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简析激光位移传感器:机器人的眼睛

日期:2020-05-23 14:27:53 来源:互联网 编辑:小薇 阅读人数:295

简析激光位移传感器:机器人的眼睛(图1)

近日,领势投资宣布战略入股创想智控,助力创想智控布局激光位移传感器及工业大数据服务赛道,共同扩大其在智能传感器行业的影响力。激光位移传感器被称为机器人的眼睛,在焊接、毛坯制造、机械加工、热处理、上下料、装配等作业中,都具有不可替代的作用。那么,什么是激光位移传感器呢?

简析激光位移传感器:机器人的眼睛(图2)

激光位移传感器是利用激光技术进行测量的传感器,由激光器、激光检测器和测量电路组成。作为新型测量设备,激光位移传感器能够精确非接触测量被测物体的位置、位移等变化,还可测量位移、厚度、振动、距离、直径等精密的几何测量。

目前,激光位移传感器按照原理可分为激光三角测量法和激光回波分析法两种,其中激光三角测量法适用于高精度、短距离的测量,激光回波分析法则用于远距离测量。在当前的工业机器人应用中,通常采用三角测量法,这种方法最高线性度可达1um,分辨率可达到0.1um的水平。

三角测量法的原理是通过镜头将可见红色激光射向被测物体表面,经物体反射的激过接收器镜头,被内部的CCD线性相机接收,根据不同的距离,CCD线性相机可以在不同的角度下看见这个光点。根据这个角度及已知的激光和相机之间的距离,数字信号处理器就能计算出传感器和被测物体之间的距离。

同时,光束在接收元件的位置通过模拟和数字电路处理,并通过微处理器分析,计算出相应的输出值,并在用户设定的模拟量窗口内,按比例输出标准数据信号。如果使用开关量输出,则在设定的窗口内导通,窗口之外截止。另外,模拟量与开关量输出可独立设置检测窗口。

回波分析法则是通过激光发射器每秒发射一百万个激光脉冲到检测物并返回至接收器,处理器计算激光脉冲遇到检测物并返回至接收器所需的时间,以此计算出距离值,该输出值是将上千次的测量结果进行的平均输出,即所谓的脉冲时间法测量的。激光回波分析法适合于长距离检测,但测量精度相对于激光三角测量法要低,最远检测距离可达250m。

有数据显示,国内通用激光位移传感器市场规模已达120亿,且每年保持20%的增速,但99.87%的国内市场被国外厂商占据,以欧美日等发达国家企业居多,如美国通用电气、德国西克、基恩士等等。这些企业不断通过技术创新和产品升级以保持市场地位。我国工业自动化集成商虽然对该器件的认知率超过95%以上,由于价格昂贵、适配困难等原因,实际使用率不足10%

简析激光位移传感器:机器人的眼睛(图3)

与国外先进企业相比,我国传感器技术在科研上要落后10年,则在生产技术上要落后15年。但近年来我国陆续制定有利于传感器产业发展的政策,并建立了多个传感技术、机器人国家重点实验室,同时也有千余家企业选择从事传感器的生产和研发,国内传感器产业化进程随之加快。可以说,良好的政策土壤为企业带来良好的生存环境,随着打破国外垄断成为国内技术企业的发展方向,激光位移传感器要成为新的突破点,自然也离不开资本的支持。

在未来,激光位移传感器的需求总体将保持快速增长的态势,而随着国内各项鼓励政策的落实,激光技术的持续创新进步和激光位移传感器产品性能的不断提升,我国激光位移传感器的大规模商业化应用将很快成为现实。

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激光

激光的最初的中文名叫做“镭射”、“莱塞”,是它的英文名称LASER的音译,是取自英文LightAmplificationbyStimulatedEmissionofRadiation的各单词头一个字母组成的缩写词,意思是“通过受激发射光扩大”。激光的英文全名已经完全表达了制造激光的主要过程。激光的原理早在1916年已被著名的美国物理学家爱因斯坦发现,但直到1960年激光才被首次成功制造。1964年按照我国著名科学家钱学森建议将“光受激发射”改称“激光”。激光是20世纪以来,继原子能、计算机、半导体之后,人类的又一重大发明,被称为“最快的刀”“最准的尺”“最亮的光”和“奇异的激光”。

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