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激光位移傳感器原理及應(yīng)用分析
文章出處：Naichuang 人氣： 發(fā)表時間：2018-12-07 16:13
激光位移傳感器可以測量位移、厚度、振動、距離、直徑等精密的幾何測量。激光有直線度好的優(yōu)良特性，同樣激光位移傳感器相對于我們已知的超聲波傳感器有更高的精度。但是，激光的產(chǎn)生裝置相對比較復(fù)雜且體積較大，因此會對激光位移傳感器的應(yīng)用范圍要求較苛刻，本文將給大家分享激光位移傳感器原理及應(yīng)用分析。
激光位移傳感器原理
先給大家分享一個激光位移傳感器原理圖，一般激光位移傳感器采用的基本原理是光學(xué)三角法：
半導(dǎo)體激光器①被鏡片②聚焦到被測物體⑥。反射光被鏡片③收集，投射到CMOS陣列④上；信號處理器⑤通過三角函數(shù)計(jì)算陣列④上的光點(diǎn)位置得到距物體的距離。
按照測量原理， 激光位移傳感器分為激光三角測量法和激光回波分析法， 激光三角測量法一般適用于高精度、短距離的測量，而激光回波分析法則用于遠(yuǎn)距離測量，下面分別介紹激光三角測量原理和激光回波分析原理。
1．激光位移傳感器原理之激光三角測量法原理
激光發(fā)射器通過鏡頭將可見紅色激光射向被測物體表面，經(jīng)物體反射的激光通過接收器鏡頭，被內(nèi)部的CCD線性相機(jī)接收，根據(jù)不同的距離，CCD線性相機(jī)可以在不同的角度下“看見”這個光點(diǎn)。根據(jù)這個角度及已知的激光和相機(jī)之間的距離，數(shù)字信號處理器就能計(jì)算出傳感器和被測物體之間的距離。
同時，光束在接收元件的位置通過模擬和數(shù)字電路處理，并通過微處理器分析，計(jì)算出相應(yīng)的輸出值，并在用戶設(shè)定的模擬量窗口內(nèi)，按比例輸出標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)信號。如果使用開關(guān)量輸出，則在設(shè)定的窗口內(nèi)導(dǎo)通，窗口之外截止。另外，模擬量與開關(guān)量輸出可獨(dú)立設(shè)置檢測窗口。
采取三角測量法的激光位移傳感器最高線性度可達(dá)1um，分辨率更是可達(dá)到0．1um的水平。比如ZLDS100類型的傳感器，它可以達(dá)到0．01％高分辨率，0．1％高線性度，9．4KHz高響應(yīng)，適應(yīng)惡劣環(huán)境。
2．激光位移傳感器原理之激光回波分析原理
激光位移傳感器采用回波分析原理來測量距離以達(dá)到一定程度的精度。傳感器內(nèi)部是由處理器單元、回波處理單元、激光發(fā)射器、激光接收器等部分組成。激光位移傳感器通過激光發(fā)射器每秒發(fā)射一百萬個激光脈沖到檢測物并返回至接收器，處理器計(jì)算激光脈沖遇到檢測物并返回至接收器所需的時間，以此計(jì)算出距離值，該輸出值是將上千次的測量結(jié)果進(jìn)行的平均輸出。即所謂的脈沖時間法測量的。激光回波分析法適合于長距離檢測，但測量精度相對于激光三角測量法要低，最遠(yuǎn)檢測距離可達(dá)250m。
激光位移傳感器原理的應(yīng)用說明
激光位移傳感器常用于長度、距離、振動、速度、方位等物理量的測量，還可用于探傷和大氣污染物的監(jiān)測等 。
1．尺寸測定：微小零件的位置識別；傳送帶上有無零件的監(jiān)測；材料重疊和覆蓋的探測；機(jī)械手位置（工具中心位置）的控制；器件狀態(tài)檢測；器件位置的探測（通過小孔）；液位的監(jiān)測；厚度的測量；振動分析；碰撞試驗(yàn)測量；汽車相關(guān)試驗(yàn)等。
2．金屬薄片和薄板的厚度測量：激光傳感器測量金屬薄片（薄板）的厚度。厚度的變化檢出可以幫助發(fā)現(xiàn)皺紋，小洞或者重疊，以避免機(jī)器發(fā)生故障。
3．氣缸筒的測量，同時測量：角度，長度，內(nèi)、外直徑偏心度，圓錐度，同心度以及表面輪廓。
4．長度的測量：將測量的組件放在指定位置的輸送帶上，激光傳感器檢測到該組件并與觸發(fā)的激光掃描儀同時進(jìn)行測量，最后得到組件的長度。
5．均勻度的檢查：在要測量的工件運(yùn)動的傾斜方向一行放幾個激光傳感器，直接通過一個傳感器進(jìn)行度量值的輸出，另外也可以用一個軟件計(jì)算出度量值，并根據(jù)信號或數(shù)據(jù)讀出結(jié)果。
6．電子元件的檢查：用兩個激光掃描儀，將被測元件擺放在兩者之間，最后通過傳感器讀出數(shù)據(jù)，從而檢測出該元件尺寸的精確度及完整性。
7．生產(chǎn)線上灌裝級別的檢查：激光傳感器集成到灌裝產(chǎn)品的生產(chǎn)制造中，當(dāng)灌裝產(chǎn)品經(jīng)過傳感器時，就可以檢測到是否填充滿。傳感器用激光束反射表面的擴(kuò)展程序就能精確的識別灌裝產(chǎn)品填充是否合格以及產(chǎn)品的數(shù)量。
8．傳感器測量物體的直線度：首先你需要2－3個激光位移傳感器來進(jìn)行組合式的測量，然后將3個激光位移傳感器安裝在于產(chǎn)線平行的一條直線上，并根據(jù)你所需要的測量精度來確定三個激光位移傳感器之間的間距。最后，你需要讓這一個物體以平行于激光位移傳感器安裝線上的方向前進(jìn)。當(dāng)產(chǎn)線與傳感器的安裝線是平行的情況下，三個傳感器測出來的距離差別越大則此物體的直線度越差，三個傳感器測出來的距離差別越小，說明此物體的直線度越好，你可以根據(jù)你所要測量物體的長度，以及三個傳感器安裝間的間距等數(shù)據(jù)來確立一個直線度的百分比，從而得到量化的信號輸出，已達(dá)到檢測物體直線度的目的。
激光位移傳感器原理
先給大家分享一個激光位移傳感器原理圖，一般激光位移傳感器采用的基本原理是光學(xué)三角法：
半導(dǎo)體激光器①被鏡片②聚焦到被測物體⑥。反射光被鏡片③收集，投射到CMOS陣列④上；信號處理器⑤通過三角函數(shù)計(jì)算陣列④上的光點(diǎn)位置得到距物體的距離。
按照測量原理， 激光位移傳感器分為激光三角測量法和激光回波分析法， 激光三角測量法一般適用于高精度、短距離的測量，而激光回波分析法則用于遠(yuǎn)距離測量，下面分別介紹激光三角測量原理和激光回波分析原理。
1．激光位移傳感器原理之激光三角測量法原理
激光發(fā)射器通過鏡頭將可見紅色激光射向被測物體表面，經(jīng)物體反射的激光通過接收器鏡頭，被內(nèi)部的CCD線性相機(jī)接收，根據(jù)不同的距離，CCD線性相機(jī)可以在不同的角度下“看見”這個光點(diǎn)。根據(jù)這個角度及已知的激光和相機(jī)之間的距離，數(shù)字信號處理器就能計(jì)算出傳感器和被測物體之間的距離。
同時，光束在接收元件的位置通過模擬和數(shù)字電路處理，并通過微處理器分析，計(jì)算出相應(yīng)的輸出值，并在用戶設(shè)定的模擬量窗口內(nèi)，按比例輸出標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)信號。如果使用開關(guān)量輸出，則在設(shè)定的窗口內(nèi)導(dǎo)通，窗口之外截止。另外，模擬量與開關(guān)量輸出可獨(dú)立設(shè)置檢測窗口。
采取三角測量法的激光位移傳感器最高線性度可達(dá)1um，分辨率更是可達(dá)到0．1um的水平。比如ZLDS100類型的傳感器，它可以達(dá)到0．01％高分辨率，0．1％高線性度，9．4KHz高響應(yīng)，適應(yīng)惡劣環(huán)境。
2．激光位移傳感器原理之激光回波分析原理
激光位移傳感器采用回波分析原理來測量距離以達(dá)到一定程度的精度。傳感器內(nèi)部是由處理器單元、回波處理單元、激光發(fā)射器、激光接收器等部分組成。激光位移傳感器通過激光發(fā)射器每秒發(fā)射一百萬個激光脈沖到檢測物并返回至接收器，處理器計(jì)算激光脈沖遇到檢測物并返回至接收器所需的時間，以此計(jì)算出距離值，該輸出值是將上千次的測量結(jié)果進(jìn)行的平均輸出。即所謂的脈沖時間法測量的。激光回波分析法適合于長距離檢測，但測量精度相對于激光三角測量法要低，最遠(yuǎn)檢測距離可達(dá)250m。
激光位移傳感器原理的應(yīng)用說明
激光位移傳感器常用于長度、距離、振動、速度、方位等物理量的測量，還可用于探傷和大氣污染物的監(jiān)測等 。
1．尺寸測定：微小零件的位置識別；傳送帶上有無零件的監(jiān)測；材料重疊和覆蓋的探測；機(jī)械手位置（工具中心位置）的控制；器件狀態(tài)檢測；器件位置的探測（通過小孔）；液位的監(jiān)測；厚度的測量；振動分析；碰撞試驗(yàn)測量；汽車相關(guān)試驗(yàn)等。
2．金屬薄片和薄板的厚度測量：激光傳感器測量金屬薄片（薄板）的厚度。厚度的變化檢出可以幫助發(fā)現(xiàn)皺紋，小洞或者重疊，以避免機(jī)器發(fā)生故障。
3．氣缸筒的測量，同時測量：角度，長度，內(nèi)、外直徑偏心度，圓錐度，同心度以及表面輪廓。
4．長度的測量：將測量的組件放在指定位置的輸送帶上，激光傳感器檢測到該組件并與觸發(fā)的激光掃描儀同時進(jìn)行測量，最后得到組件的長度。
5．均勻度的檢查：在要測量的工件運(yùn)動的傾斜方向一行放幾個激光傳感器，直接通過一個傳感器進(jìn)行度量值的輸出，另外也可以用一個軟件計(jì)算出度量值，并根據(jù)信號或數(shù)據(jù)讀出結(jié)果。
6．電子元件的檢查：用兩個激光掃描儀，將被測元件擺放在兩者之間，最后通過傳感器讀出數(shù)據(jù)，從而檢測出該元件尺寸的精確度及完整性。
7．生產(chǎn)線上灌裝級別的檢查：激光傳感器集成到灌裝產(chǎn)品的生產(chǎn)制造中，當(dāng)灌裝產(chǎn)品經(jīng)過傳感器時，就可以檢測到是否填充滿。傳感器用激光束反射表面的擴(kuò)展程序就能精確的識別灌裝產(chǎn)品填充是否合格以及產(chǎn)品的數(shù)量。
8．傳感器測量物體的直線度：首先你需要2－3個激光位移傳感器來進(jìn)行組合式的測量，然后將3個激光位移傳感器安裝在于產(chǎn)線平行的一條直線上，并根據(jù)你所需要的測量精度來確定三個激光位移傳感器之間的間距。最后，你需要讓這一個物體以平行于激光位移傳感器安裝線上的方向前進(jìn)。當(dāng)產(chǎn)線與傳感器的安裝線是平行的情況下，三個傳感器測出來的距離差別越大則此物體的直線度越差，三個傳感器測出來的距離差別越小，說明此物體的直線度越好，你可以根據(jù)你所要測量物體的長度，以及三個傳感器安裝間的間距等數(shù)據(jù)來確立一個直線度的百分比，從而得到量化的信號輸出，已達(dá)到檢測物體直線度的目的。
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