레이저 센서란?
레이저 센서는 피측정물과 센서 사이의 거리나 피측정물 자체의 두께, 높이 등을 측정하는 센싱 기기 중 레이저를 이용한 비접촉식 타입의 센싱 기기입니다.
일반적으로 많이 사용되는 센싱 기기인 만큼 그 측정 방식과 정확도도 다양합니다.
레이저 센서의 사용 용도
가공장치나 반송장치 등 피측정물과의 거리를 정확히 알아야 하는 경우, 레이저 센서를 이용하여 그 거리를 측량할 수 있습니다. 또한, 제품의 외관 검사 등 피측정물의 두께 정보가 필요한 경우에도 활용됩니다.
두께 측정은 접촉식 버니어 캘리퍼스로도 가능하지만, 형상이 복잡하거나 접촉이 불편한 경우 비접촉식 레이저 센서를 이용하면 비파괴 검사가 가능합니다.
레이저 센서의 원리
레이저 센서에서는 원칙적으로 비접촉 계측이 가능하지만, 그 방식은 몇 가지 종류가 있습니다. 어떤 피측정물과의 거리를 측정하는 경우, 확산 반사 방식이나 정반사 방식의 레이저 센서가 사용됩니다.
둘 다 레이저 광원으로부터의 빛을 피측정물 표면에서 반사시키고, 그 반사광을 수광부에서 감지하여 거리를 판단합니다. 수광부는 일정한 영역폭을 가지고 있으며, 반사광의 각도에 따라 수광부가 달라집니다. 수광부가 변화하면 그에 따른 전류가 감지되고, 그 정보를 바탕으로 거리 값으로 환산합니다.
구조상 일정 각도 이상으로 기울어진 피측정물 표면에 광원을 입사시키면 반사광이 수광부로 돌아오지 않기 때문에 검출이 불가능합니다. 이 허용 기울기는 변위계의 설계에 따라 달라지는데, 일반적으로 확산반사 방식의 레이저 센서가 감지 각도가 더 넓습니다.
레이저 센서 선택 방법
먼저 용도가 거리 감지인지, 두께나 높이 등의 형상 정보를 취득하는 것인지 확인해야 합니다. 거리 검출이라면 해당 측정 범위에 해당하는 제품 중에서 피측정물 표면의 기울기가 어느 정도인지 예상하고, 그 각도 이상의 측정이 가능한 제품을 선정합니다. 두께 측정의 경우 검출 범위를 확인합니다.
그 후, 측정 자체를 어느 정도의 정밀도로 실시할 것인지에 따라 분해능과 검출 정밀도 및 선형성 스펙을 선정합니다. 모두 측정 정밀도에 영향을 미치는 요소이며, 일반적으로 정밀도가 높을수록 가격이 비싸기 때문에 너무 오버스펙이 되지 않도록 주의해야 합니다.
또한, 측정 정확도와 동시에 본체 자체의 설치 가능 여부도 참고해야 합니다. 설치 공간이 충분하지 않은 경우, 소형 레이저 센서를 선택해야 할 수도 있습니다.
레이저 센서의 기타 정보
1. 레이저 센서를 이용한 방범 시스템
수상한 사람의 침입을 막기 위한 시스템으로 방범 센서가 있습니다. 아파트, 사무실, 공장 등 다양한 곳에 활용되고 있으며, 침입자가 센서를 건드리면 경보가 울리는 구조로 되어 있습니다. 그 방범 센서로 현재 많이 활용되고 있는 것이 바로 레이저 센서입니다.
레이저 센서에는 수평 감지 타입과 수직 감지 타입이 있습니다.
- 수평 감지 타입
레이저 광선이 180℃ 수평방향으로 조사되어 넓은 범위를 커버할 수 있는 방범 센서입니다. 실외와 같은 개방된 장소에 적합한 감시 시스템으로 이동하는 물체를 감지한다. 감시 범위 설정으로 대상에서 제외할 구역을 미리 지정할 수도 있습니다. - 수직 감지 타입
레이저 광선이 수직으로 조사되어 벽이나 천장에 수직인 면을 커버하는 방범용 센서입니다. 통로나 문 앞 등 국소적인 범위의 장소에 적합한 감시 시스템으로, 센서가 작동하는 면에 대해 통과하는 물체를 감지합니다. 감지 대상의 높이를 설정할 수도 있습니다.
2. 레이저 센서의 단점
광선을 이용한 비접촉식 센서로 편리한 레이저 센서이지만, 일부 조건에서는 오작동을 일으킬 수 있습니다.
- 감지 대상물 표면의 요철
스팟이 작은 레이저 센서의 경우, 검출 대상물 표면의 요철에 따라 반사로 인한 수광량이 변동되어 오작동을 일으킬 수 있습니다. 검출하고자 하는 대상의 표면에 요철이 있는 경우, 스팟이 큰 센서를 사용해야 합니다. - 진동
레이저 센서에 진동이 가해지면 광축이 어긋나 오작동을 일으킬 수 있습니다. 레이저 센서의 설치를 재검토하여 나사나 보조금속으로 고정하는 한편, 광축이 어긋나지 않도록 검출 대상물 가까이에 설치해야 합니다. - 펄스 점등하는 빛
펄스 점등은 ON과 OFF를 반복하는 점등 방식을 말합니다. 빠른 주파수로 점등하기 때문에 실제로는 점멸하고 있지만, 사람의 눈에는 연속적으로 점등하는 것처럼 보입니다.
대부분의 레이저 센서는 펄스 발광의 레이저를 사용하는데, 자신과 마찬가지로 펄스 점등하는 주변 LED 등에 대해서는 오작동을 일으킬 수 있습니다. 주변에 펄스 발광하는 빛이 있는 경우, 센서의 수광부에 닿지 않도록 사이에 차폐할 수 있는 것을 설치하거나 수광부의 각도를 조절하는 것이 중요합니다.