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传感器知识

德国米铱激光轮廓仪原理

德国米铱激光轮廓扫描仪使用激光三角测量原理, 对不同被测物体表面进行二维轮廓扫描。激光束被一组特定透镜放大用以形成一条静态激光线,投射到被测物表面上。高品质的光学系统将该激光线的漫反射光,投射到高度敏感的传感器感光矩阵上。除了传感器到被测物体的距离信息(Z轴),控制器还可以通过这组图像来计算沿激光线(x轴)上的位置。传感器最终输出一组二维坐标值,坐标系的原点与传感器本身相对固定。通过移动被测物体或传感器,便可得出三维测量结果。

使用激光二极管发出的激光,在被测物体表面可以形成点状光斑。采用特殊透镜组使激光点扩散到一条线上。传统分光型激光传感器采用圆柱型透镜折射激光。这种传统方法最大的问题是沿着激光线的高斯光强分布所导致的非常弱的边沿照度。德国米铱提供的scanCONTROL型轮廓传感器采用的是精密楔形透镜,可以排除激光线边沿光强减弱的问题。

反射光
测量时,高度敏感的感光元件CMOS矩阵可以接收从被测物体反射回来的光线,形成高精度轮廓影像。任何轮廓改变都会改变投射到被测物体表面的激光线的形状,从而改变感光器件矩阵上的影像结果。如果移动探头或者被测物体,可以得到若干扫描线轮廓,将这些轮廓合成就可以行成3D影像结果。这个影像也被称作“点云”,因为影像由数千个独立测量点所组成。

全面考虑
增加的一个测量维度,使轮廓扫描仪传感器比其他类型位移传感器更加复杂。基本上讲,不可以简单判断一个被测物体是否可以被轮廓扫描仪传感器测量。成功的测量往往取决于要取得哪个测量值以及在什么环境下进行测量。因此测量是否可行需要从头评估每一件被测物品。举例来讲,测量是否成功取决于有多长时间可以用于测量。被测物体通过探头光束的速度越慢,越多时间可以被用于测量。因此,不能简单的认为一个静态测量可行,就一定意味着动态测量也是可行的。测量的结果也取决于被测物体表面的反光特性。也就是说被测物体表面的反光性或吸光性的强弱,会决定是否可以测得有效信号。被测材料本身也会影响测量结果。举例来讲,如果半透明被测物体的透明度过高,测量信号可能完全失真了。最后一个应该考虑的因素是被测物体的轮廓缺陷,可能产生阴影的轮廓以及多次反射的表面影响。以上这些基本因素都可能明显影响测量信号质量以及测量结果。

正确设置
除去上面提到的这些影响因素,一个清晰可识别的轮廓表面反射的持续信号仍然可能是难以使用的缺损信号。如果想避免这种情况,轮廓仪的每一个独立参数都必须正确设置并适合被测物体。使用正确的滤波器以及曝光时间的设定,往往能够改善不良信号,经过不断尝试最终可以完成测试。举例来讲,测量一个快速移动的黑色橡胶被测物体,较短的曝光时间和被测物体的高吸光性都会更容易导致一个不良的测量结果。而与之相反,如果黑色被测物体不移动或较慢移动,较长的曝光时间可能更有助于获得完整的轮廓信息。

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