Misurare la velocità di un materiale in movimento senza toccarlo sembra un dettaglio tecnico, ma cambia radicalmente il modo in cui si progetta una linea di produzione. La misura ottica di velocità e lunghezza è il tema di questo articolo: da un lato i sensori che osservano la superficie illuminata da un LED a luce bianca e ne ricavano il moto per filtro spaziale o per correlazione, dall’altro le soluzioni a contatto che da decenni presidiano linee tessili, metallurgiche e di trafilatura.
La scelta non è mai neutra. Un rullo di misura a contatto slitta se la superficie è bagnata o unta, si usura con il tempo e introduce un errore sistematico difficile da individuare finché non compromette un intero lotto. Un sensore ottico non tocca nulla, ma dipende dalla capacità della superficie di diffondere la luce e richiede una distanza di lavoro rispettata con precisione.
In questo confronto non cerchiamo un vincitore assoluto: i principi fisici in gioco sono diversi e rispondono a esigenze diverse. L’obiettivo è fornire i criteri per capire quando conviene una tecnologia senza contatto e quando, invece, un sistema meccanico resta la scelta più solida e più economica.
Vuoi un aiuto nella scelta del prodotto ?
Misurare la velocità senza toccare: la misura ottica a confronto con i metodi a contatto
Il principio è più semplice di quanto il nome faccia pensare: la superficie del materiale in movimento viene illuminata e la luce che essa diffonde, per effetto della propria granulosità naturale, forma sul sensore un’immagine che si sposta insieme al materiale. Seguendo quello spostamento si ricava la velocità senza alcun contatto meccanico. Da questa proprietà discendono i vantaggi più evidenti: nessuno slittamento, nessuna usura di parti meccaniche, nessun errore che si accumula ciclo dopo ciclo su una ruota di misura. Il sensore funziona anche su superfici calde, bagnate, appiccicose o fragili, dove un rullo a contatto danneggerebbe il materiale o si sporcherebbe rapidamente. Il rovescio della medaglia riguarda proprio la sorgente del segnale: la superficie deve diffondere una quantità sufficiente di luce, e soprattutto la distanza di lavoro va rispettata entro la tolleranza dichiarata, perché fuori dalla distanza nominale la prestazione peggiora. Va aggiunto un punto che spesso passa inosservato: l’illuminazione è a LED bianco e non c’è emissione laser, quindi non esiste una classe laser da gestire in fase di installazione. Per questo il confronto con i metodi tradizionali non riguarda solo l’accuratezza, ma anche l’ambiente applicativo reale.
Il principio ottico: che cosa misura davvero il sensore
Le realizzazioni pratiche seguono due strade. Nella prima, il filtro spaziale, la luce diffusa dalla superficie è proiettata su un sensore CCD i cui elementi, disposti a righe regolari, realizzano una modulazione a reticolo: il materiale che scorre genera così un segnale la cui frequenza è proporzionale alla velocità. Nella seconda, la correlazione, la stessa superficie è letta in due punti distanti fra loro di una quantità nota e si misura il ritardo con cui il secondo segnale ripete il primo: dal rapporto fra distanza e ritardo si ottiene la velocità, con il vantaggio di riconoscere il verso del moto e di continuare a misurare fino all’arresto della linea. In entrambi i casi la grandezza misurata è la velocità e la lunghezza si ottiene integrandola nel tempo, come serve nel taglio a misura di cavi, tubi o lamiere in linea continua. Il limite pratico riguarda la superficie: materiali molto lucidi o traslucidi diffondono poca luce utile, mentre le vibrazioni meccaniche della testa di misura entrano nel segnale se il supporto non è sufficientemente rigido.
Le alternative a contatto sulla stessa grandezza
La ruota di misura appoggiata sul materiale resta la soluzione più diffusa: economica, semplice da installare, accurata quando il contatto è costante e la superficie non è abrasiva. Il suo limite è lo slittamento, che cresce con l’usura del rivestimento o in presenza di umidità, olio o polvere sul materiale. L’encoder montato sul rullo motore evita il problema dello slittamento fra ruota e materiale, ma introduce l’incertezza opposta: misura la rotazione del rullo, non il moto reale del materiale, e ogni gioco meccanico o deformazione della gomma di trascinamento si traduce in un errore sistematico difficile da diagnosticare. Il metodo a marcatura periodica, che rileva il passaggio di riferimenti stampati o incisi sul materiale, offre una misura diretta ma richiede che il materiale porti già questi riferimenti, condizione non sempre disponibile. Tutti e tre condividono un tratto comune: dipendono da una parte meccanica soggetta a manutenzione e sostituzione periodica.
Tabella di confronto fra i metodi
I criteri omogenei per confrontare le soluzioni sono il campo di misura, l’accuratezza ottenibile, la sensibilità alle condizioni della superficie, la manutenzione richiesta e l’installazione. La tabella seguente riassume le differenze principali fra la misura ottica senza contatto e i metodi a contatto più diffusi.
| Criterio | Misura ottica senza contatto | Metodi a contatto |
|---|---|---|
| Campo di misura | Ampio, in alcune esecuzioni fino alla velocità nulla | Limitato dalla dinamica meccanica del rullo o della ruota |
| Accuratezza | Elevata, indipendente dallo slittamento | Dipende dall’aderenza fra ruota e materiale |
| Robustezza alla superficie | Richiede diffusione ottica sufficiente e distanza nominale rispettata | Sensibile a umidità, olio, polvere |
| Installazione | Senza contatto, distanza da rispettare | A contatto, ingombro meccanico |
| Manutenzione | Minima, nessuna parte in usura | Sostituzione periodica di ruote e rivestimenti |
La lettura della tabella conferma che il vantaggio del sensore ottico non è solo l’assenza di contatto in sé, ma la stabilità nel tempo: una volta installato e allineato correttamente, non richiede la sostituzione periodica di parti soggette ad attrito, a differenza dei sistemi meccanici che devono essere ricalibrati o sostituiti a intervalli regolari.
Quando scegliere l’una o l’altra soluzione
La scelta dipende dalle condizioni reali della linea. Dove il materiale è delicato, caldo, bagnato o non può essere toccato per ragioni di qualità superficiale, il sensore ottico risolve un problema che nessun sistema meccanico può affrontare senza compromessi. Dove invece la superficie è opaca, stabile e facilmente accessibile, e il budget è un vincolo stringente, una ruota di misura ben mantenuta può offrire prestazioni più che sufficienti a un costo iniziale contenuto. I casi limite sono i più istruttivi: materiali riflettenti o trasparenti penalizzano il sensore ottico, mentre velocità molto basse o linee soggette a frequenti fermate penalizzano l’accuratezza dinamica dei sistemi meccanici. Un punto va chiarito perché genera spesso confusione: esiste anche un metodo ottico che ricava la velocità dallo spostamento di frequenza della luce laser diffusa, l’effetto Doppler, ed è un termine di paragone legittimo in letteratura, ma è un principio diverso da quello descritto qui e non è quello impiegato dai sensori a filtro spaziale e a correlazione. Qualunque sia la soluzione scelta, resta utile documentare le condizioni di prova, distanza di lavoro, temperatura e regime di velocità, perché è a quelle condizioni che le incertezze dichiarate dai costruttori si riferiscono. Per un approfondimento sul principio, la pagina dedicata alla misura ottica di velocità e lunghezza raccoglie il filtro spaziale, la correlazione e le condizioni di validità della misura.
Misuratori ottici di velocità e lunghezza a catalogo
Le due strade descritte sopra, il filtro spaziale e la correlazione, non sono astrazioni: corrispondono ai due modelli che trattiamo. Entrambi illuminano la superficie con un LED a luce bianca e ne ricavano il moto senza toccarla; il costruttore dichiara «No harmful LASER-light». Va detto esplicitamente, perché il testo cita l’effetto Doppler fra i metodi ottici: questi strumenti non sono né laser né Doppler, e non comportano quindi la gestione di una classe laser in fase di installazione.
FILTRO SPAZIALE
ASTECH VLM500
È la prima delle due strade descritte nel testo: filtro spaziale con sensore CCD, dove la struttura naturale della superficie genera un segnale la cui frequenza segue la velocità e la lunghezza si ottiene per integrazione nel tempo. Disponibile in più versioni distinte dalla distanza di lavoro e dal campo di misura.
CORRELAZIONE DI IMMAGINI
ASTECH VLM60
È la seconda strada: il moto si ricava per correlazione dell’immagine della superficie. Il costruttore dichiara il rilevamento bidirezionale con riconoscimento dell’inversione del moto e la misura fino all’arresto, cioè proprio i casi che nella tabella penalizzano i sistemi a contatto.
Tutte le schede della famiglia sono raccolte nella pagina di catalogo Misuratori ottici di velocità e lunghezza.
Maggiori informazioni e contatti
Partner divisione sistemi e integrazione sensori : www.roder.it
Partner divisione visione artificiale : www.rodervision.com
Maggiori informazioni su INNOVACHECK : chi siamo
Contatto per informazioni generali : info@roder.it
Contatto per informazioni su questi prodotti : info@innovacheck.com
Visita la pagina Linkedin
Le informazioni contenute in questa pagina web sono fornite a scopo puramente informativo. Pur essendo state elaborate con la massima cura, non costituiscono un’offerta contrattuale né un impegno vincolante per la fornitura. Possono contenere errori di trascrizione, traduzione o refusi. Per informazioni precise e aggiornate, si invita a contattare direttamente la nostra azienda.
Applicazioni correlate :
Diffusione ottica per il particolato: confronto con i metodi gravimetrici
Tachimetri ottici a riflesso: confronto con i metodi a contatto e stroboscopici
Tubo di Pitot: confronto con i metodi di misura diretta della velocità
Rulli e ruote di misura a contatto: confronto fra i metodi disponibili
Velocità del suono e taratura sui materiali: confronto fra i metodi disponibili
Devi effettuare l'accesso per postare un commento.