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激光三角测量传感器如何确定目标位置

  激光三角测量传感器通过测量从目标表面反射来确定目标的位置。“发射器”(激光二极管)将一个光点投射到目标上,其反射通过光学设备或“接收器”上的光学透镜聚焦。如果目标从参考点改变其位置,则检测器上的反射光点的位置也会改变。信号激光器的调节电子器件检测接收元件上的光点位置,并且在线性化和附加的数字或模拟信号调节之后,提供与目标位置成比例的输出信号。

  这种布置中最关键的元件是接收器,它可以采用两种形式中的一种:位置敏感器件(PSD)或电荷耦合器件(CCD), PSD三角测量已经存在了大约25年,因此倾向于主导该领域。在“理想”条件下,PSD传感器表现出期待,然而,PSD接收器的可靠性和可重复性受到目标性质的许多“真实世界”变化的影响。

  例如,如果表面条件目标纹理或倾斜变化,这将改变光点的形状,改变光分布的中心,并引起PSD元素的输出的变化,即使真正的“Z”位置目标没有改变。PSD系统对光强度也非常敏感,如果这种情况发生变化而光斑位置保持不变,则会导致输出变化 - 目标颜色变化的净效果相同。

  CCD激光器大约在十年前首次出现在欧洲,并帮助克服了PSD技术的许多局限性。然而,激光器对改变表面状况的响应速度仍然受控制微处理器的限制。如果表面状况快速变化,则设备无法快速反应,导致测量误差。但技术仍在继续。今天,最新的CCD元件和DSP器件几乎消除了基于CCD的接收器的这些早期缺点。

  智能CCD激光器现在可以自发地对变化的表面条件做出反应,无论表面纹理或颜色如何,都能获得准确的结果。目标对准现在不是问题,并且消除了杂散和二次反射的影响,因为CCD元件仅作为光强度而不是光量的函数。为了获得稳定的测量结果,CCD检测器只需要1%的漫反射率,因此黑色或闪亮的目标不再存在它们过去带来的问题。

  CCD元件是数字像素化阵列检测器,具有1,024个离散电压,表示落在检测器的每个像素上的光量。CCD元件检测器可以携带1,024 x 1,024条光强度信息。借助功能强大的DSP设备完全“观察”成像光斑的强度分布,然后将图像处理结合到线性三角测量中。强度分布的后期数据处理使得能够克服由非理想目标引起的几乎所有问题。

  DSP找到具有最高光强度的单个像素,并使用算法通过解释相邻像素的光强度来执行子像素分辨率。阈值处理技术用于丢弃与杂散和二次反射有关的不需要的信息,这将导致PSD接收器改变其输出。智能CCD传感器还根据从目标接收的反射光量,使用闭环控制来调节发射激光的功率。无论目标颜色或其表面纹理如何,都实现了传感元件的最佳光强度。

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