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2D、3D輪廓掃描儀原理

德國米銥激光輪廓儀原理

德國米銥激光輪廓掃描儀使用激光三角測量原理, 對不同被測物體表面進行二維輪廓掃描。激光束被一組特定透鏡放大用以形成一條靜態激光線，投射到被測物表面上。高品質的光學系統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。除了傳感器到被測物體的距離信息（Z軸），控制器還可以通過這組圖像來計算沿激光線（x軸）上的位置。傳感器最終輸出一組二維坐標值，坐標系的原點與傳感器本身相對固定。通過移動被測物體或傳感器，便可得出三維測量結果。

使用激光二極管發出的激光，在被測物體表面可以形成點狀光斑。采用特殊透鏡組使激光點擴散到一條線上。傳統分光型激光傳感器采用圓柱型透鏡折射激光。這種傳統方法最大的問題是沿著激光線的高斯光強分布所導致的非常弱的邊沿照度。德國米銥提供的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減弱的問題。

反射光 
測量時，高度敏感的感光元件CMOS矩陣可以接收從被測物體反射回來的光線，形成高精度輪廓影像。任何輪廓改變都會改變投射到被測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果。如果移動探頭或者被測物體，可以得到若干掃描線輪廓，將這些輪廓合成就可以行成3D影像結果。這個影像也被稱作“點云”，因為影像由數千個獨立測量點所組成。

全面考慮
增加的一個測量維度，使輪廓掃描儀傳感器比其他類型位移傳感器更加復雜。基本上講，不可以簡單判斷一個被測物體是否可以被輪廓掃描儀傳感器測量。成功的測量往往取決于要取得哪個測量值以及在什么環境下進行測量。因此測量是否可行需要從頭評估每一件被測物品。舉例來講，測量是否成功取決于有多長時間可以用于測量。被測物體通過探頭光束的速度越慢，越多時間可以被用于測量。因此，不能簡單的認為一個靜態測量可行，就一定意味著動態測量也是可行的。測量的結果也取決于被測物體表面的反光特性。也就是說被測物體表面的反光性或吸光性的強弱，會決定是否可以測得有效信號。被測材料本身也會影響測量結果。舉例來講，如果半透明被測物體的透明度過高，測量信號可能完全失真了。最后一個應該考慮的因素是被測物體的輪廓缺陷，可能產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量信號質量以及測量結果。

正確設置
除去上面提到的這些影響因素，一個清晰可識別的輪廓表面反射的持續信號仍然可能是難以使用的缺損信號。如果想避免這種情況，輪廓儀的每一個獨立參數都必須正確設置并適合被測物體。使用正確的濾波器以及曝光時間的設定，往往能夠改善不良信號，經過不斷嘗試最終可以完成測試。舉例來講，測量一個快速移動的黑色橡膠被測物體，較短的曝光時間和被測物體的高吸光性都會更容易導致一個不良的測量結果。而與之相反，如果黑色被測物體不移動或較慢移動，較長的曝光時間可能更有助于獲得完整的輪廓信息。