لماذا يُعد مستشعر الليزر جيدًا للقياسات الدقيقة؟

هل سبق لك أن زرت مصنعًا للإلكترونيات أو راقبت إنتاج مكونات السيارات؟ الدقة أمر بالغ الأهمية في هذه السياقات. فمثلاً، قد يؤدي خطأ لا يتعدى أعشار المليمتر إلى تعطيل كامل للتجميع. وقد أصبحت أجهزة الاستشعار الليزرية شائعة جدًا بالنسبة للقياسات الدقيقة في العديد من الصناعات. ولكن، ما الذي يجعل أجهزة الاستشعار الليزرية دقيقة بهذا الشكل؟ بالتأكيد، هناك صناعات أخرى غير صناعة الإلكترونيات تعتمد على أجهزة الاستشعار الليزرية، مثل صناعات السيارات والفضاء الجوي وقطاعات الهندسة العالية الدقة الأخرى. دعونا نستعرض كيف تصبح أجهزة الاستشعار الليزرية أدوات قياس دقيقة لا غنى عنها حساس ليزر الميزات، وأعمال الإنتاج الفعلية.

أساسيات تقنية الضوء الليزري

أولًا، يحتاج مستشعر الليزر إلى مصدر ليزر، وهنا تكمن الدقة —ضوء الليزر ليس هو نفسه ضوء من مصباح أو LED. الضوء العادي ينتشر على نطاق واسع ومتشتت على سبيل المثال، إذا أضاء شخص مصباحاً كاشفاً عبر غرفة، فإن شعاع الضوء سينتشر ويزداد ضوءاً ويتضاءل كلما ابتعد من مصدر الضوء. ضوء الليزر، من ناحية أخرى، أحادي اللون ومضغوط. هذا يعني أن الشعاع له طول موجة واحد، و لون واحد، ولا ينتشر و يفقد التركيز على المسافة. هذه ميزة كبيرة في القياس.

عند استخدام مستشعر الليزر، فإنه يرسل شعاعًا مركّزًا من الضوء إلى الجسم الذي يتم قياسه. وهذا يعني أن الشعاع سيسقط بدقة على نقطة القياس، ولن يكون هناك انتشار أو 'ضبابية' في القياس. على سبيل المثال، في مصنع الهواتف الذكية، يحتاج العمال إلى التحقق مما إذا كانت شاشة الزجاج محاذاة تمامًا مع هيكل الهاتف. يمكن لمستشعر الليزر أن يقيس بدقة المسافة إلى نقطة على حافة شاشة الزجاج، ويحدد الفجوة بين الشاشة والهيكل بدقة تصل إلى 0.001 مم. بالمقارنة، فإن المستشعرات العادية، مثل بعض المستشعرات الكهروضوئية، تكون لها حزمة شعاع أوسع تغطي كلًا من الشاشة والهيكل، ويعتمد قياسها على قراءة تقريبية غير دقيقة.

تتخصص LUOSHIDA في أجهزة الاستشعار، وعند تصميم أجهزة استشعار الليزر، فإنها دائمًا ما تضع ذلك في الاعتبار. على سبيل المثال، في سلسلة LCD-XXYYYAB، تدّعي الشركة توفير شعاع ليزر مركّز للكشف عند مسافات تتراوح بين 30 إلى 100 مم (وفي بعض النماذج، يتم تمييز المسافات الأطول بحرف "M"). وبحسب النموذج، يمكن تعديل قطر الشعاع من 3 مم إلى 50 مم. وهذا يعني كشفًا مركّزًا ومركزًا على الأجزاء الصغيرة حتى على مسافة. ويعني هذا التركيز أن كل قياس يستند إلى النقطة الدقيقة التي تهمك، وليس إلى منطقة واسعة قد تشمل تفاصيل غير ذات صلة.

أمر آخر بشأن ضوء الليزر، وهذا أمر بالغ الأهمية من الناحية الإيجابية، هو أنه متسق. يمكن للمستشعرات تحديد المسافة والحجم بناءً على كيفية عودة شعاع الليزر بعد اصطدامه بالجسم المستهدف (وهذا ما يُعرف بطرق القياس المعتمدة على زمن الطيران والمثلثة). لن يكون هناك تكهّن عند تحديد المسافة والحجم. إذا تغيرت طول موجة الليزر، فإن المستشعرات ستحدد المسافة بشكل غير دقيق. إن استقرار الليزر يعني أن كل ارتداد يُعيد قيمة متسقة، وهو ما يُعد أمراً حيوياً في قياس صفائح المعدن لأجزاء السيارة. فإذا كان القياس 0.01 مم وكان رقيقاً جداً، فقد يعرض متانة الجزء للخطر.

المقاومة ضد الاضطرابات الخارجية

*لا يعتمد أداء أداة القياس فقط على تركيبها الداخلي، بل أيضًا على كفاءتها في الظروف القذرة والعملية الواقعية. فمصانع التصنيع مليئة بالعناصر التي يمكن أن تعطل المستشعرات —الأضواء، والغبار، والاهتزازات، وحتى المجالات الكهرومغناطيسية الناتجة عن أدوات اللحام وغيرها من المعدات الثقيلة. ومع ذلك، فإن أجهزة الاستشعار الليزرية تعالج هذه المشكلات وتواصل تقديم قياسات دقيقة حتى في الظروف الصعبة.*

*عندما يتعلق الأمر باضطرابات الضوء، يمكن أن تواجه أجهزة الاستشعار الكهروضوئية القياسية صعوبة في العمل في مصنع يستخدم الليزر مع إضاءة سقفية أو ضوء شمسي يدخل من النوافذ. فقد تخلط أجهزة الاستشعار العادية بين الضوء المحيط وإشارة الخرج الخاصة بالجهاز، ما يؤدي إلى قياسات غير دقيقة. ومع ذلك، فإن أجهزة الاستشعار الليزرية تنبعث منها حزمة ضوئية بطول موجة خاص، وهي مزودة بمرشحات تحجب باقي الأضواء. ويمكن لهذه الأجهزة العمل في المصانع المضاءة بالكامل، حيث "ترى" فقط شعاع الضوء الليزري و"تتجاهل" جميع الأضواء المحيطة الأخرى. على سبيل المثال، في مصانع الألواح الشمسية، يقوم العمال بقياس سمك رقائق السيليكون تحت أضواء سقفية قوية. تستطيع أجهزة الاستشعار الليزرية "تجاهل" الضوء الإضافي وقياس سمك الرقاقة بدقة، حيث يبلغ سمك الرقاقة 0.2 مم، حتى في الظروف القصوى.*

وأخيرًا، ضع في اعتبارك التداخل الكهرومغناطيسي (EMI)، وهو الضوضاء الناتجة عن أجهزة مثل المحركات ومعدات اللحام. يشبه التداخل الكهرومغناطيسي التداخل الصوتي على الراديو عندما تقف بالقرب من جهاز كبير. كما تُنتج الآلات التي تحتوي على العديد من الدوائر الداخلية هذا التداخل، مما يعطل قراءاتها. وتتعرض أجهزة الاستشعار الليزرية، مثل تلك المصنعة من قبل LUOSHIDA، لاختبارات صارمة لضمان الامتثال لمعايير التداخل الكهرومغناطيسي مثل EN 61000-6-3:2007+A1:2011 وEN 61000-6-1:2007. وهذا يعني أن أجهزة الاستشعار مزودة بدرع وقائي ضد التداخل الكهرومغناطيسي. في الصناعة automotive، تولد روبوتات اللحام تداخلًا كهرومغناطيسيًا قويًا، لكن أجهزة الاستشعار الليزرية ما زالت قادرة على قياس الفجوة بين جزئين ملحومين بدقة دون إنتاج قراءات خاطئة، مما يسمح بتشغيل خط الإنتاج دون انقطاع.

تُعد الأتربة والرطوبة أيضًا من المخاوف الكبيرة. في ورش النجارة وقطع المعادن، تكون الأتربة منتشرة على نطاق واسع ويمكن أن تغطي أجهزة الاستشعار العادية. ومع ذلك، فإن العديد من أجهزة استشعار الليزر مزودة بعلب حماية، وبعضها يأتي بتصاميم متينة تحمل تصنيف IP67 أو أعلى. في منطقة معالجة المخارط التي تتراكم فيها رقاقات المعادن، من المهم استخدام أجهزة استشعار ليزر تضمن بقاء عدستها نظيفة ودقة قياساتها.

القدرة على التكيف مع احتياجات القياس الليزري المتنوعة

على عكس العديد من أدوات القياس الأخرى، يمكن ضبط أجهزة الاستشعار الليزرية وتعديلها لتلبية الاحتياجات الخاصة ومهمات القياس المختلفة. وهذا أمر بالغ الأهمية بالنسبة للشركات التي تتعامل مع مجموعة واسعة من المكونات، مثل الأجهزة الإلكترونية الصغيرة والأجزاء المعدنية الكبيرة. ويمكن لأجهزة الاستشعار الليزرية قياس المسافة والسماكة والمحاذاة وحتى نسيج السطح بدقة متساوية.

خذ صناعة الإلكترونيات على سبيل المثال. أثناء تجميع جهاز كمبيوتر محمول، يجب على العمال وضع مكونات صغيرة (مثل المقاومات، التي تكون أصغر من حبة أرز) على اللوحة الدوائر الكهربائية. يمكن لمستشعر ليزر أن يقيس ارتفاع المكون بعد وضعه. إذا كان المكون أعلى من ارتفاع معين، فهذا يعني أنه لم يتم لحامه بشكل صحيح. يمكن لهذا النوع من مستشعرات الليزر قياس المسافة بين لوحة مفاتيح الكمبيوتر المحمول والشاشة في مرحلة لاحقة من الإنتاج للتأكد من إغلاقهما بشكل صحيح. تتميز مستشعرات LUOSHIDA الليزرية بوجود نطاقات كشف قابلة للتعديل (من 30 مم إلى 100 متر، حسب الطراز) ووظائف خرج مختلفة (NPN، PNP، AC، أو تيار متردد/مستمر مع ريلاي)، مما يسمح بتخصيصها لوظائف مختلفة.

تعد صناعة الأجهزة الطبية من الصناعات التي تتطلب الدقة العالية. فتصنيع الأدوات الجراحية ومضخات الأنسولين يستلزم دقة مذهلة لدرجة أن الخطأ بعرض شعرة واحدة (~0.05 مم) يكون غير مقبول. وتقوم أجهزة الاستشعار الليزرية بالتحقق من أن قطر المحاقن والإبر هو 0.3 مم، وليس أقل أو أكثر من ذلك. ويتطلب تصنيع الأجهزة الطبية بيئات نظيفة، ويُعد الحجم الصغير لأجهزة الاستشعار الليزرية (معظمها دائري أو مربع، ويسهل تركيبه في الغرف النظيفة الصغيرة) عاملًا مفيدًا.

يجب دمج الزراعة الدقيقة أيضًا. على سبيل المثال، في منشآت تصنيع آلات زراعة البذور الآلية، تستخدم أجهزة الاستشعار الليزرية للتحقق من أن فتحات آلة زراعة البذور ذات الحجم المناسب تمامًا، ليست كبيرة جدًا (لمنع سقوط البذور) ولا صغيرة جدًا (لمنع انسداد البذور). وتعمل شركة Chenwei Automation، وهي موزع لأجهزة استشعار LUOSHIDA، بالتعاون مع العملاء لتخصيص أجهزة استشعار ليزرية لمثل هذه التطبيقات، مثل التركيز على حجم البذور. وهذا يعني أن جهاز استشعار ليزري واحد، مضبوط بدقة، قادر على تنفيذ العديد من مهام القياس الليزري بدقة عالية. ولا يلزم تعديل أجهزة الاستشعار الأخرى لتناسب تطبيقات مختلفة.

يضمن الجودة الموثوقة الثبات والدقة المستمرة بمرور الوقت

امتلاك الدقة لا يعني بالضرورة أنك مطالب بقراءة جيدة واحدة، ولكن الحفاظ على قراءة دقيقة باستخدام مستشعر ليزر يظل أمرًا ليس سهلاً على مدى فترة طويلة من الزمن في فترات الاستخدام المكثفة. ويرجع ذلك إلى أنه بالمقارنة مع أجهزة الليزر الأكثر تقدمًا والأعلى سعرًا، فإن المستشعرات الرخيصة مصممة بحيث لا تدوم أكثر من أسبوع واحد ضمن الأداء الأمثل، وبعد ذلك تتحول قياساتها الدقيقة إلى عدم انتظام، وكل ما يتطلبه الأمر هو ضعف شعاع الليزر و/أو دوائر كهربائية متآكلة.

تم اعتماد شركة LUOSHIDA بموجب الشهادة ISO 9001:2015 لضمان امتلاكها جودة كاملة ومستمرة في جميع مجالات الإنتاج المعتمدة الخاصة بالليزر وأجهزة الاستشعار وتجميع المستشعرات. إن المستشعرات الخالية من المواد الضارة تتمتع بقيمة وجودة أكثر استقرارًا بفضل الدوائر الكهربائية المعتمدة، مما يحافظ على المستشعرات الخالية من الرصاص التي تسبب تآكل الدوائر والانحراف في القدرة على الدقة، وبالتالي فإن المستشعرات الخالية من الرصاص في دوائرها لن تتعرض للتآكل مع مرور الوقت ولن تنحرف دقتها عن الإعدادات الأصلية.

دعونا نتحدث عن الضمانات والدعم. تأتي معظم أجهزة استشعار الليزر بضمان لمدة سنتين تقريبًا، وLUOSHIDA واحدة من هذه الشركات. وهذا يدل على أنهم يثقون بدقة منتجاتهم. إذا بدأت إحدى أجهزة الاستشعار بالعطل خلال هذه الفترة، فسيقومون بإصلاحها أو استبدالها تمامًا مجانًا. ويصبح هذا أمرًا بالغ الأهمية للصناعات التي تعمل على مدار الساعة مثل مصانع أشباه الموصلات. فلن تكون قادرًا على إيقاف الإنتاج لتصحيح فقدان الدقة في جهاز استشعار، وبالتالي فإن وجود ضمان قوي يعني أن هناك مجموعة من أجهزة الاستشعار الجاهزة كنسخ احتياطية.

كما أن متانة أجهزة استشعار الليزر عامل حاسم أيضًا. يمكن تغليف هذه الأجهزة في مواد قوية مثل الألومنيوم أو تحتوي على مكونات داخلية تتحمل درجات الحرارة القصوى (80 °ج أو أكثر). في آلة إعادة التدوير المستخدمة في الإلكترونيات، يمكن لمستشعر أن يبقى قريبًا جدًا من الآلة دون أن يفقد دقة قياسه للوحات الدوائر. على عكس المستشعرات العادية التي تذوب وتفقد معايرتها في درجات الحرارة الشديدة، فإن المستشعرات الليزرية المتينة تستمر في العمل وتؤدي وظيفتها في القياس.

مع مرور الوقت، تُثمر الموثوقية. مستشعر ليزري من LUOSHIDA يُذكر أنه يظل دقيقًا لمدة تتراوح بين 3 إلى 5 سنوات، يعني عدم الحاجة إلى وقت أسبوعي لإعادة المعايرة. كما أن عدم الحاجة إلى استبدال المستشعر كل بضعة أشهر يقلل من تكاليف التوقف عن العمل. هذه الثباتية تعني تجانس كل منتج يتم إنتاجه والحفاظ على معايير عالية من الدقة. لن تكون هناك بعد الآن "أجزاء جيدة" و"أجزاء رديئة" بسبب عدم اتساق المستشعر.