Conception de solutions de détection ultrasonique fiables pour la fabrication intelligente

1. Le problème auquel sont confrontées les usines modernes
2. Comment fonctionne réellement un capteur ultrasonique ?
3. Quatre facteurs qui affectent la précision des mesures
4. Où ces capteurs sont-ils réellement utilisés ?
5. Pourquoi travailler avec MEILLEUR
6. Prêt à moderniser votre système de détection ?

Le problème auquel sont confrontées les usines modernes
Un élément simple est crucial pour la fabrication intelligente, la logistique d'entrepôt et la robotique : une machine doit connaître la distance qui la sépare d'un objet. Sans une mesure précise des distances, l'automatisation ne peut fonctionner correctement.
Cependant, un véritable atelier de production est un lieu sale. La poussière y est omniprésente. On y trouve des éclairages vifs et des recoins sombres. Les composants métalliques y sont brillants et l'intérieur est vitré. De nombreux capteurs optiques sont inopérants dans ces conditions. Les objets transparents ou les lumières de forte intensité peuvent induire en erreur les capteurs optiques.
C'est là qu'interviennent les capteurs à ultrasons. Insensibles aux couleurs, à la transparence et aux variations de luminosité, ils constituent l'une des solutions les plus sûres pour les applications robotiques et industrielles.
Cependant, pour exploiter pleinement cette technologie, il ne suffit pas de choisir un capteur standard. Il faut des années de travail d'ingénierie de pointe. MEILLEUR Présente dans ce domaine depuis de nombreuses années, cette entreprise propose des capteurs ultrasoniques haute performance et est en mesure de concevoir des solutions sur mesure pour répondre aux applications les plus exigeantes.

Comment un Capteur ultrasonique Fonctionne-t-il réellement ?
Le principe de la détection de distance par ultrasons est simple. Il repose sur la synchronisation des ondes sonores.
À l'intérieur du capteur, un élément en céramique piézoélectrique appelé transducteur émet une brève impulsion sonore à haute fréquence. Ce son se propage dans l'air et, lorsqu'il rencontre un objet, il rebondit. Le capteur capte alors cet écho.
Le capteur mesure le temps entre l'émission de l'impulsion et la réception de l'écho. Appelons ce temps « t ». Le son se propage dans l'air à une vitesse connue, que nous appellerons « v ». À partir de ces deux valeurs, le capteur calcule la distance grâce à une formule simple :
D = (v × t) / 2
On divise par deux car le son se propage jusqu'à l'objet puis revient. Ce trajet aller-retour couvre le double de la distance réelle.
Le problème de la zone aveugle
Il existe une limite technique qui intrigue toujours les ingénieurs : la zone aveugle, ou zone morte.
Voici ce qui se passe : après avoir émis son impulsion, le transducteur continue de vibrer brièvement. Cette vibration résiduelle est appelée résonance. Pendant cette résonance, le transducteur ne peut pas capter l’écho. Si un objet est suffisamment proche, il émettra son écho vers le capteur avant la fin de l’écho, et celui-ci ne pourra pas le détecter.
La distance parcourue pendant cette période de sonnerie constitue la zone aveugle. Les objets situés à l'intérieur de cette zone ne peuvent être détectés.
MEILLEUR On s'efforce de réduire au maximum cette zone d'ombre. Ceci est rendu possible grâce à une conception minutieuse de la structure physique du transducteur et du circuit qui l'entoure. Une zone d'ombre plus réduite permet au capteur de détecter des objets plus proches, ce qui est crucial dans les espaces restreints.

Quatre facteurs qui affectent la précision des mesures
Obtenir des mesures fiables et stables dans une usine réelle n'est pas chose aisée. De nombreux facteurs peuvent perturber la mesure. En voici quelques-uns :
1. Température et vitesse du son. La vitesse du son varie. Dans l'air, elle change en fonction de la température. Pour chaque degré Celsius d'augmentation, la vitesse du son augmente d'environ 0,6 m/s. Cela peut paraître infime, mais à la longue, cela peut engendrer des erreurs de mesure. Un capteur de température est nécessaire pour obtenir une mesure de haute précision. Il utilise le calcul de distance corrigée pour rectifier la température mesurée.
2. Choix du matériau et angle. L'absorption et la réflexion du son varient d'un matériau à l'autre. Les matériaux souples, comme une éponge ou un tissu, absorbent le son au lieu de le renvoyer. Cela réduit l'intensité du signal d'écho et peut compliquer la détection. L'angle est également important. Lorsque la surface est fortement inclinée, l'onde sonore se réfléchit sur celle-ci en formant un angle et n'est pas renvoyée vers le capteur.
3. Turbulences et pression de l'air. Lorsque l'onde sonore se propage rapidement, par exemple dans le vent d'un ventilateur industriel ou d'une bouche d'aération, elle peut se courber ou diverger. Cela perturbe la synchronisation et peut entraîner des mesures erronées.
4. Bruit de fond et diaphonie. Dans de nombreuses usines, plusieurs capteurs fonctionnent simultanément. Si deux capteurs à ultrasons émettent des ondes de fréquences très proches, ils interfèrent. L'écho de l'impulsion d'un autre capteur peut être capté accidentellement par un troisième. Ce phénomène, appelé diaphonie, nécessite une planification des fréquences afin de l'éviter.

Où ces capteurs sont-ils réellement utilisés ?
On trouve aujourd'hui des capteurs à ultrasons dans diverses applications industrielles. En voici trois exemples typiques.
1. Des technologies telles que les robots d'entrepôt et les AGV. Les AGV et les robots mobiles doivent éviter les collisions avec les objets lors de leurs déplacements dans l'entrepôt. Ils sont équipés de capteurs à ultrasons assurant une détection précise des obstacles en continu. Ils fonctionnent sur des sols brillants ou réfléchissants, ainsi que sur des rayonnages métalliques.
2. Surveiller le niveau des liquides et des solides. Il est souvent important pour les usines de connaître le niveau de remplissage d'une cuve ou d'un conteneur, même sans contact direct avec son contenu (par exemple, pour les cuves de produits chimiques, les lignes de production alimentaire et le traitement des eaux usées). La mesure par capteur ultrasonique ne nécessite aucun contact avec les liquides corrosifs ni les matériaux en vrac poussiéreux.
3. Systèmes de fabrication tridimensionnels et bras robotisés. Un petit capteur fixé sur le bras robotisé effectue une mesure ultrasonique afin de vérifier le positionnement précis de la pièce avant sa préhension. Ceci garantit une prise en main parfaitement ajustée à chaque fois.

Pourquoi travailler avec BESTAR ?
MEILLEUR L'entreprise apporte une expertise pointue en acoustique et en technologie piézoélectrique. Elle maîtrise l'ensemble du processus, de la conception du transducteur piézoélectrique en céramique à la fabrication des moules et à l'assemblage du capteur final. Ainsi, la totalité du processus, de la matière première au produit fini, est contrôlée par une seule et même entreprise.
Le plus souvent, les besoins d'un client dépassent le simple choix d'une pièce standard. Ils sont satisfaits par un angle de détection, une portée ou une zone d'ombre spécifiques, ou encore par un protocole spécifique, tel que IO-Link, Modbus ou une sortie analogique. MEILLEUR Il possède toutes ces caractéristiques et bien plus encore, et tout est adapté aux besoins spécifiques, qu'il s'agisse d'un boîtier sur mesure ou d'un algorithme de détection optimisé.

Prêt à moderniser votre système de détection ?
Les capteurs ultrasoniques sont essentiels à l'automatisation et à la robotique modernes. Choisir le bon capteur et l'adapter correctement à votre application a un impact direct sur les performances de votre produit final.
Que vous développiez une nouvelle génération de systèmes d'évitement d'obstacles pour robots ou que vous modernisiez un système de détection industriel existant, MEILLEURNotre équipe d'ingénieurs est à votre disposition. Contactez dès aujourd'hui nos spécialistes pour une évaluation technique gratuite et un échantillon personnalisé adapté à votre projet.