激光測徑儀

測量原理

國內比較常用的兩種非接觸測量方法，一種是基於CCD器件接收光信號的測量方法，另一種是激光掃描測量方法。兩種方法各有各的優勢以及劣勢，下面讓我們來看看他們的基本工作原理。

第一種測量原理：CCD尺寸測量

CCD尺寸測量系統基本都由CCD像傳感器、光學系統、微機數據採集和處理系統組成，我們先來看一下采用CCD測量的基本原理：

線陣CCD平行光法進行非接觸測量的基本原理：將線陣CCD置於平行光路，被測物放於CCD前方光路中，射向CCD的光就被物體擋住一部分，因此CCD輸出的信號就有一個凹口。顯然，凹口的寬度與物體的尺寸有一一對應的關係，我們利用數字電路設計和計算機處理就很容易的得到凹口對應的CCD像元數，從而計算出被測物體的尺寸。但是我們也很容易的發現一個問題：這種測量方法要求CCD光敏區的長度大於被測物體的尺寸，而大尺寸的CCD特別昂貴，所以必須通過其他方法來實現光的接收。

CCD尺寸測量基本原理

顯然CCD接收法它具有一些獨特的一般機械式、光學式、電磁式測量儀無法比擬的優點，這與CCD本身的自掃描高分辨率高靈敏度結構緊湊位置準確的特性密切相關，其中關鍵的技術就是光學系統的設計和CCD輸出視頻信號的採集與處理，但是也存在着很多常見的問題，諸如結構複雜、成本高等缺點。下面讓我們來看一下，CCD測量的方法有哪些缺點：

(1)採用CCD接收然後轉換成數字信號的方法，測量的精度受限於CCD像元的大小!我們知道CCD像元不管哪個部位接收到光，都會將接收到的光信號轉化成電信號，從而制約了CCD測量方法的測量精度。當然我們也可以採用儘量小的CCD像元，使它的測量誤差儘量減小。但我們也知道，CCD的像元越小，CCD的成本就越高，這是一個沒辦法迴避的矛。

(2)同時，由於我們知道，CCD光敏區一般為28mm，這就直接限制了被測物體的大小，系統的型號受限。

(3)衍射，我們知道衍射在精密測量中是無法迴避的問題。而在這裏我們的CCD像元不是連續的，是一個一個像元互相緊密排列組成的，而由於衍射造成的光的傳播不是直線的，結果就很容易出現很大的誤差。

第二種測量原理：激光掃描測量

激光掃描測徑儀系統採用激光器發出的光束通過多面體掃描轉鏡和掃描光學系統後，形成與光軸平行的連續高速掃描光束，對被置於測量區域的的工件進行高速掃描，並由放在工件對面的光電接收器接收，投射到光電光電接收器上的光線在光束掃描工件時被遮斷，所以通過分析光電接受器輸出的信號，可獲得與工件直徑有關係的數據。為保證測量的高精度以及可靠性，光掃描計量系統必須滿足以下三點基本要求：

(1)激光束應垂直照射被測物體表面；

(2)光束必須對物體表面做勻速直線掃描運動；

(3)掃描時間必須測的很準確。

而在現實情況下，掃描速度並不是常數，而是隨掃描轉鏡的角位移的變化而變化，這樣就會產生原理誤差。

綜上所述，我們可以看出，使用CCD進行測量的這種方法有它的優點，但同時也有它自己無法克服的缺點。再看利用激光掃描測量直徑的方法，雖然會出現如掃描速度達不到均勻而產生的原理誤差，但是我們可以利用算法的不同降低這部分誤差。

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測徑儀大至分激光掃描測徑儀，CCD投影測徑儀，激光衍射測徑儀，其中前兩者都屬光學的幾何原理，後者為利用光學的波動原理。

CCD投影測量徑儀，由於電機速度畢竟有限，而且掃描的平行光帶不太容易保證，再加上平行光管與CCD的技術的發展，很多企業開始採用CCD成像法測量直徑，在國內以上海歐勒在這方面做得較早，其光源採用波長較長的紅外光，抗干擾較強，由於少了許多機械件，所以設備較穩定可靠，但CCD成像受相素的制約，在精度上不太容易拓展，特別是大直徑的物體測量，但又不能太細，太細會有掃描測徑儀相同的問題。

激光衍射測徑儀，利用衍射原理測量細線的直徑，此技術與前兩項剛好相反，只適用於測小直徑的細絲，而且越細越好，因為此技術是利用衍射原理，理論只有當波長與被測物相近或大於被測長物時衍射最明顯。據網上查詢，輝煌在這方面處於領先地位，其產品在測量5um到300um的細絲是沒問題的，根據其廣告宣傳最大可以測量到500um。其精度由於限於標準樣件和測試環境的影響，只有0.2um左右，但其重複精度相當高，這是細絲測徑儀的一個發展方向。

在大直徑測量方面， 據廣告資料顯示，市場上明鋭做的測徑儀最大已經可以測量400mm，而真尚有測徑儀通過多傳感器協同工作也可測直徑高達500mm，上海共久電氣有限公司測徑儀通過雙光路邊緣測量原理，已經實現1600mm最大外徑測量，並以在大型管道行業投入應用。大直徑測量主要有兩個方向，一個是通過雙鏡頭實現，但這樣會犧牲一些小直徑的測量範圍，另一種是通過單鏡片實現，但這樣對鏡頭的加工難度和質量保證及成本控制上提出較大要求。

適用於電線、電纜、線纜、漆包線、光纖、橡膠、塑料、線材、棒材、管材、軋鋼等領域。