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레이저 센서
레이저 변위 센서는 거리, 이동 및 치수 측정에 사용되는 경우가 많다. 두 센서에서 측정한 값을 함께 평가할 경우 이를 통해 물체의 두께를 결정할 수 있다. 두 센서의 결합된 신호에서 목표 두께를 정확하게 설명하기 위해서는 거리, 이동, 치수 측정 외에 다른 여러 가지 요소를 고려해야 한다.
센서의 정렬
레이저 센서에 있어 반대쪽에 장착된 두 센서의 정렬은 각별히 주의해야한다. 센서의 목표 값은 정렬 불량, 기울임 또는 경사가 허용되지 않는다. 예를 들어 1mm 의 오정렬과 2도의 기울기의 경우 35㎛의 오차가 있다. 10mm 의 표적 두께의 경우 이 오차는 41㎛ 로 증가한다.
두 센서의 동기화
대상의 이동으로 인한 간섭을 방지하려면 두 센서를 동기화해 대상의 정확한 반대 지점에서 동시에 측정을 수행해야한다. 동기화가 발생하지 않으면 결함이 있는 측정 데이터가 생성된다. 예를 들어 다른 시간에 측정을 수행하면 측정 개체의 마이크로 진동이 발생해 출력 오류가 발생할 수도 있다. 예를 들어(1mm 20Hz에서의 진동) 1ms 의 시간 지체 측정에 있어 125㎛ 의 편차가 발생한다.
센서위치 | 측정범위
센서 설치 시 위치, 측정 범위, 두께 편차, 진동을 고려해야 한다.
정확한 두께 측정에서 큰 오차를 일으키는 요인으로 장착 재료의 열팽창이 종종 간과된다. 따라서 열팽창 계수를 가능한 한 낮게 선택하는 것이 매우 중요하다. 예를 들어 16ppm/K의 열팽창 계수를 가진 전형적인 알루미늄 또는 스테인레스 스틸 압출 프로파일에 센서를 장착하면 실험 테스트에서 대기 온도가 5℃ 만 변하면 센서를 80μm 이상 이동할 수 있다. 대조적으로 열팽창 계수가 일반적으로 1.2ppm/K 인 표준 급의 Invar 마운팅 프레임을 사용하면 6μm로 줄일 수 있다.
정확한 측정을 위해서는 대상이 항상 측정 범위 내에 있어야 한다. 표적이 측정 범위를 벗어나면 측정에 결함이 생길 수 있다.
레이저 센서의 측정 비율
대부분 두께 측정 애플리케이션은 측정 대상이 빠르게 움직이는 공정/품질 관리 환경 또는 물체가 정적이다. 레이저 센서는 짧은 사이클 시간으로 부품을 스캔하는 ‘부품 검사’ 기계에 있다.
두 가지 모두 모두 레이저 측정 속도를 필요한 공간 분해능 또는 사이클 시간과 일치시키는 것이 중요하다. 고속 측정 속도를 사용할 때 레이저 센서의 정확도가 측정하기 어려운 표면에서 발생할 수 있기 때문에 빠른 측정 속도가 항상 최상의 것은 아니다. 따라서 필요한 공간 분해능 또는 사이클 시간을 충족시키기 위해 레이저 측정 속도를 가능한 한 낮게 선택하면 레이저 센서가 가능한 많은 반사광을 수신 할 수 있어 보다 정확한 측정이 이뤄진다.
센서 장착
센서를 장착 할 수 있는 공간이 제한되거나 제한되어 있는 두께 측정 작업의 경우 센서의 크기가 중요하다. 비접촉식 레이저 변위 센서는 완전히 통합된 컨트롤러가 있음에도 불구하고 조그만크기다. 센서 장착 시 센서 위치 설정과 정렬, 안정적인 센서 어셈블리에 대한 모든 요구 사항이 충족되어야 한다. 가장 안전하고 신뢰할 수 있는 장착은 장착 액세서리를 사용해 이뤄진다. 원칙적으로 O-frame을 사용한 장착은 C-frame을 사용할 때 보다 안정적이다. 두께 측정의 경우 측정 원리가 동일하거나 다른 두 센서 시스템을 결합할 수 있다. 이것은 목표물의 한쪽 또는 양쪽에 배치될 수 있다. 두 개의 센서 시스템을 사용하기 때문에 비선형성이 함께 추가된다. 변위 센서를 이용해 작업물이나 자재의 두께를 측정하는 기술에는 기본적으로 두 가지 원리가 있다.
양면 두께 측정
두 개의 센서가 각각 물체에 대한 거리를 측정하는 측정 물체 (타깃)의 양쪽에 알려진 거리 dA에 위치한다. 목표물의 두께 dD를 결정하기 위해 거리 d1과 d2 가 센서 거리 dA 에서 차감된다.
단면 두께 측정
두 개의 센서가 대상의 한쪽에 있는 측정 물체로부터 동일한 거리 d1 에 위치한다. 하나의 센서는 물체의 반대쪽에 있는 배경에 대한 d2 거리를 측정한다. 대상의 두께 dD는 서로 신호를 빼고 계산한다.
출처 : MICRO-EPSILON(www.micro-epsilon.com)
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기자 : 편집부 
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