Kosketuksettomat anturit etäisyyden mittaamiseen
Julkaistu:2026-10-19 | Julkaisija: Markus VuoristoMuokattu:2026-10-19
Kasvavan automaatioasteen myötä teollisuudessa tarvitaan yhä tarkempia ja monipuolisempia antureita mittaamaan mm. etäisyyttä, paksuutta, sijaintia ja profiilia. Käyttökohteet vaihtelevat puhtaista ja sisätiloista aina kaivosten tai metsäteollisuuden haastaviin olosuhteisiin, ja erilaisilla anturivalinnoilla vastataan ympäristön haasteisiin. Toisinaan päänvaivaa aiheuttavat mitattavan pinnan ominaisuudet, kun kaltevat, heijastavat ja likaiset pinnat vaativat kaikki oman huomionsa. Välillä tarvitaan mikrometrien tarkkaa tietoa lähietäisyydeltä, mutta toisinaan kohde voi olla kymmenien metrien päässä. Lisäksi mittaustarve voi vaihdella pistemäisestä alueesta kokonaisen tilan 3D-skannaamiseen.
Anturiteknologia kehittyy jatkuvasti uusien innovaatioiden myötä, ja runsaasti dataa tuottavista antureista saadaan laskentatehon kasvaessa täsmällistä tietoa käyttäjälle. Tässä artikkelissa käsitellään kosketuksettomia mittaavia antureita, jotka eivät ole luokiteltuja turvatuotteiksi, eikä niitä olla suunniteltu ihmisten suojaamiseen.
Tuki
Optiset anturit
Optisia antureita eli valokennoja käytetään laajasti erilaisissa käyttökohteissa. Etäisyys anturin ja kohteen välillä lasketaan mittaamalla joko valonsäteen matka-aikaa tai sen paluukulmaa. Näillä periaatteilla voidaan mitata etäisyyksiä jopa mikrometrien tarkkuuksilla.
TARKKAA MITTAUSTA PISTEESTÄ LAAJOIHIN ALUEISIIN
Myös laserskanneri eli lidari perustuu samaan teknologiaan, mutta lasersädettä käännetään peilin avulla skannaamaan laajempaa aluetta. Lidareista löytyy sekä 2D- että 3D-versioita erilaisilla kulmaresoluutioilla, ja tunnistusetäisyyksillä ja -leveyksillä. Lidarin tuottama pistepilvi tarjoaa kattavaa tietoa ympäristöstä ja mahdollistaa esimerkiksi paikantamisen, mittaamisen ja kohdistamisen. Teknologiaa voidaan hyödyntää niin linjastoilla kuin autonomisissa koneissakin. 3D-Lidarilla voidaan myös luoda digitaalisia karttoja ympäristöstä esimerkiksi kaivoskoneiden tai kaivinkoneiden käyttöön.
Tiesitkö?
Tärinä aiheuttaa haasteita laserskannerin kääntyvälle peilille. Peilitön solid-state -teknologia tarjoaa mahdollisuuksia lidarin käytölle tällaisessakin ympäristössä.
3D-pistepilven perusteella voidaan navigoida tarkkuutta vaativissa sovelluksissa.
Laseranturi mittaa valonsäteen matka-aikaa tai sen paluukulmaa.
Tarkkaa mittausta valoverhoilla
Valoverhossa valoa ei heijasteta kohteesta takaisin anturiin, vaan mittaus tapahtuu lähettimen ja vastaanottimen avulla. Yksi valoverho voi muodostua muutamista tai jopa useista kymmenistä valonsäteistä. Kun valonsäde katkeaa lähettimen ja vastaanottimen välillä, se kertoo jonkin estävän valon kulkemisen. Tarkimmillaan valonsäteet kulkevat vain muutaman millimetrin välein, mikä mahdollistaa täsmällisen mittatiedon saamisen erityisesti silloin, kun säteet tunnistetaan myös ristikkäin. Lisäksi mitattavat alueet voidaan määrittää ohjelmallisesti ja halutut havainnot jättää mittauksen ulkopuolelle.
Tiesitkö?
Mittaavan valoverhon etuna on yksinkertainen käyttöönotto ja helposti hallittava analogi- tai IO-link -ulostulo.
Valoverho on monipuolinen tuote myös mittaamista vaativiin sovelluksiin.
Optisten antureiden heikkoudet
Optisilla laitteilla on paljon etuja ja mahdollisia käyttökohteita, mutta myös omat heikkoutensa. Valoon perustuva teknologia on riippuvainen luotettavasta heijastuksesta. Roiskevesi, pöly ja muut epäpuhtaudet aiheuttavat haasteita etenkin anturin linssiin kerääntyessä, mutta myös ilmassa leijuvat lumihiutaleet tai sumu voivat olla ongelmallisia. Toki ulkokäyttöön suunnitellut laitteet osaavat kiertää näitäkin haasteita, mutta fysiikka aiheuttaa lopulta rajoituksensa. Toisinaan myös tunnistettava pinta heijastaa valoa niin epäluotettavasti, että optisen laitteen käyttö ei yksinkertaisesti ole mahdollista. Tällainen esimerkki voisi olla epätasainen kiiltävä pinta, josta valo kääntyy jyrkästi eri suuntiin, eikä anturi näin ollen vastaanota luotettavaa heijastusta.Ultraääni
Ultraääneen perustuva teknologia käyttäytyy haastavissa oloissa eri tavoin optisiin laitteisiin verrattuna. Myös ultraäänianturin toiminta perustuu anturin lähettämään aaltoon ja sen heijastamiseen takaisin kohteesta, jolloin aikaa mittaamalla voidaan laskea myös etäisyys. Äänen nopeus tosin vaihtelee jonkin verran mm. lämpötilan muuttuessa, mikä on syytä ottaa huomioon äärimmäistä tarkkuutta vaativissa kohteissa. Ääniaalto läpäisee valonsädettä luotettavammin erilaiset ilman epäpuhtaudet, eikä esimerkiksi sääolot, lika tai vesipisarat muodosta samaan tapaan ongelmia.
Ultraäänellä voidaan mitata luotettavasti sellaisiakin esineitä, jotka aiheuttavat haasteita valokennoille, kuten kiiltäviä tai läpinäkyviä kohteita. Ultraäänianturi on suosittu ratkaisu esimerkiksi siilojen ja tankkien pinnan mittaamisessa, kun säiliössä on kosteutta tai pölyä, eikä mitattava pinta ole tasainen. Ultraäänianturi soveltuu kuitenkin erinomaisesti myös tehdasympäristöissä tai koneenrakentajien sovelluksissa epäpuhtaisiin olosuhteisiin tai haastavien pintojen mittaamiseen.
Oikean ultraäänianturin valinta
Ultraäänianturin valintaa vaikeuttaa sen leveä tunnistusalue, jos mitattavan kohteen ympärillä on virhehavaintoja aiheuttavia kohteita. Anturia valittaessa on huomioitava, että ympärillä on riittävästi tilaa, ja anturin kohdistus osuu vain haluttuun kohteeseen. Saatavilla on kuitenkin säteenkaventajia ja kapeakeilaisempia antureita, joita soveltamalla voidaan hyödyntää ultraääntä yllättävän ahtaissakin tiloissa.
Mittatiedon ulostuloina toimivat jännite- tai milliampeeriviesti sekä IO-link. Saatavilla on myös täysin ruostumattomasta teräksestä valmistetut mallit korkealla IP-luokituksella ja Ecolab-sertifikaatilla mm. elintarviketeollisuuden tarpeisiin.
Ultraäänianturin toiminta perustuu ääniaallon kaikuun.
Tutka
Ääniaaltoihin ja valonsäteisiin perustuvat ratkaisut kohtaavat haasteita, kun on tarve mitata hehkuvan kuumaa metallia mikrometrien tarkkuudella tai havaita seinämän toisella puolella liikkuva ajoneuvo.
Radioaaltoihin perustuvalla tutka-anturilla voidaan toteuttaa mittauksia myös silloin, kun ihmisen oma havainnointikyky on estynyt. Tutka-antureista voi olla yllättävää hyötyä myös perinteisissä mittaussovelluksissa.
MONIPUOLISET SÄÄTÖMAHDOLLISUUDET
Tarkkaan mittaamiseen tarkoitettu tutka-anturi vaatii parametrien asettamista ennen käyttöönottoa. Juuri nämä säätömahdollisuudet tekevät anturista monipuolisen.
Säätämällä seuraavia ominaisuuksia voidaan määrittää tarkasti, mitä halutaan tunnistaa ja mitkä häiriötekijät jätetään huomioimatta:
- Signaalin voimakkuus
- Ulostulon kynnys
- Tunnistusalue
TUTKA-ANTURIN EDUT JA KÄYTTÖKOHTEET
Tutka-anturi mahdollistaa mittauksia, jotka eivät onnistu optisilla tai ultraääneen perustuvilla antureilla.
- Rakenteiden läpi mittaaminen: Ihmisen havaitseminen kipsilevyseinän takaa tai ajoneuvojen mittaaminen tumman muovin läpi.
- Toiminta haastavissa sääolosuhteissa: Jää, lumi, raekuuro tai rankkasade eivät estä tutka-anturin toimintaa.
- Kosketukseton liikkeen mittaus: Erillisen heijastavan vastakappaleen avulla tutka-anturilla voidaan korvata esimerkiksi mekaaninen vaijerikela-anturi lineaarisen liikkeen mittauksessa
Tutka-anturi tarjoaa mahdollisuuksia kun valokenno on vaikeuksissa.
Helppo käyttöönotto
Yksinkertaisimmillaan tutka-anturista saadaan tarkka analoginen ulostulosignaali jo muutaman minuutin käyttöönoton ja määritysten jälkeen. Kun asetukset on tallennettu, anturin toiminta ei enää vaadi erillistä ohjelmistoa.Usein kysytyt kysymykset etäisyyden mittauksesta ja anturivalinnoista
Mitä vaihtoehtoja on optisille etäisyysantureille?
Optisten laitteiden lisäksi mittatietoa voidaan tuottaa mm. ultraäänianturilla ja tutka-anturilla.Miten valita oikea anturitekniikka etäisyyden mittaamiseen?
Ympäröivät olosuhteet sekä mitattavan pinnan ominaisuudet vaikuttavat tekniikan valintaan.Mikä on eri anturitekniikoiden mittausalue?
Tunnistusetäisyys vaihtelee senttimetreistä aina kymmenien metrien päähän.Miten tiedonsiirtotarpeet vaikuttavat anturin valintaan?
Analogiulostulot, IO-Link ja lidarin raakadatan käsittely asettavat erilaiset lähtökohdat anturin valinnalle.Kuinka tarkka etäisyysmittaus voidaan saavuttaa?
Vaadittu resoluutio voi vaihdella senttimetreistä mikrometrien tarkkuuteen.
