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News詳解二維激光輪廓掃描儀的測量原理和測量方式
更新時(shí)間：2018-11-09 點(diǎn)擊次數(shù)：2321次
二維激光輪廓掃描儀是用于記錄，測量和評估不同質(zhì)地被測表面的外輪廓的傳感器?？梢蕴峁妮喞獌x探頭到復(fù)雜測量系統(tǒng)的整體解決方案。
二維激光輪廓掃描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(zhì)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(tài)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(zhì)量光學(xué)系統(tǒng)，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(jì)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(biāo)系內(nèi)，輪廓儀測量輸出一組二維坐標(biāo)值。移動(dòng)被測物體或輪廓儀探頭，就可以得到一組三維測量值。
二維激光輪廓掃描儀還有很多其他名稱，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(huán)境適應(yīng)性，超高的檢測頻率和精度，被廣泛應(yīng)用于手機(jī)檢測，機(jī)械加工，輪胎檢測，汽車制造，精密儀器，點(diǎn)膠機(jī)，鐵路鐵軌檢測以及科研教學(xué)等領(lǐng)域。
二維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(jìn)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(tài)激光線，投射到被測物表面上。高品質(zhì)的光學(xué)系統(tǒng)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(jì)算沿激光線(x軸)上的位置。傳感器終輸出一組二維坐標(biāo)值，坐標(biāo)系的原點(diǎn)與傳感器本身相對固定。通過移動(dòng)被測物體或傳感器，便可得出三維測量結(jié)果。
使用激光二極管發(fā)出的激光，在被測物體表面可以形成點(diǎn)狀光斑。采用特殊透鏡組使激光點(diǎn)擴(kuò)散到一條線上。傳統(tǒng)分光型激光傳感器采用圓柱型透鏡折射激光。這種傳統(tǒng)方法大的問題是沿著激光線的高斯光強(qiáng)分布所導(dǎo)致的非常弱的邊沿照度。勤聯(lián)的二維激光輪廓掃描儀采用的是精密楔形透鏡，可以排除激光線邊沿光強(qiáng)減弱的問題。
使用二維激光輪廓掃描儀測量時(shí)，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(jié)果。如果移動(dòng)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(jié)果。這個(gè)影像也被稱作“點(diǎn)云”，因?yàn)橛跋裼蓴?shù)千個(gè)獨(dú)立測量點(diǎn)所組成。
增加的一個(gè)二維激光輪廓掃描儀的測量維度，使輪廓掃描儀傳感器比其他類型位移傳感器更加復(fù)雜。基本上講，不可以簡單判斷一個(gè)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(gè)測量值以及在什么環(huán)境下進(jìn)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(shí)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(shí)間可以被用于測量。因此，不能簡單的認(rèn)為一個(gè)靜態(tài)測量可行，就一定意味著動(dòng)態(tài)測量也是可行的。測量的結(jié)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(qiáng)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(jié)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*失真了。后一個(gè)應(yīng)該考慮的因素是被測物體的輪廓缺陷，可能產(chǎn)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二維激光輪廓掃描儀的測量信號質(zhì)量以及測量結(jié)果。
影響二維激光輪廓掃描儀測量的因素，除去上面提到的這些影響，一個(gè)清晰可識別的輪廓表面反射的持續(xù)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(gè)獨(dú)立參數(shù)都必須正確設(shè)置并適合被測物體。使用正確的濾波器以及曝光時(shí)間的設(shè)定，往往能夠改善不良信號，經(jīng)過不斷嘗試終可以完成測試。舉例來講，測量一個(gè)快速移動(dòng)的黑色橡膠被測物體，較短的曝光時(shí)間和被測物體的高吸光性都會更容易導(dǎo)致一個(gè)不良的測量結(jié)果。而與之相反，如果黑色被測物體不移動(dòng)或較慢移動(dòng)，較長的曝光時(shí)間可能更有助于獲得完整的輪廓信息。
二維激光輪廓掃描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(zhì)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(tài)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(zhì)量光學(xué)系統(tǒng)，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(jì)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(biāo)系內(nèi)，輪廓儀測量輸出一組二維坐標(biāo)值。移動(dòng)被測物體或輪廓儀探頭，就可以得到一組三維測量值。
二維激光輪廓掃描儀還有很多其他名稱，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(huán)境適應(yīng)性，超高的檢測頻率和精度，被廣泛應(yīng)用于手機(jī)檢測，機(jī)械加工，輪胎檢測，汽車制造，精密儀器，點(diǎn)膠機(jī)，鐵路鐵軌檢測以及科研教學(xué)等領(lǐng)域。
二維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(jìn)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(tài)激光線，投射到被測物表面上。高品質(zhì)的光學(xué)系統(tǒng)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(jì)算沿激光線(x軸)上的位置。傳感器終輸出一組二維坐標(biāo)值，坐標(biāo)系的原點(diǎn)與傳感器本身相對固定。通過移動(dòng)被測物體或傳感器，便可得出三維測量結(jié)果。
使用激光二極管發(fā)出的激光，在被測物體表面可以形成點(diǎn)狀光斑。采用特殊透鏡組使激光點(diǎn)擴(kuò)散到一條線上。傳統(tǒng)分光型激光傳感器采用圓柱型透鏡折射激光。這種傳統(tǒng)方法大的問題是沿著激光線的高斯光強(qiáng)分布所導(dǎo)致的非常弱的邊沿照度。勤聯(lián)的二維激光輪廓掃描儀采用的是精密楔形透鏡，可以排除激光線邊沿光強(qiáng)減弱的問題。
使用二維激光輪廓掃描儀測量時(shí)，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(jié)果。如果移動(dòng)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(jié)果。這個(gè)影像也被稱作“點(diǎn)云”，因?yàn)橛跋裼蓴?shù)千個(gè)獨(dú)立測量點(diǎn)所組成。
增加的一個(gè)二維激光輪廓掃描儀的測量維度，使輪廓掃描儀傳感器比其他類型位移傳感器更加復(fù)雜。基本上講，不可以簡單判斷一個(gè)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(gè)測量值以及在什么環(huán)境下進(jìn)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(shí)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(shí)間可以被用于測量。因此，不能簡單的認(rèn)為一個(gè)靜態(tài)測量可行，就一定意味著動(dòng)態(tài)測量也是可行的。測量的結(jié)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(qiáng)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(jié)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*失真了。后一個(gè)應(yīng)該考慮的因素是被測物體的輪廓缺陷，可能產(chǎn)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二維激光輪廓掃描儀的測量信號質(zhì)量以及測量結(jié)果。
影響二維激光輪廓掃描儀測量的因素，除去上面提到的這些影響，一個(gè)清晰可識別的輪廓表面反射的持續(xù)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(gè)獨(dú)立參數(shù)都必須正確設(shè)置并適合被測物體。使用正確的濾波器以及曝光時(shí)間的設(shè)定，往往能夠改善不良信號，經(jīng)過不斷嘗試終可以完成測試。舉例來講，測量一個(gè)快速移動(dòng)的黑色橡膠被測物體，較短的曝光時(shí)間和被測物體的高吸光性都會更容易導(dǎo)致一個(gè)不良的測量結(jié)果。而與之相反，如果黑色被測物體不移動(dòng)或較慢移動(dòng)，較長的曝光時(shí)間可能更有助于獲得完整的輪廓信息。
