激光位移傳感器以其廣泛的環(huán)境適應(yīng)性,超高的檢測(cè)頻率和精度,被廣泛應(yīng)用于手機(jī)檢測(cè),機(jī)械加工,汽車制造,精密儀器,點(diǎn)膠機(jī),鐵路鐵軌檢測(cè)以及科研教學(xué)等領(lǐng)域。
激光測(cè)量原理是一種非接觸式測(cè)量原理。這種類型的傳感器特別適合測(cè)量快速的位移變化,且無需在被測(cè)物體上施加外力。而非接觸測(cè)量對(duì)于被測(cè)表面不允許接觸的情況,或者需要傳感器有超長(zhǎng)壽命的應(yīng)用領(lǐng)用意義重大。
激光三角反射式測(cè)量原理基于簡(jiǎn)單的幾何關(guān)系。激光二極管發(fā)出的激光束被照射到被測(cè)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(qiáng)度取決于被測(cè)物體的表面特性。為此,模擬元件PSD的敏感度需要進(jìn)行調(diào)節(jié)。而對(duì)數(shù)字元件CCD傳感器,使用德國(guó)米銥公司提供的實(shí)時(shí)表面補(bǔ)光技術(shù)(RTSC,RealTimeSurfaceCompensation)可以瞬時(shí)改變接收光強(qiáng)。
傳感器探頭到被測(cè)物體的距離可以由三角計(jì)算法則精確得到。采用這種方法能夠得到微米級(jí)的分辨率。根據(jù)不同型號(hào),測(cè)量得到的數(shù)據(jù)會(huì)由外置或內(nèi)置控制器通過多種接口進(jìn)行評(píng)估。
點(diǎn)激光傳感器投射到被測(cè)物體上形成一個(gè)可見光斑,通過這個(gè)光斑可以非常簡(jiǎn)便的安裝調(diào)試探頭,因此點(diǎn)激光傳感器被應(yīng)用到非常多的領(lǐng)域,成為精密距離測(cè)量的熱門選擇。根據(jù)不同設(shè)計(jì),光學(xué)測(cè)量原理最大允許測(cè)量距離達(dá)到1m。根據(jù)測(cè)量任務(wù)的需要,可以選擇非常小的量程,但是具有極高測(cè)量精度。或者選擇大量程,但是測(cè)量精度會(huì)有所下降。目前市面上有很多傳感器型號(hào)可以快速補(bǔ)償反射光的光強(qiáng),但只有德國(guó)米銥公司的激光傳感器成功實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)光強(qiáng)補(bǔ)償。
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激光位移傳感器
那么如何選擇合適的激光位移傳感器呢?我們建議大家注意一下三點(diǎn):
1)注意被測(cè)物結(jié)構(gòu)和材料,通常激光位移傳感器測(cè)量需要完整的三角光路。被測(cè)物如果有深槽或復(fù)雜表面,可能會(huì)導(dǎo)致三角光路被遮擋,從而無法測(cè)量。還有一些吸光材料,如黑色橡膠等材料,大部分光強(qiáng)會(huì)被吸收,這時(shí)需要合理調(diào)節(jié)曝光時(shí)間以獲得足夠測(cè)量信號(hào)。另外反光很強(qiáng),或鏡面反射被測(cè)物,可能會(huì)導(dǎo)致光線垂直返回而沒有形成漫反射,也會(huì)導(dǎo)致測(cè)量效果不佳。所以使用激光位移傳感器時(shí),一定要先與廠家充分溝通,不要想當(dāng)然人為可以測(cè),結(jié)果卻不好。目前國(guó)際上的主流激光位移傳感器品牌,如德國(guó)米銥和日本基恩士,都會(huì)要求客戶在選用激光位移傳感器時(shí),預(yù)先告知被測(cè)物表面結(jié)構(gòu)和反光特性。如果是特殊被測(cè)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(jìn)行試測(cè),確保達(dá)到測(cè)量要求后才會(huì)訂貨。
2)參數(shù)選擇,很多廠家都提供多個(gè)級(jí)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(biāo)包括傳感器的精度,該參數(shù)也有其他稱呼,如線性度、絕對(duì)誤差等。指的是傳感器的測(cè)量值偏離理論真實(shí)值的偏差程度。這個(gè)參數(shù)直接反應(yīng)測(cè)得準(zhǔn)不準(zhǔn)。第二個(gè)就是分辨率,這個(gè)參數(shù)指?jìng)鞲衅髯龀鍪緮?shù)變化所需要的最小位移變化量,通常分辨率參數(shù)值要小于精度。第三個(gè)是測(cè)量速度,以德國(guó)米銥optoNCDT為例,其測(cè)量速度可以達(dá)到49kHz,測(cè)量速度直接決定測(cè)量是否可以跟得上被測(cè)物的變化速度,能否完整反應(yīng)位移變化的全過程。對(duì)測(cè)量速度要求高的場(chǎng)合常見于振動(dòng)測(cè)量。當(dāng)然除此以外,還有很多參數(shù)可以決定傳感器的性能,包括能夠承受環(huán)境溫度指標(biāo),能夠承受的振動(dòng)和沖擊指標(biāo)等等。為什么要選擇合適的指標(biāo)呢?因?yàn)樵礁叩募夹g(shù)參數(shù)一定意味著制造工藝的復(fù)雜和難度提升,也必然價(jià)格昂貴。所以各位制定測(cè)量要求時(shí),一定不要憑空想象,提一個(gè)超高的測(cè)量要求。我見過有的傳感器使用單位,動(dòng)輒要幾個(gè)微米,甚至納米級(jí)別的測(cè)量精度,測(cè)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(jià)的指標(biāo)提升,每一個(gè)高指標(biāo)背后都是真金白銀的付出。另外選擇激光位移傳感器時(shí),要特別注意一點(diǎn),各家廠商對(duì)參數(shù)的標(biāo)注標(biāo)準(zhǔn)是不一樣的。如德國(guó)品牌,通常標(biāo)注的是真實(shí)參數(shù),甚至是保守參數(shù)。而日系品牌,在標(biāo)注時(shí),會(huì)以平均后的結(jié)果為準(zhǔn)。看參數(shù)表時(shí),要仔細(xì)看看下面的小字,日系品牌超高的參數(shù)往往源自多次平均后的結(jié)果。光學(xué)測(cè)量會(huì)產(chǎn)生一些毛刺,通過平均的方法可以大大平滑測(cè)量結(jié)果。
3)品牌的選擇,在諸多測(cè)量原理的位移傳感器中,激光位移傳感器市場(chǎng)最為混亂,品牌最為參差不齊。甚至有商家明明只是代理國(guó)外某個(gè)品牌,卻聲稱自己是原廠生產(chǎn),等出了問題以后,由于前期技術(shù)方案已經(jīng)定型,就只能硬著頭皮采用,而這樣又往往會(huì)帶來后續(xù)更大的問題。辨別一個(gè)品牌是否為原廠產(chǎn)品,除了常見的原廠證明外(這個(gè)也可以假冒),最直接就是看其中文網(wǎng)址,國(guó)外品牌通常會(huì)把自己品牌名稱作為網(wǎng)址,如果你看到某個(gè)牌子的網(wǎng)址是中文加英文的混合體,就不太可能是正規(guī)廠家了。另外正規(guī)進(jìn)口品牌的中文網(wǎng)址,一定可以在其國(guó)外母公司網(wǎng)頁中找到,找不到的一定不是子公司。品牌的選擇特別關(guān)鍵,因?yàn)槔碚撋现v,激光位移傳感器結(jié)構(gòu)并不復(fù)雜,國(guó)內(nèi)的小廠也能做出來,但是精度和重復(fù)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(huì)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(jià),從進(jìn)口品牌換成國(guó)內(nèi)品牌,結(jié)果過去3年都不會(huì)壞一個(gè)的傳感器,一年內(nèi)壞了4次,算下來更貴不算,還大大影響了使用環(huán)節(jié),生產(chǎn)線停一次,可不是幾百塊的成本節(jié)省可以補(bǔ)償?shù)摹?/p>
以上是我憑借個(gè)人經(jīng)驗(yàn),總結(jié)出的一些選擇激光位移傳感器的辦法,希望對(duì)大家在眾多品牌中能夠選擇出合適的產(chǎn)品,既省錢又能達(dá)到測(cè)量要求。
