Los sensores de distancia láser miden posiciones y distancias, sin contacto, con luz láser. Son precisos y se pueden utilizar tanto en grandes distancias como en zonas cercanas. Estos sensores son ideales para la detección precisa de la posición y la distancia o para la detección de objetos independientemente del color y la superficie.
¿Cómo funcionan los sensores de distancia láser?
Los sensores láser forman parte de los sensores optoelectrónicos y, gracias al principio de medición sin contacto y a su elevada precisión, son adecuados para la detección de objetos, la medición de recorridos, posiciones y distancias. Los sensores de distancia láser de wenglor funcionan según el principio de medición del tiempo de tránsito y el procedimiento de triangulación láser. En ambos métodos se miden distancias con luz láser y se emiten como valor de distancia.
¿Cuándo se utiliza un sensor de triangulación y cuándo un sensor de distancia láser?
Sensores de triangulación de corto alcance
Cálculo preciso de distancias en corto alcance de hasta 1 m
Cálculo de grandes distancias de hasta 100 m con reflectores
Detección de objetos muy pequeños o diferencias de distancia
Rango de trabajo hasta 10 m con objetos
Desviación de linealidad < 1 mm
Desviación de linealidad > 10 mm
Mediciones muy rápidas
Resistentes a la influencia de perturbaciones
Medición en diferentes formas y superficies
Muy alta resistencia a la luz externa
Gran precisión hasta el nivel micrométrico
Medición reproducible a grandes distancias
Posibilidades de uso de los sensores láser para la medición de distancias
Sectores e industrias donde se utilizan los sensores de ultrasonidos
Sensores de triangulación
En la fabricación de suelos de parqué, las tablas deben fresarse para alcanzar la anchura correcta. Las superficies de madera varían de claro a oscuro y de brillante a mate. Para que las tablas se puedan colocar de forma limpia, se debe respetar la anchura nominal.
Los cables aéreos de las redes ferroviarias deben someterse a un mantenimiento periódico. Para ello, se utilizan vehículos de mantenimiento especiales con plataformas elevadoras. Para protegerlos de inclinaciones demasiado grandes o vuelcos involuntarios con la plataforma de trabajo desplegada, cuatro sensores de distancia con triangulación láser en cada vagón miden la distancia exacta del vehículo al cabezal del raíl con una precisión de unas pocas micras.
Para la fabricación de baterías se utilizan láminas revestidas de alto brillo. Para registrar el nivel de llenado en los dispositivos de bobinado, los sensores de distancia con triangulación láser miden la distancia exacta, independientemente de la forma, el color o la superficie.
En la carrocería de los automóviles se utilizan tuercas soldadas que se sueldan automáticamente a las piezas de chapa para atornillar los distintos componentes. Para ello, se colocan sobre un mandril en un dispositivo de soldadura antes de que un robot coloque y centre la pieza de la carrocería.
En la industria electrónica, los circuitos impresos se fijan y transportan lateralmente en los módulos de transporte, lo que puede provocar su deformación. Para que el robot de soldadura pueda compensar esta desviación y establecer la distancia ideal entre la placa y el cabezal de soldadura, se debe medir la deformación de las placas de circuitos impresos.
Al extraer automáticamente chapas de metal planas de un almacén por medio de un robot, es posible que varias chapas se adhieran entre sí debido a la carga magnética. Para sujetar solo una chapa en cada proceso de montaje, se debe registrar el grosor de las chapas. 
Sensores de distancia láser
En los centros logísticos, los sistemas de lanzadera deben suministrar la mercancía de forma automática desde el almacén hasta el área de producción. Los respectivos sensores de distancia láser ToF con wintec integrados en la parte frontal detectan con antelación las posiciones finales o las lanzaderas precedentes en posición avanzada dentro de un rango de visión de hasta diez metros, de forma que las lanzaderas pueden ralentizarse o detenerse.
En la industria de las bebidas, durante el proceso de llenado y envasado automatizados, tanto las botellas como los packs de botellas se colocan mediante brazos de pinza en aplicaciones Pick&Place (recoger y colocar).
Al llenar y sellar bandejas transparentes de alimentos, su posición y presencia en una cinta transportadora de varios carriles deben registrarse de forma segura. 
En la industria del acero, tras su fabricación en hornos de fundición los tubos incandescentes se transportan a las líneas de transporte para su enfriamiento. Para controlarlos, se debe registrar de forma segura la presencia de los cilindros a temperaturas entre 700 y 1.000 °C. 
Tras la producción, los ladrillos de arcilla ya cocidos y revestidos se almacenan temporalmente en cargadores para enfriarlos y secarlos. A continuación, se extraen y se someten a un control de calidad antes de transportarse a la instalación de embalaje. 
El principio de triangulación
El principio de triangulación es una técnica de medición geométrica que utiliza la relación triangular. En este procedimiento se proyecta un punto de luz sobre el objeto de medición. El objeto refleja la luz y alcanza en un ángulo determinado un elemento receptor CMOS sensible a la luz en el sensor. La posición del punto luminoso en la línea CMOS cambia en función de la distancia del objeto. De este modo, se puede determinar con precisión la distancia al objeto de medición incluso a distancias reducidas.
Con esta tecnología, los sensores de distancia pueden detectar detalles muy pequeños. El principio de triangulación se utiliza en los sensores de distancia CP, OCP, YP, serie P3 y PNBC.
¿Tienen los sensores de triangulación una zona ciega?
Los sensores que funcionan según el principio de triangulación disponen de lo que se conoce como zona ciega. Esta depende de la distancia a la que se representa la luz reflejada sobre el elemento de recepción (línea CMOS ). Si la luz reflejada no incide en la línea CMOS, no se puede realizar la medición. La zona ciega está por debajo del área de trabajo y hace que los objetos que se encuentran en esta zona no se detecten y no se emitan valores de medición.
Ejemplo de sensor de distancia láser de triangulación CP24MHT80:
Zona de trabajo: 40…160 mm
Zona ciega: 0…40 mm
La línea de recepción CMOS
La línea CMOS es un elemento de recepción sensible a la luz con un gran número de píxeles. A través de esta se evalúa en qué posición alcanza la luz láser la línea. La carga eléctrica en los píxeles de los sensores CMOS (semiconductores de óxido metálico complementario) se transforma en una tensión. Mediante la distribución de luz en la línea CMOS se puede determinar la posición del objeto.
La línea CMOS permite una medición de distancia de gran precisión y se utiliza normalmente en sensores de distancia láser basados en el procedimiento de triangulación.
Esto debe tenerse en cuenta al instalar los sensores de triangulación
Para garantizar una detección de objetos y una medición lo más estables posible, se deben tener en cuenta las siguientes indicaciones al ajustar el sensor.
Objetos redondos, brillantes y reflectantes
Si se miden superficies brillantes o redondas, durante el montaje del sensor se debe tener en cuenta que no se produzcan reflexiones directas sobre el elemento receptor.
Consejo: Orientar el sensor de forma que quede posicionado en un eje con el objeto redondo.
Escalones, cantos, hendiduras
En todos los sensores de distancia debe prestarse atención a que el haz de recepción sea visible directamente y no esté cubierto por un obstáculo, como, por ejemplo, un borde, escalón, orificios o rendijas.
Consejo: ¡Alinear el sensor ortogonalmente al recorrido de la hendidura!
Objetos en movimiento
Los objetos de medición móviles son, por ejemplo, cintas transportadoras. Es importante que el objeto se mueva ortogonalmente hacia el sensor. De este modo se evitan reflexiones directas hacia el receptor.
Consejo: Montar el sensor ortogonalmente.
Bordes de color
Al medir en objetos con transiciones de color, los llamados bordes de color, es importante que el borde de color sea ortogonal al sensor. De este modo, se evitan los errores de color.
Consejo: montar el sensor ortogonalmente.
Diferencia entre lentes esféricas y asféricas
Lente esférica
La lente tiene una superficie esférica
La luz incidente en la zona del borde se refracta más que en la zona central
La concentración de los rayos de luz provoca una pérdida de precisión
Lente asférica
La lente presenta una curvatura irregular
El haz de luz se refleja uniformemente en toda la superficie
La forma de la lente reduce los errores de imagen
El punto focal se representa con precisión en la línea
Precisión de medida muy alta
El principio de tiempo de tránsito (Time-of-Flight)
Los sensores láser para la medición de distancias a tiempo de vuelo (ToF o Time-of-Flight) combinan resultados de medición reproducibles, fiabilidad y un amplio rango de medición. De este modo, son adecuados para diferentes aplicaciones en distancias de hasta cien metros con reflectores o diez metros con objetos.
El principio de medición del tiempo de vuelo, también conocido como medición del tiempo de tránsito, determina la distancia L al objeto mediante impulsos de luz. El diodo del sensor emite impulsos láser reflejados por el objeto. El intervalo de tiempo se mide desde la emisión del pulso de luz al objeto y de vuelta. A partir del tiempo T y de la velocidad de la luz C resulta la distancia correspondiente al objeto.
Lo más importante sobre la velocidad de la luz de un vistazo
La velocidad de la luz es una constante fundamental de la física. En vacío es de 299.792.458 m/s. No hay nada que se mueva tan rápido como la luz.
¿Qué variantes con puntos luminosos existen?
La mayoría de los sensores de distancia láser generan un pequeño punto luminoso redondo con luz láser roja. En la gama de sensores ToF de wenglor también hay disponibles variantes con geometrías de punto luminoso ampliadas. Además del color de la luz o de la longitud de onda, estos sensores también se diferencian por la forma y las dimensiones del punto luminoso.
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Punto láser pequeño
Punto láser ampliado
Línea láser BlueLine
Punto láser colimado pequeño para la medición de distancias de objetos grandes y pequeños con superficies homogéneas. Solución estándar para la mayoría de aplicaciones.
Punto láser colimado pequeño para la medición de distancias de objetos grandes y pequeños con superficies homogéneas. Solución estándar para la mayoría de aplicaciones.
¿Tienen los sensores ToF una zona ciega?
Los sensores de distancia láser no tienen zona ciega. En el área por debajo del rango de ajuste se pueden detectar objetos y el sensor conmuta, pero no puede proporcionar ningún resultado de medición.
¿Con qué cobertura del punto luminoso conmuta el sensor?
Las características de la superficie del objeto desempeñan un papel decisivo en la cobertura del punto de luz en el que conmuta el sensor. Las superficies claras provocan la conmutación del sensor ToF incluso con una cobertura reducida del punto luminoso, ya que se alcanza más rápidamente el número de fotones necesario para la detección del pulso de luz. Por el contrario, las superficies oscuras requieren una mayor cobertura para lograr el mismo efecto.
Si aumenta la luz externa, p. ej., la luz solar o la iluminación, el objeto se oscurece aparentemente para el sensor. En estos casos, debe incidir un área más grande del punto de luz sobre el objeto para garantizar una detección fiable.
Debido a la óptica del sensor, también hay una pequeña cantidad de luz difusa que se produce fuera del punto de luz real. En el caso de superficies muy reflectantes y brillantes, esto puede provocar que el objeto ya se reconozca antes de que el punto luminoso llegue a él. Por lo tanto, es importante evitar estructuras brillantes molestas cerca del haz de luz.
Sensores de tiempo de tránsito con espejo
El uso de espejos permite ampliar considerablemente el ámbito de aplicación de los sensores de distancia láser ToF. Los sensores ToF se centran exclusivamente en la luz reflejada por el espejo y ocultan eficazmente todas las demás señales. Esto garantiza que las mediciones solo se realicen en espejos, mientras que los objetos reflectantes y otras superficies brillantes no se detectan como espejos y, por tanto, se ignoran.
Este principio de funcionamiento es especialmente ventajoso cuando se deben evitar mediciones erróneas por objetos de fondo. Un ejemplo de aplicación típico es el control de transportadores suspendidos, donde la distancia respecto del vehículo precedente debe registrarse siempre de forma fiable. Especialmente en recorridos con curvas, se evita que las mediciones se realicen erróneamente sobre objetos en segundo plano, ya que estos podrían provocar órdenes de control erróneas.
Además, esta tecnología es ideal para aplicaciones que requieren amplios rangos de trabajo.
Comparación de los rangos del tiempo de propagación de la luz y la triangulación
El sensor situado en la parte superior de la imagen es un sensor de distancia láser, mientras que el sensor situado debajo funciona según el principio de triangulación.
Leyenda
Zona roja: Zona ciega (los objetos no se detectan de forma segura)
Zona verde: Rango de trabajo (los objetos se detectan de forma segura)
Zona amarilla: Distancia de ajuste/Rango de medición (fijar puntos de conmutación/se emiten valores de medición)
