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/ 知识库 /激光三角测量——测量原理

测量原理

激光三角测量

该设备基于激光三角测量原理获取高度剖面图与高度图像。 该方法通过单向激光线投射至目标物体,同时图像传感器以已知角度从不同方位观测物体。嵌入式处理器对传感器图像进行分析后,将其转化为单一高度剖面图。当目标物体以特定速度在激光线下方移动时,即可获取完整高度图像。激光源、传感器与目标物体三点间的角度与距离关系,共同构成了三角测量几何体系。


几何依赖关系

整个设备基于三种主要几何结构进行构建和校准:

视野

视场(FOV)取决于设备的内置光学系统和激光器的扇形角度。近视场定义在Z轴范围的上限,其视角小于视场。远视场定义在Z轴范围的下限,其视角大于视场。
激光线通常比视场宽。这是由于激光线边缘存在误差所必需的。

工作距离

工作距离(WD)指激光模块底边与待测目标表面的标称距离。在工作距离范围内进行测量时,测量精度始终最佳。然而,存在一个定义的Z轴范围,目标表面或多个表面可能出现在该范围内。总Z轴范围等于近景视场到工作距离的距离与工作距离到远景视场的距离之和。

三角测量角

三角测量角描述了垂直对准的激光器与倾斜的传感器平面之间的夹角。
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坐标系

该设备的坐标系描述如下:X轴表示沿激光线方向的测量区域宽度,Y轴表示运输方向,Z轴表示沿激光平面方向的高度值。

下图展示了典型的三角测量几何结构。

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决议

传感器的分辨率在每个轴上都不同:

  • ΔX:沿激光线方向及横跨目标(横向)的分辨率。该值等于视场宽度除以成像仪的像素数量。
  • ΔY:垂直于激光线(沿运动方向纵向)的分辨率。该值直接取决于测量频率与运输速度。
  • ΔZ:高度分辨率。激光线垂直于物体表面投射,而相机以三角测量角α观察物体。高度分辨率可近似表示为:
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闭塞

遮挡是激光三角测量法的主要局限性。当传感器无法观测到激光线时,将无法获取高度数据。必须对目标物体进行分析并规划扫描路径以避免遮挡现象。采用双头或多传感器配置可作为解决方案。

设备模式与峰值检测算法

本章描述了所实现设备模式和峰值检测算法的一般功能。该设备可运行于二维区域扫描模式和三维线扫描模式:

区域扫描

区域扫描模式是一种二维成像模式,设备在此模式下类似于标准二维相机运行。该模式通过设备接口采集8至10位分辨率的灰度数据。此外,传感器可划分为多个区域。

线扫描3D

线扫描3D模式是提供高度数据的3D模式。与区域扫描模式类似,传感器可划分为多个区域。每个区域均可启用3D扫描提取功能。线扫描3D模式支持多种峰值检测算法。在此模式下,图像传感器采集单帧图像,选定算法将按列方向提取激光线位置。 单帧图像中的所有激光线位置构成一个轮廓,该轮廓代表目标物体的横截面。设备将重复此过程以获取预设数量的轮廓,最终将这些轮廓合成单张距离图像。此距离图像并非传统意义上的目标物体图像,而是由一系列高度轮廓组成的集合。
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