EuroWire July 2015

Artículo técnico

punto luminoso que gira alrededor del alambre. Tres sensores a 120° controlan simultáneamente la energía destellada sobre la superficie del alambre.

E = A*ie* r*α*cosβ

Sistema óptico sensor

Superficie pulida

Fotosensor A Anillo de fuentes de luz elementales Área de medición

Difusión

Zona 1

Zona 2

▲ ▲ Figura 3 : Efecto de la rugosidad

Zona 3

Rayos de la fuente de luz, energía incidente « ie »

Fotosensor C

Fotosensor B

Posiciones fuente/fotosensores Zona 1/sensores A+C Zona 2/sensores B+A Zona 3/sensores C+B

Alambre, radio « r »

▲ ▲ Figura 5 : Vista frontal del sistema

▲ ▲ Figura 4 : Efecto del cambio de forma. Imagen de modelación

▲ ▲ Figura 2 : Iluminación

El sistema de la fuente de luz concentra cada rayo emitido en una línea estrecha perpendicular al eje del alambre. El rayo es casi paralelo al otro plano. El espesor de la línea determina la resolución sobre el eje del alambre. Por lo tanto, las dimensiones de las fuentes deben ser pequeñas y el sistema óptico suficientemente bueno para la aplicación.

Las consecuencias de estas relaciones son:

En esta imagen, re/D es aproximadamente un dos por ciento. Por lo tanto, re/π*D < 1% de la circunferencia. Las dimensiones del destello dependen de las dimensiones de la fuente de luz puntual y de la apertura angular del observador (óptica del sensor). La energía destellada al observador (sensor) es modulada fuertemente por la calidad de la superficie, la rugosidad, el color (absorción), los defectos, pero también por la forma local del cilindro. Por lo tanto, haciendo girar la luz alrededor del eje del alambre, girará también el destello sobre la superficie con relación a un observador fijo. la circunferencia. Durante su movimiento, el alambre desarrolla una imagen completa de la superficie. Si el diseño está realizado bien, cualquier pequeño defecto superficial, cambio de color o forma producirá localmente una reducción significativa de la energía destellada hacia el sensor. La Figura 2 muestra los parámetros clave del principio: En el plano de corte del alambre, los rayos de luz incidentes son casi líneas paralelas. Perpendicularmente al eje del alambre, cada rayo de la fuente de luz es enfocado en una línea estrecha. 2*α, depende de la apertura angular del sistema óptico y determina el tamaño del punto luminoso sobre la circunferencia del alambre: r*α. 2*β, depende de la incidencia angular de la fuente de luz. Si “A” es el factor de absorción/difusión superficial del alambre, la energía luminosa “E” recibida por el sensor es: E = A*ie* r*α*cosβ Esto genera una imagen de

• El tamaño del punto luminoso (r*α) es proporcional al diámetro del alambre, que es bastante aceptable, y a la apertura angular del sistema óptico. • La energía recibida por el sensor varía según la incidencia angular de la fuente de luz en función del cosβ. Usando tres sensores, “β” varía de ±60° por sensor, generando una modulación de amplitud de la señal de un 50 por ciento. Esto es compensado por un factor de corrección para visualizar una respuesta plana. Con cinco sensores, la variación directa se reduce a un 20 por ciento. • La energía recibida por el sensor también es directamente proporcional al diámetro del alambre. Esto significa que es necesario adaptar la energía de la fuente de luz incidente “ei”, como también la tecnología de los sensores, según la gama de diámetros a controlar. El diámetro más pequeño que se pudo controlar fue el de un alambre de tungsteno (color negro) de 10μm. • El factor A tiene un impacto significativo tanto durante la difusión de la energía (rugosidad), como durante la absorción del rayo de luz a 850nm. Otro efecto importante es el cambio de forma a lo largo del eje del alambre (abultamientos, estrechamientos, defectos) que desvía los rayos reflejados fuera de la apertura angular del sensor. Diseño Para hacer girar la fuente del punto luminoso, se realizó un anillo con varias fuentes de luz alrededor del eje del alambre, con una sola fuente de luz en función a la vez. Encendiendo las fuentes de luz una a una se genera un

▲ ▲ Figura 6

La Figura 6 , tomada con una matriz CCD en la posición del alambre, muestra el tamaño de la línea de luz (blanca) perpendicular al eje del alambre. La forma Gaussiana de la densidad de energía de la línea de luz determina la anchura eficaz a aproximadamente 20μm. Entonces, el tamaño del punto luminoso a lo largo del eje del alambre (Resolución Línea: LR) es casi constante, pero en la circunferencia (Resolución Circunferencia: CR), varía proporcionalmente al diámetro del alambre (r*α.). La resolución de la línea sobre el alambre depende sólo del sistema de fuentes de luz y no del sensor. Para tener éxito con este desarrollo, las fuentes de luz eran el punto clave. Deben ser pequeñas y rápidas, pero deben generar rayos de luz muy homogéneos con características uniformes. Estas características fueron desarrolladas específicamente y con éxito para esta aplicación.

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Julio de 2015