Il display segna 148,6 mm e non si muove di un decimo. Il valore è dentro la finestra di tolleranza, la linea gira, nessun allarme compare sul quadro. Eppure il pezzo che esce ha una quota diversa da quella letta, e il controllo a valle scarta un lotto ogni tanto senza una ragione evidente. Gli errori dei sensori laser installati per misure di distanza e di posizione quasi mai si presentano come un guasto: si presentano come un numero plausibile, stabile, coerente con quello di ieri. È questa la loro insidia. Un trasduttore rotto smette di rispondere e la manutenzione interviene; un fascio ottico mal posato continua a restituire un dato, e quel dato entra nel controllo di processo come se fosse vero.
Nella grande maggioranza dei casi la causa non è nello strumento. Sta in come è stato montato, in che cosa gli passa davanti, in che cosa gli arriva addosso dall’ambiente e in quanto tempo è passato dall’ultima volta che qualcuno ha guardato la finestra ottica. Sono condizioni di installazione e di esercizio, e cambiano lentamente: per questo sfuggono a una verifica fatta una volta sola al collaudo.
Qui sotto ci sono cinque situazioni che ricorrono in impianto. Per ciascuna: che cosa si fa in buona fede, quale numero ne esce e perché sembra corretto, da quali indizi ci si accorge che non lo è, e che cosa conviene fare al posto suo.
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Un dato stabile e un fascio storto: l’inclinazione che nessuno ha messo in conto
Si monta la staffa dove c’è posto, spesso di lato o obliqua rispetto alla superficie da leggere. In buona fede: il fascio arriva sul bersaglio, il valore compare, il collaudo passa. Ma su una superficie inclinata o lucida la luce diffusa torna solo in parte dentro l’ottica di ricezione, e la quota misurata è quella del punto in cui il fascio incontra il piano, non del punto che interessa. Il numero sembra buono perché resta costante finché la geometria non cambia. Ci si accorge dell’errore quando la lettura diventa instabile a tratti, oppure quando ha uno scostamento fisso rispetto a una verifica manuale. Il rimedio è di montaggio, non di taratura: fascio il più possibile perpendicolare, ricevitore orientato secondo la direzione di riflessione prevalente, staffa rigida e riferimento meccanico che permetta di rimontare il sensore nella stessa posizione dopo un intervento.
Cambia il lotto e cambia la luce che torna indietro
L’impianto viene messo a punto sull’articolo più corrente, di solito chiaro e asciutto. Poi entra un lotto scuro, opaco, oleato o ancora bagnato dal lavaggio, e la quantità di luce che rientra nell’ottica crolla. Il sensore continua a rispondere, ma con meno segnale utile: il dato si fa rumoroso, salta, oppure va in fondo scala per un istante. L’errore sembra un problema di ricetta o di macchina, perché compare solo su certi codici e sparisce quando si torna al prodotto abituale. L’indizio è proprio questa correlazione: si scarta per famiglia di articolo, non per turno né per zona. La contromisura sta a monte, in fase di specifica: dichiarare l’intera gamma di finiture e colori che passerà davanti al sensore, prevedere margine di segnale sul caso peggiore e, quando la variabilità è ampia, sfruttare le impostazioni di esposizione o i profili di misura richiamabili per ricetta.
Il bersaglio si sposta anche di lato: la media fra due punti diversi non è una quota
Si punta il sensore su un materiale in movimento dando per scontato che si muova solo lungo l’asse di misura. Su un nastro che ondeggia, su un telo che sventola o su un pezzo che avanza con gioco laterale, il fascio esplora punti diversi della superficie: bordi, cordoni di saldatura, sovrapposizioni, tratti di spessore diverso. Il valore che ne esce è una media fra quote che esistono in momenti diversi e in luoghi diversi, e come tale non corrisponde ad alcuna misura reale. Sembra affidabile perché il filtro lo rende liscio e mediamente centrato. L’indizio è la dispersione che cresce con la velocità di linea e sparisce a macchina ferma. Si interviene stabilizzando meccanicamente il materiale nel punto di lettura, con un rullo di contrasto o un piano di appoggio, e scegliendo un punto della linea dove il bersaglio è guidato.
Sole dal portone, riflessi metallici e un secondo emettitore puntato nella stessa zona
La luce che arriva al ricevitore non è solo quella emessa dal sensore. Un portone che si apre a metà pomeriggio, un faro di illuminazione acceso sopra la postazione, una lamiera che rimanda il fascio da un’altra direzione, un secondo apparato laser installato per un controllo vicino: tutti aggiungono contributi che il ricevitore non distingue. Il disturbo è intermittente e legato all’orario o al ciclo di un’altra macchina, quindi la lettura appare corretta per ore e poi degrada. Proprio la ciclicità è l’indizio: si confrontano gli scarti con il registro dei turni e con le aperture dei portoni. Rimedi concreti: schermare il punto di misura, orientare i sensori vicini in modo che non condividano l’asse ottico, gestire i cablaggi secondo i criteri di immunità elettromagnetica industriale della UNI EN 61000-6-2 e mantenere la segnaletica di classe laser prevista dalla UNI EN 60825-1.
Ottica che si vela e portata che cala: gli errori che maturano in mesi sui sensori laser installati per misure di distanza e di posizione
Polvere, nebbia d’olio, vapore e schizzi non sporcano la finestra ottica in un giorno: la velano lentamente. L’attenuazione è graduale, il sensore continua a rispondere e nessun allarme si accende, ma la portata utile si riduce e il dato peggiora prima ai limiti del campo, dove il segnale era già più debole. Il numero sembra ancora buono perché degrada di poco ogni settimana. L’indizio è storico: uno scostamento che cresce in modo monotono fra il valore in linea e la verifica di riferimento, o letture che si fanno incerte solo sui pezzi più lontani. La risposta è organizzativa: pulizia periodica con la cadenza dell’ambiente reale, aria di barriera dove serve, e soprattutto una verifica a intervalli definiti su un riscontro noto, nello spirito della conferma metrologica della UNI EN ISO 10012, con esito registrato. Se il sensore partecipa a una funzione di sicurezza, la sua diagnostica va inquadrata nell’architettura descritta dalla UNI EN ISO 13849 e non lasciata al solo controllo visivo.
I cinque casi hanno un tratto comune: nessuno si manifesta come avaria, tutti si manifestano come dato verosimile. Per approfondire principi di funzionamento e configurazioni tipiche di questa famiglia di strumenti si può consultare la pagina dedicata ai sensori laser di distanza e posizione.
Gli strumenti di cui parla questo articolo
Gli strumenti che seguono sono l’oggetto stesso di questo articolo: due distanziometri laser di processo ASTECH, distinti per principio di misura e quindi per il tipo di installazione a cui si prestano. Nessuno dei due elimina gli errori descritti sopra, che nascono dal montaggio, dal bersaglio e dall’ambiente: la scelta del principio decide però quali di quegli errori pesano di più e come si verificano in campo.
Distanze brevi, misura di fase
ASTECH serie LDM42
Distanziometro laser a misura di fase, dichiarato dal costruttore per superfici naturali senza catarifrangente sul bersaglio. Il fascio è rosso visibile: il punto si vede, e l’allineamento della staffa — il primo errore descritto qui — si controlla a occhio in macchina. Le cinque versioni cambiano solo l’interfaccia verso il controllo. Campo, incertezza e classe laser sono nella scheda.
Distanze lunghe, tempo di volo
ASTECH LDM301
Distanziometro a tempo di volo, per campi lunghi e tempi di misura brevi. Il laser è infrarosso: il punto non si vede, quindi l’allineamento va garantito da un riferimento meccanico e la finestra ottica tenuta pulita, che sono il primo e il quinto errore descritti qui. Campo, incertezza alle diverse frequenze di uscita e velocità rilevabile sono nella scheda.
I due modelli sono raccolti nella pagina di catalogo Sensori laser di distanza e posizione. Campi di misura, incertezze dichiarate, classe laser e interfacce stanno nelle singole schede. Restano fuori dal nostro catalogo i sensori di prossimità e le fotocellule di commutazione, i profilometri e i sistemi di visione, e i dispositivi certificati per funzioni di sicurezza.
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