Hoognauwkeurige afstandssensoren: afstanden meten op nano- en micrometer

Ook het reflectiepatroon van het object speelt een grote rol. Wit of zwart, glanzend of dof, glad of diffuus, het maakt allemaal uit. Als je dus veel variatie hebt in het object dat je wilt meten, moet je daarmee rekening houden. Is die variatie er niet, dan kun je met lasertriangulatie prima aan de slag tot op micrometerniveau. 

Groot aanbod

Het voordeel van deze techniek is dat hij veel wordt gebruikt en er dus veel keus is in fabrikanten. Wanneer je onder de micrometer wilt komen qua nauwkeurigheid, dan kun je beter voor iets anders kiezen. Soms is het een oplossing om te middelen over een groot aantal metingen. Dat brengt de resolutie weliswaar omhoog maar de snelheid naar beneden. Een ander nadeel is dat je last kunt hebben van het schaduweffect als de baan dan van de bundel wordt geblokkeerd door de vorm van het oppervlak.

Chromatic confocal

In een chromatic confocal set-up zitten de zender en ontvanger in dezelfde lijn (confocaal) en is de meting dus niet hoekafhankelijk zoals bij lasertriangulatie. Verder is de meting nu gebaseerd op de golflengte. Als je polychromatisch licht door een lens stuurt, breekt elke golflengte net even anders. Elke kleur heeft zijn eigen brandpuntsafstand. 

De oppervlakte waarnaar je de afstand wilt weten, zit precies in het brandpunt van één van die golflengtes. Die kleur weerkaatst het meest wat met een spectrometer duidelijk kan worden geregistreerd. Deze methode is veel nauwkeuriger dan lasertriangulatie. 

Resolutie richting de nanometer

Een resolutie onder de micrometer is mogelijk, en het kan zelfs richting de nanometer. De systemen zijn kleiner en je brengt geen warmte in omdat de elektronica op afstand zit. Een uitdaging kan zijn dat het meetbereik niet heel groot is. Je kunt het wel oprekken tot een paar millimeter maar dat gaat ten koste van de nauwkeurigheid. Voordeel is dat de meting compleet onafhankelijk is van het materiaal, en dat je er ook diktes van verschillende lagen mee kunt meten; ideaal voor in de glasindustrie.

Eddy currents

De derde optie is gebaseerd op eddy currents. Dat zijn elektrische wervelstroompjes aan het oppervlak van een metaal die ontstaan als je met een spoel een veld aanbrengt. De mate van verstoring is een maat voor de afstand van de zendspoel tot het oppervlak. En die verstoring kun je meten met een ontvangspoel. 

Geschikt voor toepassing met vervuiling

Het voordeel van deze techniek is dat je in tegenstelling tot de eerdergenoemde optische methodes geen last hebt van vervuiling (tenzij het om ijzervijlsel gaat). De nauwkeurigheid zit in het sub-micrometerdomein, maar de meetafstand is relatief beperkt. Eddy currents ontstaan alleen op geleidende materialen. Deze sensoren zijn dus niet geschikt voor bijvoorbeeld plastic of glas.