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2D、3D輪廓掃描儀原理

德國(guó)米銥激光輪廓儀原理

德國(guó)米銥激光輪廓掃描儀使用激光三角測(cè)量原理, 對(duì)不同被測(cè)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(cè)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(cè)物體的距離信息（Z軸），控制器還可以通過(guò)這組圖像來(lái)計(jì)算沿激光線（x軸）上的位置。傳感器最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(duì)固定。通過(guò)移動(dòng)被測(cè)物體或傳感器，便可得出三維測(cè)量結(jié)果。

使用激光二極管發(fā)出的激光，在被測(cè)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)方法最大的問(wèn)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。德國(guó)米銥提供的scanCONTROL型輪廓傳感器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(wèn)題。

反射光 
測(cè)量時(shí)，高度敏感的感光元件CMOS矩陣可以接收從被測(cè)物體反射回來(lái)的光線，形成高精度輪廓影像。任何輪廓改變都會(huì)改變投射到被測(cè)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(cè)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(cè)量點(diǎn)所組成。

全面考慮
增加的一個(gè)測(cè)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(jiǎn)單判斷一個(gè)被測(cè)物體是否可以被輪廓掃描儀傳感器測(cè)量。成功的測(cè)量往往取決于要取得哪個(gè)測(cè)量值以及在什么環(huán)境下進(jìn)行測(cè)量。因此測(cè)量是否可行需要從頭評(píng)估每一件被測(cè)物品。舉例來(lái)講，測(cè)量是否成功取決于有多長(zhǎng)時(shí)間可以用于測(cè)量。被測(cè)物體通過(guò)探頭光束的速度越慢，越多時(shí)間可以被用于測(cè)量。因此，不能簡(jiǎn)單的認(rèn)為一個(gè)靜態(tài)測(cè)量可行，就一定意味著動(dòng)態(tài)測(cè)量也是可行的。測(cè)量的結(jié)果也取決于被測(cè)物體表面的反光特性。也就是說(shuō)被測(cè)物體表面的反光性或吸光性的強(qiáng)弱，會(huì)決定是否可以測(cè)得有效信號(hào)。被測(cè)材料本身也會(huì)影響測(cè)量結(jié)果。舉例來(lái)講，如果半透明被測(cè)物體的透明度過(guò)高，測(cè)量信號(hào)可能完全失真了。最后一個(gè)應(yīng)該考慮的因素是被測(cè)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測(cè)量信號(hào)質(zhì)量以及測(cè)量結(jié)果。

正確設(shè)置
除去上面提到的這些影響因素，一個(gè)清晰可識(shí)別的輪廓表面反射的持續(xù)信號(hào)仍然可能是難以使用的缺損信號(hào)。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(cè)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(hào)，經(jīng)過(guò)不斷嘗試最終可以完成測(cè)試。舉例來(lái)講，測(cè)量一個(gè)快速移動(dòng)的黑色橡膠被測(cè)物體，較短的曝光時(shí)間和被測(cè)物體的高吸光性都會(huì)更容易導(dǎo)致一個(gè)不良的測(cè)量結(jié)果。而與之相反，如果黑色被測(cè)物體不移動(dòng)或較慢移動(dòng)，較長(zhǎng)的曝光時(shí)間可能更有助于獲得完整的輪廓信息。