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    天津位移傳感器廠家教你如何選擇光譜共焦位移傳感器

    發布日期:2018-10-16 作者:天津位移傳感器 點擊:

     天津諾沃泰克自動化技術有限公司是機電一體化技術、電子信息技術的開發、咨詢、服務型公司。目前本公司授權代理德國Novotechnik品牌的接觸式及非接觸式位移傳感器、角度傳感器等產品。并分銷瑞士各類直線及角度光柵尺,以滿足客戶的不同需求。


    什么是光譜共焦位移傳感器?


    光譜共焦位移傳感器是采用光譜共焦(色散)測量原理,精密測量目標的位移和位置信息的傳感器。



        光譜共焦測量原理


        混色光是由眾多不同波長光線組成的,我們稱之為光譜。所有不同波長的可見光重疊在一起,形成白光。人類肉眼可見光的波長范圍從400nm(藍光)到700nm(紅光)。通過透鏡,不同顏色的光不會聚焦到同一個點上。這種現象稱為色差透鏡錯誤或者叫色差透鏡偏差。


        眾所周知,自然界的日光屬白光一種,白光不是Z純潔的光,而是許多單色光組成的。光在不同介質中傳播可能會有角度偏差的現象產生,而實際的白光照射下不同介質將有很多單線光的折射。光學材料(透鏡)對于不同單色光的折射率是不同的,也就是折射角度不同波長愈短折射率愈大,波長愈長折射率愈?。ㄟ@也是不同望遠鏡所謂的色差不同的原因),同一薄透鏡對不同單色光,每一種單色光都有不同的焦距,按色光的波長由短到長,它們的像點離開透鏡由近到遠地排列在光軸上(不同的單色光的波長是不同的)這樣成像就產生了所謂色差透鏡錯誤。色差透鏡錯誤使成像產生色斑或暈環。在攝影器材中,應通過特殊處理,盡量消減色差透鏡錯誤導致的成像問題。常用的消除方法有雙膠合系統與雙分離系統。


    一面單透鏡的色差造成對不同波長的色光產生了不同的焦距


    三招教你如何選擇光譜共焦位移傳感器


    對于消色差雙合透鏡而言,可見光的波長近似具有相等的焦距


    具有抵消色散屬性的衍射光學器件可以用來矯正色差


        而光譜共焦測量方法恰恰利用這種物理現象的特點。通過使用特殊透鏡,延長不同顏色光的焦點光暈范圍,形成特殊放大色差,使其根據不同的被測物體到透鏡的距離,會對應一個精確波長的光聚焦到被測物體上。通過測量反射光的波長,就可以得到被測物體到透鏡的精確距離。這一過程與攝影器材通過各種方法消減色差的過程正好相反。


        為了得到上述特殊的色差,需要在傳感器探頭內使用若干特殊透鏡,用來根據所需量程將光線分解。Z后使用一個凸透鏡,將傳感器探頭射出的光線聚攏在一條軸線上,形成所謂的焦點軸線。如果不使用凸透鏡,傳感器探頭射出的光將分散開來,測量也就無法進行了。



        白色光通過一個半透鏡面到達凸透鏡。上述特殊色差就在這里產生。光線照射到被測物體后發生反射,透過凸透鏡,返回到傳感器探頭內的半透鏡上。半透鏡將反射光折射到一個穿孔蓋板上,小孔只允許聚焦Z好的反射光通過。


        透過穿孔蓋板的光是一組模糊光譜,也就是說若干不同波長的光都有可能穿過小孔照在CCD感光矩陣單元上。但是只有在被測物體上聚焦的反射光擁有足夠光強,在CCD感光矩陣上產生一個明顯的波峰。


        在穿孔蓋板后面,需要一個分光器測量反射光的顏色信息。分光器類似一個特制光柵,可以根據反射光的波長,增強或減弱折射率。因此,CCD矩陣上的每一個位置,對應一個測量物體到探頭的距離。


        在整個量程上,共可以得到超過30,000個測量點。


        這里只計算光線波長,用以產生測量信號。反射光產生的信號波峰振幅并不在信號測量依據之內。也就是說反射光的光強不會影響測量結果。這意味著,無論有多少反射光從被測物體反射回來,測量的距離結果可能是不變的。因為反射光的光強僅僅取決于反射物體的反光程度。因此,采用德國米銥公司的光譜共焦傳感器,即使被測物體是強吸光材料,如黑色橡膠;或者是透明材料,如玻璃或者液體,都可以進行正??煽康臏y量。

        


    三招教你如何選擇光譜共焦位移傳感器


        新技術,新可能


        使用光譜共焦測量技術,可以得到超高分辨率。納米級分辨率源于上述經過特殊處理得到的加長光譜范圍。由于采用檢測焦點的顏色,得到距離信息,光譜共焦傳感器可以采用非常小的測量光斑,從而允許測量非常小的被測物體。這也意味著,即使被測表面有非常輕微的劃痕,也逃不過光譜共焦傳感器的眼睛。


        由于光譜共焦傳感器的光路非常緊湊和集中,使其非常適合測量鉆孔結構。而其他測量方式,如激光三角反射式測量,對于小孔往往無能為力,因為小孔形成的陰影會遮擋反射光的光路,無法進行測量。針對這種小孔測量任務,德國米銥公司推出了IFS2402微型光譜共焦傳感器探頭。這種探頭擁有僅4mm的探頭直徑,可以探入小孔內部進行測量。


        另一種非常適合光譜共焦傳感器的應用是測量多層透明材料的厚度。與其他測量方法不同,光譜共焦傳感器在測量這種物體時,僅需要一支探頭就可以完成測量。測量被測物體前端面和后端面的反射光,從而得到層厚信息。由于測量只使用白光,無需額外附加激光安全措施。由于探頭本身不含有任何電路,傳感器探頭還可以被用于有防爆要求的環境或者有電磁干擾要求的環境。而控制器可以被放置于安全距離以外。允許Z長50m的光纖連接探頭和控制器。但是,需要禁止在光路上存在遮擋物或小顆粒,這會影響測量精度,甚至使測量變得不可完成。由于采用的是光學測量方法,探頭到被測物體的距離也有一定限制。


        那么如何選擇合適的光譜共焦位移傳感器呢?我們建議大家注意一下三點:


        1)注意被測物結構和材質,光譜共焦測量原理決定了其適合測量透明體或光滑表面。因為測量光路在同一軸線上,其避免了類似三角反射式激光位移傳感器因回光被遮擋導致的測量失效。對于吸光材料,如黑色橡膠等材料,大部分入射光強會被吸收,這時需要合理調節曝光時間以獲得足夠測量信號。光譜共焦位移傳感器測量多層透明體各層厚度時,會在每種介質界面上形成測量峰值,可以通過分析峰值之間的距離,換算為對應的厚度。光譜共焦位移傳感器特別適合測量不同折射率的透明材料厚度。需要注意,如果被測材料的折射率未知,就需要嚴格校準才能獲得準確測量結果。另外,常見用光譜共焦位移傳感器測量深孔或深槽的情況。雖然光譜共焦位移傳感器的測量光斑很?。ㄎ⒚准墸?,但其整個光路是一個錐形結構,如果孔深、孔徑比過大,需要讓光譜共焦傳感器廠家協助計算是否可以測量。如果錐形光路被遮擋嚴重,可能導致測量峰值不銳利,甚至無法定位的問題。所以使用光譜共焦位移傳感器時,一定要先與廠家充分溝通,不要想當然人為可以測,結果卻不好。目前國際上的主流的光譜共焦位移傳感器品牌,大致有德國米銥和法國Stil,都會要求客戶在選用光譜共焦位移傳感器時,預先告知被測物表面結構和反光特性。如果是特殊被測材料和結構,如橡膠、暗紋和微小結構的情況,可能就需要用戶提供樣片進行試測,確保達到測量要求后才會訂貨。另外,采用光譜共焦位移傳感器掃描復雜結構時,可能會因為復雜表面反復反光,在尖銳的棱角或深槽處,形成雜光或掉點,建議選擇傳感器之前,給廠家樣片進行試測,廠家一般擁有豐富的實戰經驗,懂得如何采用合理的參數,包括曝光時間,光強,測量頻率等可調參數,達到Z佳的測量效果。


        2)參數選擇,很多廠家都提供多個級別的光譜共焦位移傳感器供客戶選擇。常用于選擇光譜共焦位移傳感器的指標包括傳感器的精度,該參數也有其他稱呼,如線性度、絕對誤差等。指的是傳感器的測量值偏離理論真實值的偏差程度。這個參數直接反應測得準不準。第二個就是分辨率,這個參數指傳感器做出示數變化所需要的Z小位移變化量,通常分辨率參數值要小于精度。第三個是測量速度,以德國米銥confocalDT系列光譜共焦位移傳感器為例,其測量速度可以達到70kHz,測量速度直接決定測量是否可以跟得上被測物的變化速度,能否完整反應位移變化的全過程。掃描頻率對要求快速掃描的應用領域,如手機部件檢測至關重要,直接決定測量cycletime.這里特別要注意的,不要單純比較說明書中的測量頻率,某些品牌的標出的測量頻率值驚人的高,其實不能長時間使用,因此不具備實際意義,另外某些品牌的絕對誤差和分辨率參數都是在多次平均后得到的,切勿在不同的基準上進行比較。

        當然除此以外,還有很多參數可以決定傳感器的性能,包括能夠承受環境溫度指標,能夠承受的振動和沖擊指標等等。為什么要選擇合適的指標呢?因為越高的技術參數一定意味著制造工藝的復雜和難度提升,也必然價格昂貴。所以各位制定測量要求時,一定不要憑空想象,提一個超高的測量要求。我見過有的傳感器使用單位,動輒要幾個微米,甚至納米級別的測量精度,測量速度還超高,問其真的有必要提這么高的要求嗎?回答卻往往是不必要,或者要求高余量大。但是大家要記住,沒有無代價的指標提升,每一個高指標背后都是真金白銀的付出。另外選擇光譜共焦位移傳感器時,要特別注意一點,各家廠商對參數的標注標準是不一樣的。如德國品牌,通常標注的是真實參數,甚至是保守參數。而日系品牌,在標注時,會以平均后的結果為準??磪当頃r,要仔細看看下面的小字,日系品牌超高的參數往往源自多次平均后的結果。光學測量會產生一些毛刺,通過平均的方法可以大大平滑測量結果。


        3)品牌的選擇,在諸多測量原理的位移傳感器中,光譜共焦位移傳感器市場相對集中,品牌特點不一。選擇時不要盲目選擇進口品牌,有商家明明只是代理國外某個品牌,卻聲稱自己是原廠生產,等出了問題以后,由于前期技術方案已經定型,就只能硬著頭皮采用,而這樣又往往會帶來后續更大的問題。辨別一個品牌是否為原廠產品,除了常見的原廠證明外(這個也可以假冒),Z直接就是看其中文網址,國外品牌通常會把自己品牌名稱作為網址,如果你看到某個牌子的網址是中文加英文的混合體,就不太可能是正規廠家了。另外正規進口品牌的中文網址,一定可以在其國外母機構網頁中找到,找不到的一定不是子機構。當然壓根沒有國外母機構的所謂進口品牌,也是存在的。目前光譜共焦位移傳感器市場價格普遍較高,基本上都在10萬元人民幣左右。如果你看到2萬左右的日系品牌,雖然聲稱是光譜共焦原理,其實性能相差很大。另外從報價習慣來講,如果你詢問的是歐洲廠商在國內的子公司,一般水分不大。如果是日系或者代理商,初次報價和Z終成交價之間會有驚人差距,千萬別當了冤大頭!除此以外,使用壽命,溫度漂移等,也會大大影響客戶的使用效果。我見過有的使用廠家,為了幾百塊差價,從進口品牌換成國內品牌,結果過去3年都不會壞一個的傳感器,一年內壞了4次,算下來更貴不算,還大大影響了使用環節,生產線停一次,可不是幾百塊的成本節省可以補償的。


        以上是我憑借個人經驗,總結出的一些選擇光譜共焦位移傳感器的辦法,希望對大家在眾多品牌中能夠選擇出合適的產品,既省錢又能達到測量要求。


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