Capteurs de Position
Ces capteurs simples d’utilisation s’adaptent à une grande variété d’applications, du positionnement haute précision à la différenciation de types de produit. La gamme inclut également un tout nouveau capteur laser guidé par image qui corrige automatiquement le désalignement de la cible, afin de réaliser des détections simultanées en plusieurs points, plus précises que jamais.
Produits : Capteurs laser en réflexion
Les capteurs laser basés sur l'image de la Série IX peuvent mesurer la hauteur n'importe où dans la zone. La reconnaissance d'image par caméra permet au laser de détecter la hauteur d'une cible même lorsque les pièces ne sont pas parfaitement alignées sur la ligne de production. La hauteur de l'endroit où le laser frappe la cible varie si la cible est inclinée ou si la cible elle-même est différente, mais la Série IX peut identifier la différence de hauteur par rapport à la référence. Sur une ligne d'assemblage, un même capteur IX peut non seulement vérifier la présence de pièces, mais aussi effectuer des contrôles d'assise et d'autres inspections basées sur la hauteur. Grâce à sa capacité à détecter les différences de hauteur, la série IX est également exempte de fausses détections et d'erreurs en présence de reflets provenant de surfaces brillantes de pièces métalliques ou lorsque la cible de la détection a la même couleur que l'arrière-plan, offrant ainsi une différenciation automatique stable en ligne.
La toute nouvelle tête haute performance de la série IL. Une performance stable pour les applications de détection les plus exigeantes
Mesure laser robuste, fiable et répétable. KEYENCE vous propose un capteur laser analogique économique.
Produits : Capteurs à contact / LVDT
Atout reconnu de la série GT2, le système de prise de vue avec échelle Scale Shot System, permettant à l’utilisateur de s’affranchir des problèmes des capteurs à contact classiques, a été intégré à une tête de capteur de type stylo.
Capteur numérique à contact à bouton de calibrage automatique.
Produits : Capteurs laser à faisceau barrage
Les micromètres laser CCD polyvalents de la série IG offrent une différenciation haute précision, indépendante de la quantité de lumière transmise par la cible. Cette série utilise un capteur L-CCD comme élément récepteur. Plutôt que de se baser sur l’intensité de la lumière reçue, elle capture précisément le bord du faisceau laser transmis, assurant ainsi une différenciation stable et très précise avec une répétabilité de 5 µm et une linéarité de ±0,1 %. La série IG est donc adaptée à de nombreuses applications, comme la détection et le positionnement des bords de verre transparent, la reconnaissance précise du diamètre extérieur des pièces, le contrôle en retour lors de la détection du bord d’une feuille, ou encore la mesure du jeu entre rouleaux. Un moniteur de positionnement intégré facilite l’alignement de l’axe optique lors du démarrage de la ligne ou des changements de production.
La série "I", comme intelligent, est une gamme de capteurs haute précision offrant des performances élevées pour un coût réduit, car ils sont équipés uniquement des fonctions les plus sophistiquées pour le fonctionnement en usine.
Les capteurs de position déterminent une position en détectant la distance, la hauteur, la largeur ou d’autres informations relatives à la cible. Le capteur à choisir dépend de la forme de la pièce, des conditions de détection et de l’application.
Les capteurs de déplacement à contact, fonctionnant selon le principe classique du transformateur différentiel variable linéaire (LVDT), mesurent les variations de hauteur de la cible en captant le mouvement linéaire mécanique de la tige comme un déplacement. Pour les capteurs de déplacement sans contact, les capteurs de déplacement laser sont les plus courants parmi les types optiques, grâce à la linéarité du faisceau laser. Les capteurs de déplacement laser se subdivisent en modèles en réflexion et en modèles à faisceau traversant. Les modèles en réflexion déterminent la position et la hauteur en fonction de la distance à la cible. Les capteurs laser à faisceau traversant peuvent détecter en continu non seulement la position d’objets traversant perpendiculairement le faisceau, mais aussi leur diamètre extérieur et intérieur.
Types et principe de fonctionnement des capteurs de position
Les capteurs utilisés pour le positionnement des pièces peuvent être choisis selon la forme de la pièce et les conditions de détection. Les méthodes de détection se répartissent globalement en deux catégories : avec contact et sans contact. Les capteurs de déplacement à contact (capteurs à palpeur), qui mettent une tige en contact direct avec la cible, sont des capteurs de position typiques à contact. Les capteurs de déplacement laser sont un exemple typique de capteurs de position sans contact, utilisant la linéarité de la lumière laser pour la détection. La section suivante décrit les types et principes de fonctionnement de ces capteurs de position courants.
Capteurs de position à contact
Méthode du transformateur différentiel variable linéaire (LVDT) :
Un capteur de déplacement LVDT détecte un mouvement linéaire mécanique et le convertit en signal électrique.
Ce capteur comporte un noyau central entouré de bobines ; une tige est fixée à l’extrémité du noyau. La tige est plaquée contre la cible par un mécanisme à ressort et se déplace en suivant les variations de hauteur de la cible. Lorsque du courant traverse les bobines, un champ magnétique se crée et le noyau se déplace ; la résistance des bobines et le niveau du signal de sortie varient selon l’amplitude du déplacement du noyau. Ces variations de signal reflètent la variation de forme de la cible et permettent de mesurer le déplacement — utilisable pour la mesure de hauteur et le positionnement.
Méthode par échelle (comptage d’impulsions) :
Les capteurs de déplacement à contact utilisant la méthode par échelle sont également appelés capteurs à comptage d’impulsions.
Le mouvement vertical de la tige, provoqué par son contact avec la cible, est converti par une échelle interne en signaux permettant de détecter la position. Le comptage d’impulsions se décline en deux types : le comptage magnétique, qui compte des impulsions via un champ magnétique à pôles S(N), et le comptage optique, qui utilise un récepteur optique lisant des fentes sur l’échelle.
La précision de détection de la méthode par échelle dépend de la précision de l’échelle intégrée.
KEYENCE a développé le Scale Shot System II, premier système au monde utilisant un capteur CMOS pour le balayage haute vitesse d’une échelle en verre à valeur absolue intégrant des fentes à motifs complexes variables selon la position. Cela permet de mesurer la hauteur (position) avec précision, d’obtenir la position absolue sans réglage du point zéro, et d’éviter les erreurs de suivi tout en offrant de bonnes caractéristiques thermiques.
Cependant, les capteurs de position à contact ne conviennent pas aux pièces souples susceptibles de se déformer sous l’effet de la tige, ni aux pièces sensibles aux rayures.
Capteurs de position sans contact
Capteurs de déplacement laser en réflexion :
Une tête de capteur émet un faisceau laser vers la cible ; la lumière réfléchie est reçue par l’élément photodétecteur intégré (par ex. CMOS). Ce type de capteur calcule la distance à la cible en fonction des variations de position de la lumière réfléchie reçue par le CMOS via une lentille de réception, et détecte ainsi la position et la hauteur. Ce principe est appelé triangulation, car le trajet du laser forme un triangle.
Les capteurs utilisant un CMOS comme élément récepteur assurent une détection de position de haute précision.
Capteurs de déplacement laser à faisceau traversant :
Ce type de capteur crée une bande de signal laser entre l’émetteur et le récepteur. Lorsqu’une cible traverse ce faisceau, une partie du signal est bloquée ; les variations d’intensité et de position de la lumière reçue sont analysées par l’élément récepteur (par ex. CCD) pour détecter la cible sans contact.
La largeur de la bande laser peut varier, ce qui permet son usage dans de nombreuses applications — détection de position, détection de bord, mesure du jeu, mesure de diamètre intérieur/extérieur — indépendamment de la forme de la pièce.
Les capteurs laser permettent non seulement de positionner des cibles sans contact, mais aussi d’élargir les applications en multipliant les têtes de capteur selon la forme de la pièce ou l’usage. Plusieurs modèles en réflexion peuvent être disposés autour d’une pièce plane, depuis différentes directions, pour mesurer la planéité par différence de hauteur ; les modèles à faisceau traversant peuvent quant à eux détecter diamètres extérieurs et intérieurs d’objets.
Avantages des capteurs de position
Par rapport aux autres capteurs, les capteurs de déplacement laser peuvent détecter des cibles de tout matériau grâce au fonctionnement sans contact. Leur flexibilité d’installation permet de couvrir une large variété d’applications, du positionnement de pièces aux mesures de hauteur et de diamètres extérieurs/intérieurs.
Ils sont en général peu sensibles aux états de surface, ce qui facilite leur usage sur pièces variées. La linéarité du faisceau laser autorise des installations flexibles sans contrainte sur la distance de détection ; l’absence de diffusion du faisceau limite les effets de lumière parasite et permet de viser des interstices étroits. Des têtes résistantes aux environnements difficiles tolèrent des températures élevées, et des modèles à forte puissance à faisceau traversant réduisent le taux de fausses détections même en présence de poussière.
Les capteurs laser peuvent détecter et différencier des positions en continu sans arrêter les cibles, préservant ainsi le temps de cycle des lignes de production et évitant d’endommager ou de rayer les pièces.
Contrairement aux capteurs de vision, ils n’ont pas besoin d’obturateur et peuvent donc suivre en continu les bords de pièces en mouvement. Les modèles à faisceau traversant détectent en continu le diamètre extérieur de pièces extrudées cylindriques ou l’intégralité d’un bord de feuille/film sur machine à rouleaux — applications incluant également la détection de faux-rond. Les technologies en réflexion et traversant permettent la détection de pièces souples sans altération, et conviennent aux cibles délicates et facilement rayables.
Certaines têtes de capteur fournissent des spots de l’ordre du micron, permettant de mesurer de très petites zones. Les capteurs à laser rouge facilitent l’alignement en rendant visible le spot lors du réglage de la position de détection.
Comparés aux capteurs à contact, les capteurs laser peuvent détecter précisément de très petites zones (par ex. ≈ 200 × 750 μm à la distance de référence pour le modèle IL-030), et leur meilleure linéarité par rapport aux LED permet de mesurer à distance des zones profondes et étroites. Ils réduisent ainsi le temps et l’effort d’installation par rapport aux capteurs photoélectriques.
Selon leur type, les capteurs nécessitent des précautions spécifiques lors de l’installation et de l’utilisation. La section suivante présente les points clés pour chaque type courant.
Capteurs de déplacement à contact
Les capteurs à contact détectent la position en mesurant la variation de hauteur de la tige. Pour garantir une détection stable en ligne, respectez les précautions suivantes.
Lors de l’installation :
Installez le capteur avec l’angle correct par rapport à la direction de détection et maintenez cet angle. Les capteurs à contact ont souvent un point de mesure réduit : tout déplacement angulaire modifie l’angle de contact de la tige et peut induire des erreurs.
Maintien de la précision et stabilité :
Malgré une bonne répétabilité, des erreurs surviennent si le capteur bouge. Fixez solidement le capteur avec un gabarit pour éviter toute variation d’angle ou de distance lors de mesures répétées.
Pour les capteurs utilisant la méthode par échelle (comptage d’impulsions), des mouvements brusques de la tige (par vibrations) peuvent retarder la réponse du détecteur photoélectrique et entraîner des erreurs de suivi ; prévoyez des mesures antivibratoires si des machines voisines génèrent des vibrations importantes.
Capteurs de déplacement laser en réflexion
Les capteurs en réflexion mesurent la position (distance) en un point : on peut utiliser une ou plusieurs têtes pour couvrir diverses applications. Le type et le nombre de têtes doivent être choisis selon la distance et la précision requises et l’emplacement d’installation. Ci-dessous, quelques points à considérer au regard du principe de triangulation.
Lors de l’installation :
Pour bien recevoir le reflet, le faisceau est généralement projeté verticalement au-dessus de la cible ; selon la tête choisie, l’installation peut aussi être inclinée. Si besoin, choisissez une tête permettant une installation en angle.
Différences de matériau et de couleur de la cible :
De fortes différences de matériau ou de couleur de surface augmentent le risque d’erreurs. En général, minimisez les erreurs en positionnant le capteur de sorte que la ligne reliant l’axe du faisceau laser et l’axe de réception soit parallèle au contour de la cible.
Les capteurs de la série IL de KEYENCE assurent une détection stable sans réglages grâce à l’ajustement automatique de la puissance laser, du temps d’obturation et du gain de réception en fonction de la couleur et de l’état de surface.
Détection de creux et de parties étroites (rainures) :
Si la zone à détecter est entourée de creux profonds, la détection peut être impossible si l’un des axes (faisceau ou réception) est bouché par une paroi. Lors de l’installation, vérifiez que les trajets optiques ne sont pas obstrués ; solutionnez en revoyant les points de détection, en choisissant une tête à longue distance ou en réduisant l’angle entre l’axe du faisceau et l’axe de réception.
KEYENCE propose des têtes à très longue portée, avec une distance de détection jusqu’à 3 500 mm.
Capteurs de déplacement laser à faisceau traversant
Les capteurs à faisceau traversant produisent une bande de lumière entre l’émetteur et le récepteur et détectent les cibles qui la traversent selon la quantité de lumière bloquée. La largeur du faisceau est définie selon les exigences de détection et la forme/taille des pièces.
Lors de l’installation :
L’alignement précis des axes d’émission et de réception est essentiel ; assurez-vous que les axes restent stables malgré d’éventuelles vibrations. Vérifiez périodiquement l’alignement.
Pour faciliter l’installation et l’utilisation, privilégiez un capteur offrant un moyen simple de vérification de l’axe du faisceau. Les modèles KEYENCE à faisceau traversant intègrent une LED pour visualiser l’axe optique, facilitant l’alignement lors des réglages et des changements de série.
Positionnement par rapport à la cible :
Pour mesurer le diamètre extérieur d’une pièce en barre ou cylindrique, placez le faisceau perpendiculairement à l’axe longitudinal de la pièce. Un mauvais angle génèrera une erreur dans la détection du diamètre extérieur.
Foire aux questions concernant les capteurs de position
L’alignement devient plus délicat à mesure que la distance augmente et peut se dégrader en présence de vibrations importantes. Des inspections périodiques sont donc nécessaires. Pour faciliter cette vérification, les capteurs à faisceau traversant KEYENCE permettent de visualiser l’axe optique grâce à une LED intégrée. Les micromètres laser CCD polyvalents de la série IG disposent d’un moniteur de position intégré, et les capteurs de la série IB intègrent une LED d’alignement ; ces dispositifs rendent visible la position de l’axe laser et simplifient la mise en service et le réglage.
Non. Les capteurs image-guidés de la série IX n’émettent pas plusieurs têtes simultanées. Une seule tête IX, installée au-dessus de la pièce avec plusieurs points définis dans le champ de la caméra intégrée, émet et reçoit le laser pour mesurer les hauteurs de tous les points spécifiés. Ceci est rendu possible par un système de balayage dynamique : 1) la caméra détecte la position selon les caractéristiques de la cible et corrige la position d’émission ; 2) la tête émet le laser vers le point spécifié via un miroir MEMS haute précision ; 3) la lumière réfléchie est focalisée sur le CMOS pour calculer la distance. Une seule tête exécutant ce cycle à grande vitesse peut mesurer plusieurs points de manière stable et précise ; la détection simultanée de la plane de référence préserve la précision même en présence d’inclinaison ou de désalignement de la cible.
La gamme IL comprend un modèle très longue portée, installable jusqu’à 3 500 mm de la surface cible. Par exemple, ce capteur peut mesurer la hauteur d’une feuille dans l’espace libre d’une machine à rouleaux sans interférer avec celle-ci. Le contrôle de la boucle (hoop control) durant le transfert de feuilles est possible en renvoyant les données détectées à la machine. Ce modèle convient aussi aux environnements à haute température : mesure d’épaisseur de tôles chaudes, contrôle dimensionnel de forgés à chaud, ou positionnement de robots manipulant des produits chauds.
