Su un impianto di laminazione, un nastro trasportatore o un carroponte, sapere con precisione dove si trova un oggetto vale quanto conoscerne le dimensioni. Un posizionamento sbagliato di pochi centimetri su una pinza di presa significa un ciclo perso, un pezzo danneggiato o una collisione fra assi; su una bobina in svolgimento, un errore di lettura del diametro si traduce in tensione non controllata e materiale di scarto. Il costo non sta nel singolo evento, ma nella sua ripetizione lungo migliaia di cicli al giorno.
La misura ottica risolve il problema senza contatto meccanico. Un fascio laser collimato viene inviato sul bersaglio e la distanza si ricava dal tempo che la luce impiega a tornare al ricevitore oppure dallo spostamento dello spot sul sensore di ricezione. Il primo principio, il tempo di volo, copre decine e centinaia di metri; il secondo, la triangolazione, lavora su pochi decimetri con risoluzioni micrometriche. Capire quale dei due serve è la vera scelta progettuale.
Per le distanze industriali medie e lunghe la gamma ASTECH offre due riferimenti complementari, e la scelta si decide sul binomio portata-frequenza. L’LDM301 misura fino a 3000 m su catarifrangente e circa 300 m su superficie naturale, con frequenza di uscita fino a 2 kHz: alla frequenza più alta il costruttore dichiara un’incertezza di ±60 mm, che scende a ±20 mm a 100 Hz. La serie LDM42 lavora su distanze medie con uscita analogica e digitale integrate, in un corpo compatto adatto al montaggio a bordo macchina.
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Portata utile: target naturale e catarifrangente non sono la stessa cosa
Il dato di portata dichiarato in catalogo va sempre letto in coppia con il tipo di bersaglio. Su un catarifrangente la luce torna quasi integralmente al ricevitore e la distanza raggiungibile arriva alle migliaia di metri; su una superficie naturale il segnale utile dipende dalla riflettività diffusa, che passa da oltre l’80% per una parete bianca a meno del 10% per acciaio ossidato, gomma nera o carbone. Fra questi due estremi la portata reale può ridursi di un ordine di grandezza. Contano anche l’angolo di incidenza, che non dovrebbe superare i 15-20 gradi rispetto alla normale su superfici lucide, e la presenza di polvere, vapore o fumi lungo il percorso ottico. La regola pratica è dimensionare lo strumento su almeno il doppio della distanza di lavoro calcolata sul bersaglio più scuro presente nel processo.
Risoluzione, ripetibilità e accuratezza: tre numeri da non confondere
La risoluzione è il passo minimo di lettura, tipicamente 0,1 mm o 1 mm nei telemetri a tempo di volo. La ripetibilità descrive la dispersione delle letture ripetute sullo stesso bersaglio ed è il parametro che conta davvero nel controllo di posizione: se la macchina si ferma su una soglia, è la deviazione standard delle misure a determinare la tolleranza raggiungibile. L’accuratezza assoluta, infine, include gli errori sistematici e la deriva termica, spesso espressa in millimetri più una quota per metro di distanza. Nei sistemi a tempo di volo la ripetibilità migliora mediando più impulsi, quindi cresce a spese della frequenza di uscita: aumentare il tempo di integrazione stabilizza il dato ma introduce ritardo. Va scelto il compromesso in funzione della dinamica dell’asse, non del numero migliore di catalogo.
Frequenza di misura e latenza nel controllo in linea
Un carro che viaggia a 2 m/s percorre 2 mm ogni millisecondo: con una frequenza di misura di 100 Hz l’errore di posizione dovuto al solo campionamento è già di 20 mm. Per gli anelli di regolazione servono frequenze da qualche centinaio di hertz fino a 2 kHz, con latenza complessiva nota e costante. Alla frequenza dello strumento va sommato il tempo del canale di comunicazione: un frame seriale a 9600 baud impiega più di un millisecondo, mentre un’uscita analogica o un’interfaccia SSI trasferiscono il dato in decine di microsecondi. Se il PLC campiona a task fisso, il jitter fra sensore e task diventa un errore di posizione apparente. Nelle applicazioni di anticollisione fra carroponti è preferibile privilegiare la costanza del tempo di risposta rispetto al valore di picco della frequenza.
Interfacce, classe laser e protezione ambientale
L’integrazione si decide sulle uscite disponibili: RS232 e RS422 per configurazione e telemetria continua, SSI per l’accoppiamento diretto a schede di posizione, Profibus DP o Profinet per l’inserimento in architetture di fabbrica, uscita analogica 4-20 mA quando serve un segnale robusto verso ingressi analogici già cablati. La classe laser secondo IEC 60825-1 orienta invece le misure di sicurezza: la classe 2 con fascio rosso visibile semplifica l’allineamento e non richiede protezioni particolari, la classe 3R impone segnaletica e valutazione del rischio ma estende la portata. Sul piano ambientale servono grado IP65 o IP67 per ambienti polverosi e lavaggi, range di temperatura tipicamente da -40 a +60 gradi con riscaldatore opzionale, e finestra ottica protetta o soffiata dove sono presenti polveri aderenti.
Triangolazione o tempo di volo: come chiudere la scelta
La triangolazione conviene entro pochi decimetri, dove serve risoluzione micrometrica: controllo di spessore, profilo, gioco fra parti, presenza di componenti su un montaggio. Oltre il metro e mezzo la geometria del triangolo degrada rapidamente e subentra il tempo di volo, che mantiene l’errore quasi indipendente dalla distanza e lavora fino a centinaia di metri. Un secondo criterio è lo spot: cresce con la distanza, tipicamente da pochi millimetri a diversi centimetri a cento metri, e deve restare interamente sul bersaglio, altrimenti la misura media contorno e fondo. In pratica si parte dalla distanza massima, si verifica la riflettività del target peggiore, si controlla lo spot a quella distanza e solo alla fine si scelgono interfaccia e grado di protezione.
Per il confronto completo delle serie disponibili, con portate, risoluzioni e uscite modello per modello, si veda la pagina dedicata ai Sensori laser di distanza e posizione.
I due strumenti a catalogo
Il post confronta due principi di misura ottica, la triangolazione e il tempo di volo. Gli strumenti del nostro catalogo coprono le distanze industriali medie e lunghe con due principi, la misura di fase e il tempo di volo. La distinzione è la stessa che il testo pone fra il millimetro e la distanza, e si decide prima sull’interfaccia verso il sistema di controllo, poi sul modello.
I campi di misura, le accuratezze, la frequenza di uscita, il diametro dello spot alle varie distanze e le opzioni per il freddo e la polvere sono dichiarati dal costruttore e riportati per esteso nelle schede.
Misura di precisione
ASTECH serie LDM42
Misura di fase: è il principio che dà la precisione millimetrica su superficie naturale, senza catarifrangente. Le cinque versioni condividono l’ottica e si distinguono per l’interfaccia verso il controllore, che il post indica come primo vincolo di scelta.
Lunga portata
ASTECH LDM301
Tempo di volo: grande portata, tempi di misura molto brevi e misura della velocità del bersaglio, con laser pilota per l’allineamento. È la risposta al caso del bersaglio lontano o veloce descritto nel paragrafo sulla frequenza di misura.
Le due schede appartengono alla categoria di catalogo Sensori laser di distanza e posizione, dove il confronto fra i due principi è sviluppato per esteso.
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