Capteurs de distance à ultrasons : technologie, applications & produits SICK

L’ultrason est une onde ou vibration de même nature que le son mais dont la fréquence est beaucoup plus élevée (de plus de 20 kHz à plusieurs centaines de mégahertz) et totalement inaudible par l’oreille humaine. Les ultrasons sont utilisés dans de nombreuses applications telles que l’écholocalisation, l’échographie médicale mais également dans le domaine industriel où il sera utilisé, sous forme d’un capteur ultrasonique, pour mesurer des distances ou effectuer de la détection d’objets.

1. Le capteur de distance à ultrasons émet grâce à un transducteur en céramique, de courtes impulsions sonores à haute fréquence à intervalles réguliers.
2. Ces vibrations vont alors se propager dans l’air à la vitesse du son.
3. Dès qu’elles rencontrent un obstacle, elles se réfléchissent dessus avant de revenir au capteur sous forme d’écho.
4. Le temps nécessaire à l’impulsion pour aller du capteur à l’objet et revenir est alors mesuré, évalué et converti en distance correspondante par le module capteur.

L’onde sonique, sous forme de cône, permet une détection plus large mais par conséquent, des résultats moins précis qu’avec les capteurs distance optique.

Les champs de commutation servent à évaluer au mieux le pouvoir d'application. La zone bleu foncé représentée dans ces champs de commutation est un exemple de la plage de fonctionnement du capteur lors de la détection d’un tube rond. La zone bleu clair représente la plage de détection maximale (portée limite) à atteindre sur des objets à identifier dans des conditions idéales, dans cet exemple une plaque alignée. Cette zone entre le capteur et l'objet à mesurer doit être dégagée pour éviter la détection involontaire d'objets environnants. La capacité de détection et la plage de détection d'un objet dépendent de ses propriétés réfléchissantes, de sa taille et de son alignement. En fonction de l'application, le capteur peut également détecter de très petits objets, tel qu’un fil métallique.

Le capteur à ultrasons peut être utilisé dans de très nombreuses applications industrielles. En voici quelques exemples.

Le contrôle de niveau des produits en vrac ou de liquides à l’aide de capteurs de distance à ultrasons offre une sécurité de processus indépendante du matériau, même dans des conditions environnementales défavorables telles que la poussière, la saleté ou le brouillard.

•  Détection de produits en vrac lors de la manutention 

Des informations sur le niveau permettent de gérer avec précision les matériaux en évitant de bloquer les bandes transporteuses et de faire déborder les trémies de déversement. Ainsi, plus de pertes de matériaux, de retards et de frais supplémentaires. Parfois des informations simples relatives au niveau, obtenues par des capteurs à ultrasons, suffisent.

• Détection de produits en vrac dans des silos

Dans les silos à grains ou à sciures de bois par exemple, les capteurs de détection à ultrasons peuvent s’avérer également très efficaces malgré la présence de poussière. Ils permettent de signaler avec fiabilité lorsque le silo est plein, vide ou nécessite un approvisionnement.

• Contrôle du niveau dans les trémies de poussière

La surveillance du niveau dans les trémies de poussière est indispensable pour garantir le fonctionnement parfait du filtre. En cas de débordement de la trémie, les éléments filtrants peuvent être endommagés et doivent alors être remplacés. Le remplacement peut retarder le processus, voire interrompre le fonctionnement. Ces défaillances font perdre du temps et de l’argent. Les travaux de nettoyage exigent également du temps. Pour toutes ces raisons, les éventuelles obstructions dans les trémies de poussière doivent être détectées efficacement.

• Contrôle du niveau dans les silos 

• Contrôle du niveau dans les réservoirs de cristallisation

Une étape de processus importante lors de la production d’oxyde d’aluminium est la cristallisation. La solution enrichie est mélangée à des cristaux et le processus de cristallisation commence. Pour une cristallisation rentable, un niveau optimal est nécessaire dans les réservoirs et il faut donc le surveiller en permanence afin d’éviter un débordement.

La détection sur de grandes surfaces d’objets de différentes formes et présentant des propriétés réfléchissantes variables confère, grâce à la technologie ultrasonore, une grande flexibilité aux machines pour un positionnement fiable ou une détection de présence.

• Détection de position d’objet 

La manutention automatisée sans dommage de brames, tôles et bandes est une tâche quotidienne, mais essentielle de l'industrie de production et de transformation des métaux. La détection fiable de ces matériaux est très importante, aussi bien pour la production que pour la sécurité de l'installation. Dans le cadre de la manutention automatisée, des capteurs à ultrasons robustes, chargés de mesurer sans contact, offrent dans des conditions difficiles une solution simple pour détecter efficacement les objets, indépendamment de la couleur de la surface des matériaux.

• Contrôle de conteneurs vides

• Détection d’approche

Au moment de l'approche de la passerelle d'embarquement au niveau du fuselage de l'avion, le capteur à ultrasons aide au positionnement approximatif. Le module de distance ultrason est insensible à la poussière, à la saleté et au brouillard. Grâce à la mesure du temps de propagation, il offre une grande précision de mesure et détecte les objets quelle que soit leur couleur.

Les capteurs ultrason permettent également la protection contre les collisions en agissant comme des « radars de recul ».

• Détection anticollision sur les élévateurs verticaux

• Détection anticollision sur les véhicules autonomes

Les capteurs ultrasoniques détectent les objets situés sur le trajet indépendamment de la constitution du sol. Certains capteurs à ultrasons sont tellement performants qu’ils peuvent être utilisés dans les véhicules sans conducteurs et permettent d’éviter les obstacles.

Contrairement aux capteurs optiques, les capteurs à ultrasons sont capables de mesurer et de détecter dans des domaines d'utilisation les plus divers, sur des surfaces de couleur, brillantes ou transparentes, même dans des conditions ambiantes défavorables, telles que la poussière, la saleté ou le brouillard.

Les capteurs à ultrasons UM30 de SICK montrent leurs performances dans la détection sans contact d’objets dans toutes les applications imaginables. Ces capteurs polyvalents maîtrisent de manière fiable et précise toutes les exigences pour l’automatisation des processus.

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