> 激光三角法测量探头-LTD
 


非均质材料的厚度测量

简介

这种探头可用于测量密度不均匀材料的厚度,例如发泡材料或结构复杂的多层材料。

市场上有很多这种探头可供选择。大部分的工作原理是:一束激光投射到材料上,通过一个线性探头(PSD即位置敏感探测器)检测投射点的位置。激光点的位置可以通过探头两端的电压测量出来, (点与中心的距离由(Va-Vb) / (Va + Vb)得出,式中Va 和Vb表示两端的电压)。总的来说,测量结果以0-10 V电压或4-20 mA电流输出。

PSD原理的系统在测量表面平滑的材料时表现很好,但是它们不适合于复杂的表面,例如透明材料、发泡材料或无纺布。当然,线性探头只能计算出激光成像的形心。

更为复杂的探头使用CCD相机(CCD即电荷耦合元件),它能提供完整的图像信息,但是由于他们一般不用于工业用途,实现起来通常很复杂。

这就是Scantech研发自己的三角法激光探头技术来测量厚度的原因。





工作原理

除了用一个CCD相机取代线性探头之外,工作原理类似前面的简介部分。
当被测材料的上表面为A,激光照射在A’点上,在CCD相机上的投影在A''点。依此类推,如果探头在下一个B面反射,激光照射在B’点上,在CCD相机上的投影在B''点。
如果二极管激光器的位置调整到激光束与图像传感器的光轴垂直,A' 和 B'点就在同一个焦平面上。在这种情况下,系统就是线性的。(例如,A''到B''点的距离与A'到B'点的距离和A到B点的距离是成正比的)





用激光束的光点并不可靠。实际上,如图2所示,如果材料表面粗糙,凹坑就会阻碍反射,这样就无法在图像传感器上成像了。

总的说来,如果材料表面不光滑,反射光各向散射,测量度数的波动就非常大。





为了避免这种局限,Scantech用一种如图3所描述的线状激光束。

成倍地增加测量点以确保良好的统计结果以及测量的可靠性,而无需顾虑表面的状况。

在CCD相机里的激光位置是通过透射在横轴上的图像获取的(图4)。

通过数学运算可以得出所测材料得位置,比相机像素的像素尺寸还要精确得多(图5)。


透明材料的厚度测量
一个探头足以测量透明材料的厚度,因为可同时获得A点和B点的反射光(光谱的两个峰值点)

不透明材料的厚度测量
当材料是不透明的,一个探头仅仅测量的材料其中一面到探头的距离,材料两侧各一个探头就依据下面公式得出了厚度:


D=D0-D1-D2

保持 D0 不变是很重要的。Scantech研发了适用于D0距离是变化的O型框架的补偿探头间距波动的方案。但是在探头安装C型框架,D0不会改变的情况下,测量结果总是要好一些。

表面状态的测量
光线的散射与材料的表面相关。因此这种探头也能测量材料的粗糙度。

特性

  • 材料的性质。 材料的性质,包括它的密度、内部组份都不影响测量。
  • 测量范围。 探头可以精确地测量从几百微米到几厘米的厚度。
  • 高精度。 在低厚度的范围内,精度可达到1%,甚至更好,随着厚度增加,可达到0.1%.
  • 颜色。 探头不受颜色变化的影响。无论是白色或者黑色的材料都可以正常测量。
  • 亮度。 对反射度高(如不锈钢)或低的材料上都能正常测量。
  • 测量更新率。 探头每隔20毫秒采样一次。
  • 高分辨率。 依据扫描速度而定,只有几毫米。
  • 便于使用。 探头的使用很简单,不可压缩材料不需要校准。而偏移量设置是为了补偿可压缩材料实验室数据。
  • 无法律或法规的限制。 因为激光能量非常低,因此不需要申请任何许可证。

设计

激光三角法测量是广泛应用的技术,将它集成到测厚仪也是很简单的。因此 激光三角测量广泛应用于技术领域,因此它与扫描架的结合使用也很简单。 目前可用的探头在市场也很多,事实上它的技术远比看上去的要复杂得多,但目前可用的商业性的探头绝对不适用于在线测量。

1997年,Scantech发展出独家首代的激光三角测量系统,真正适用于在线测量。

  • 即使温度,压力,温度变化的情况下,也不会有时间性的偏移。
  • 不受材料或空间温度的影响。
  • 几厘米的空气间隙。
  • 周围光线甚至错误的反射不会引起变化。
  • 探 头同样应用于半透明材料。
  • 不受材料表面固定的变化的影响。