Transcript 第七單元雷射位移計

雷射位移計
SJU PIE Lab.
林守儀 7- 1-1
前言
雷射有異於普通光的特色，其特性如下：

指向性

單色性

相干性

反射定律與折射定律
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7-1-2
雷射位移檢測系統
雷射測頭
量測工件
功率放大器
光學尺
床台
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滾珠導螺桿
伺服馬達
傳動齒輪箱
PC Base Control
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7-1-3
雷射位移檢測器
laser
signal
PSD
OSP
lens
CPU1
CPU2
I/O
D/A
lens
GP-IB
CPU3
Panel
Display
KEYENCE LC-2100雷射位移計
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7-1-4
雷射位移檢測原理與特性
重要名詞定義：
量測範圍(Measurement Range, MR) ：
量測距離(Stand Off Distance；SO) ：
SO處光點的尺寸 (Spot size at SO)：
SO處角度(Triangulation Angle at SO)：
SO
Triangulation angle
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7-1-5
雷射位移檢測原理與特性



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三角量測法
自動對焦
音叉結合振動
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7-1-6
三角量測法
Laser diode
Condensing
lens
. . .
B R A
PSD
Working
distance
A
Reference
position
R
Measuring
ranger
B
三角雷射探頭
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7-1-7
三角量測法
Incident angle

Scattering
Object Surface
差動信號
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7-1-8
三角量測法
Z軸
P (x,y,z)
z
光源

鏡心 O
b
x
X軸
f
u
P' (u,v)
CCD
三角量測法
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7-1-9
三角感測器的性能因素






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幾何因素(Geometry Factor)
三角量測角度(Triangulation Angle)：
光源的型式(Light Source Types)：
光點大小(Spot Size)：
物體表面的影響(Surface Effects)：
偵測器的種類(Detector Types)：
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7-1-10
三角感測器的性能因素(續)

幾何因素(Geometry Factor)
感測器遮蔽
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7-1-11
三角感測器的性能因素(續)

三角量測角度(Triangulation Angle)：
裝置雙感應器
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7-1-12
三角感測器的性能因素(續)

光源的型式(Light Source Types)：
Laser Wavelength Filter
Wavelength
Laser Pulsing Frequency
Laser Pulsing Frequency Filter
裝置濾光片
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7-1-13
三角感測器的性能因素(續)

光點大小(Spot Size)：
SO
FEATURE
SIZE
(a)
(b)
(c)
光點大小與工件之關係
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MR
(d)
光點直徑
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7-1-14
三角感測器的性能因素(續)

光點大小(Spot Size)：
Small Spot
Large Spot
光點垂直工件表面
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7-1-15
三角感測器的性能因素(續)

物體表面的影響(Surface Effects)：
(a) 表面均勻
(b) 表面不均勻
雷射色飽和度
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鏡面反射
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7-1-16
三角感測器的性能因素(續)

偵測器的種類(Detector Types)：
Laser Spot
A2
A1
Spot position = (A1 - A2)/(A1 + A2)
位置感測偵測器(Position Sensing Detector; PSD)
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7-1-17
三角感測器的性能因素(續)

偵測器的種類(Detector Types)：
CCD偵測器(CCD Detector)構造示意圖
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7-1-18
三角感測器的性能因素(續)

偵測器的種類(Detector Types)：
First surface spot
Second surface spot
intensity
piexel
Glass surface
依據門檻值過濾雜訊
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7-1-19
三角感測器的性能因素(續)

偵測器的種類(Detector Types)：
雷射二極體
發射透鏡組
PSD
接收透鏡組
變
動
位置感測檢測器基本原理
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7-1-20
三角感測器的性能因素(續)

偵測器的種類(Detector Types)：
CCD
PSD
真
正
的
峰
值
光點分佈
平均中心
光點誤差
PSD與CCD型感測器的不同
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7-1-21
三角感測器的性能因素(續)

偵測器的種類(Detector Types)：
2 D detector
Laser diode
Fan lanser beam
optics
Object surface
線雷射感測器構造示意圖
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7-1-22
三角感測器的性能因素(續)

偵測器的種類(Detector Types)：
CCD
PSD
真
正
的
峰
值
光點分佈
平均中心
光點誤差
PSD與CCD型感測器的不同
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7-1-23
雷射奈米檢測器(Laser Nano Sensor; LSN)
雷射奈米檢測器屬高精密檢測設備
雷射奈米檢測系統
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7-1-24
雷射奈米檢測器(續)
自動對焦原理
LDGU
Diode
Laser
Beam Spliter
MR Measuring Range
SO Standoff Distance
OD Offset Distance
OD
實物
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SO
MR
構造圖
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7-1-25
雷射奈米檢測器(Laser Nano Sensor; LSN)
音叉/振動裝置
半導體雷射
光線接收元件
照明LED
CCD攝影機
準直鏡
所接收的光量密度較高
音叉裝置/ 振動裝置
接物鏡
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構造圖
原理
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7-1-26
精密機械結構



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花崗岩機台
氣體軸承
氣體潤滑導軌
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精密機械結構(續)

SJU PIE Lab.
花崗岩機台
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7-1-28
精密機械結構

氣體軸承
Pad
軸
排氣閥
節流器
空氣管
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7-1-29
精密機械結構

氣體潤滑導軌
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7-1-30
雷射位移檢測技術之應用

逆向工程
樣品
量產
複製
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3D外形
量測
模具
成型
資料
處理
CAD曲面
建構
外形
修飾
模具
加工
CAM產生
NC檔
RP快速
成形
逐層產
生STL檔
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7-1-31
雷射位移檢測技術之應用(續)

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台灣模型
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雷射位移檢測技術之應用(續)

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獎牌模型
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7-1-33
雷射位移檢測技術之應用(續)

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產品形貌檢測
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7-1-34
雷射位移檢測技術之應用(續)

產品形貌檢測
導線架腳位高低差
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7-1-35
雷射位移檢測技術之應用(續)

產品形貌檢測
拉鍊沖頭
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7-1-36
雷射位移檢測技術之應用(續)

產品形貌檢測
DVD光學模具
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雷射位移檢測技術之應用(續)

產品形貌檢測
背光版V溝模具
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結論



SJU PIE Lab.
雷射位移計是精密檢測經常使用的一種
技術
影響量測精度因素
傳統三角量測法演進至音叉/振動裝置、
自動對焦
林守儀
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