù)傳輸和傳感器參數(shù)編寫可通過以太網(wǎng)進行。通過對標(biāo)準(zhǔn)增量編碼器設(shè)置一個額外的接口，可以幫助生成3D校準(zhǔn)數(shù)據(jù)。在以往需要費時費力的傳感器技術(shù)方案、傳感器組合或需要額外增加求值裝置的場合和需要設(shè)置攝像系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域，現(xiàn)在均可采用分辨率良好的LPS 36 HI/EN型光切傳感器，而投資較低且造型緊湊，這是因為發(fā)送器和接收器被設(shè)置在一個很容易安裝的單元里。
圖2 線-幅傳感器（LRS）通過線性激光照明而投出離散光束
傳感器數(shù)據(jù)可由顯示屏導(dǎo)入
除了可以測量物體外形和提供3D信息的線性輪廓傳感器（LPS）之外，開關(guān)式線-幅傳感器（LRS）則可以實現(xiàn)全新的功能。人們現(xiàn)在可以通過一種Teach功能，直接在裝置上輸入LRS開關(guān)式光切傳感器的數(shù)據(jù)信息。作為平面掃描器、帶背景遮隱的掃描器和多軌跡完整控制器（Track Scan），LRS 36 Teach型傳感器的三種典型應(yīng)用可以通過操作界面和菜單被直接輸入到裝置里并接受參數(shù)設(shè)計。
3D傳感器幫助企業(yè)節(jié)省能源
位于Monheim地區(qū)的Hiller公司就采用了LRS傳感器。“與開關(guān)式的光柵相比，LRS傳感器沒有單獨的發(fā)送器和接收器元件，由此可以簡化其在冷卻臺上的安裝步驟。”APT Hiller公司的Hans-Joachim Hopf如是說。由于Monheim工廠所歸屬的APT Hiller公司為歐洲主要市場制造和提供鋁材半成品，他也談到生產(chǎn)熱壓鋁型材時會出現(xiàn)的特殊狀況。
長達60m拉伸長度的鋁型材通過大型橫向膠帶輸送機被輸送到冷鋸輥道上。橫向輸送機同時也被用作冷卻臺，把壓制后溫度高達約500℃的鋁型材冷卻至30～40℃。風(fēng)機從下部把空氣吹過輸送帶，由此來加快冷卻速度。
由于各種不同型材的生產(chǎn)具有較大的靈活性，冷卻臺各部位的負荷量并不均勻，Hans-Joachim Hopf尋找了一種可對各排風(fēng)機進行實際操控的解決途徑：為的是能夠關(guān)掉當(dāng)時沒有鋁型材的相對應(yīng)部位的風(fēng)機。而Hopf所需要的恰是一種傳感器技術(shù)方案，以便對各個部位上是否放置有鋁型材的狀況進行識別，并且不受其厚度、形狀、方位和位置的影響。此外，他還需要一種無需要求相對應(yīng)安裝（例如無反射器或接收器）的技術(shù)方案。
出于成本以及傳感器不能設(shè)置在高溫風(fēng)流區(qū)里的原因，Hans-Joachim Hopf并不考慮在冷卻臺的上方安裝一個機械構(gòu)件。盡管把傳感器安裝在輸送帶的下方也會存在風(fēng)險，因為傳感器的光學(xué)鏡面可能會受到污染而影響到功能，但還是優(yōu)先選擇這種方案。LRS 36型傳感器的造型非常緊湊，因此很容易被安裝在風(fēng)機之間。此外，傳感器離輸送水平具有足夠的間距，因此光束在抵達型材輸送高度時可以有足夠的寬幅和掃描區(qū)域，從而對風(fēng)機的500mm風(fēng)流寬度進行覆蓋。
圖3 LRS 36型傳感器的緊湊造型減輕了其在風(fēng)機之間的安裝難度
通過采用線-幅傳感器降低能耗
由于線-幅傳感器不受型材位置影響，而可對型材進行全范圍的探測，因此每排風(fēng)機只需一個傳感器即可夠用。所生產(chǎn)的型材的長度均超過20m，各種不同的型材還可因熱膨脹而產(chǎn)生彎曲或傾斜擺放。因此在18m的間距上再設(shè)置一排光切傳感器，這樣可以確保鋁型材在最差的情況下也可受到至少一個傳感器的探測。
一旦兩個傳感器探測不到鋁型材，相應(yīng)一排的風(fēng)機在很小的延遲時間之后即會關(guān)機。“通過這種節(jié)能措施，可以使風(fēng)機的工作時間縮短約25%，這對于80?kW功率的設(shè)備來說，成本的節(jié)省是不難算出的。”Hans-Joachim Hopf對此感到高興。
