從模擬和數(shù)字轉(zhuǎn)換，到激光位移傳感器測(cè)量的技術(shù)性能原理
測(cè)量從傳感器到表面的距離的激光位移傳感器取代了傳統(tǒng)的位移傳感器，主要是百分表和LVDT（線性可變位移傳感器）。這些傳統(tǒng)傳感器基于在被測(cè)表面上使用機(jī)械接觸的技術(shù)。接觸式測(cè)量技術(shù)對(duì)于許多常見(jiàn)應(yīng)用非常有效且成本低廉，但對(duì)于在線和高速應(yīng)用，接觸式傳感器具有嚴(yán)重的局限性。
模擬和數(shù)字位移傳感器依靠激光束和三角測(cè)量來(lái)確定距離。模擬激光位移傳感器為了克服接觸式傳感器的局限性，第一個(gè)基于激光的位移傳感器于1970年代初在商業(yè)上推出，實(shí)現(xiàn)了激光三角測(cè)量原理。早期的位移傳感設(shè)備采用模擬固態(tài)位置傳感檢測(cè)器(PSD)作為成像器。
在當(dāng)今幾乎完全數(shù)字化的世界中，大多數(shù)人會(huì)認(rèn)為模擬傳感器是古董，僅適用于博物館展示。相反，基于PSD的位移傳感器因其高分辨率、高測(cè)量數(shù)據(jù)速率（70 kHz或更高）以及實(shí)時(shí)調(diào)整激光功率以保持不同表面反射率的精度。
基于激光的位移傳感器通過(guò)高速非接觸操作克服了接觸傳感器的局限性。基于激光的傳感的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是激光束可以聚焦到非常小的“探頭尺寸”，低至0.025毫米。這種微小的探頭尺寸允許精確測(cè)量極小的特征，例如表面粗糙度或渦輪葉片的臨界邊緣半徑。
然而，模擬三角測(cè)量傳感器確實(shí)有一些限制。它們通常體積龐大，并且僅在成像器上形成單個(gè)激光點(diǎn)時(shí)才起作用。例如，當(dāng)使用基于PSD的傳感器時(shí)，來(lái)自反射或外部光的多個(gè)點(diǎn)會(huì)產(chǎn)生無(wú)效結(jié)果。
一、數(shù)字激光位移傳感器
為了克服PSD的限制，下一步是開(kāi)發(fā)基于數(shù)字成像的位移傳感器，最常見(jiàn)的是使用具有單行像素的線性陣列成像器。這些數(shù)字傳感器現(xiàn)在可以從大量供應(yīng)商處廣泛獲得，具有廣泛的規(guī)格和價(jià)格。當(dāng)今的大多數(shù)數(shù)字位移傳感器（以及模擬傳感器）僅是數(shù)據(jù)采集設(shè)備，采集的數(shù)據(jù)與主機(jī)或PLC通信，在此使用系統(tǒng)集成商開(kāi)發(fā)的特定應(yīng)用軟件進(jìn)行分析。通常需要外部PC或其他處理設(shè)備來(lái)控制傳感器操作，提供觸發(fā)、曝光控制和數(shù)據(jù)處理。
模擬位移傳感器僅提供圖像中所有光的質(zhì)心位置的模擬輸出，無(wú)法處理或顯示圖像。用戶無(wú)法確定圖像是否正確聚焦，或者外部光是否影響測(cè)量。使用基于數(shù)字的傳感器，可以獲得完整圖像的視頻輸出，可以對(duì)其進(jìn)行處理和過(guò)濾以消除二次反射或圖像的其他不需要的部分，或隔離成像點(diǎn)中的特定感興趣區(qū)域。最新一代的數(shù)字位移傳感器具有位于傳感器封裝內(nèi)的圖像處理和過(guò)濾功能。由于視頻輸出功能，圖像可以在顯示屏上可視化，這對(duì)于設(shè)置和診斷目的非常有用。
位移傳感器的持續(xù)發(fā)展利用了最新的高速數(shù)字成像技術(shù)，具有易于實(shí)施的一體化操作。這些智能傳感器提供了一個(gè)內(nèi)置的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器，可連接到常見(jiàn)的網(wǎng)絡(luò)瀏覽器，以便于設(shè)置和實(shí)施，支持多種語(yǔ)言。傳感器可以從任何計(jì)算機(jī)和操作系統(tǒng)進(jìn)行配置和集成。一體機(jī)操作的另一個(gè)特點(diǎn)是包含內(nèi)置測(cè)量工具來(lái)計(jì)算距離數(shù)據(jù)、計(jì)算差異、應(yīng)用傳感器偏移和行程校準(zhǔn)、做出通過(guò)/失敗決定以及以數(shù)字或模擬格式傳達(dá)信息——所有這些都來(lái)自內(nèi)部傳感器。不需要添加軟件，也不需要機(jī)器視覺(jué)專業(yè)知識(shí)。
曝光時(shí)間的控制對(duì)于準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)非常重要，特別是當(dāng)被測(cè)表面的特性具有不同的反射率或粗糙度時(shí)。數(shù)字一體式傳感器具有內(nèi)置動(dòng)態(tài)曝光控制，可在每幀后自動(dòng)調(diào)整曝光，提供最大動(dòng)態(tài)范圍和精確測(cè)量。
在應(yīng)用需要多個(gè)傳感器的情況下，當(dāng)今的一體化位移傳感器能夠輕松同步多個(gè)傳感器并將來(lái)自多個(gè)傳感器的數(shù)據(jù)組合成測(cè)量值，例如厚度差或高度差。主集線器可以提供配電、激光安全聯(lián)鎖、I/O處理和微秒級(jí)數(shù)據(jù)同步。
二、將位移傳感器變成輪廓儀
當(dāng)今最新一代的位移傳感器可實(shí)現(xiàn)高達(dá)32 kHz的數(shù)據(jù)速率，分辨率達(dá)到微米級(jí)。通過(guò)利用高速和板載智能處理，位移傳感器可以對(duì)沿行進(jìn)方向快速移動(dòng)的產(chǎn)品進(jìn)行二維輪廓分析，其速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)當(dāng)今高端激光線輪廓傳感器的速度。這種將32kHz位移傳感器轉(zhuǎn)變?yōu)?2kHz線輪廓儀的新功能為掃描應(yīng)用提供了獨(dú)特的數(shù)據(jù)采集解決方案，并為成熟技術(shù)注入了新的活力。
