La velocimetria ottica industriale può basarsi su principi fisici diversi: l’effetto Doppler, la correlazione di immagini e il filtro spaziale. In questa pagina, di taglio teorico, confrontiamo questi metodi per chiarire vantaggi, limiti e ambiti applicativi, con riferimento ai velocimetri ed encoder ottici ASTech. La pagina completa la trattazione avviata in Ottica e LASER, all’interno della sezione Tecnologie.
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L’effetto Doppler nella misura di velocità
La velocimetria laser Doppler (LDV) sfrutta lo spostamento di frequenza della luce diffusa da un oggetto in movimento: due fasci laser coerenti si incrociano e generano un reticolo di interferenza; le particelle o la superficie che attraversano il reticolo producono un segnale la cui frequenza è proporzionale alla velocità. È un metodo estremamente accurato, molto usato in laboratorio e in fluidodinamica. Tuttavia richiede sorgenti laser coerenti, allineamento accurato e, spesso, condizioni controllate. Per questo motivo, nelle linee di produzione continue, altri principi ottici risultano più pratici e robusti.
La correlazione ottica
Il metodo a correlazione acquisisce immagini successive della superficie e ne calcola lo spostamento confrontandole tra loro. È intrinsecamente bidirezionale e non richiede una velocità minima: la misura resta valida anche da fermo. Inoltre tollera bene superfici a contrasto variabile.
È il principio dell’encoder ottico VLM60, progettato come sostituto diretto delle ruote di misura, con incertezza inferiore all’1 % nel campo 0…300 m/min.
Il filtro spaziale
Il filtro spaziale produce un segnale la cui frequenza è direttamente proporzionale alla velocità del materiale, con elevatissima accuratezza e ampio campo dinamico. È la tecnologia del VLM500, capace di misurare fino a 50 m/s con incertezza inferiore allo 0,025 %.
Rispetto al Doppler, il filtro spaziale con illuminazione a LED non richiede sorgenti coerenti né precauzioni di sicurezza laser, mantenendo robustezza industriale e facilità d’installazione.
Confronto tra i tre metodi
| Criterio | Filtro spaziale (VLM500) | Correlazione (VLM60) | Laser Doppler (LDV) |
|---|---|---|---|
| Velocità massima | fino a 50 m/s | 0…5 m/s | molto elevata |
| Velocità minima | bassa | 0 m/s | bassa |
| Incertezza tipica | < 0,025 % | < 1 % | molto bassa |
| Sorgente | LED luce bianca | LED luce bianca | laser coerente |
| Impiego tipico | linee ad alta velocità | sostituzione ruote di misura | laboratorio, fluidodinamica |
Quale principio per quale applicazione
In pratica, per le linee industriali ad alta velocità (siderurgia, trafila, converting) il filtro spaziale del VLM500 offre il miglior compromesso tra accuratezza e robustezza. Per la sostituzione di ruote di misura e le movimentazioni lente, la correlazione del VLM60 è la scelta naturale. La velocimetria laser Doppler, infine, resta preferibile in contesti di misura di precisione in laboratorio. Ad esempio, una linea di laminazione a caldo richiede alta velocità e robustezza: il VLM500 è la risposta tecnica più adatta.
Vantaggi delle soluzioni ASTech
- Due principi complementari (filtro spaziale e correlazione) per coprire l’intero campo di velocità
- Accuratezza fino a < 0,025 % e misura fino a 0 m/s a seconda del modello
- Illuminazione LED a luce bianca, senza rischi laser
- Robustezza industriale IP 65 e Made in Germany
- Integrazione semplice tramite uscite encoder, analogiche e bus di campo
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Domande frequenti
È una tecnica che misura la velocità sfruttando lo spostamento di frequenza della luce laser diffusa da un oggetto in movimento. È molto accurata ma richiede sorgenti laser coerenti e allineamento preciso, motivo per cui in linea di produzione si preferiscono spesso filtro spaziale o correlazione.
La correlazione confronta immagini successive della superficie e misura lo spostamento anche a 0 m/s (VLM60). Il filtro spaziale genera un segnale di frequenza proporzionale alla velocità, ideale per alte velocità e alta precisione (VLM500).
Il filtro spaziale della serie VLM500 offre un’incertezza inferiore allo 0,025 %; la velocimetria laser Doppler può raggiungere precisioni elevatissime in laboratorio, mentre la correlazione del VLM60 ha incertezza inferiore all’1 %.
No: le serie VLM500 e VLM60 usano rispettivamente filtro spaziale e correlazione ottica con illuminazione LED, non l’effetto Doppler. Il Doppler è trattato qui a fini comparativi.
Si valutano velocità, accuratezza richiesta e tipo di superficie: filtro spaziale per alta velocità, correlazione per basse velocità e sostituzione ruote di misura. Il supporto tecnico RODER affianca nella scelta del modello.
Luce coerente, speckle e stabilità del segnale
Una differenza sostanziale tra i metodi riguarda la sorgente luminosa. La velocimetria laser Doppler richiede luce coerente, che però genera il fenomeno dello speckle: un pattern granulare che può disturbare la misura su superfici irregolari. Le tecnologie ASTech, al contrario, impiegano LED a luce bianca non coerente, riducendo questo effetto e semplificando l’installazione, poiché non sono necessarie le precauzioni di sicurezza tipiche dei sistemi laser di classe elevata.
Di conseguenza, filtro spaziale e correlazione ottica offrono un eccellente compromesso tra accuratezza e robustezza nelle condizioni reali di fabbrica, dove vibrazioni, polvere e variazioni di superficie sono la norma.
Risoluzione, tempo di aggiornamento e dinamica
Oltre all’incertezza, contano la risoluzione e il tempo di aggiornamento. Il VLM500, ad esempio, aggiorna la misura in tempi inferiori al millisecondo e offre una media mobile configurabile, utile per stabilizzare il segnale senza perdere prontezza. La sua uscita encoder ha una risoluzione fine, con frequenza d’impulso ampia. Questa dinamica elevata consente di seguire transitori rapidi, come gli avvii di linea o le variazioni di processo, mantenendo accurata anche la misura di lunghezza per integrazione.
In definitiva, la scelta del principio ottico non si riduce alla sola velocità massima: occorre valutare l’intero comportamento dinamico in relazione all’applicazione. Il supporto tecnico RODER aiuta a tradurre questi parametri nella configurazione più adatta. Va inoltre ricordato che, a parità di principio, la qualità della superficie, la distanza di lavoro e la presenza di vibrazioni influenzano il risultato finale: per questo una valutazione preliminare dell’applicazione, condotta insieme ai tecnici, permette di scegliere tra filtro spaziale e correlazione ottica con piena consapevolezza, evitando sovradimensionamenti inutili e garantendo la massima ripetibilità nel tempo.
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