길이 측정 센서란?
길이 측정 센서는 측정 대상물에 투광기 측에서 레이저 등의 빛을 조사하여 치수를 측정하는 장치입니다.
측정 대상물이 레이저 등을 차단함으로써 발생하는 광량을 수광기 측에서 CCD 센서나 포토다이오드 등으로 포착합니다. 레이저 등의 빛을 렌즈를 이용하여 띠 모양으로 만들어 빛이 수광부까지 도달했는지 여부를 검출합니다. 그 빛이 닿지 않은 부분의 치수를 정확하게 측정함으로써 치수 측정이 가능합니다.
레이저 등의 빛을 이용하여 측정하는 시스템이기 때문에 비접촉으로 측정할 수 있다는 장점이 있습니다. 하지만 상대적으로 외란에 취약하다는 단점도 있으므로 주의가 필요합니다.
길이 측정 센서의 사용 용도
길이 측정 센서는 강재의 외경, 시트형 필름의 두께 등을 측정할 때 사용되며, 0.1초 이하의 미세한 간격으로 연속적으로 스캔할 수 있기 때문에 제조 공장 현장 등에서 측정 대상물이 길게 연속된 것을 중간에 끊지 않고 계속 측정해야 하는 경우에 적합합니다.
또한, 길이 측정 센서를 직진시켜 사용하여 XY 방향의 치수를 측정하거나, 단면 형상이 큰 것은 길이 측정 센서를 2개 이상 사용하여 한쪽 단면을 하나씩 측정하여 대응할 수도 있습니다.
길이 측정 센서의 원리
길이 측정 센서는 레이저 광을 측정 대상물에 조사하여 레이저가 차단된 부분의 폭을 센서로 감지하여 대상물의 길이를 측정합니다. 레이저를 측정축에 대해 평행하게 조사하는 것이 중요합니다.
레이저가 가려진 부분을 에지(edge)로 하여 센서로 에지 양 끝의 폭을 감지하여 치수 측정이 가능합니다. 따라서 구성상 레이저 등을 조사하는 발광부와 조사된 레이저 등을 판독하는 수광부로 나뉘며, 측정한 값을 표시하는 표시부도 필요합니다.
또한, 레이저는 띠형 또는 직사각형과 같이 폭이 있는 형태로 되어 있습니다. 레이저를 판독하는 수광부는 한 단면으로 레이저가 수광되는 부분과 그렇지 않은 부분을 연속적으로 판독해야 하므로, 많은 길이 측정 센서에서는 CCD 라인 센서 등이 사용되고 있습니다.
에지를 읽고 치수를 측정하는 스캔 간격은 표시부의 처리 속도에 따라 다르지만, 보통의 제품에서는 0.1초 간격으로 스캔할 수 있기 때문에 측정 대상이 다소 흔들려도 정확하게 측정할 수 있습니다.
길이 측정 센서의 기타 정보
1. 길이 측정 센서의 수광부 CCD 방식과 광량 변화 방식의 차이점
길이 측정 센서의 수광부는 일반적으로 CCD 방식과 광량 변화 방식의 두 가지가 있으며, 그 방식은 큰 차이점이 있습니다.
- CCD 방식
수광기에 투광된 평행한 띠 모양의 빛을 CCD 이미징 센서로 검출하는 방식입니다. CCD는 평행한 빛을 수광하는 만큼 수광기 쪽에 띠 모양으로 배치되어 있으며, 물체가 빛을 차단한 부분만 CCD에 그림자가 반사되어 그 부분부터 물체의 길이를 측정할 수 있습니다. - 광량 변화 방식
수광기 쪽에 렌즈가 있고, 그 렌즈로 집광된 빛을 포토다이오드 등의 수광소자로 검출하는 방식입니다. 대상물이 가려진 만큼 집광되는 광량은 감소하기 때문에 그 비율로 대상물의 길이를 검출합니다.
2. 길이 측정 센서의 오차 요인과 대책 사례
길이 측정 센서는 비접촉으로 측정이 가능하다는 장점이 있는 반면, 외란의 영향을 받기 때문에 주의가 필요합니다. 특히 생산 현장과 같이 진동이 발생하는 곳에서는 기기의 고유한 측정 정확도 이상의 오차를 발생시키는 요인이 됩니다.
센서와 공작물을 일체형 지그로 고정하는 사례 외에, 경우에 따라서는 로우패스 필터 등의 노이즈 필터를 사용하여 대책을 세워야 하며, CCD 수광기의 경우, 기종에 따라서는 쉐이딩 보정 기능이라는 내부 수광기의 선형성 교정 보정을 실시할 수 있습니다.
이 경우에는 실제 측정 전에 교정 보정을 실시하는 것이 중요합니다.