Cảm Biến Laser: Nguyên Lý, Phân Loại và Ứng Dụng Chi Tiết

Trong kỷ nguyên tự động hóa và công nghiệp 4.0, các thiết bị thông minh dần khẳng định vai trò then chốt và không thể thiếu của mình trong việc vận hành dây chuyền sản xuất. Trong rất nhiều thiết bị tự động hóa, cảm biến laser nổi lên như một công nghệ vượt trội và không thể thiếu hầu như ở khắp mọi nơi

Vậy cảm biến laser là gì? Nguyên lý hoạt động của nó như thế nào? Những điều gì mà bạn cần phải lưu ý để chọn mua một cảm biến laser phù hợp nhất. Tất cả sẽ được tổng hợp ngay trong bài viết dưới đây, hãy cùng theo dõi nhé

Cảm Biến Laser Là Gì?

Cảm biến laser là thiết bị điện tử sử dụng một tia laser để phát hiện, đo lường khoảng cách, vị trí hoặc sự hiện diện của một vật thể mà không cần tiếp xúc trực tiếp. Bằng cách phát ra một chùm tia laser hội tụ và phân tích ánh sáng phản xạ trở lại sau khi chạm vào vật thể, cảm biến có thể cung cấp dữ liệu với tốc độ cao và độ chính xác vượt trội so với nhiều công nghệ cảm biến khác.

Nguyên Lý Hoạt Động Của Cảm Biến Laser

Để hiểu rõ hơn về cảm biến laser, chúng ta cần nắm được nguyên lý mà chúng hoạt động. Hầu hết các cảm biến laser hoạt động dựa trên hai phương pháp chính:

• Phương pháp đo thời gian bay (Time of Flight - ToF): chính là nguyên lý cốt lõi của cảm biến laser được sử dụng trong đo khoảng cách. Cảm biến sẽ phát ra một xung laser đến vật thể và đo chính xác khoảng thời gian từ lúc tia laser được phát đi cho đến khi bộ thu nhận lại tia phản xạ. Khoảng cách được tính bằng công thức: Khoảng cách =(Tốc độ ánh sáng × Thời gian bay)/2.

• Phương pháp đạc tam giác (Triangulation): Phương pháp này thường dùng cho các phép đo ở cự ly gần với độ chính xác cao. Cảm biến phát ra một tia laser, tia này phản xạ lại từ vật thể và được thu lại trên một bộ thu nhận nhạy cảm với vị trí (PSD - Position Sensitive Device). Dựa vào góc của tia laser phản xạ, cảm biến có thể tính toán chính xác khoảng cách đến vật thể.

Các Loại Cảm Biến Laser Phổ Biến Nhất Hiện Nay

Thế giới cảm biến laser rất đa dạng, mỗi loại được thiết kế để phục vụ cho các mục đích cụ thể.

Cảm biến khoảng cách laser (Cảm Biến Laser Đo Khoảng Cách)

Đây là loại phổ biến nhất, có chức năng chính là đo lường khoảng cách từ cảm biến đến vật thể một cách chính xác. Chúng được ứng dụng rộng rãi trong việc đo mức chất lỏng trong bồn chứa, giám sát vị trí của robot, đo đạc trong xây dựng và nhiều ngành nghề khác yêu cầu độ chính xác cao.

Cảm biến laser phát hiện vật cản

Đúng như tên gọi, cảm biến laser phát hiện vật cản được dùng để xác định sự hiện diện hoặc vắng mặt của một đối tượng trong một khu vực nhất định. Nhờ chùm tia thẳng và tập trung, chúng có thể phát hiện các vật thể rất nhỏ từ khoảng cách xa, lý tưởng cho các ứng dụng trên dây chuyền sản xuất, hệ thống an ninh, và robot tự hành (AGV) để tránh va chạm.

Cảm biến laser đo độ dày

Một ứng dụng ít phổ biến hơn của laser sensor là dùng để đo độ dày của một vật thể bất kỳ. Có hai phương pháp để đo độ dày bằng cảm biến laser đo là sử dụng cảm biến đơn hoặc cảm biến kép. Tuy nhiên, khả năng đo sẽ bị giới hạn bởi độ dày và chất liệu của vật cần đo

Cảm biến laser thu phát riêng

Loại cảm biến này có cấu tạo gồm hai bộ phận riêng biệt: một bộ phát (Emitter) và một bộ thu (Receiver) được lắp đặt đối diện nhau. Khi một vật thể đi qua và cắt ngang đường truyền của tia laser, bộ thu sẽ không nhận được tín hiệu và kích hoạt ngõ ra. Ưu điểm của cảm biến laser thu phát riêng là độ tin cậy cực cao, khoảng cách phát hiện xa và không bị ảnh hưởng bởi màu sắc hay bề mặt vật thể. Chúng thường được dùng để đếm sản phẩm, kiểm soát cửa ra vào tự động.

Cảm biến quang laser

Về bản chất, cảm biến quang laser là một tập con của cảm biến quang điện nhưng sử dụng tia laser làm nguồn sáng thay vì đèn LED thông thường. Việc sử dụng laser mang lại nhiều lợi thế: điểm sáng nhỏ giúp phát hiện mục tiêu chính xác, khoảng cách làm việc xa hơn và khả năng chống nhiễu tốt hơn, phù hợp cho các ứng dụng đòi hỏi sự tinh vi.
Cảm Biến Nhiệt Độ Laser (Nhiệt Kế Hồng Ngoại Laser)

Đây là một trường hợp đặc biệt cần làm rõ. Cảm biến nhiệt độ laser thực chất là nhiệt kế hồng ngoại, sử dụng cảm biến hồng ngoại để đo bức xạ nhiệt phát ra từ vật thể và suy ra nhiệt độ của nó. Tia laser ở đây chỉ có vai trò là một con trỏ định vị, giúp người dùng ngắm chính xác vào vị trí cần đo, chứ không tham gia trực tiếp vào quá trình đo nhiệt.

Ứng dụng của cảm biến laser

Trong đo lường, nghiên cứu

• Đo kích thước: xác định vị trí của các bộ phận nhỏ; giám sát xem có các bộ phận trên băng tải hay không; phát hiện vật liệu chồng chéo và che phủ; kiểm soát vị trí của người thao tác (vị trí trung tâm dụng cụ); phát hiện trạng thái thiết bị; phát hiện vị trí thiết bị (qua lỗ nhỏ); giám sát mức chất lỏng; Đo chiều dày; phân tích rung động; đo kiểm tra va chạm; kiểm tra liên quan đến ô tô, v.v.
• Đo độ dày của tấm kim loại : cảm biến laser cho phép đo và kiểm tra nhanh độ dày của tấm kim loại. Khả năng phát hiện thay đổi độ dày có thể giúp phát hiện các nếp nhăn, lỗ nhỏ hoặc lỗi trên bề mặt có thể gây hỏng thiết bị
• Đo hình trụ : đo giá trị góc, chiều dài, độ lệch tâm của đường kính trong và ngoài, độ conic, độ đồng tâm và biên dạng bề mặt.
• Đo chiều dài : đặt vật cần đo trên băng tải ở vị trí đã định, cảm biến laser sẽ phát hiện được vật và đồng thời kích hoạt quét laser để đo độ dài của vật mẫu
• Kiểm tra tính đồng nhất : đặt nhiều cảm biến laser theo hướng nghiêng so với chuyển động của phôi cần đo và xuất dữ liệu đo của các cảm biến này. Từ dữ liệu cảm biến thu được từ các hướng khác nhau bạn có thể dễ dàng biết được phôi cần đo có kích thước chính xác hay có lỗi vè mặt ngoại quan hay không
• Kiểm tra linh kiện điện tử : hai máy quét laser được sử dụng để đặt các linh kiện cần được kiểm tra vào giữa chúng. Sau quá trình quét bạn có thể biết được chính xác kích thước củng như các lỗi xuất hiện trên bề mặt của linh kiện
• Kiểm tra mức chiết rót trong dây chuyền sản xuất : cảm biến laser được tích hợp vào các dây chuyền sản xuất, chiết rót được sử dụng như một cảm biến đo mức dung dịch. Với ứng dụng này, bạn có thể có thể kiểm tra quá trình chiết rót có đảm bảo đủ chát lượng hay không một cách chính xác và nhanh chóng

Trong công nghiệp, đời sống

Với sự vận dụng đa dạng, ngoài sử dụng trong nghiên cứu cảm biến laser còn được sử dụng cực kỳ phổ biến trong tự động hóa, giúp nâng cao năng suất lao động, giảm chi phí nhân sự và sai sót.. là “người bạn đồng hành” đáng tin cậy trong nhiều lĩnh vực

• Trong công nghiệp: Cảm biến laser góp phần tự động hóa dây chuyền lắp ráp, điều khiển robot hàn/cắt, kiểm tra chất lượng sản phẩm (phát hiện lỗi, đo kích thước), khắc và đánh dấu sản phẩm.
• Trong giao thông thông minh: Công nghệ cảm biến LiDAR (Light Detection and Ranging) trên xe tự lái, hệ thống giám sát và phân loại phương tiện, đo tốc độ.
• Trong công nghiệp logictic: Laser sensor giúp điều hướng xe tự hành (AGV/AMR), xác định vị trí pallet hàng, đo thể tích kiện hàng tự động.
• Trong xây dựng và trắc địa: Các loại máy như máy đo khoảng cách laser, máy quét 3D laser giúp việc phân tích và đo lường không gian dễ hơn bao giờ hết
• Trong đời sống: Máy quét mã vạch ở siêu thị, chuột máy tính laser, hệ thống an ninh gia đình.

Hướng Dẫn Lựa Chọn Cảm Biến Laser Phù Hợp

Để chọn được sản phẩm tối ưu, bạn cần xem xét các yếu tố sau

• Câu hỏi đầu tiên và quan trọng nhất bạn cần trả lời là: "Tôi cần cảm biến laser để làm gì?". Mục tiêu sẽ quyết định loại cảm biến cơ bản bạn cần tìm. Ví dụ như: Để đo lường chính xác? Để phát hiện vật thể (Có/Không)? Để đếm đối tượng tốc độ cao? Mỗi loại cảm biến sẽ phù hợp cho một ứng dụng riêng, hãy biết nhu cầu của mình, bạn sẽ tìm được chính xác loại cảm biến laser mà bạn cần

Phân tích đặc tính của đối tượng mà bạn cần giám sát

• Do cảm biến laser hoạt động dựa trên nguyên lý của chùm ánh sáng. Nên việc xác định rõ “đối tượng” cần giám sát sẽ đóng vai trò quan trọng với khả năng hoạt động của cảm biến. Các vật thể màu sáng, bóng sẽ phản xạ tia laser tốt hơn vật thể có màu đen, mờ. Ngoài ra, các vật liệu như nhựa, thủy tinh có độ trong suốt cao là những thử thách khá lớn cho cảm biến laser vì tia sáng sẽ chiếu xuyên qua các vật thể. Do đó, cần phải xác định rõ đối tượng cần giám sát để có thể chọn hiệu quả hơn

Đánh giá môi trường làm việc của cảm biến

• Đối với mọi loại cảm biến, môi trường làm việc luôn là yếu tố mà bạn nên quan tâm khi chọn lựa cảm biến. Các loại cảm biến được thiết kế với nhiều chất liệu khác nhau để phù hợp cho các môi trường làm việc khác nhau. Các loại chống ăn mòn cao phù hợp với môi trường khắc nghiệp, có loại phù hợp làm ở môi trường ẩm ướt, các loại có giá thành rẻ thường sẽ có khả năng bảo vệ kém hơn. Hãy đánh giá môi trường làm việc để có thể chọn loại cảm biến có chức năng bảo vệ phù hợp. Tránh việc vừa mua thiết bị xong thì cảm biến bị hỏng do môi trường

Đảm bảo các thông số kỹ thuật cần thiết

• Sau khi đã xác định được các yếu tố bên trên. Hãy đảm bảo các thông số kỹ thuật thiết yếu mà bạn cần ở một cảm biến như: 
• Khoảng cách đo: Xác định khoảng cách đo từ cảm biến đến vùng giám sát của bạn là bao nhiêu, luôn chọn khoảng cách đo lớn hơn khoảng cách thực tế để đảm bảo hoạt động ổn định
• Độ chính xác và độ lặp lại: tùy vào công việc sẽ có những yêu cầu riêng về hai thông số này, hãy kiểm tra lại ứng dụng của bạn và chọn sao cho phù hợp
• Ngoài ra, còn nhiều thông số khác mà bạn cần quan tâm như tốc độ phản hồi, ngõ ra tín hiệu… Hãy xác định rõ nhu cầu sử dụng và chọn những thông số chính phù hợp nhất với nhu cầu

Câu Hỏi Thường Gặp Về Cảm Biến Laser (FAQ)

Hỏi: Tia laser từ cảm biến có gây hại cho mắt không?
Đáp: Hầu hết các cảm biến laser công nghiệp thuộc loại Class 1 hoặc Class 2, được coi là an toàn cho mắt trong điều kiện hoạt động bình thường. Tuy nhiên, bạn cũng không nên nhìn thẳng vào tia laser trong thời gian dài. Luôn kiểm tra phân loại laser trên sản phẩm và theo tuân thủ hướng dẫn của nhà sản xuất.

Hỏi: Cảm biến laser có hoạt động được trong môi trường nhiều bụi không?
Đáp: Môi trường nhiều bụi có thể ảnh hưởng đến hiệu suất của cảm biến. Tuy nhiên, nhiều loại cảm biến được thiết kế với chỉ số bảo vệ cao (IP67, IP69K) và có các thuật toán lọc nhiễu để hoạt động ổn định. Với môi trường quá khắc nghiệt, loại cảm biến thu phát riêng thường là lựa chọn tốt hơn.

Hỏi: Sự khác biệt chính giữa cảm biến laser và cảm biến hồng ngoại là gì?
Đáp: Khác biệt chính nằm ở nguồn sáng. Cảm biến laser sử dụng chùm tia sáng tập trung, thẳng, cho phép phát hiện từ khoảng cách xa và chính xác hơn. Cảm biến hồng ngoại (sử dụng LED) có chùm tia tỏa rộng hơn, phù hợp cho các ứng dụng phát hiện các vật thể lớn ở khoảng cách gần với chi phí thấp hơn.

Hỏi: Thông số phạm vi của cảm biến laser là gì?
Đáp: Cảm biến khoảng cách laser được thiết kế để đo khoảng cách không tiếp xúc: Phạm vi đo của cảm biến laser dùng để chỉ khoảng cách mà tia laser có thể truyền được, các loại phổ thông có phạm vi đi khoảng vài mét vài chục mét, các loại cao cấp cho phép đo khoảng cách lên đến vài km

Hỏi: Cảm biến Laser CMOS là gì?
Đáp: Cảm biến hình ảnh CMOS kết hợp với thuật toán điều chỉnh công suất laser ít bước để tạo ra khả năng phát hiện ổn định với các loại phôi từ cao su đen có độ phản xạ thấp đến thép không gỉ và các vật liệu có độ bóng cao khác.

Hỏi: Cảm biến laser đo được khoảng cách xa đến bao nhiêu?  
Đáp: Một số dòng cảm biến cho phép đo khoảng cách rất xa ví dụ như dòng LDM301 cho phép đo khoảng cách lên đến 300m đối với các bề mặt tự nhiên hoặc lên đến 3000m đối với các bề mặt mang tính phản xạ

Hỏi: Các thương hiệu cảm biến laser chất lượng
Đáp: Hiện nay, trên thị trường có rất nhiều thương hiệu cung cấp cảm biến laser khác nhau. Tuy nhiên, Lidinco sẽ gợi ý cho bạn một số thương hiệu uy tín và có chất lượng tốt trên thị trường để bạn có thể mua được các sản phẩm tốt, đáp ứng được các nhu cầu của mình

- Omron: Một trong những thương hiệu chuyên cung cấp sản phẩm tự động hóa có tiếng lâu năm trên thị trường. Omron cung cấp các dòng cảm biến laser đo khoảng cách và phát hiện vật cản với chất lượng cao, phù hợp cho nhu cầu làm việc ở các môi trường khắc nghiệt như trong công nghiệp mà vẫn đảm bảo khả năng làm việc ổn định

- Keyence: Đây là một thương hiệu đến từ Mỹ chuyên cung cấp các giải pháp đo lường về quang học và cảm biến laser là một trong những thế mạnh đến từ thương hiệu này. Keyence cung cấp nhiều loại cảm biến đo từ khoảng cách gần đến xa với độ chính xác cao phù hợp cho nhiều nhu cầu sử dụng khác nhau

- IMF: Là một thương hiệu uy tín lâu năm đến từ Đức. Đây cũng là một nhà sản xuất chuyên cung cấp các giải pháp về đo lường và tự động hóa mạnh mẽ được sử dụng rộng rãi trên toàn thế giới. Nếu bạn đang tìm một nhà cung cấp uy tín với các sản phẩm có độ bền cao thì IFM cũng là một trong những thương hiệu rất đáng để cân nhắc

Kết Luận

Từ những phân tích trên, có thể thấy cảm biến laser không còn là một công nghệ xa vời mà đã trở thành một thành phần không thể thiếu, thúc đẩy sự phát triển của tự động hóa trong mọi lĩnh vực. Với khả năng đo lường chính xác, phát hiện tin cậy và tốc độ phản hồi nhanh, chúng giúp doanh nghiệp nâng cao năng suất, giảm thiểu sai sót và tiết kiệm chi phí vận hành.
Nếu bạn đang tìm kiếm một giải pháp cảm biến hiệu quả cho ứng dụng của mình, hãy xem xét đến công nghệ laser. Đừng ngần ngại liên hệ với các chuyên gia để được tư vấn và lựa chọn sản phẩm phù hợp nhất với nhu cầu của bạn.

Mua cảm biến laser ở đâu

Là một thiết bị ngày càng được sử dụng phổ biến trong hầu hết các nhà máy. Bạn có thể dễ dàng tìm mua cảm biến laser đo khoảng cách và cảm biến laser phát hiện vị trí tại nhiều nhà cung cấp trên toàn quốc. Tuy nhiên, để mua được các sản phẩm chính hãng, chất lượng tốt củng như có chính sách hỗ trợ tư vấn và sử dụng rõ ràng, bạn nên chọn những nhà cung cấp uy tín có kinh nghiệm lâu năm trên thị trường.

Hiện nay, Lidinco đang cung cấp các dòng cảm biến tia laser đến từ các thương hiệu của Nhật, Mỹ và Đức với chất lượng cao, hoạt động bền bỉ ngay cả trong điều kiện môi trường khắc nghiệt. Vui lòng liên hệ theo thông tin bên dưới đễ được tư vấn thêm

CÔNG TY TNHH ĐẦU TƯ PHÁT TRIỂN CUỘC SỐNG  
HCM: 028.39778269 – 028.36016797 –  (Zalo) 0906.988.447
Skype: Lidinco – Email: sales@lidinco.com
Bắc Ninh: 0222.7300180 – Email: bn@lidinco.com