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详解激光三角位移传感器的原理及市场应用

日期: 2023-09-16
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来自 泓川科技
发表于: 2023-09-16
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大家好,今天给大家详细说明下目前我们市面上用的激光位移传感器内部构造及详细原理、应用、市场种类、及未来发展,我在网上搜索了很多资料,发现各大平台或者厂商提供的信息大多千篇一律或者式只言片语,要么是之说出大概原理,要买只讲出产品应用,对于真正想了解激光位移传感器三角回差原理的朋友们来说总是没有用办法说透,我今天花点时间整理了各大平台的大牛们的解释,再结合自己对产品这么多年来的认识,整理出以下这篇文章,希望能给想要了解这种原理的小伙伴一点帮助!好了废话不多说我们直接上干货

首先我们要说明市面上的激光测量位移或者距离的原理有很多,比如最常用的激光三角原理,TOF时间飞行原理,光谱共焦原理和相位干涉原理,我们今天给大家详细介绍的是激光三角测量法和激光回波分析法,激光三角测量法一般适用于高精度、短距离的测量,而激光回波分析法则用于远距离测量,下面分别介绍激光三角测量原理和激光回波分析原理。让我们给大家分享一个激光位移传感器原理图,一般激光位移传感器采用的基本原理是光学三角法:

详解激光三角位移传感器的原理及市场应用

半导体激光器:半导体激光器①被镜片②聚焦到被测物体⑥。反射光被镜片③收集,投射到CMOS阵列④上;信号处理器⑤通过三角函数计算阵列④上的光点位置得到距物体的距离。

一 、激光位移传感器原理之激光三角测量法原理

1.激光发射器通过镜头将可见红色激光射向被测物体表面,经物体反射的激光通过接收器镜头,被内部的CCD线性相机接收,根据不同的距离,CCD线性相机可以在不同的角度下“看见”这个光点。根据这个角度及已知的激光和相机之间的距离,数字信号处理器就能计算出传感器和被测物体之间的距离。同时,光束在接收元件的位置通过模拟和数字电路处理,并通过微处理器分析,计算出相应的输出值,并在用户设定的模拟量窗口内,按比例输出标准数据信号。如果使用开关量输出,则在设定的窗口内导通,窗口之外截止。另外,模拟量与开关量输出可独立设置检测窗口。

2. 测量方式(直射式、斜射式)(在市场中直射式对应漫反射式,斜射式对应正反射式)

最简单的三角位移测量系统是从光源发射一束光到被测物体表面,在另一方向通过成像观察反射光点的位置,从而计算出物点的位移。 由于入射和反射光为成一个三角形,所以这种方法被称为三角测量法,又可按入射光线与被测工件表面法的关系分为直射式和斜射式。

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激光器发出的光线,经会聚选镜聚焦后垂直入射到被测物体表面上,物体移动或表面变化导致入射光点沿入射光轴移动。 接收透接收来自入射光点处的散射光,并将其成像在光点位置探测器 (如 PSD、CCD)软感面上。 但由于传感器激光光束与被测面垂直,因此只有一个准确的调焦位置,其余位置的像都处于不同程度的离焦状态。离焦将引起像点的弥散,从而降低了系统的测量精度。 为了提高精度 ,θ1和θ2 必须满足

tgθ1= Utgθ2

式中,U为横向放大率。 此时一定景深范围内的被测点都能正焦成像在探测器上,从而保证了精度。若光点在成像面上的位移为 x’,利用相似三角形各边之间的比例关系,按下式可求出被测面的位移:

详解激光三角位移传感器的原理及市场应用

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激光器发出的光与被测面的法线方向成一定角度入射到被测面上,同样用接收透接收光点在被测面的散射光或反射光。 此时应满足

tg(θ1+ θ2)=Utgθ3 

若光点的像在探测器敏感面上移动 X',利用相似三角形的比例关系,则物体表面沿法线方向的移动距离为、

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式中,θ1为激光束光轴与被测面法线之间的夹角; θ2为成像镜光轴与被侧面之间的夹角:θ3 为探测器光轴与成像镜光轴之间的夹角。

重点:直射式和斜射式在市场应用中主要有什么区别呢?

直射式应对的是漫反射物体表面,也就是非透明不反光的材料,对于这种材料我们多数选择漫直射式测量原理,这样可以保证测量精度,但是这并不表示传感器不能斜着测量物体,因为很多时候由于传感器需要配合加工设备检测很有可能无法垂直照射到被测点,那么我们怎么办呢?只要我们稍加放宽精度,再加上余弦误差就可以获得相对准确的数据;


斜射式应对的式透明材料和镜面材料,由于这种材料对光的反射特殊为了更好的捕捉反射回来的光,必须让传感器按照设计好的角度来安装,但是正反射的量程一般做不了太大。大多在100mm以内。

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我们拿HC26系列激光位移传感器为例可以看下他们在漫反射和正反射情况下对应的对应的精度和范围

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二、激光位移传感器市场中主要的应用介绍

激光位移传感器常用于位移量、长度、距离、振动、速度、方位等物理量的测量等 。


1.尺寸的测量,包括微小零件的位置判别;材料重叠和覆盖的分辨;机械手位置(工具中心位置)的控制;器件状态检测;振动频率测量分析;瞬间形变;碰撞试验测量;汽车零配件相关试验等。

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2.金属薄片和薄膜的厚度测量:厚度的变化检出可以帮助发现皱纹,小孔或者重叠,以避免机器发生故障。

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3.测量:长度,内、外直径偏心度,角度,,同心度以及表面轮廓。

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4.长度的测量:将测量的组件放在指定位置的输送带上,激光传感器检测到该组件并与触发的激光扫描仪同时进行测量,最后得到组件的长度。

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5.均匀度和平面度的检测:让测量的工件运动的倾斜方向放置几个激光传感器,直接通过一个传感器进行度量值的输出,另外也可以用一个软件计算出度量值,并根据信号或数据读出结果。或者在一个屏幕上多个点位放置传感器,先用一个标准工件进行校准归零,然后再测量需要测量的工件,就能获得各个位置的差值。

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三、目前市场中的激光位移传感器等级分类

1、相对经济型(千元左右)的cmos激光位移传感器

量程种类一般分为:10mm,30mm,70mm,160mm,400mm

测量线性度一般在0.2%到0.4%之间,对应的测量精度0.02-3mm之间

测量速度一般不超过1Khz

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2、中档类的(两千到五千之间)激光位移传感器,这类传感器主要式性能更强大,数据更稳定,可以测量的材料种类更丰富。一般量程有8mm,20mm,30mm,50mm,100mm,200mm,300mm等

测量线性度一般在0.1%到0.2%之间,对应的测量精度0.008mm-0.5mm之间

测量速度一般在2-3Khz

详解激光三角位移传感器的原理及市场应用

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3、高档类的(万元以上)激光位移传感器,这类传感器除了精度有明显的提升,数据更稳定,可以测量的材料种类更丰富。最重要的是测量速度大大提高,可以达到十万赫兹以上。一般量程有1mm,10mm,30mm,80mm,200mm,500mm,1000mm,2000mm等

测量线性度一般在0.02%到0.05%之间,对应的测量精度0.002mm-0.5mm之间, 测量速度一般在50-160Khz。

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最后我们来说一说激光三角位移传感器再安装中需要主义的事项

1, 根据被测体所在位置确定的安装位置, 使其位于有效的量程内。
2, 一般传感器都有两个安装孔, 可以通过 螺栓与固定基板连接。

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3, 根据测量应用, 选择垂直或镜相安装方式, 参照外壳上两种不同安装方式时的基准平面, 如下图所示:

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4, 根据被测体特征选择正确的安装方式:

详解激光三角位移传感器的原理及市场应用

未来,激光位移传感器的应用前景非常广阔,以下是一些可能的发展趋势和应用领域:

  1. 工业制造:激光位移传感器可以用于工业自动化系统中的精密测量和控制,例如机械加工、装配线的自动化调整和精度监测等。在制造过程中的位移和形变测量可以提高生产效率和产品质量。

  2. 机器人技术:激光位移传感器可以为机器人提供高精度的环境感知和定位能力,使其能够准确感知和处理周围环境的位移和变化。这将提高机器人的自主导航、操作和协作能力。

  3. 智能交通:激光位移传感器可以在智能交通系统中应用,用于车辆之间的距离测量和碰撞预警。这将提高交通安全性和车辆的自动驾驶能力。

  4. 建筑与土木工程:激光位移传感器可以用于建筑物和桥梁等结构的变形监测,实时检测和评估结构的稳定性和安全性。这为结构维护和修复提供了重要的参考。

  5. 航空航天:激光位移传感器可以应用于航空航天领域,用于飞机和航天器的姿态控制、振动监测和结构健康管理。这有助于提高飞行器的稳定性和安全性。

  6. 医疗诊断:激光位移传感器可以在医疗领域中应用于精确的生物测量,例如眼科手术中的眼球运动测量,以及姿势分析和运动捕捉等。

总之,激光位移传感器具有高精度、非接触性和快速响应等优势,将在多个领域发挥重要作用。随着技术的不断进步和应用需求的增加,激光位移传感器的性能和功能将得到进一步提升,为各行各业带来更多创新和便利。


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一场穿越空间的光电舞蹈: TOF激光测距传感器解码记 2023 - 09 - 20 首先,让我们对TOF进行一次短暂的“速读”——它全称叫'time-of-flight',中文怎么说呢?风格洒脱地称之为“飞行时间”。你没听错,就是“飞行时间”。所有的颠覆与创新始于赤裸裸的想象,对吧?再来回过头,看看我们的主角TOF激光测距传感器。激光这东西,我想你肯定不陌生。科幻大片,医美广告里都被频繁提及。对这位明星,我们暂时按下暂停键, 我们聊一聊测距传感器——那可是能把复杂的三维世界,硬是证明成一串串精准数据的硬核工具。当然,他俩的组合,并不是偶然撞壁造成的火花。在“鹰眼”TOF的身上,激光变得更加酷炫,传感器技术也变得更为深邃。他们共舞的主线,就是光的飞行时间。想象一下,要在现实世界计算出光从物体发射出来,然后反射回传感器的时间。你愣了一秒,觉得好像进入了'黑洞'的领域。实则不然,TOF激光测距传感器就是这样“耳提面命”。它以光速旅行者的姿态,穿越空间,告诉我们物体与之间的距离。亲,你有听说过光速吗?大约每秒走30万公里哦,这个速度足够你在一秒钟内去绕地球七点五圈了!TOF激光测距传感器就是他们利用这么一个迅疾的光速,再加上高精度的时钟,来高效精确地计算出飞行时间并转化为距离数据。小编想说,TOF不仅玩科技,他更玩智谋,战胜了同类的超声波、红外线等测距设备。毕竟,被物的颜色、亮度、表面材质,或者环境的温湿度对他来说都不构成锁链。准确到“下毛...
详解激光三角位移传感器的原理及市场应用 2023 - 09 - 16 大家好,今天给大家详细说明下目前我们市面上用的激光位移传感器内部构造及详细原理、应用、市场种类、及未来发展,我在网上搜索了很多资料,发现各大平台或者厂商提供的信息大多千篇一律或者式只言片语,要么是之说出大概原理,要买只讲出产品应用,对于真正想了解激光位移传感器三角回差原理的朋友们来说总是没有用办法说透,我今天花点时间整理了各大平台的大牛们的解释,再结合自己对产品这么多年来的认识,整理出以下这篇文章,希望能给想要了解这种原理的小伙伴一点帮助!好了废话不多说我们直接上干货首先我们要说明市面上的激光测量位移或者距离的原理有很多,比如最常用的激光三角原理,TOF时间飞行原理,光谱共焦原理和相位干涉原理,我们今天给大家详细介绍的是激光三角测量法和激光回波分析法,激光三角测量法一般适用于高精度、短距离的测量,而激光回波分析法则用于远距离测量,下面分别介绍激光三角测量原理和激光回波分析原理。让我们给大家分享一个激光位移传感器原理图,一般激光位移传感器采用的基本原理是光学三角法:半导体激光器:半导体激光器①被镜片②聚焦到被测物体⑥。反射光被镜片③收集,投射到CMOS阵列④上;信号处理器⑤通过三角函数计算阵列④上的光点位置得到距物体的距离。一 、激光位移传感器原理之激光三角测量法原理1.激光发射器通过镜头将可见红色激光射向被测物体表面,经物体反射的激光通过接收器镜头,被内部的CCD线性相机接收,根据...
涂布行业目前主流的非接触式测厚方案一览 2023 - 09 - 11 非接触测量涂布厚度的行业报告摘要:本报告将介绍非接触测量涂布厚度的行业应用场景及解决方案。涂布厚度的准确测量在多个行业中至关重要,如带钢、薄膜、造纸、无纺布、金属箔材、玻璃和电池隔膜等行业。传统的测量方法存在一定的局限性,而非接触测量技术的应用可以提供更准确、高效的测量解决方案。本报告将重点介绍X射线透射法、红外吸收法和光学成像测量方法这三种主要的非接触测量解决方案,并分析其适用场景、原理和优势。引言涂布厚度是涂覆工艺中的一个重要参数,对于保证产品质量和性能具有重要意义。传统的测量方法,如接触式测量和传感器测量,存在一定局限性,如易受污染、操作复杂和不适用于特定行业。而非接触测量方法以其高精度、实时性和便捷性成为行业中的理想选择。行业应用场景涂布厚度的非接触测量方法适用于多个行业,包括但不限于以下领域:带钢:用于热镀锌、涂覆和镀铝等行业,对涂层和薄膜的厚度进行测量。薄膜:用于光学、电子、半导体等行业,对各种功能薄膜的厚度进行测量。造纸:用于测量纸张的涂布、涂胶和覆膜等工艺中的厚度。无纺布:用于纺织和过滤行业,对无纺布的厚度进行测量。金属箔材:用于食品包装、电子器件等行业,对箔材的厚度进行测量。玻璃:用于建筑和汽车行业,对玻璃的涂层厚度进行测量。电池隔膜:用于电池制造行业,对隔膜的厚度进行测量。解决方案一:X射线透射法X射线透射法是一种常用的非接触涂布厚度测量方法,其测量原理基于射线...
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