激光位移傳感器測(cè)量原理及其應(yīng)用范圍詳解
前言
本文引用地址:http://butianyuan.cn/article/161250.htm激光位移傳感器能夠利用激光的高方向性、高單色性和高亮度等特點(diǎn)可實(shí)現(xiàn)無(wú)接觸遠(yuǎn)距離測(cè)量。激光位移傳感器(磁致伸縮位移傳感器)就是利用激光的這些優(yōu)點(diǎn)制成的新型測(cè)量儀表,它的出現(xiàn),使位移測(cè)量的精度、可靠性得到極大的提高,也為非接觸位移測(cè)量提供了有效的測(cè)量方法。
激光位移傳感器因其較高的測(cè)量精度和非接觸測(cè)量特性,廣泛應(yīng)用于高校和研究機(jī)構(gòu)、汽車(chē)工業(yè)、機(jī)械制造工業(yè)、航空與軍事工業(yè)、冶金和材料工業(yè)的精密測(cè)量檢測(cè)。激光位移傳感器可精確非接觸測(cè)量被測(cè)物體的位置、位移等變化,主要應(yīng)用于檢測(cè)物的位移、厚度、振動(dòng)、距離、直徑等幾何量的測(cè)量。按照測(cè)量原理,激光位移傳感器原理分為激光三角測(cè)量法和激光回波分析法,激光三角測(cè)量法一般適用于高精度、短距離的測(cè)量,而激光回波分析法則用于遠(yuǎn)距離測(cè)量,下面分別介紹激光位移傳感器的兩種測(cè)量原理。
激光位移傳感器的測(cè)量原理
激光三角法測(cè)量原理
半導(dǎo)體激光器1被鏡片2聚焦到被測(cè)物體6。反射光被鏡片3收集,投射到CCD陣列4上;信號(hào)處理器5通過(guò)三角函數(shù)計(jì)算陣列4上的光點(diǎn)位置得到距物體的距離。
激光發(fā)射器通過(guò)鏡頭將可見(jiàn)紅色激光射向物體表面,經(jīng)物體反射的激光通過(guò)接受器鏡頭,被內(nèi)部的CCD線性相機(jī)接受,根據(jù)不同的距離,CCD線性相機(jī)可以在不同的角度下“看見(jiàn)”這個(gè)光點(diǎn)。根據(jù)這個(gè)角度即知的激光和相機(jī)之間的距離,數(shù)字信號(hào)處理器就能計(jì)算出傳感器和被測(cè)物之間的距離。
同時(shí),光束在接收元件的位置通過(guò)模擬和數(shù)字電路處理,并通過(guò)微處理器分析,計(jì)算出相應(yīng)的輸出值,并在用戶設(shè)定的模擬量窗口內(nèi),按比例輸出標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)信號(hào)。如果使用開(kāi)關(guān)量輸出,則在設(shè)定的窗口內(nèi)導(dǎo)通,窗口之外截止。另外,模擬量與開(kāi)關(guān)量輸出可設(shè)置獨(dú)立檢測(cè)窗口。
激光回波分析法測(cè)量原理
激光位移傳感器采用回波分析原理來(lái)測(cè)量距離可以達(dá)到一定程度的精度。傳感器內(nèi)部是由處理器單元、回波處理單元、激光發(fā)射器、激光接受器等部分組成。激光位移傳感器通過(guò)激光發(fā)射器每秒發(fā)射一百萬(wàn)個(gè)脈沖到檢測(cè)物并返回至接收器,處理器計(jì)算激光脈沖遇到檢測(cè)物并返回接收器所需時(shí)間,以此計(jì)算出距離值,該輸出值是將上千次的測(cè)量結(jié)果進(jìn)行的平均輸出。
激光位移傳感器的應(yīng)用
激光傳感器(直線位移傳感器)是利用激光技術(shù)進(jìn)行測(cè)量的傳感器。它由激光器、激光檢測(cè)器和測(cè)量電路組成。激光傳感器是新型測(cè)量?jī)x表,利用了激光具有高方向性、高單色性和高亮度的特點(diǎn),它的優(yōu)點(diǎn)是能實(shí)現(xiàn)無(wú)接觸遠(yuǎn)距離測(cè)量,速度快,精度高,量程大,抗光、電干擾能力強(qiáng)等。
激光傳感器常用于長(zhǎng)度、距離、振動(dòng)、速度、方位等物理量的測(cè)量,還可用于探傷和大氣污染物的監(jiān)測(cè)等。
尺寸測(cè)定:微小零件的位置識(shí)別;傳送帶上有無(wú)零件的監(jiān)測(cè);材料重疊和覆蓋的探測(cè);機(jī)械手位置(工具中心位置)的控制;器件狀態(tài)檢測(cè);器件位置的探測(cè)(通過(guò)小孔);液位的監(jiān)測(cè);厚度的測(cè)量;振動(dòng)分析;碰撞試驗(yàn)測(cè)量;汽車(chē)相關(guān)試驗(yàn)等。
金屬薄片和薄板的厚度測(cè)量:激光傳感器測(cè)量金屬薄片(薄板)的厚度。厚度的變化檢出可以幫助發(fā)現(xiàn)皺紋,小洞或者重疊,以避免機(jī)器發(fā)生故障。
氣缸筒的測(cè)量,同時(shí)測(cè)量:角度,長(zhǎng)度,內(nèi)、外直徑偏心度,圓錐度,同心度以及表面輪廓。
長(zhǎng)度的測(cè)量:將測(cè)量的組件放在指定位置的輸送帶上,激光傳感器檢測(cè)到該組件并與觸發(fā)的激光掃描儀同時(shí)進(jìn)行測(cè)量,最后得到組件的長(zhǎng)度。
均勻度的檢查:在要測(cè)量的工件運(yùn)動(dòng)的傾斜方向一行放幾個(gè)激光傳感器,直接通過(guò)一個(gè)傳感器進(jìn)行度量值的輸出,另外也可以用一個(gè)軟件計(jì)算出度量值,并根據(jù)信號(hào)或數(shù)據(jù)讀出結(jié)果。
電子元件的檢查:用兩個(gè)激光掃描儀,如下圖一樣面對(duì)面的擺放,將被測(cè)元件擺放在兩者之間,最后通過(guò)傳感器讀出數(shù)據(jù),從而檢測(cè)出該元件尺寸的精確度及完整性。
生產(chǎn)線上灌裝級(jí)別的檢查:激光傳感器集成到灌裝產(chǎn)品的生產(chǎn)制造中,當(dāng)灌裝產(chǎn)品經(jīng)過(guò)傳感器時(shí),就可以檢測(cè)到是否填充滿。傳感器用激光束反射表面的擴(kuò)展程序就能精確的識(shí)別灌裝產(chǎn)品填充是否合格以及產(chǎn)品的數(shù)量。
結(jié)語(yǔ)
激光位移傳感器是目前精準(zhǔn)度最高的位移傳感器,但是由于它的體積較大、安裝復(fù)雜,這些都極大的限制了激光位移傳感器的應(yīng)用范圍。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步,相信激光位移傳感器的應(yīng)用范圍將更加廣闊。
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