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激光測量原理是一種非接觸式測量原理。這種類型的傳感器特別適合測量快速的位移變化,且無需在被測物體上施加外力。而非接觸測量對于被測表面不允許接觸的情況,或者需要傳感器有超長壽命的應用領用意義重大。

激光三角反射式測量原理基于簡單的幾何關系。激光二極管發出的激光束被照射到被測物體表面。反射回來的光線通過一組透鏡,投射到感光元件矩陣上,感光元件可以是CCD/CMOS或者是PSD元件。反射光線的強度取決于被測物體的表面特性。為此,模擬元件PSD的敏感度需要進行調節。而對數字元件CCD傳感器,使用德國米銥公司提供的實時表面補光技術(RTSC,RealTimeSurfaceCompensation)可以瞬時改變接收光強。

傳感器探頭到被測物體的距離可以由三角計算法則精確得到。采用這種方法能夠得到微米級的分辨率。根據不同型號,測量得到的數據會由外置或內置控制器通過多種接口進行評估。

點激光傳感器投射到被測物體上形成一個可見光斑,通過這個光斑可以非常簡便的安裝調試探頭,因此點激光傳感器被應用到非常多的領域,成為精密距離測量的熱門選擇。根據不同設計,光學測量原理最大允許測量距離達到1m。根據測量任務的需要,可以選擇非常小的量程,但是具有極高測量精度。或者選擇大量程,但是測量精度會有所下降。目前市面上有很多傳感器型號可以快速補償反射光的光強,但只有德國米銥公司的激光傳感器成功實現了實時光強補償。

 

激光位移傳感器

1)注意被測物結構和材料,通常激光位移傳感器測量需要完整的三角光路。被測物如果有深槽或復雜表面,可能會導致三角光路被遮擋,從而無法測量。還有一些吸光材料,如黑色橡膠等材料,大部分光強會被吸收,這時需要合理調節曝光時間以獲得足夠測量信號。另外反光很強,或鏡面反射被測物,可能會導致光線垂直返回而沒有形成漫反射,也會導致測量效果不佳。所以使用激光位移傳感器時,一定要先與廠家充分溝通,不要想當然人為可以測,結果卻不好。目前國際上的主流激光位移傳感器品牌,如德國米銥和日本基恩士,都會要求客戶在選用激光位移傳感器時,預先告知被測物表面結構和反光特性。如果是特殊被測材料,如玻璃,橡膠和表面有暗紋的情況,可能就需要用戶提供樣片進行試測,確保達到測量要求后才會訂貨。
 

2)參數選擇,很多廠家都提供多個級別的激光位移傳感器供客戶選擇。常用于選擇激光位移傳感器的指標包括傳感器的精度,該參數也有其他稱呼,如線性度、絕對誤差等。指的是傳感器的測量值偏離理論真實值的偏差程度。這個參數直接反應測得準不準。第二個就是分辨率,這個參數指傳感器做出示數變化所需要的最小位移變化量,通常分辨率參數值要小于精度。第三個是測量速度,以德國米銥optoNCDT為例,其測量速度可以達到49kHz,測量速度直接決定測量是否可以跟得上被測物的變化速度,能否完整反應位移變化的全過程。對測量速度要求高的場合常見于振動測量。當然除此以外,還有很多參數可以決定傳感器的性能,包括能夠承受環境溫度指標,能夠承受的振動和沖擊指標等等。為什么要選擇合適的指標呢?因為越高的技術參數一定意味著制造工藝的復雜和難度提升,也必然價格昂貴。所以各位制定測量要求時,一定不要憑空想象,提一個超高的測量要求。我見過有的傳感器使用單位,動輒要幾個微米,甚至納米級別的測量精度,測量速度還超高,問其真的有必要提這么高的要求嗎?回答卻往往是不必要,或者要求高余量大。但是大家要記住,沒有無代價的指標提升,每一個高指標背后都是真金白銀的付出。另外選擇激光位移傳感器時,要特別注意一點,各家廠商對參數的標注標準是不一樣的。如德國品牌,通常標注的是真實參數,甚至是保守參數。而日系品牌,在標注時,會以平均后的結果為準。看參數表時,要仔細看看下面的小字,日系品牌超高的參數往往源自多次平均后的結果。光學測量會產生一些毛刺,通過平均的方法可以大大平滑測量結果。
 

3)品牌的選擇,在諸多測量原理的位移傳感器中,激光位移傳感器市場最為混亂,品牌最為參差不齊。甚至有商家明明只是代理國外某個品牌,卻聲稱自己是原廠生產,等出了問題以后,由于前期技術方案已經定型,就只能硬著頭皮采用,而這樣又往往會帶來后續更大的問題。辨別一個品牌是否為原廠產品,除了常見的原廠證明外(這個也可以假冒),最直接就是看其中文網址,國外品牌通常會把自己品牌名稱作為網址,如果你看到某個牌子的網址是中文加英文的混合體,就不太可能是正規廠家了。另外正規進口品牌的中文網址,一定可以在其國外母公司網頁中找到,找不到的一定不是子公司。品牌的選擇特別關鍵,因為理論上講,激光位移傳感器結構并不復雜,國內的小廠也能做出來,但是精度和重復性與大牌子比較起來,就有天壤之別了。除此以外,使用壽命,溫度漂移等,也會大大影響客戶的使用效果。我見過有的使用廠家,為了幾百塊差價,從進口品牌換成國內品牌,結果過去3年都不會壞一個的傳感器,一年內壞了4次,算下來更貴不算,還大大影響了使用環節,生產線停一次,可不是幾百塊的成本節省可以補償的。

以上是我憑借個人經驗,總結出的一些選擇激光位移傳感器的辦法,希望對大家在眾多品牌中能夠選擇出合適的產品,既省錢又能達到測量要求。