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线缆直径测量领域中的非接触式测量技术介绍

发布时间:2020-03-23 浏览次数:481
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在当今线缆行业的测量设备中,对线缆直径、椭圆度进行测量的产品,应用的技术主要有三种,激光衍射法、激光扫描法和光学投影法。
基于这三类技术开发的测径产品,各有优缺点。基于激光扫描法和光学投影法,在国内很早就有企业推出了产品,但基于激光衍射法的技术,一直没有突破,使得某些领域的产品长期被国外企业控制。
2015年至2020年期间,曙创大能经过四年多的潜心研究,成功掌握了激光衍射技术在线缆测量领域中的应用,打破了市场的技术格局,推出了多款应用衍射技术的测量产品。



接下来,为大家介绍这三种测量技术:激光衍射法、激光扫描法、光学投影法




激光衍射法

激光衍射法包括夫琅禾费衍射和菲涅尔衍射。

其原理是基于光的波动特性,在激光投射的被测物阴影轮廓中,包含有被测物几何尺寸信息的衍射条纹,对衍射条纹进行轮廓检测、计算,可以准确地得到被测物的直径、椭圆度信息。

1.1 夫琅禾费衍射法
此技术是通过准直镜头将激光准直成一束平行光,照射在被测物上,再经过成像系统将被测物的衍射图像投影在CCD接收器上,通过对衍射条纹进行检测、计算,得到被测物的尺寸。


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夫琅禾费衍射法光路示意图


基于夫琅禾费衍射法产品的优势:

1)无马达结构,⽆需担⼼由于振动或光学部件位置微弱变化带来的测量误差,可⻓久安⼼使⽤;

2)测量重复度非常高,测量0.005mm~0.1mm细丝的优势尤为明显,是特细细丝理想的选择;

3)不受激光幅值衰减影响;

4)长期使用测量值稳定,无需重新校准。

基于夫琅禾费衍射法产品的劣势:

1)测量范围有限,一般测量范围小于1mm,难以实现较大线经的测量;

2)对灰尘烟雾敏感,增加了结构的设计难度。

1.2 菲涅尔衍射法

基于此技术的测径仪产品无需光学透镜,但需要具有两个或两个以上的光路才能正常工作。


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两轴衍射法光路示意图
(图片来源于SIKORA产品手册)


上图为两轴测量仪的光路示意图,两个相差90°的激光发出的光束将被测物的几何轮廓投影在互成90°的CCD上,通过对衍射图像的分析,可以计算出被测物的直径值和椭圆度值。


基于菲涅尔衍射法产品的优势:

1)无马达结构,⽆需担⼼由于振动或光学部件位置微弱变化带来的测量误差,可⻓久安⼼使⽤;

2)无光学透镜、电机,可大幅缩减维护工序;
3)非常适合在线测量线缆的直径和椭圆度,产品结构非常简单,可靠性更高;
4)不受激光幅值衰减影响;

5)长期使用测量值稳定,无需重新校准。

基于菲涅尔衍射法产品的劣势:

1)开发难度大、周期长;
2)对灰尘烟雾敏感,增加了结构的设计难度;

3)测量0.05mm以下的细丝难以实现。

基于激光衍射法的测径设备品牌,常见的有:SIKORA、CERSA、曙创大能。



激光扫描法

激光扫描法的原理:从半导体激光器发出的激光光束投射到一个旋转的多面棱镜上,经过平面镜反射后,穿过一个准直透镜(Fθ透镜)扫描被测物,光束被接收透镜汇聚并由光电二极管转换成一个与接收光强度成正比的电子信号,根据光束被目标物遮挡形成阴影的时间来计算被测物尺寸。


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激光扫描法示意图


基于激光扫描法产品的优势:

1)技术相对简单,成熟早,开发产品的企业多,选择多;

2)对灰尘烟雾的敏感度相对较低,降低了结构的开发难度;

3)不受激光幅值衰减影响;

4)测量范围较大。

基于激光扫描法产品的劣势:

1)产品内部有高速马达,驱动多面棱镜旋转,对产品的耐久度和可靠性有较大影响;

2)能测椭圆度的多轴产品的可靠性进一步降低;

3)测量下限值难以降低。

基于激光扫描法的测径设备品牌,常见的有:Mitutoyo、BETA、Zumbach、PROTON、奥美加、辉煌、雷斯特、明锐。



光学投影法

 

光学投影法原理:高强度LED发出的光穿过漫射装置,经准直镜头准直成一束平行光,照射在被测物上,再经过成像系统将被测物的图像投影在CCD接收器上,通过对图像阴影边缘进行检测、计算,得到被测物的尺寸;其核心为远心光学成像系统。


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光学投影法示意图(图片来源于基恩士手册)



基于光学投影法的优势:

1)无马达结构,产品可靠性得到保证;

2)技术相对简单,成熟较早。

 基于光学投影法的劣势:

1)结构复杂,测椭圆度的多轴产品集成难度大;

2)易受到光源幅值衰减和透镜表面灰尘积累的影响;

3)测量下限值难以降低。

 基于光学投影法的测径设备品牌,常见的有:基恩士(KEYENCE)、蓝鹏。


通过对线缆直径测量领域中的非接触式测量技术的介绍,我们可以发现,基于不同的测量技术开发的产品都有其优势和劣势,选择产品时,必须要根据自己的应用场合选择合适的产品,才能达到最佳的性能优势。 


随着一代代国人的努力,我国在基础制造业领域获得了一个又一个的技术突破,一次次打破国外企业的长期技术垄断,我国制造业势必快速补上短板,站在国际行业前列。我们公司也会继续稳扎稳打,将测量技术和产品做到世界行业前列。