大家好，今天給大家詳細(xì)說(shuō)明下目前我們市面上用的激光位移傳感器內(nèi)部構(gòu)造及詳細(xì)原理、應(yīng)用、市場(chǎng)種類(lèi)、及未來(lái)發(fā)展，我在網(wǎng)上搜索了很多資料，發(fā)現(xiàn)各大平臺(tái)或者廠商提供的信息大多千篇一律或者式只言片語(yǔ)，要么是之說(shuō)出大概原理，要買(mǎi)只講出產(chǎn)品應(yīng)用，對(duì)于真正想了解激光位移傳感器三角回差原理的朋友們來(lái)說(shuō)總是沒(méi)有用辦法說(shuō)透，我今天花點(diǎn)時(shí)間整理了各大平臺(tái)的大牛們的解釋?zhuān)俳Y(jié)合自己對(duì)產(chǎn)品這么多年來(lái)的認(rèn)識(shí)，整理出以下這篇文章，希望能給想要了解這種原理的小伙伴一點(diǎn)幫助！好了廢話不多說(shuō)我們直接上干貨
首先我們要說(shuō)明市面上的激光測(cè)量位移或者距離的原理有很多，比如最常用的激光三角原理，TOF時(shí)間飛行原理，光譜共焦原理和相位干涉原理，我們今天給大家詳細(xì)介紹的是激光三角測(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，下面分別介紹激光三角測(cè)量原理和激光回波分析原理。讓我們給大家分享一個(gè)激光位移傳感器原理圖，一般激光位移傳感器采用的基本原理是光學(xué)三角法：
半導(dǎo)體激光器：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CMOS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。
一 、激光位移傳感器原理之激光三角測(cè)量法原理
1．激光發(fā)射器通過(guò)鏡頭將可見(jiàn)紅色激光射向被測(cè)物體表面，經(jīng)物體反射的激光通過(guò)接收器鏡頭，被內(nèi)部的CCD線性相機(jī)接收，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)角度及已知的激光和相機(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)物體之間的距離。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)量輸出可獨(dú)立設(shè)置檢測(cè)窗口。
2． 測(cè)量方式(直射式、斜射式)（在市場(chǎng)中直射式對(duì)應(yīng)漫反射式，斜射式對(duì)應(yīng)正反射式）
最簡(jiǎn)單的三角位移測(cè)量系統(tǒng)是從光源發(fā)射一束光到被測(cè)物體表面，在另一方向通過(guò)成像觀察反射光點(diǎn)的位置，從而計(jì)算出物點(diǎn)的位移。 由于入射和反射光為成一個(gè)三角形，所以這種方法被稱(chēng)為三角測(cè)量法，又可按入射光線與被測(cè)工件表面法的關(guān)系分為直射式和斜射式。
激光器發(fā)出的光線，經(jīng)會(huì)聚選鏡聚焦后垂直入射到被測(cè)物體表面上，物體移動(dòng)或表面變化導(dǎo)致入射光點(diǎn)沿入射光軸移動(dòng)。 接收透接收來(lái)自入射光點(diǎn)處的散射光，并將其成像在光點(diǎn)位置探測(cè)器 (如 PSD、CCD)軟感面上。 但由于傳感器激光光束與被測(cè)面垂直，因此只有一個(gè)準(zhǔn)確的調(diào)焦位置，其余位置的像都處于不同程度的離焦?fàn)顟B(tài)。離焦將引起像點(diǎn)的彌散，從而降低了系統(tǒng)的測(cè)量精度。 為了提高精度 ，θ1和θ2 必須滿足
tgθ1= Utgθ2
式中，U為橫向放大率。 此時(shí)一定景深范圍內(nèi)的被測(cè)點(diǎn)都能正焦成像在探測(cè)器上，從而保證了精度。若光點(diǎn)在成像面上的位移為 x’,利用相似三角形各邊之間的比例關(guān)系，按下式可求出被測(cè)面的位移:
激光器發(fā)出的光與被測(cè)面的法線方向成一定角度入射到被測(cè)面上，同樣用接收透接收光點(diǎn)在被測(cè)面的散射光或反射光。 此時(shí)應(yīng)滿足
tg(θ1+ θ2)=Utgθ3?，
若光點(diǎn)的像在探測(cè)器敏感面上移動(dòng) X'，利用相似三角形的比例關(guān)系，則物體表面沿法線方向的移動(dòng)距離為、
式中，θ1為激光束光軸與被測(cè)面法線之間的夾角; θ2為成像鏡光軸與被側(cè)面之間的夾角:θ3 為探測(cè)器光軸與成像鏡光軸之間的夾角。
重點(diǎn)：直射式和斜射式在市場(chǎng)應(yīng)用中主要有什么區(qū)別呢？
直射式應(yīng)對(duì)的是漫反射物體表面，也就是非透明不反光的材料，對(duì)于這種材料我們多數(shù)選擇漫直射式測(cè)量原理，這樣可以保證測(cè)量精度，但是這并不表示傳感器不能斜著測(cè)量物體，因?yàn)楹芏鄷r(shí)候由于傳感器需要配合加工設(shè)備檢測(cè)很有可能無(wú)法垂直照射到被測(cè)點(diǎn)，那么我們?cè)趺崔k呢？只要我們稍加放寬精度，再加上余弦誤差就可以獲得相對(duì)準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)；
斜射式應(yīng)對(duì)的式透明材料和鏡面材料，由于這種材料對(duì)光的反射特殊為了更好的捕捉反射回來(lái)的光，必須讓傳感器按照設(shè)計(jì)好的角度來(lái)安裝，但是正反射的量程一般做不了太大。大多在100mm以內(nèi)。
我們拿HC26系列激光位移傳感器為例可以看下他們?cè)诼瓷浜驼瓷淝闆r下對(duì)應(yīng)的對(duì)應(yīng)的精度和范圍
二、激光位移傳感器市場(chǎng)中主要的應(yīng)用介紹
激光位移傳感器常用于位移量、長(zhǎng)度、距離、振動(dòng)、速度、方位等物理量的測(cè)量等 。
1．尺寸的測(cè)量，包括微小零件的位置判別；材料重疊和覆蓋的分辨；機(jī)械手位置（工具中心位置）的控制；器件狀態(tài)檢測(cè)；振動(dòng)頻率測(cè)量分析；瞬間形變；碰撞試驗(yàn)測(cè)量；汽車(chē)零配件相關(guān)試驗(yàn)等。
2．金屬薄片和薄膜的厚度測(cè)量：厚度的變化檢出可以幫助發(fā)現(xiàn)皺紋，小孔或者重疊，以避免機(jī)器發(fā)生故障。
3．測(cè)量：長(zhǎng)度，內(nèi)、外直徑偏心度，角度，，同心度以及表面輪廓。
4．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。
5．均勻度和平面度的檢測(cè)：讓測(cè)量的工件運(yùn)動(dòng)的傾斜方向放置幾個(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。或者在一個(gè)屏幕上多個(gè)點(diǎn)位放置傳感器，先用一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)工件進(jìn)行校準(zhǔn)歸零，然后再測(cè)量需要測(cè)量的工件，就能獲得各個(gè)位置的差值。
三、目前市場(chǎng)中的激光位移傳感器等級(jí)分類(lèi)
1、相對(duì)經(jīng)濟(jì)型（千元左右)的cmos激光位移傳感器
量程種類(lèi)一般分為：10mm，30mm，70mm，160mm，400mm
測(cè)量線性度一般在0.2%到0.4%之間，對(duì)應(yīng)的測(cè)量精度0.02-3mm之間
測(cè)量速度一般不超過(guò)1Khz
2、中檔類(lèi)的（兩千到五千之間）激光位移傳感器，這類(lèi)傳感器主要式性能更強(qiáng)大，數(shù)據(jù)更穩(wěn)定，可以測(cè)量的材料種類(lèi)更豐富。一般量程有8mm，20mm，30mm，50mm，100mm，200mm，300mm等
測(cè)量線性度一般在0.1%到0.2%之間，對(duì)應(yīng)的測(cè)量精度0.008mm-0.5mm之間
測(cè)量速度一般在2-3Khz
3、高檔類(lèi)的（萬(wàn)元以上）激光位移傳感器，這類(lèi)傳感器除了精度有明顯的提升，數(shù)據(jù)更穩(wěn)定，可以測(cè)量的材料種類(lèi)更豐富。最重要的是測(cè)量速度大大提高，可以達(dá)到十萬(wàn)赫茲以上。一般量程有1mm，10mm，30mm，80mm，200mm，500mm，1000mm，2000mm等
測(cè)量線性度一般在0.02%到0.05%之間，對(duì)應(yīng)的測(cè)量精度0.002mm-0.5mm之間， 測(cè)量速度一般在50-160Khz。
最后我們來(lái)說(shuō)一說(shuō)激光三角位移傳感器再安裝中需要主義的事項(xiàng)
1， 根據(jù)被測(cè)體所在位置確定的安裝位置， 使其位于有效的量程內(nèi)。
2， 一般傳感器都有兩個(gè)安裝孔，?可以通過(guò)?螺栓與固定基板連接。
3， 根據(jù)測(cè)量應(yīng)用， 選擇垂直或鏡相安裝方式， 參照外殼上兩種不同安裝方式時(shí)的基準(zhǔn)平面， 如下圖所示：
4， 根據(jù)被測(cè)體特征選擇正確的安裝方式：
未來(lái)，激光位移傳感器的應(yīng)用前景非常廣闊，以下是一些可能的發(fā)展趨勢(shì)和應(yīng)用領(lǐng)域：
工業(yè)制造：激光位移傳感器可以用于工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)中的精密測(cè)量和控制，例如機(jī)械加工、裝配線的自動(dòng)化調(diào)整和精度監(jiān)測(cè)等。在制造過(guò)程中的位移和形變測(cè)量可以提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。
機(jī)器人技術(shù)：激光位移傳感器可以為機(jī)器人提供高精度的環(huán)境感知和定位能力，使其能夠準(zhǔn)確感知和處理周?chē)h(huán)境的位移和變化。這將提高機(jī)器人的自主導(dǎo)航、操作和協(xié)作能力。
智能交通：激光位移傳感器可以在智能交通系統(tǒng)中應(yīng)用，用于車(chē)輛之間的距離測(cè)量和碰撞預(yù)警。這將提高交通安全性和車(chē)輛的自動(dòng)駕駛能力。
建筑與土木工程：激光位移傳感器可以用于建筑物和橋梁等結(jié)構(gòu)的變形監(jiān)測(cè)，實(shí)時(shí)檢測(cè)和評(píng)估結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性。這為結(jié)構(gòu)維護(hù)和修復(fù)提供了重要的參考。
航空航天：激光位移傳感器可以應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域，用于飛機(jī)和航天器的姿態(tài)控制、振動(dòng)監(jiān)測(cè)和結(jié)構(gòu)健康管理。這有助于提高飛行器的穩(wěn)定性和安全性。
醫(yī)療診斷：激光位移傳感器可以在醫(yī)療領(lǐng)域中應(yīng)用于精確的生物測(cè)量，例如眼科手術(shù)中的眼球運(yùn)動(dòng)測(cè)量，以及姿勢(shì)分析和運(yùn)動(dòng)捕捉等。
總之，激光位移傳感器具有高精度、非接觸性和快速響應(yīng)等優(yōu)勢(shì)，將在多個(gè)領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和應(yīng)用需求的增加，激光位移傳感器的性能和功能將得到進(jìn)一步提升，為各行各業(yè)帶來(lái)更多創(chuàng)新和便利。