Cảm biến laser là gì?
Cảm biến laser (laser sensor / laser displacement sensor) dùng chùm tia laser tập trung (thường là laser đỏ 650 nm hoặc xanh 532 nm, công suất <1 mW — class 2) để đo khoảng cách, dịch chuyển hoặc kích thước vật thể với độ chính xác cao hơn nhiều so với cảm biến quang LED thông thường.
Ưu điểm của laser: điểm sáng rất nhỏ (0,1–1 mm đường kính), chùm tia song song tập trung — cho phép đo chính xác đến μm và phát hiện được cạnh vật thể sắc nét.
Nguyên lý tam giác đo (Laser Triangulation)
Đây là nguyên lý phổ biến nhất cho cảm biến dịch chuyển laser công nghiệp:
- Laser phát chùm tia chiếu vào bề mặt vật đo, tạo ra điểm sáng
- Ánh sáng phản xạ khuếch tán từ điểm đó được hội tụ qua thấu kính lên cảm biến CMOS/CCD linear
- Khi khoảng cách thay đổi, vị trí điểm sáng trên CMOS dịch chuyển theo tam giác lượng giác
- Vi xử lý tính khoảng cách từ vị trí pixel trên CMOS
- Dải đo: điển hình 20–300 mm (tùy model)
- Độ phân giải: 0,1–10 μm
- Tần số lấy mẫu: 50–50.000 Hz — đo được biến dạng động, rung động
- Ảnh hưởng màu sắc: bề mặt đen hấp thụ mạnh, bề mặt gương phản xạ specular — cần chọn model phù hợp
Nguyên lý thời gian bay (Time-of-Flight — ToF)
Laser phát xung ngắn, đo thời gian ánh sáng đi và về: d = c × t / 2. Với ánh sáng c = 3×10⁸ m/s, 1 ns = 15 cm. Cần đồng hồ rất chính xác (ps = pico giây).
- Dải đo: 0,1–100 m
- Độ chính xác: ±1–5 mm (kém hơn triangulation nhưng dải xa hơn nhiều)
- Ứng dụng: đo chiều dài băng tải, khoảng cách đến cầu trục, LiDAR xe tự lái
Ứng dụng trong CNC và tự động hóa
- Đo chiều dày tấm: 2 cảm biến triangulation đối diện đo cùng lúc cả 2 mặt → tính chiều dày. Dùng trong cán thép, cán nhựa, in ấn.
- Kiểm tra phẳng: quét laser qua bề mặt, phát hiện gồ ghề μm. Dùng kiểm tra bề mặt wafer bán dẫn, kính quang học.
- Tool length measurement (TLM): CNC dùng laser đo chiều dài dao cắt sau khi thay dao, bù trừ tự động vào hệ tọa độ.
- Robot pick-and-place: laser 2D/3D profile scanner xác định vị trí và hướng chi tiết trên băng tải để robot gắp chính xác.
- Phát hiện mối hàn: cảm biến profile laser quét qua mối hàn, phát hiện lỗ hổng, nổi, thấp hơn tiêu chuẩn.
Thương hiệu và dòng sản phẩm
| Hãng | Dòng sản phẩm | Đặc điểm |
|---|---|---|
| Keyence | LK-G series, LJ-X series (profile) | Cao cấp nhất, phần mềm mạnh, tích hợp AI |
| Sick | OD2, OD5000, TiM LiDAR | Đa năng, phổ biến tại VN |
| Omron | ZX-L, ZX-LD | Tốt cho tích hợp hệ thống Omron |
| Panasonic | HL-G1 series | Giá tốt, độ phân giải cao |
| Micro-Epsilon | optoNCDT series | Chuyên đo dịch chuyển chính xác cao |
An toàn laser
Cảm biến laser công nghiệp thường là Class 2 (công suất <1 mW, 650 nm đỏ) hoặc Class 2M — không được nhìn trực tiếp vào chùm tia. Tia laser phản xạ từ gương cũng nguy hiểm như tia trực tiếp. Trong tự động hóa, luôn lắp che chắn quang học hoặc rào chắn khi cảm biến laser ở tầm mắt người vận hành.