快速准确测量0.05m-500m
——虹科Dimetix激光测距传感器的优势

引言

         图1 :传感器安装在堆垛机的桅杆上,以毫米精度测量堆垛机的操作位置

    传统上,激光测距传感器测量飞行时差或相移。但是这些方法各有优缺点:飞行时差测量速度很快,但由于时间测量要求很高,通常不够准确。相移的测量明显更准确,但由于评估更复杂,不如飞行时差测量快。Dimetix 成功地结合了这两种工艺的优点。激光测距传感器可快速测量5cm至500m的距离,精度可达毫米级。到机械工程,例如用于加工金属管道或机械切割梁或板时。即使是门式起重机或港口起重机,也依赖于高精度的长距离测量,甚至隧道掘进机也需要这种快速、精确的距离测量解决方案。传统激光测距方法,即评估光程或位移,在这里有其局限性。

传统测量方法的局限性

在激光测量过程中,会发射出一个短的光脉冲。然后可以根据脉冲持续时间确定距离,即光脉冲从源头到反射器再回到源头的时间。这种方法很快,但由于对时间的测量要求很高,往往不够准确。毕竟,这种光脉冲在1毫米内的运行时间只有3.3ps (3.3·10-12 s) 。因此,在几米的距离上,分辨率通常只在厘米范围内。此外,还可以测量反射激光束相对于发射光束的相移。相移是与距离相关的,可以用来确定移动的距离。这种测量方法要准确得多,但也更复杂,不如传播时间测量快。

虹科Dimetix激光测距传感器的优势

快速&准确

来自 Dimetix[I] 的瑞士传感器技术专家采取了不同的方法。在他们的D系列激光测距传感器(图2)中,通过评估飞行时间和相位位移,基本上结合了两种测量方法的优点。为了实现高测量速度,该方法使用激光振幅的高频调制,并评估这些调制高频信号(脉冲串)的相位位置和间距。为此,激光束以短间隔进行调幅(图3)。这使得单个脉冲束的传播时间随距离变化的情况、以及被调制的脉冲束内单个波的相位变化可以被极快地测量出来。因此,传感器的测量速度比平时更快,即使在很远的距离也能提供精确的值。测量速度范围高达 250 Hz ,输出率为1kHz

                 图2

                              图3

                                                           图4

这样一个传感器的内部由众多组件组成(见图5):带有激光二极管和超快速驱动器的光发射器,带有透镜、滤波器和模数转换器的接收器,高性能数字信号处理、存储器、输入和显示元件,以及大量数字和模拟工业接口。所有这些都装在一个专为工业用途而设计的紧凑型外壳中。此外,还设计了具有加热功能的传感器型号,因此激光传感器也可以在寒冷的室外环境中运行,无需外部加热。

高重复性

D系列激光测距传感器适用于5cm至500m的距离,测量精度为土1mm,重复精度为土0.3mm,由于其长度为140 mm,宽度为78 mm,高度为48 mm的小尺寸,这些轻量级(350g)的传感器可以很容易地集成到各种应用中。

在 ASRS 穿梭系统中也可以找到类似的应用,该系统被用于许多配送中心的订单处理和存储。在传感器的帮助下,梭子可以以毫米精度放置在需要装载或卸载产品的位置。坚固的外壳符合 IP65 的要求,因此它也可以用于恶劣的工业环境和户外使用,例如用于隧道钻孔或建筑机械,甚至在钢铁行业等高温环境下在热表面上进行测量(图4)。

激光测距传感器还提供多种不同的型号版本,它们满足不同的范围和精度要求,但具有相同的性能,因此如果±3mm精度就足够了,则无需支付技术开销。对于室内应用,-10°C 至50 °C 的温度范围通常是可以接受的。标准配置包括模拟输出(0/4…20)mA,串行接口和数字输入和输出。Profinet、Ethernet/IP和Ethercat可作为选项。为此,只需交换传感器的接口模块即可。

总结

D系列激光测距仪适用于0.05米至500米的距离,测量精度为+/- 1mm,重复性为+/-0.3mm。通常使用橙色的反射管作为反射器。在100m处,指定的精确度也适用于自然表面。如果在室外使用,即使在黑色目标表面阳光直射的情况下,该设备也可以提供可靠的测量结果。

据统计,它们的测量精度为95.4%(符合ISO1938-2015定义)。这相当于+/-2σ,即标准偏差的两倍。这已经将因温度产生的距离误差以及线性误差考虑在内

参考文献

[1] Dimetix AG, Herisau/Schweiz: www.dimetix.com 

[2] DIN EN ISO 1938-1 :2016-03 Geometrische Produktspezifikation (GPSI – Langenpruftechnik – Teil 1: Grenzlehren und Lehrung der Langen mane [ISO 1938-1 :2015). Berlin·Beuth