Posizione e distanza

La misura di posizione e distanza determina dove si trova un oggetto o quanto è distante da un riferimento, spesso senza contatto. È una funzione chiave dell’automazione e del controllo di processo: sapere la posizione di un pezzo, il livello di un materiale, la distanza di una superficie o lo spostamento di un organo permette di controllare macchine, regolare processi e verificare misure geometriche. La misura senza contatto, in particolare quella ottica con sensori laser, consente di rilevare posizione e distanza in modo rapido, preciso e a distanza di sicurezza, anche su oggetti in movimento, caldi o inaccessibili. Capire i principi di misura e i loro limiti è la base per applicarli correttamente.

Questa pagina spiega i principi di triangolazione e tempo di volo, le applicazioni della misura di posizione e distanza nel controllo di processo, e i criteri per scegliere il sensore adatto. È una guida per il tecnico di automazione, controllo qualità e processo.

Triangolazione, differenza di fase e tempo di volo

La misura ottica di distanza senza contatto si basa su tre principi. Nella triangolazione il sensore proietta un punto o una linea di luce sull’oggetto e osserva da un’angolazione diversa dove il riflesso cade su un rilevatore: dalla posizione del riflesso, per geometria, si ricava la distanza. È adatta alle brevi distanze e alle misure di spostamento, profilo e posizione ravvicinata. Nella differenza di fase il sensore emette luce modulata e confronta la fase del segnale che torna con quella del segnale emesso: lo sfasamento è proporzionale al cammino percorso, ed è il principio che consente la risoluzione millimetrica su campi di lavoro contenuti. Nel tempo di volo il sensore misura il tempo che l’impulso luminoso impiega ad andare all’oggetto e tornare: essendo nota la velocità della luce, da quel tempo si ricava la distanza, ed è il principio che porta più lontano. La scelta fra i tre dipende dalla distanza di lavoro e dalla risoluzione richieste.

Le applicazioni nel controllo di processo

La misura di posizione e distanza serve a molte funzioni di automazione. Nel controllo di processo permette di rilevare la presenza e la posizione di pezzi su una linea, di misurare il livello di un materiale in una tramoggia o in un serbatoio, di controllare lo spessore o l’altezza di un prodotto misurando la distanza dalla sua superficie, di verificare il diametro di una bobina e di posizionare organi mobili. Su prodotti in movimento la misura senza contatto rileva posizione e distanza senza interferire con il flusso. In tutti questi casi la misura fornisce il segnale che il sistema di controllo usa per regolare la macchina, generare allarmi o eseguire selezioni, integrandosi nell’automazione della linea.

Principio	Campo d’impiego
Triangolazione	Brevi distanze, spostamento e profilo
Differenza di fase	Risoluzione millimetrica su campi contenuti
Tempo di volo	Distanze medie e lunghe
Uso	Posizione, livello, spessore, presenza

Criteri di scelta del sensore

La scelta del sensore di posizione e distanza dipende da più fattori. Il primo è la distanza di lavoro e il campo di misura, che orientano tra triangolazione e tempo di volo. Contano poi la precisione richiesta e la risoluzione, la velocità di misura per seguire oggetti in movimento, e le caratteristiche della superficie: colore, brillantezza, inclinazione e stato influenzano il riflesso e quindi la misura. Anche le condizioni ambientali, come polvere, luce e temperatura, vanno considerate. Definire chiaramente cosa si deve misurare, a che distanza e con quale precisione, e su quale superficie, è il modo per scegliere un sensore adeguato ed evitare misure instabili o imprecise.

• Scegliere il principio in base a distanza e precisione.
• Considerare la velocità di misura per oggetti in movimento.
• Valutare colore, brillantezza e inclinazione della superficie.
• Tenere conto di polvere, luce e temperatura ambientali.
• Definire cosa, a che distanza e con quale precisione misurare.

Taratura e affidabilità

I sensori di posizione e distanza vanno tarati e verificati contro riferimenti noti, perché sulla loro misura si basano controlli, regolazioni e selezioni. Contano il corretto allineamento del sensore rispetto alla superficie, la stabilità del montaggio e la compatibilità tra il tipo di superficie e il principio di misura. Verifiche periodiche con distanze campione permettono di individuare derive e disallineamenti. Documentare le condizioni di installazione e i controlli garantisce che i valori di posizione e distanza siano affidabili, condizione per un’automazione stabile e per misure geometriche corrette.

Dalla misura allo strumento: cosa serve in pratica

Questo tema appartiene all’area Velocità, lunghezza e rotazione del ramo Misure e controlli. Per la strumentazione il riferimento è il Catalogo prodotti.

Nel catalogo la misura senza contatto di posizione e distanza fa capo ai sensori laser di distanza e posizione, nella famiglia sensori di processo. I due principi coperti sono la differenza di fase e il tempo di volo; la triangolazione è descritta qui come metodo di riferimento. Se devi misurare posizione, distanza o livello in un’applicazione di automazione, il modulo di richiesta consente di ricevere un’indicazione mirata.