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激光位移傳感器原理及應用分析
文章出處：網(wǎng)絡人氣：發(fā)表時間：2018-12-07 16:13:34
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)生裝置相對比較復雜且體積較大，因此會對激光位移傳感器的應用范圍要求較苛刻，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三角法：
半導體激光器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)計算陣列④上的光點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線性相機接收，根據(jù)不同的距離，CCD線性相機可以在不同的角度下“看見”這個光點。根據(jù)這個角度及已知的激光和相機之間的距離，數(shù)字信號處理器就能計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，計算出相應的輸出值，并在用戶設定的模擬量窗口內(nèi)，按比例輸出標準數(shù)據(jù)信號。如果使用開關量輸出，則在設定的窗口內(nèi)導通，窗口之外截止。另外，模擬量與開關量輸出可獨立設置檢測窗口。
采取三角測量法的激光位移傳感器最高線性度可達1um，分辨率更是可達到0．1um的水平。比如ZLDS100類型的傳感器，它可以達到0．01％高分辨率，0．1％高線性度，9．4KHz高響應，適應惡劣環(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，以此計算出距離值，該輸出值是將上千次的測量結果進行的平均輸出。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，最遠檢測距離可達250m。
激光位移傳感器原理的應用說明
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；碰撞試驗測量；汽車相關試驗等。
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行度量值的輸出，另外也可以用一個軟件計算出度量值，并根據(jù)信號或數(shù)據(jù)讀出結果。
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。當產(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三角法：
半導體激光器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)計算陣列④上的光點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線性相機接收，根據(jù)不同的距離，CCD線性相機可以在不同的角度下“看見”這個光點。根據(jù)這個角度及已知的激光和相機之間的距離，數(shù)字信號處理器就能計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，計算出相應的輸出值，并在用戶設定的模擬量窗口內(nèi)，按比例輸出標準數(shù)據(jù)信號。如果使用開關量輸出，則在設定的窗口內(nèi)導通，窗口之外截止。另外，模擬量與開關量輸出可獨立設置檢測窗口。
采取三角測量法的激光位移傳感器最高線性度可達1um，分辨率更是可達到0．1um的水平。比如ZLDS100類型的傳感器，它可以達到0．01％高分辨率，0．1％高線性度，9．4KHz高響應，適應惡劣環(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，以此計算出距離值，該輸出值是將上千次的測量結果進行的平均輸出。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，最遠檢測距離可達250m。
激光位移傳感器原理的應用說明
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；碰撞試驗測量；汽車相關試驗等。
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行度量值的輸出，另外也可以用一個軟件計算出度量值，并根據(jù)信號或數(shù)據(jù)讀出結果。
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。當產(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，已達到檢測物體直線度的目的。
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