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详解二维激光轮廓扫描仪的测量原理和测量方式
发布时间:2018-11-09   点击次数:127次
  二维激光轮廓扫描仪是用于记录,测量和评估不同质地被测表面的外轮廓的传感器。可以提供从轮廓仪探头到复杂测量系统的整体解决方案。
  二维激光轮廓扫描仪也可被称为外轮廓传感器。采用激光三角反射式原理,采集不同材质表面的二维轮廓信息。通过特殊的透镜组,激光束被放大形成一条静态激光线投射到被测物体表面上。激光线在被测物体表面形成漫反射,反射光透过高质量光学系统,被投射到敏感感光矩阵上。除了传感器到被测表面的距离信息(Z轴),控制器还可以通过图像信息计算得出沿着激光线的位置信息(X轴)。以传感器为原心的二维坐标系内,轮廓仪测量输出一组二维坐标值。移动被测物体或轮廓仪探头,就可以得到一组三维测量值。
  二维激光轮廓扫描仪还有很多其他名称,如2D激光传感器、2D激光扫描传感器、线激光传感器等等。二维激光扫描传感器以其广泛的环境适应性,超高的检测频率和精度,被广泛应用于手机检测,机械加工,轮胎检测,汽车制造,精密仪器,点胶机,铁路铁轨检测以及科研教学等领域。
  二维激光轮廓扫描仪使用激光三角测量原理,对不同被测物体表面进行二维轮廓扫描。激光束被一组特定透镜放大用以形成一条静态激光线,投射到被测物表面上。高品质的光学系统将该激光线的漫反射光,投射到高度敏感的传感器感光矩阵上。除了传感器到被测物体的距离信息(Z轴),控制器还可以通过这组图像来计算沿激光线(x轴)上的位置。传感器终输出一组二维坐标值,坐标系的原点与传感器本身相对固定。通过移动被测物体或传感器,便可得出三维测量结果。
  使用激光二极管发出的激光,在被测物体表面可以形成点状光斑。采用特殊透镜组使激光点扩散到一条线上。传统分光型激光传感器采用圆柱型透镜折射激光。这种传统方法大的问题是沿着激光线的高斯光强分布所导致的非常弱的边沿照度。勤联的二维激光轮廓扫描仪采用的是精密楔形透镜,可以排除激光线边沿光强减弱的问题。
  使用二维激光轮廓扫描仪测量时,高度敏感的感光元件CMOS矩阵可以接收从被测物体反射回来的光线,形成高精度轮廓影像。任何轮廓改变都会改变投射到被测物体表面的激光线的形状,从而改变感光器件矩阵上的影像结果。如果移动探头或者被测物体,可以得到若干扫描线轮廓,将这些轮廓合成就可以行成3D影像结果。这个影像也被称作“点云”,因为影像由数千个独立测量点所组成。
  增加的一个二维激光轮廓扫描仪的测量维度,使轮廓扫描仪传感器比其他类型位移传感器更加复杂。基本上讲,不可以简单判断一个被测物体是否可以被轮廓扫描仪传感器测量。成功的测量往往取决于要取得哪个测量值以及在什么环境下进行测量。因此测量是否可行需要从头评估每一件被测物品。举例来讲,测量是否成功取决于有多长时间可以用于测量。被测物体通过探头光束的速度越慢,越多时间可以被用于测量。因此,不能简单的认为一个静态测量可行,就一定意味着动态测量也是可行的。测量的结果也取决于被测物体表面的反光特性。也就是说被测物体表面的反光性或吸光性的强弱,会决定是否可以测得有效信号。被测材料本身也会影响测量结果。举例来讲,如果半透明被测物体的透明度过高,测量信号可能完全失真了。后一个应该考虑的因素是被测物体的轮廓缺陷,可能产生阴影的轮廓以及多次反射的表面影响。以上这些基本因素都可能明显影响二维激光轮廓扫描仪的测量信号质量以及测量结果。
  影响二维激光轮廓扫描仪测量的因素,除去上面提到的这些影响,一个清晰可识别的轮廓表面反射的持续信号仍然可能是难以使用的缺损信号。如果想避免这种情况,轮廓仪的每一个独立参数都必须正确设置并适合被测物体。使用正确的滤波器以及曝光时间的设定,往往能够改善不良信号,经过不断尝试终可以完成测试。举例来讲,测量一个快速移动的黑色橡胶被测物体,较短的曝光时间和被测物体的高吸光性都会更容易导致一个不良的测量结果。而与之相反,如果黑色被测物体不移动或较慢移动,较长的曝光时间可能更有助于获得完整的轮廓信息。

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