行業(yè)知識(shí) | CMOS激光位移傳感器如何實(shí)現(xiàn)高精度測(cè)量?

明治的CMOS激光位移傳感器是一種高精度、高靈敏度的位移傳感器，通過結(jié)合先進(jìn)的光學(xué)測(cè)量原理、高頻率激光脈沖發(fā)射、高靈敏度的光電轉(zhuǎn)換器件、創(chuàng)新的算法和信號(hào)處理技術(shù)以及非接觸式測(cè)量方式，實(shí)現(xiàn)高精度的測(cè)量效果。

廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化、機(jī)械制造和精密測(cè)量等領(lǐng)域。那么它是如何實(shí)現(xiàn)高精度測(cè)量的呢？本期小明就來給大家簡(jiǎn)單分享一些知識(shí)點(diǎn)~

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激光三角原理

CMOS激光位移傳感器基于激光三角測(cè)量原理進(jìn)行工作。

激光發(fā)射：首先，激光器發(fā)射一束激光，這束激光經(jīng)過準(zhǔn)直系統(tǒng)后形成平行光束。

激光反射：平行光束照射到待測(cè)物體上，物體表面將光線反射回來。在這個(gè)過程中，激光束與物體表面的接觸點(diǎn)會(huì)隨著物體的移動(dòng)而變化。

光束接收：反射回來的激光束被安裝在CMOS傳感器上的光電二極管陣列接收。這些光電二極管能夠檢測(cè)到反射光的位置變化。

圖像處理：接收到的光信號(hào)會(huì)被轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，并通過放大、濾波等電子電路處理后，輸入到單片機(jī)或計(jì)算機(jī)中進(jìn)行進(jìn)一步的圖像處理。在這個(gè)階段，通常會(huì)使用算法來確定光斑在傳感器上的具體位置。

距離計(jì)算：根據(jù)光電二極管接收到的光斑位置，結(jié)合已知的光學(xué)參數(shù)（如焦距、激光與傳感器之間的角度等），通過三角測(cè)量原理計(jì)算出物體表面相對(duì)于傳感器的位置變化。這一過程涉及到復(fù)雜的數(shù)學(xué)模型和算法，如最小二乘擬合圓算法等。

輸出結(jié)果：最后，測(cè)量得到的距離信息可以被用來進(jìn)行各種應(yīng)用，如工業(yè)檢測(cè)、機(jī)器人導(dǎo)航等。

在整個(gè)過程中，CMOS技術(shù)的應(yīng)用使得整個(gè)系統(tǒng)更加集成化和小型化，同時(shí)也能提供更高的數(shù)據(jù)處理速度和更低的功耗。

· 正反射&漫反射

此外，激光三角測(cè)量法還可以分為直射斜射等不同情況，根據(jù)入射激光和待測(cè)物體表面法線之間的夾角進(jìn)行測(cè)量。這種方法適合應(yīng)用于短距離、高精度的測(cè)量，例如在晶圓檢測(cè)中，激光位移傳感器可以對(duì)非接觸物體的位置進(jìn)行精確測(cè)量，并測(cè)量出物體的位移、距離、振動(dòng)、直徑和厚度。

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高速硬件設(shè)計(jì)

一、高速CMOS圖像傳感器

CMOS激光位移傳感器采用了高速CMOS圖像傳感器，這是實(shí)現(xiàn)高速測(cè)量的關(guān)鍵組件。

高速CMOS圖像傳感器能夠在極短的時(shí)間內(nèi)完成圖像捕捉和處理，從而確保了傳感器能夠?qū)崟r(shí)響應(yīng)并捕捉到物體的位移變化。這種高速性能使得傳感器在動(dòng)態(tài)測(cè)量環(huán)境中也能保持高精度和穩(wěn)定性。

二、高性能處理器

除了高速CMOS圖像傳感器外，傳感器內(nèi)部還集成了高性能的處理器。這款處理器能夠迅速完成數(shù)據(jù)計(jì)算和位移量的輸出，從而提高了整體測(cè)量速度。高性能處理器的應(yīng)用使得傳感器能夠處理更復(fù)雜的數(shù)據(jù)，并在更短的時(shí)間內(nèi)得出準(zhǔn)確的測(cè)量結(jié)果。

三、優(yōu)化的電路設(shè)計(jì)

CMOS激光位移傳感器的電路設(shè)計(jì)也經(jīng)過了優(yōu)化，以減少信號(hào)傳輸和處理過程中的延遲。通過優(yōu)化電路設(shè)計(jì)，傳感器能夠更快地響應(yīng)輸入信號(hào)，并更快地輸出測(cè)量結(jié)果。這種優(yōu)化不僅提高了測(cè)量速度，還降低了功耗，使得傳感器在長(zhǎng)時(shí)間工作時(shí)也能保持穩(wěn)定的性能。

四、先進(jìn)的接口技術(shù)

為了實(shí)現(xiàn)高速數(shù)據(jù)傳輸，CMOS激光位移傳感器采用了先進(jìn)的接口技術(shù)。這些接口技術(shù)能夠支持高速數(shù)據(jù)傳輸，從而確保了傳感器能夠?qū)y(cè)量結(jié)果實(shí)時(shí)傳輸給后續(xù)設(shè)備進(jìn)行分析和處理。先進(jìn)的接口技術(shù)不僅提高了數(shù)據(jù)傳輸速度，還增強(qiáng)了傳感器的兼容性和可擴(kuò)展性。

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創(chuàng)新算法和信號(hào)處理技術(shù)

現(xiàn)代激光位移傳感器采用了多種創(chuàng)新算法和信號(hào)處理技術(shù)，以提高測(cè)量精度。以下是一些主要的技術(shù)及其應(yīng)用：

數(shù)字信號(hào)處理算法：明治傳感自主研發(fā)的工業(yè)級(jí)激光位移傳感技術(shù)利用專有的數(shù)字信號(hào)處理算法，可以實(shí)現(xiàn)瞬時(shí)位移、振動(dòng)和光學(xué)相位測(cè)量，并提供與常規(guī)三角法激光位移傳感器相同的絕對(duì)位移和距離測(cè)量。

引力搜索算法：該算法用于優(yōu)化激光位移傳感器的參數(shù)，以提高傳感器的性能和穩(wěn)定性。通過實(shí)驗(yàn)和理論分析，研究者們提出了改進(jìn)的算法和方法，旨在解決現(xiàn)有激光位移傳感器在實(shí)際應(yīng)用中遇到的精度、可靠性和適應(yīng)性等問題。

傾角誤差模型：在自由曲面測(cè)量中，通過引入一個(gè)可以量化的傾角誤差模型，將激光位移傳感器的測(cè)量誤差控制到最小，從而顯著提高了測(cè)量精度。

綜上所述，CMOS激光位移傳感器通過先進(jìn)的激光三角測(cè)量原理、高速硬件設(shè)計(jì)和優(yōu)化算法的結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了高精度和高靈敏度的位移測(cè)量。其卓越的性能和廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域使其成為現(xiàn)代工業(yè)與科研領(lǐng)域不可或缺的重要工具。

明治CMOS激光位移傳感器MLD系列

光學(xué)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)有哪些？

CMOS激光位移傳感器的光學(xué)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)涉及多個(gè)方面，以提高傳感器的精度、穩(wěn)定性和檢測(cè)性能。以下是幾個(gè)關(guān)鍵的優(yōu)化設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)：

內(nèi)置反射鏡設(shè)計(jì)：MLD系列CMOS型微型激光位移傳感器采用了新型光學(xué)系統(tǒng)，內(nèi)部設(shè)置反射鏡，從而縮短了傳感器的進(jìn)深尺寸，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了高精度測(cè)量。這種設(shè)計(jì)不僅減少了傳感器的體積，還提高了測(cè)量的穩(wěn)定性。

收斂型線束技術(shù)：傳感器通過配置柱面鏡頭，實(shí)現(xiàn)了收斂型線束（最小光斑直徑0.05mm），從而大幅改良了光學(xué)系統(tǒng)，使得檢測(cè)更加穩(wěn)定。這種尖銳線束的設(shè)計(jì)有助于減少檢測(cè)不均的問題，提高檢測(cè)精度。

超分辨率算法：傳感器還對(duì)內(nèi)部信號(hào)處理進(jìn)行了改進(jìn)，通過配置超分辨率算法（Super-resolution Algorithm），進(jìn)一步提升了傳感器的性能。這種算法可以提高圖像的分辨率，從而提高位移檢測(cè)的精度。

高精度CMOS影像傳感器：傳感器采用了高精度CMOS影像傳感器，并結(jié)合獨(dú)特的算法，實(shí)現(xiàn)了高精度測(cè)量。這種高精度的影像傳感器和算法組合，確保了傳感器在不同環(huán)境下的穩(wěn)定性和可靠性。

溫度特性優(yōu)化：MLD系列傳感器具有優(yōu)異的溫度特性，能夠在溫度變化時(shí)保持測(cè)量精度。鋁鑄外殼設(shè)計(jì)也確保了機(jī)身的堅(jiān)固耐用，減少了變形和溫度對(duì)測(cè)量精度的影響。

激光三角法原理的應(yīng)用：激光三角法原理在傳感器中得到了廣泛應(yīng)用。通過線陣CMOS接收像素信息，可以精確計(jì)算被測(cè)物體的距離。此外，激光與透鏡光軸的夾角以及線陣CMOS與透鏡光軸的夾角需要適當(dāng)設(shè)置，以避免降低接收性能和影響光斑定位