虹科Dimetix

激光測(cè)距傳感器的優(yōu)勢(shì)

快速準(zhǔn)確測(cè)量0.05m-500m

引言

傳統(tǒng)上，激光測(cè)距傳感器測(cè)量飛行時(shí)差或相移。但是這些方法各有優(yōu)缺點(diǎn)：飛行時(shí)差測(cè)量速度很快，但由于時(shí)間測(cè)量要求很高，通常不夠準(zhǔn)確。相移的測(cè)量明顯更準(zhǔn)確，但由于評(píng)估更復(fù)雜，不如飛行時(shí)差測(cè)量快。Dimetix 成功地結(jié)合了這兩種工藝的優(yōu)點(diǎn)。激光測(cè)距傳感器可快速測(cè)量5cm至500m的距離，精度可達(dá)毫米級(jí)。到機(jī)械工程，例如用于加工金屬管道或機(jī)械切割梁或板時(shí)。即使是門(mén)式起重機(jī)或港口起重機(jī)，也依賴(lài)于高精度的長(zhǎng)距離測(cè)量，甚至隧道掘進(jìn)機(jī)也需要這種快速、精確的距離測(cè)量解決方案。傳統(tǒng)激光測(cè)距方法，即評(píng)估光程或位移，在這里有其局限性。

圖1

傳感器安裝在堆垛機(jī)的桅桿上，

以毫米精度測(cè)量堆垛機(jī)的操作位置

001

傳統(tǒng)測(cè)量方法的局限性

在激光測(cè)量過(guò)程中，會(huì)發(fā)射出一個(gè)短的光脈沖。然后可以根據(jù)脈沖持續(xù)時(shí)間確定距離，即光脈沖從源頭到反射器再回到源頭的時(shí)間。這種方法很快，但由于對(duì)時(shí)間的測(cè)量要求很高，往往不夠準(zhǔn)確。畢竟，這種光脈沖在1毫米內(nèi)的運(yùn)行時(shí)間只有3.3ps (3.3·10-12 s) 。因此，在幾米的距離上，分辨率通常只在厘米范圍內(nèi)。此外，還可以測(cè)量反射激光束相對(duì)于發(fā)射光束的相移。相移是與距離相關(guān)的，可以用來(lái)確定移動(dòng)的距離。這種測(cè)量方法要準(zhǔn)確得多，但也更復(fù)雜，不如傳播時(shí)間測(cè)量快。

002

虹科Dimetix激光測(cè)距傳感器的優(yōu)勢(shì)

快速&準(zhǔn)確

來(lái)自 Dimetix[I] 的瑞士傳感器技術(shù)專(zhuān)家采取了不同的方法。在他們的D系列激光測(cè)距傳感器（圖2）中，通過(guò)評(píng)估飛行時(shí)間和相位位移，基本上結(jié)合了兩種測(cè)量方法的優(yōu)點(diǎn)。為了實(shí)現(xiàn)高測(cè)量速度，該方法使用激光振幅的高頻調(diào)制，并評(píng)估這些調(diào)制高頻信號(hào)（脈沖串）的相位位置和間距。為此，激光束以短間隔進(jìn)行調(diào)幅(圖3)。這使得單個(gè)脈沖束的傳播時(shí)間隨距離變化的情況、以及被調(diào)制的脈沖束內(nèi)單個(gè)波的相位變化可以被極快地測(cè)量出來(lái)。因此，傳感器的測(cè)量速度比平時(shí)更快，即使在很遠(yuǎn)的距離也能提供精確的值。測(cè)量速度范圍高達(dá) 250 Hz ，輸出率為1kHz。

圖2

圖3

圖4

這樣一個(gè)傳感器的內(nèi)部由眾多組件組成（見(jiàn)圖5）：帶有激光二極管和超快速驅(qū)動(dòng)器的光發(fā)射器，帶有透鏡、濾波器和模數(shù)轉(zhuǎn)換器的接收器，高性能數(shù)字信號(hào)處理、存儲(chǔ)器、輸入和顯示元件，以及大量數(shù)字和模擬工業(yè)接口。所有這些都裝在一個(gè)專(zhuān)為工業(yè)用途而設(shè)計(jì)的緊湊型外殼中。此外，還設(shè)計(jì)了具有加熱功能的傳感器型號(hào)，因此激光傳感器也可以在寒冷的室外環(huán)境中運(yùn)行，無(wú)需外部加熱。

圖5

高重復(fù)性

D系列激光測(cè)距傳感器適用于5cm至500m的距離，測(cè)量精度為土1mm，重復(fù)精度為土0.3mm，由于其長(zhǎng)度為140 mm，寬度為78 mm，高度為48 mm的小尺寸，這些輕量級(jí)（350g）的傳感器可以很容易地集成到各種應(yīng)用中。

在 ASRS 穿梭系統(tǒng)中也可以找到類(lèi)似的應(yīng)用，該系統(tǒng)被用于許多配送中心的訂單處理和存儲(chǔ)。在傳感器的幫助下，梭子可以以毫米精度放置在需要裝載或卸載產(chǎn)品的位置。堅(jiān)固的外殼符合 IP65 的要求，因此它也可以用于惡劣的工業(yè)環(huán)境和戶(hù)外使用，例如用于隧道鉆孔或建筑機(jī)械，甚至在鋼鐵行業(yè)等高溫環(huán)境下在熱表面上進(jìn)行測(cè)量（圖4）。

激光測(cè)距傳感器還提供多種不同的型號(hào)版本，它們滿(mǎn)足不同的范圍和精度要求，但具有相同的性能，因此如果±3mm精度就足夠了，則無(wú)需支付技術(shù)開(kāi)銷(xiāo)。對(duì)于室內(nèi)應(yīng)用，-10°C 至50 °C 的溫度范圍通常是可以接受的。標(biāo)準(zhǔn)配置包括模擬輸出（0/4...20）mA，串行接口和數(shù)字輸入和輸出。Profinet、Ethernet/IP和Ethercat可作為選項(xiàng)。為此，只需交換傳感器的接口模塊即可。

總結(jié)

D系列激光測(cè)距儀適用于0.05米至500米的距離，測(cè)量精度為+/- 1mm，重復(fù)性為+/-0.3mm。通常使用橙色的反射管作為反射器。在100m處，指定的精確度也適用于自然表面。如果在室外使用，即使在黑色目標(biāo)表面或陽(yáng)光直射的情況下，該設(shè)備也可以提供可靠的測(cè)量結(jié)果。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，它們的測(cè)量精度為95.4%(符合ISO1938-2015定義)。這相當(dāng)于+/-2σ，即標(biāo)準(zhǔn)偏差的兩倍。這已經(jīng)將因溫度產(chǎn)生的距離誤差以及線(xiàn)性誤差考慮在內(nèi)

文獻(xiàn)
[1]DimetixAG,Herisau/Schweiz:www.dimetix.com

[2] DINENISO1938-1:2016-03GeometrischeProduktspezifikation(GPSI-Langenpruftechnik-Teil1:GrenzlehrenundLehrungderLangenmane[ISO1938-1:2015).Berlin·Beuth

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