測(cè)量傳感器的功能及性能

傳感器作為一種檢測(cè)裝置，能感受到被測(cè)量的信息，并能將感受到的信息，按一定規(guī)律變換成為電信號(hào)或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲(chǔ)、顯示、記錄和控制等要求。現(xiàn)代測(cè)量工具使用各種傳感器來收集測(cè)量數(shù)據(jù)，計(jì)量軟件分析測(cè)量數(shù)據(jù)，并通過數(shù)字和圖形報(bào)告，使用戶可以對(duì)零件設(shè)計(jì)和制造過程做出可靠的決策。

有多種用于測(cè)量的傳感器，每種傳感器都有用于測(cè)量特定特征類型的優(yōu)勢(shì)。一些計(jì)量工具提供一種傳感器類型來進(jìn)行數(shù)據(jù)收集。多傳感器計(jì)量系統(tǒng)提供多種傳感器技術(shù)來獲取數(shù)據(jù)，從而提供多維度數(shù)據(jù)信息。

從事測(cè)量崗位的工作人員需要了解這些傳感器的功能以及它們的最佳性能。

一、接觸測(cè)量傳感器

接觸測(cè)量傳感器包括一次收集一個(gè)點(diǎn)的接觸式觸發(fā)探針和一個(gè)連續(xù)收集點(diǎn)的掃描探針。在測(cè)量過程中，觸覺傳感器會(huì)物理接觸零件。測(cè)頭是CMM(坐標(biāo)測(cè)量機(jī))上最常用的傳感器。接觸式觸發(fā)探針接近零件，進(jìn)行接觸、縮回、移動(dòng)和重復(fù)，收集關(guān)于每個(gè)點(diǎn)的信息，一次一個(gè)點(diǎn)。測(cè)針長(zhǎng)度和針尖尺寸的組合很多，可以進(jìn)入被測(cè)零件的大部分區(qū)域，但是限制條件包括探針針尖的物理范圍以及足夠的空間來接近、觸發(fā)和退回。

掃描探針是接觸探針的一種變體，旨在保持與表面輪廓的接觸，并在它們移動(dòng)時(shí)收集測(cè)量數(shù)據(jù)點(diǎn)。計(jì)量系統(tǒng)軟件與測(cè)頭控制器配合使用，沿著零件輪廓驅(qū)動(dòng)測(cè)頭，每秒收集多達(dá)數(shù)百個(gè)表面點(diǎn)。觸摸探測(cè)的另一種形式是使微型探針產(chǎn)生共振。當(dāng)微探針靠近表面但幾乎不接觸表面時(shí)會(huì)觸發(fā)共振。它們可以在狹窄的空間中進(jìn)行測(cè)量。利用低觸發(fā)力微探針技術(shù)，可以在不破壞表面張力的情況下探測(cè)液體表面。

二、光學(xué)測(cè)量傳感器

光學(xué)測(cè)量傳感器是非接觸式的。光學(xué)測(cè)量使用了許多技術(shù)，包括使用相機(jī)成像、激光、干涉儀和彩色共焦成像。

相機(jī)成像技術(shù)分析零件的放大圖像，以確定這些圖像中特征的位置和大小。通過了解零件和攝像機(jī)在其測(cè)量體積內(nèi)的位置，相機(jī)成像技術(shù)可以在超過一米的距離內(nèi)以高分辨率快速測(cè)量特征。區(qū)域陣列相機(jī)和大視野鏡頭可基于整個(gè)圖像的強(qiáng)大軟件分析功能，在視野內(nèi)進(jìn)行大量測(cè)量。這比觸覺探測(cè)快得多。正是基于軟件的邊緣檢測(cè)過程的速度和精度使相機(jī)成像技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用。

激光測(cè)量傳感器非常流行，并且用途廣泛，可以快速、準(zhǔn)確地進(jìn)行測(cè)量。典型的激光傳感器向表面發(fā)射光，該光在檢測(cè)器上反射并成像，從而確定該點(diǎn)在XYZ空間中的位置。點(diǎn)激光傳感器一次測(cè)量一個(gè)點(diǎn)，而線激光傳感器則同時(shí)在一條線上獲取數(shù)百或數(shù)千個(gè)點(diǎn)。這兩種類型的傳感器通?？梢钥绫砻孑喞獟呙?。激光測(cè)距傳感器通常使用激光和檢測(cè)器之間的三角測(cè)量來得出表面數(shù)據(jù)點(diǎn)。

干涉式距離傳感器可提供亞微米(<0.1 m)范圍內(nèi)的測(cè)量點(diǎn)分辨率，在鏡面和光散射擴(kuò)散表面上均具有出色的性能。當(dāng)用作點(diǎn)傳感器時(shí)，它們快速、準(zhǔn)確，非常適合精確測(cè)量表面輪廓或測(cè)量深孔或盲孔。

色共聚焦傳感器是另一種非接觸式光學(xué)測(cè)量技術(shù)。該傳感器使用白光源，通過分析從表面反射的光的光譜來測(cè)量表面而不接觸。這種超高分辨率的傳感器能夠測(cè)量透明零件的平行表面。

不同的數(shù)據(jù)采集技術(shù)針對(duì)不同的測(cè)量任務(wù)。如果確定所選的傳感器能夠以適當(dāng)?shù)姆直媛?、精度和速度測(cè)量所需的零件特征，則單個(gè)傳感器是專用于過程中測(cè)量系統(tǒng)的正確選擇。

微型化、數(shù)字化、智能化、多功能化、系統(tǒng)化、網(wǎng)絡(luò)化的傳感器是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)和自動(dòng)控制的首要環(huán)節(jié)。