什么是2D/3D激光輪廓儀？
scanCONTROL系列2D/3D激光輪廓儀，用于記錄，測量和評估不同質地被測表面的外輪廓。可以提供從輪廓儀探頭到復雜測量系統的整體解決方案。
測量原理
激光輪廓儀，也可被稱為外輪廓傳感器。采用激光三角反射式原理，采集不同材質表面的二維輪廓信息。通過特殊的透鏡組，激光束被放大形成一條靜態激光線投射到被測物體表面上。激光線在被測物體表面形成漫反射，反射光透過高質量光學系統，被投射到敏感感光矩陣上。除了傳感器到被測表面的距離信息（Z軸），控制器還可以通過圖像信息計算得出沿著激光線的位置信息（X軸）。以傳感器為原心的二維坐標系內，輪廓儀測量輸出一組二維坐標值。移動被測物體或輪廓儀探頭，就可以得到一組三維測量值。
二維激光掃描傳感器還有很多其他名稱，如2D激光傳感器、2D激光掃描傳感器、線激光傳感器等等。二維激光掃描傳感器以其廣泛的環境適應性，超高的檢測頻率和精度，被廣泛應用于手機檢測，機械加工，輪胎檢測，汽車制造，精密儀器，點膠機，鐵路鐵軌檢測以及科研教學等領域。
激光輪廓掃描儀使用激光三角測量原理,對不同被測物體表面進行二維輪廓掃描。激光束被一組特定透鏡放大用以形成一條靜態激光線，投射到被測物表面上。高品質的光學系統將該激光線的漫反射光，投射到高度敏感的傳感器感光矩陣上。除了傳感器到被測物體的距離信息（Z軸），控制器還可以通過這組圖像來計算沿激光線（x軸）上的位置。傳感器最終輸出一組二維坐標值，坐標系的原點與傳感器本身相對固定。通過移動被測物體或傳感器，便可得出三維測量結果。
使用激光二極管發出的激光，在被測物體表面可以形成點狀光斑。采用特殊透鏡組使激光點擴散到一條線上。傳統分光型激光傳感器采用圓柱型透鏡折射激光。這種傳統方法最大的問題是沿著激光線的高斯光強分布所導致的非常弱的邊沿照度。德國米銥提供的scanCONTROL型二維激光掃描傳感器采用的是精密楔形透鏡，可以排除激光線邊沿光強減弱的問題。
反射光
測量時，高度敏感的感光元件CMOS矩陣可以接收從被測物體反射回來的光線，形成高精度輪廓影像。任何輪廓改變都會改變投射到被測物體表面的激光線的形狀，從而改變感光器件矩陣上的影像結果。如果移動探頭或者被測物體，可以得到若干掃描線輪廓，將這些輪廓合成就可以行成3D影像結果。這個影像也被稱作“點云”，因為影像由數千個獨立測量點所組成。
全面考慮
增加的一個測量維度，使輪廓掃描儀傳感器比其他類型位移傳感器更加復雜。基本上講，不可以簡單判斷一個被測物體是否可以被輪廓掃描儀傳感器測量。成功的測量往往取決于要取得哪個測量值以及在什么環境下進行測量。因此測量是否可行需要從頭評估每一件被測物品。舉例來講，測量是否成功取決于有多長時間可以用于測量。被測物體通過探頭光束的速度越慢，越多時間可以被用于測量。因此，不能簡單的認為一個靜態測量可行，就一定意味著動態測量也是可行的。測量的結果也取決于被測物體表面的反光特性。也就是說被測物體表面的反光性或吸光性的強弱，會決定是否可以測得有效信號。被測材料本身也會影響測量結果。舉例來講，如果半透明被測物體的透明度過高，測量信號可能完全失真了。最后一個應該考慮的因素是被測物體的輪廓缺陷，可能產生陰影的輪廓以及多次反射的表面影響。以上這些基本因素都可能明顯影響測量信號質量以及測量結果。
正確設置
除去上面提到的這些影響因素，一個清晰可識別的輪廓表面反射的持續信號仍然可能是難以使用的缺損信號。如果想避免這種情況，輪廓儀的每一個獨立參數都必須正確設置并適合被測物體。使用正確的濾波器以及曝光時間的設定，往往能夠改善不良信號，經過不斷嘗試最終可以完成測試。舉例來講，測量一個快速移動的黑色橡膠被測物體，較短的曝光時間和被測物體的高吸光性都會更容易導致一個不良的測量結果。而與之相反，如果黑色被測物體不移動或較慢移動，較長的曝光時間可能更有助于獲得完整的輪廓信息。
那么如何選擇合適的二維激光掃描傳感器呢？我們建議大家注意一下三點：
1）注意被測物結構和材料，通常二維激光掃描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。所以使用二維激光掃描傳感器時，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。目前國際上的主流二維激光掃描傳感器品牌，如德國米銥和日本基恩士，都會要求客戶在選用二維激光掃描傳感器時，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。另外，采用二維激光掃描傳感器掃描復雜結構時，可能會因為復雜表面反復反光，在尖銳的棱角或深槽處，形成雜光，建議選擇傳感器之前，給廠家樣片進行試測，廠家一般擁有豐富的實戰經驗，懂得如何采用合理的參數，包括曝光時間，光強，測量頻率等可調參數，達到最佳的測量效果。
2）參數選擇，很多廠家都提供多個級別的二維激光掃描傳感器供客戶選擇。常用于選擇二維激光掃描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scanCONTROL系列為例，其測量速度可以達到4kHz,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。掃描頻率對要求快速掃描的應用領域，如手機部件檢測至關重要，直接決定測量cycletime.這里特別要注意的，不要單純比較說明書中的測量頻率，某些日系品牌的標出的測量頻率值驚人的高，其實不能長時間使用，因此不具備實際意義，切勿在不同的基準上進行比較。第四是智能輸出功能，許多二維激光傳感器需要搭配自動追蹤機構使用，如焊接機或點膠機，需要通過二維激光掃描傳感器指引焊槍或點膠頭追蹤某些特征尺寸，如縫隙最低點或膠珠最高點。以德國米銥二維激光掃描傳感器為例，可以直接輸出諸如形狀最高點，縫隙寬度，縫隙深度，縫隙最低點等特征信息，無需客戶自行處理點云數據。當然，如果客戶需要自行分析被測工件上的特征尺寸，如某些孔的直徑，臺階高度，平面度等信息，傳感器能夠給出完整的點云信息，也是至關重要的。許多日系品牌是不能提供原始點云信息的，這點需要特別注意。
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。另外選擇二維激光掃描傳感器時，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，二維激光掃描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機構網頁中找到，找不到的一定不是子機構。當然壓根沒有國外母機構的所謂進口品牌，也是存在的。品牌的選擇特別關鍵，因為理論上講，二維激光掃描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，總結出的一些選擇二維激光掃描傳感器的辦法，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。
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