当前,世界上主要的工业大国都在进行产业升级,而现代工业的升级与激光技术密不可分。除了在生产加工方面发挥着巨大作用外,激光技术还在精确实时测量方面有着重要应用,为电子产品尺寸、透明元器件曲率、汽车飞机等大型三维物体的振动频谱、轴承同心度、偏心度及振动等提供精准测量,大大提高了产品产量和生产效率。

要实现激光精确实时测量在工业领域的具体应用,则离不开各类激光传感器的研发和推广。众所周知,现代制造业已经是一个传感器驱动的世界,几乎在所有的制造过程中,精确的实时测量在很大程度上依赖于传感器。在引入光学技术后,传感器朝着更快速、更精确、更可靠的方向发展。与传统测量方式相比,光学测量传感器,尤其是激光测量传感器因其非接触且快速测量的能力在工业中得到广泛的应用。其中最典型的应用例子就是高精度的激光位移传感器。

激光位移传感器常用于长度、距离、振动、速度、方位等物理量的测量,还可用于探伤和大气污染物的监测等。通过激光位移传感器测量金属薄片(薄板)的厚度变化,可以帮助发现皱纹、小洞或者重叠,避免机器发生故障;而在微小零件的位置识别、传送带上有无零件的监测、机械手位置(工具中心位置)的控制等方面的应用,则可以确保设备、产线的高效运转;在灌装产品线上,可利用激光束反射表面的扩展程序来精确的识别灌装产品填充是否合格,在监测数量的同时也能保证灌装质量。此外,在绝对距离测量、相对位移测量、远程振动测量或振动频谱测量、轮廓检测、厚度测量、曲率测量、透明物体的厚度测量等方面,激光位移传感器都有着无可比拟的优势。

据数据显示,国内通用激光位移传感器市场规模已达120亿,且每年保持20%的增速,但99.87%的国内市场被国外厂商占据,我国工业自动化系统集成商虽然对该器件的认知率超过95%以上,但由于价格昂贵、适配困难等原因,实际使用率不足10%。

目前已有很多技术能实现精确的光学位移测量,而工业化的激光位移传感器一般采用激光三角测量法和激光回波分析法两种方法,此外还可利用彩色共焦和干涉测量原理进行精确的位移测量。此外,激光位移传感器也被用来进行非接触振动测量。但对于特定的测量条件和测量要求,以上方法都各有缺陷。

对激光位移传感器而言,激光三角测量法适用于高精度、短距离的测量,激光回波分析法则用于远距离测量。在当前的工业机器人应用中,通常采用三角测量法,这种方法最高线um的水平。

激光三角法是一种由角度计算得到单点或多维的距离测量。通过镜头将可见红色激光射向被测物体表面,经物体反射的激光通过接收器镜头,被内部的CCD线性相机接收,根据不同的距离,CCD线性相机可以在不同的角度下“看见”这个光点。根据这个角度及已知的激光和相机之间的距离,数字信号处理器就能计算出传感器和被测物体之间的距离。

激光位移传感市场解析:工业位移传感器介绍

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