膠高檢測的主要作用

膠高檢測的核心價值在于確保點膠或涂膠的高度一致性和精確性，其主要作用體現(xiàn)在以下幾個方面：

保證密封與防護性能：在許多產品中，膠水用于密封（如汽車電池、電子元器件）或防護（如PCB板）。膠高不足可能導致密封不嚴，引發(fā)泄漏、受潮、絕緣不良等問題。膠高過量則可能造成干涉或浪費。檢測系統(tǒng)能確保膠體在關鍵區(qū)域形成連續(xù)、厚度均勻的屏障。

保障結構粘接強度：膠水的粘接強度與其涂敷量和形狀（高度、寬度）直接相關。膠高不足會導致粘接面積不夠，強度下降；膠高過高則可能溢出污染其他部位，或影響裝配。精確的膠高控制是保障產品可靠性和耐久性的關鍵。

提升工藝控制與自動化水平：傳統(tǒng)人工檢測（目視、卡尺）效率低、主觀性強、易漏檢，且難以適應高速自動化生產。在線膠高檢測能實時反饋數據，甚至聯(lián)動點膠設備實現(xiàn)閉環(huán)控制，動態(tài)調整參數，減少廢品率，提升生產效率。

實現(xiàn)質量追溯與過程優(yōu)化：檢測系統(tǒng)通常記錄并上傳每件產品的膠高數據。這既便于質量問題追溯，也能通過統(tǒng)計分析優(yōu)化點膠工藝參數，持續(xù)改進生產質量。

檢測需求

樣品1. 檢測樣品芯片點膠頂部位置至底部平面的高度

樣品2. 檢測樣品面封膠的高度

樣品3. 檢測樣品圍壩的高度和寬度

測試需求

根據客戶提供的測試需求，利用線光譜共焦傳感器對樣品點膠位置進行掃描，通過2D圖像以及3D點云圖進行樣品特定位置高度信息的測量。

檢測原理

光譜共焦測量通過使用特殊透鏡，延長不同顏色光的焦點光暈范圍，形成特殊放大色差，使其根據不同的被測物體到透鏡的距離，會對應一個精確波長的光聚焦到被測物體上。通過測量反射光的波長，就可以得到被測物體到透鏡的精確距離。

反射光的光強不會影響測量結果。這意味著，無論有多少反射光從被測物體反射回來，測量的距離結果可能是不變的。因為反射光的光強僅僅取決于反射物體的反光程度。因此，采用海伯森的3D線光譜共焦傳感器，即使被測物體是強吸光材料，如黑色橡膠；或者是透明材料，如玻璃或者液體，都可以進行正?？煽康臏y量。

測試方案

樣品1號檢測效果圖

灰度圖

高度圖

3D點云圖

局部灰度圖

局部點云圖

樣品1號檢測結果

2D截面示意圖

3D點云截面示意圖

1D截面示意圖

經測量: 此處膠高為：0.4036mm

樣品2號檢測效果圖

灰度圖

高度圖

3D點云圖

局部點云圖

樣品2號檢測結果

2D截面示意圖

3D點云截面示意圖

1D截面示意圖

經測量: 樣品2零點位置封面膠的高度為：0.2134mm

樣品3號檢測效果圖

灰度圖

高度圖

3D點云圖

局部點云圖

樣品3號檢測結果

2D截面示意圖

3D點云截面示意圖

1D截面示意圖

經測量: 圍壩此處的寬度值為：1.37072mm

圍壩此處的高度值為：0.305046mm

高精度應變計及結構設計實現(xiàn)了更高的信噪比和靈敏度,內置溫度補償算法大大降低了由于溫度變化導致的溫度漂移。

六維力傳感器裝載于工業(yè)機器人、協(xié)作機器人、外骨骼機器人、醫(yī)療康復機器人上,也廣泛應用于柔性夾爪抓取、機器人關節(jié)、自動化測量與控制、風洞測試等場景。

產品優(yōu)勢

技術參數

應用范圍

海伯森自成立起就將發(fā)展戰(zhàn)略定位于高端智能傳感器品牌平臺建設，先后推出了光譜共焦傳感器HPS-CF系列產品，以及3D線光譜共焦傳感器HPS-LCX系列產品。海伯森以全球市場競爭為基點，助力推動高端光譜共焦產品實現(xiàn)國產化。

海伯森光譜共焦傳感器HPS-CF系列采用特別優(yōu)化的光學設計系統(tǒng)，選用LED白光作為光源，起到肉眼保護作用的同時提升了檢測的穩(wěn)定性和產品使用壽命。與傳統(tǒng)模式相比，HPS-CF系列優(yōu)點更加明顯。

1.由于采用同軸的光譜共焦方式,所以能在不影響探頭的安裝方向及移動方向的情況下測量。

2.光點直徑在測量范圍內的每個位置都幾乎不會發(fā)生變化,因此可高精度測量。

3.除了同軸的光譜共焦方式之外,照射光的開口亦為廣角。如果能接受部分反射光,就可以通過檢測其反射光的波長位置來進行高精度的測量。斜面測量也依舊清晰

4.傳感頭內部僅有鏡頭結構設計。由于沒有電子元件,不發(fā)熱,所以不會產生安裝傳感頭的夾具變形?？蓪崿F(xiàn)較為理想的高精度測量。

從產品多元化配置與性能指標維度展開綜合評析，海伯森
HPS-CF系列可提供控制器5款和傳感頭25款，傳感頭外徑尺寸可部署空間范圍在5~94mm，產品測量范圍0.2~171mm，控制器與傳感頭的不同搭配可適應不同的檢測任務要求。（注：了解詳情請聯(lián)系我司工作人員）

海伯森光譜共焦傳感器依托自主研發(fā)構建技術壁壘，其軟件算法與部分核心硬件均實現(xiàn)自主開發(fā)，從底層架構保障產品穩(wěn)定性與操作便捷性。HPS-CF系列具備最多支持四通道同步測量，而特別優(yōu)化的同軸設計可實現(xiàn)鏡面
±62°和漫反射表面±88°的超大測量角度，有效解決球面材料、3D曲面玻璃等物體的高精度檢測難題，相較于同類產品，HPS-CF系列具備三大差異化優(yōu)勢：

通過“技術自研+產能管控+服務深耕”的三維度布局，海伯森在光譜共焦傳感器領域構建了從產品性能到交付服務的全流程競爭優(yōu)勢。

控制器可支持USB/RS232/RS422/RS485通訊讀取檢測數據，此外，用戶還可通過采用一體加工成型的夾具簡單設置實現(xiàn)超高精度的雙頭測厚?？啥ㄖ艻P67工業(yè)外殼防護則提升了對檢測環(huán)境的適應性，滿足了客戶復雜檢測場景的應用需求的同時，大幅提升了生產效率。

據了解，某制造企業(yè)采用集成HPS-CF系列的在線檢測方案實現(xiàn)產品檢驗的自動化升級后，每條產線可替代三個工位，有效節(jié)省了用工成本，設備運行穩(wěn)定，產線循環(huán)時間加速，此外高精度在線檢測使得產品良率提升至90%以上，大大提升了企業(yè)生產效能。

通常在光譜共焦傳感器的實際應用中，生產的環(huán)境、測量的項目和成本控制等因素影響產品的最終選型。比如測量芯片尺寸、玻璃R角、液位高度和零件孔徑等，不同產品的不同檢測項目其所處工作環(huán)境也不同，選型過程中除了要考慮產品量程、分辨率、運行速率等關鍵參數，還需要考慮操作環(huán)境濕度要求和溫度要求、抗震程度等。

我們在全國多個核心城市設有本地化服務據點，構建起覆蓋廣泛的區(qū)域服務網絡。通過在成都、江蘇、武漢等城市設立常駐辦事處與技術服務中心，實現(xiàn)服務資源的區(qū)域化部署，確保能夠快速響應不同地區(qū)客戶的需求。這種本地化布局不僅拉近了與客戶的空間距離，更能深入理解區(qū)域市場特性，為各地客戶提供貼合實際需求的解決方案與技術支持，讓專業(yè)服務觸手可及。聯(lián)系我們解鎖更多微米級測量解決方案：申請免費樣品測試、預約一對一技術咨詢。讓我們以光為尺，丈量每一份精密需求，共同奔赴智能制造的無限可能。

3D視覺技術通過非接觸性、高速性、數據完整性三大核心優(yōu)勢，解決了接觸式測量在效率、精度、適應性上的瓶頸，尤其適合大批量生產、復雜結構檢測、高附加值產品場景。在工業(yè)檢測領域，3D視覺已成為主流趨勢，推動“智能制造”向自動化、智能化方向深度發(fā)展。

盡管3D視覺檢測技術路徑多元，但不同設備在原理機制與硬件架構上差異顯著，目前能夠同時滿足高精度檢測、大視野覆蓋與高速檢測節(jié)拍等多重要求的產品仍較為稀缺。若一味追求檢測效率與生產節(jié)拍，往往可能導致檢測精度的妥協(xié)；然而，隨著市場對產品品質的需求持續(xù)升級，外觀檢測精度標準也在不斷提高。因此，企業(yè)在工業(yè)產線規(guī)劃中，需結合具體項目的檢測目標、工況條件及成本預算，對檢測系統(tǒng)的適配性進行綜合評估，從而選擇既能平衡效率與精度、又符合經濟性的解決方案。

不同的產品在特性和應用上不盡相同，光譜共焦法對材料的漫反射能力、表面粗糙度及單一反射界面要求較高，而光檢測雖然涵蓋多種技術，不同技術對材料的光學特性（如反射、折射、散射等）要求因原理而異，適配性更廣泛，但檢測結果容易受光強干擾，不適合拋光/鏡面等材質的檢測。采用主動立體視覺方法的結構光技術通過主動投射可控光學圖案（如條紋、編碼圖案等），相較于被動立體視覺（僅依賴環(huán)境光），在環(huán)境兼容性和檢測精度上具有顯著優(yōu)勢，以3D閃測傳感器為例，它采用了光學成像（CMOS感光元件、彩色投影單元、遠心光學系統(tǒng)）、結構光、AI算法（解碼/投光/圖像優(yōu)化）及高速數據處理與傳輸（高性能控制器+光纖）等技術，這些技術融合使3D閃測傳感器既能在環(huán)境復雜的工業(yè)現(xiàn)場穩(wěn)定工作，又能滿足微米級精度的快速檢測需求，成為半導體封裝、新能源電池、3C精密制造等領域的核心檢測工具。

就3D閃測傳感器從技術角度看，是一種跨學科的工業(yè)檢測應用系統(tǒng)，3D閃測傳感器的設計需融合光學、電子、機械、算法、圖像處理等多領域技術，同時兼顧工業(yè)場景的可靠性和智能化需求，因而造就了技術瓶頸高，研發(fā)難度大等問題。值此一提的是，國內高端工業(yè)傳感器制造企業(yè)海伯森突破了技術壁壘，于2022年發(fā)布了中國首臺3D閃測傳感器“大菠蘿”HPS-DBL60，經過近年來不斷改進，技術更是有了顯著提升。

海伯森這款傳感器之所以帶“閃測”二字，是該款傳感器能夠在極短的時間內完成62×62mm工作區(qū)域的2D尺寸和3D輪廓的測量。這種快速測量的能力就像“閃電”一樣迅速。而實現(xiàn)這一結果主要得益于產品從結構、軟件算法和硬件配置方面的全方面優(yōu)化。

I該款傳感器在結構上：

1.采用業(yè)界頂級的CMOS感光元件和超低畸變遠心光學系統(tǒng)，一次拍攝即可得到被測工件XYZ三維高精度數據。在高速實時檢測下，亦可實現(xiàn)20um絕對測量精度和1um的重復精度。

2.采用對稱式多角度投射單元，不受方向限制，大視野,面檢測,全覆蓋,無死角。

既可檢測工件的2D尺寸，還可測量工件的3D輪廓、體積及高度等特征，

II該款傳感器在軟件算法上：

1.高效AI軟件算法配套

XY間隔平均化處理，控制成像系統(tǒng)個體差異。

全新3D輪廓處理和2D圖像優(yōu)化算法。

自研投光算法,可減輕多重反射的影響和減少光澤部位的無效像素。

2.完備SDK及一站式軟件支持,系統(tǒng)簡單,易于集成;體積小,安裝使用便捷。

III該款傳感器在配套上：

傳感頭和配套的高性能控制器HPS-NB3200之間采用40G光纖進行高速數據傳輸

在流水線全速運轉下，既要跟上產線節(jié)拍，又要確保檢測精度。尤其當檢測對象為具有復雜幾何形狀的材料表面時，傳統(tǒng)檢測效率低，精度低，立體感低等問題更加顯著，難以勝任如此高要求的任務。使用海伯森3D閃測傳感器替換傳統(tǒng)檢測方式，可大大降本增效。

以手機生產為例，需檢測的缺陷類型涵蓋壓痕、劃痕、崩角、污漬等數十種微觀瑕疵，同時還需完成字符識別、孔徑測量、裝配間隙檢測等復雜任務。

?“大菠蘿”HPS-DBL60檢測手機中框?

除了手機外觀的檢測，在PCB檢測領域，3D閃測傳感器同樣展現(xiàn)出獨特優(yōu)勢。由于PCB板采用表面貼片技術，元器件密集且微小，表面深度信息復雜，傳統(tǒng)三角法測量易因遮擋形成檢測盲區(qū)。海伯森3D閃測傳感器憑借多角度立體投光與寬視野檢測能力，可對PCB板進行無死角掃描，精準捕捉元件貼裝偏差、焊盤缺陷等微觀問題，其62mm×62mm的檢測視野不僅減少了重復檢測耗時，更通過實時3D點云數據全面還原板面形貌，顯著提升PCB產線的檢測效率與缺陷檢出率。

?“大菠蘿”HPS-DBL60檢測電路板?

在智能制造對精度與效率要求不斷攀升的當下，海伯森3D閃測傳感器以創(chuàng)新技術為核心，打破傳統(tǒng)檢測的瓶頸，為工業(yè)檢測帶來了全新的解決方案。從手機精密零部件的微米級檢測，到PCB復雜表面的無死角掃描，它以“閃測”的速度與“精準”的品質，努力推動著生產制造向智能化、高效化邁進。未來，海伯森將持續(xù)深耕技術研發(fā)，不斷優(yōu)化產品性能，在更多領域發(fā)揮技術優(yōu)勢，助力企業(yè)降本增效，為工業(yè)制造的高質量發(fā)展注入源源不斷的動力。

HPS-3D160 Pr0、HPS-3D640面陣固態(tài)激光雷達基于ToF(Time-of-Flight)原理,集成了精密的紅外鏡頭和激光照明系統(tǒng),內置高性能處理器及專業(yè)的數學算法,通過一次拍攝即可生成3D點云數據并通過高速通訊接口進行實時傳輸。

HPS-3D系列產品集成了高功率850nm紅外VCSEL發(fā)射器和高光敏元件。軟件上，產品嵌入了高性能處理器,具有先進的數據處理,濾波和補償算法,確保穩(wěn)定測量的同時數據輸出。硬件上,全固態(tài)式結構,工業(yè)級IP67防護設計,航空鋁外殼,使產品適用于更多復雜的環(huán)境。

原理簡介

HPS-3D系列是最新一代基于飛行時間(ToF)原理的高性能固態(tài)激光雷達傳感器。ToF是Time of Flight的縮寫,直譯為飛行時間,通過給目標連續(xù)發(fā)送光脈沖,然后用傳感器接收從物體返回的光,通過探測這些發(fā)射和接收光脈沖的飛行(往返)時間來得到目標物距離。

HPS-3D系列產品配備優(yōu)化的照面系統(tǒng)和低失真紅外光學鏡頭,對90%反光的白色目標可測距離可達8米。靈活的用戶自定義感興趣區(qū)域(ROI)功能,其中HPS-3D 160擁有Simple-HDR，Auto-HDR和Super-HDR模式，使HPS-3D系列適用于各種場景。

產品優(yōu)勢

技術參數

應用案例

豐富多元的產品矩陣

海伯森構建了極為成熟且多元化的產品線，旗下產品涵蓋多個系列，在不同領域發(fā)揮著關鍵作用。

光學測量領域的佼佼者

HPS-CF 系列光譜共焦位移傳感器精度可達納米級，屬于非接觸式位移傳感器。在半導體制造、光學鏡片加工等對精度要求極高的行業(yè)中不可或缺。例如在半導體芯片制造過程中，對于芯片表面微小結構的厚度測量以及芯片封裝時各層材料間間隙的把控，HPS-CF 系列傳感器能夠提供精準數據，確保產品質量符合嚴格標準。

HPS-LC 系列基于光譜共焦法原理，是一款非接觸式光學精密測量傳感器 。它檢測速度快，成像分辨率高，對各種材質都展現(xiàn)出極強的適應性。在 3C 產品制造中，對于手機外殼、電腦邊框等零部件的表面缺陷檢測以及尺寸測量，該系列傳感器能夠快速且準確地完成任務，大大提高了生產效率和產品質量檢測的準確性。

HPS-DBL 系列采用新型閃測技術，是一款工業(yè)級 2D/3D 復合光學精密測量傳感器。它識別精度高、測量視野廣、檢測無死角且拍攝節(jié)拍快，很短時間內即可完成 2D 尺寸和 3D 輪廓復合的高精度在線檢測，實現(xiàn)微米級檢測精度的同時大幅提升檢測效率 。在電路板制造中，對于高度、瑕疵、焊點等檢測要求快速檢測，能夠快速獲取其 3D 輪廓和 2D 尺寸信息，幫助企業(yè)及時發(fā)現(xiàn)產品缺陷，優(yōu)化生產工藝。

視覺成像的得力助手

超高速工業(yè)相機 HPS-HSC2K 采用業(yè)界頂級超高速圖像傳感器，具有大像元尺寸、低噪聲、超高幀率、遠距離傳輸等特性 。其支持標準C接口，安裝和使用都極為方便。在機器視覺領域，如高速流水線上產品的質量檢測，HPS-HSC2K 能夠快速捕捉產品瞬間狀態(tài)，將高清圖像傳輸給控制系統(tǒng)，為及時發(fā)現(xiàn)產品瑕疵、確保產品質量提供了有力支持;在運動控制方面，對于快速移動的機械部件的位置監(jiān)測和軌跡跟蹤，該相機也能精準實現(xiàn)，保障設備運行的穩(wěn)定性和準確性。

力學感知的關鍵設備

六維力傳感器可實時測量 XYZ 三個方向所受到的力和力矩。在機器人自動化控制領域，當機器人進行精密裝配、打磨、抓取等操作時，六維力傳感器能夠實時感知外界作用力和力矩的變化，反饋給機器人控制系統(tǒng)，使機器人能夠根據實際情況及時調整動作，確保操作的精準性和穩(wěn)定性。比如在電子設備的精密裝配過程中，機器人通過六維力傳感器感知零部件之間的裝配力，避免因用力不當造成零部件損壞，提高裝配質量和效率。

激光傳感的創(chuàng)新產品

激光對刀儀 LCA100：作為最新一代采用聚焦的紫外激光光束為測量媒介的高精度產品，保障了在 CNC 加工中心復雜工況下仍能穩(wěn)定、迅速、精確地進行刀具測量 。在機械加工行業(yè)，刀具的磨損和更換對加工精度和效率影響極大，LCA100 能夠快速準確地測量刀具的磨損程度和位置，幫助操作人員及時調整刀具參數或更換刀具，確保加工過程的連續(xù)性和產品質量的穩(wěn)定性。

激光校準傳感器 LCB02：可實現(xiàn)沿傳感器xyz三個維度的絕對位置校正和零點復位，具備良好的抗沖擊和耐久性 。在工業(yè)自動化生產線中，對于各種設備的位置校準和零點定位，LCB02 能夠提供可靠的測量和校正，保證設備運行的準確性和重復性，提高生產線的整體運行效率和產品一致性。

智能感知的前沿產品

固態(tài)激光雷達基于 ToF 原理，集成了精密的紅外鏡頭和激光照明系統(tǒng)，內置高性能處理器和專業(yè)的數學算法，通過一次拍攝即可生成 3D 點云數據并通過高速通訊接口進行實時傳輸 。在智能交通領域，它廣泛應用于自動駕駛汽車，幫助車輛實時感知周圍環(huán)境，識別道路、障礙物、其他車輛和行人等信息，為自動駕駛系統(tǒng)提供關鍵數據支持，保障行車安全;在智能物流的 AGV(自動導引車)導航中，固態(tài)激光雷達能夠幫助 AGV 實時構建周圍環(huán)境地圖，實現(xiàn)自主路徑規(guī)劃和避障，提高物流運輸的自動化和智能化水平。

廣泛深入的行業(yè)應用

海伯森的產品憑借其卓越性能，在眾多行業(yè)中得到了廣泛應用，助力各行業(yè)實現(xiàn)智能化升級和高效發(fā)展。通過持續(xù)的技術創(chuàng)新和產品研發(fā)，打造出一系列高性能、高可靠性的傳感器產品，在工業(yè)自動化、精密測量、交通物流、醫(yī)療、科研等眾多領域發(fā)揮著重要作用，為各行業(yè)的發(fā)展注入了新的活力。隨著科技的不斷進步和市場需求的持續(xù)增長，相信海伯森將繼續(xù)秉持 “技術贏市場，誠信待客戶” 的原則，不斷推出更多創(chuàng)新產品，為全球用戶提供更優(yōu)質的服務，在高端智能傳感器領域書寫更加輝煌的篇章。

HPS-LCA100是最新一代采用聚焦的紫色激光光束為測量媒介的高精度激光對刀儀,自研的氣封及精密光學系統(tǒng)保障了在CNC加工中心復雜工況下仍能實現(xiàn)穩(wěn)定、迅速、精確的刀具測量

HPS-LCA100集成化的控制器底座使得整體結構更加緊湊,支持多種出線方式讓安裝更加便利，同時減少機床空間占用。

產品優(yōu)勢

內置刀具清潔系統(tǒng)

使用連續(xù)的壓縮氣體通過一個特別設計的微小激光鉆孔，氣流高速從噴嘴噴出,可清除刀具表面的冷卻液和加工碎屑，保證刀具檢測精度。

形成集中對準刀具中心的完美氣流

優(yōu)秀的清潔能力

內置止流閥,防止切削液

控制器底座

內置高性能氣動閥

無需單獨的氣動組件

支持快速更換或清潔

多種出線方式

僅1條電纜和1根氣管連接

高精度紫色激光技術

HPS-LCA 100 采用405nm的紫色激光擁有更短的波長,可實現(xiàn)更高的測量精度和抗干擾能力,獨特設計的氣封系統(tǒng)提高對刀儀的使用壽命和可靠性。

與傳統(tǒng)模式對比

技術參數

豐富的檢測功能

Part 1  原理簡介

高速運動目標受到自然光或人工輔助照明燈光的照射產生反射光,或者運動目標本身發(fā)光,這些光的一部分透過高速成像系統(tǒng)的成像物鏡。經物鏡成像后,落在光電成像器件的像感面上,受驅動電路控制的光電器件,會對像感面上的目標像快速響應,即根據像感面上目標像光能量的分布,在各采樣點即像素點產生響應大小的電荷包,完成圖像的光電轉換。帶有圖像信息的各個電荷包被迅速轉移到讀出寄存器中。讀出信號經信號處理后傳輸至電腦中,由電腦對圖像進行讀出顯示和判讀,并將結果輸出。

因此,一套完整的高速成像系統(tǒng)由光學成像、光電成像、信號傳輸、控制、圖像存儲與處理等幾部分組成。

Part 2 產品優(yōu)勢

Part 3 技術參數

Part 4應用范圍

高速運動分析

超高速讀碼

印刷/織物缺陷檢測

化學實驗分析

光譜共焦傳感器作為一種新型的高精度傳感器，其測量精度最高可達±0.02%。相比于光柵、容柵或電感調頻、電感差動變壓器式的位移傳感器，其在位移測量方面的優(yōu)勢更加明顯。如今，由于光譜共焦傳感器有著高精度、非接觸測量等優(yōu)勢，因此，其在幾何量精密測量方面的應用越來越廣泛，如漫反射及平面反射的位移測量、平面度測量、薄膜及透明材料厚度測量、表面粗糙度測量等。

在位移測量方面，自光譜共焦傳感器問世以來，它的主要功能便是測量位移。馬敬等對光譜共焦傳感器的色散物鏡進行研究，設計了色散物鏡的結構，提高了光譜共焦傳感器的各項性能；畢超等利用光譜共焦傳感器實現(xiàn)了對航空發(fā)動機轉子葉尖間隙的高精度、高效率的測量。

在平面度測量方面，位恒政等對光譜共焦傳感器的探測誤差進行研究，其中，在對平面探測誤差研究時，利用光譜共焦傳感器對圓平晶的平面度進行測量，得到了平面探測誤差值。

在薄膜及透明材料厚度測量方面，朱萬彬等分析了光譜共焦傳感器在測量透明平板的平面度時，由透明平板的折射率不同而引入的測量誤差并進行補償；曹太騰等基于三維數據精確測量的機器視覺系統(tǒng)，利用光譜共焦傳感器對透明材料厚度及弧形玻璃弧面厚度進行檢測。

在表面粗糙度測量方面，沈小燕等分析了不同測量方法測量表面粗糙度時的優(yōu)缺點，最終選擇了基于光譜共焦傳感器的測量方法并進行了相關實驗，為表面粗糙度的精密測量提供了一種新的方法；林杰俊等利用光譜共焦法測量表面粗糙度樣塊的表面粗糙度，并分析了其測量不確定度。

本文利用最小二乘法計算校準誤差并進行非線性誤差計算，減小光譜共焦傳感器校準時的誤差，并在不同精度標準器下，探索光譜共焦傳感器的校準誤差的變化情況，對今后對光譜共焦傳感器的應用及研究有著重要的意義。

2 光譜共焦傳感器簡介

光譜共焦傳感器是近年來出現(xiàn)的一種利用不同顏色光的波長來測量微小距離的新型高精度傳感器。它的原理脫胎自上世紀80年代出現(xiàn)的共聚焦顯微鏡，在此基礎上，又添加了彩色編碼技術，使得彩色光的波長與待測長度聯(lián)系在了一起。由于所測長度直接與彩色光的波長相關聯(lián)，使得測量精度進一步提高，光譜共焦傳感器的出現(xiàn)極大促進了精密測量領域的發(fā)展。

光譜共焦傳感器的原理如圖1所示，白光通過小孔后，可以近似認為是點光源，然后通過分光棱鏡和色散物鏡，形成彩色光，彩色光聚焦于中心光軸上。當被測物體置于彩色光的聚焦范圍以內時，能夠將這些彩色光反射，使其原路返回，到達光譜儀。光譜儀與分光棱鏡之間的針孔起到了濾光的作用，只有準確聚焦與待測物體表面的單色光能夠進入光譜儀，因此，在很大程度上，提高了測量的準確度。

3 校準方法研究

3.1 實驗過程

分別采用激光干涉儀與高精度測長機兩種方法對光譜共焦傳感器進行校準。所用的激光干涉儀型號為XL-80，精度為±0.5X10-6，所用的高精度測長機的精度為0.1μm。圖1 光譜共焦傳感器原理

1、激光測距雷達

激光測距雷達是通過對被測物體發(fā)射激光光束，并接收該激光光束的反射波，記錄該時間差，來確定被測物體與測試點的距離。傳統(tǒng)上，激光雷達可用于工業(yè)的安全檢測領域，如科幻片中看到的激光墻，當有人闖入時，系統(tǒng)會立馬做出反應，發(fā)出預警。另外，激光測距雷達在空間測繪領域也有廣泛應用。但隨著人工智能行業(yè)的興起，激光測距雷達已成為機器人體內不可或缺的核心部件，配合SLAM技術使用，可幫助機器人進行實時定位導航，實現(xiàn)自主行走。

2、激光測速雷達

激光測速雷達是對物體移動速度的測量，通過對被測物體進行兩次有特定時間間隔的激光測距，從而得到該被測物體的移動速度。

激光雷達測速的方法主要有兩大類，一類是基于激光雷達測距原理實現(xiàn)，即以一定時間間隔連續(xù)測量目標距離，用兩次目標距離的差值除以時間間隔就可得知目標的速度值，速度的方向根據距離差值的正負就可以確定。這種方法系統(tǒng)結構簡單，測量精度有限，只能用于反射激光較強的硬目標。

另一類測速方法是利用多普勒頻移。多普勒頻移是指目標與激光雷達之間存在相對速度時，接收回波信號的頻率與發(fā)射信號的頻率之間會產生一個頻率差，這個頻率差就是多普勒頻移。

3、激光成像雷達

激光成像雷達可用于探測和跟蹤目標、獲得目標方位及速度信息等。它能夠完成普通雷達所不能完成的任務，如探測潛艇、水雷、隱藏的軍事目標等等。在軍事、航空航天、工業(yè)和醫(yī)學領域被廣泛應用。

4、大氣探測激光雷達

大氣探測激光雷達主要是用來探測大氣中的分子、煙霧的密度、溫度、風速、風向及大氣中水蒸氣的濃度的，以達到對大氣環(huán)境進行監(jiān)測及對暴風雨、沙塵暴等災害性天氣進行預報的目的。

5、跟蹤雷達

跟蹤雷達可以連續(xù)的去跟蹤一個目標，并測量該目標的坐標，提供目標的運動軌跡。不僅用于火炮控制、導彈制導、外彈道測量、衛(wèi)星跟蹤、突防技術研究等，而且在氣象、交通、科學研究等領域也在日益擴大。

二、按工作介質分類

1、固體激光雷達

固體激光雷達峰值功率高，輸出波長范圍與現(xiàn)有的光學元件與器件相匹配，輸出長范圍與現(xiàn)有的光學元件與器件(如調制器、隔離器和探測器）以及大氣傳輸特性也相匹配等，而且很容易實現(xiàn)主振蕩器-功率放大器（MOPA）結構，再加上效率高、體積小、重量輕、可靠性高和穩(wěn)定性好等優(yōu)勢，固體激光雷達優(yōu)先在機載和天基系統(tǒng)中得到應用。近年來，激光雷達發(fā)展的重點是二極管泵浦固體激光雷達。

2、氣體激光雷達

氣體激光雷達以CO2激光雷達為代表，它工作在紅外波段 ，大氣傳輸衰減小，探測距離遠，已經在大氣風場和環(huán)境監(jiān)測方面發(fā)揮了很大作用，但體積大，使用的中紅外 HgCdTe探測器必須在77K溫度下工作,限制了氣體激光雷達的發(fā)展。

3、半導體激光雷達

半導體激光雷達能以高重復頻率方式連續(xù)工作，具有長壽命，小體積，低成本和對人眼傷害小的優(yōu)點，被廣泛應用于后向散射信號比較強的Mie散射測量，如探測云底高度。半導體激光雷達的潛在應用是測量能見度，獲得大氣邊界層中的氣溶膠消光廓線和識別雨雪等，易于制成機載設備。目前芬蘭Vaisala公司研制的CT25K激光測云儀是半導體測云激光雷達的典型代表，其云底高度的測量范圍可達7500m。

三、按線數分類

1、單線激光雷達

單線激光雷達主要用于規(guī)避障礙物，其掃描速度快、分辨率強、可靠性高。由于單線激光雷達比多線和3D激光雷達在角頻率和靈敏度反映更加快捷，所以，在測試周圍障礙物的距離和精度上都更加精 確。但是，單線雷達只能平面式掃描，不能測量物體高度，有一定局限性。當前主要應用于服務機器人身上，如我們常見的掃地機器人。

2、多線激光雷達

多線激光雷達主要應用于汽車的雷達成像，相比單線激光雷達在維度提升和場景還原上有了質的改變，可以識別物體的高度信息。多線激光雷達常規(guī)是2.5D，而且可以做到3D。目前在國際市場上推出的主要有 4線、8線、16 線、32 線和 64 線。但價格高昂，大多車企不會選用。

3、面陣激光雷達

四、按掃描方式分類

1、MEMS型激光雷達

MEMS 型激光雷達可以動態(tài)調整自己的掃描模式，以此來聚焦特殊物體，采集更遠更小物體的細節(jié)信息并對其進行識別，這是傳統(tǒng)機械激光雷達無法實現(xiàn)的。MEMS整套系統(tǒng)只需一個很小的反射鏡就能引導固定的激光束射向不同方向。由于反射鏡很小，因此其慣性力矩并不大，可以快速移動，速度快到可以在不到一秒時間里跟蹤到 2D 掃描模式。

2、Flash型激光雷達

Flash型激光雷達能快速記錄整個場景，避免了掃描過程中目標或激光雷達移動帶來的各種麻煩，它運行起來比較像攝像頭。激光束會直接向各個方向漫射，因此只要一次快閃就能照亮整個場景。隨后，系統(tǒng)會利用微型傳感器陣列采集不同方向反射回來的激光束。Flash LiDAR有它的優(yōu)勢，當然也存在一定的缺陷。當像素越大，需要處理的信號就會越多，如果將海量像素塞進光電探測器，必然會帶來各種干擾，其結果就是精度的下降。

3、相控陣激光雷達

相控陣激光雷達搭載的一排發(fā)射器可以通過調整信號的相對相位來改變激光束的發(fā)射方向。目前大多數相控陣激光雷達還在實驗室里呆著，而現(xiàn)在仍停留在旋轉式或 MEMS 激光雷達的時代，

4、機械旋轉式激光雷達

機械旋轉式激光雷達是發(fā)展比較早的激光雷達，目前技術比較成熟，但機械旋轉式激光雷達系統(tǒng)結構十分復雜，且各核心組件價格也都頗為昂貴，其中主要包括激光器、掃描器、光學組件、光電探測器、接收IC以及位置和導航器件等。由于硬件成本高，導致量產困難，且穩(wěn)定性也有待提升，目前固態(tài)激光雷達成為很多公司的發(fā)展方向。

五、按探測方式分類

1、直接探測激光雷達

直接探測型激光雷達的基本結構與激光測距機頗為相近。工作時，由發(fā)射系統(tǒng)發(fā)送一個信號，經目標反射后被接收系統(tǒng)收集，通過測量激光信號往返傳播的時間而確定目標的距離。至于目標的徑向速度，則可以由反射光的多普勒頻移來確定，也可以測量兩個或多個距離，并計算其變化率而求得速度。

2、相干探測激光雷達

相干探測型激光雷達有單穩(wěn)與雙穩(wěn)之分，在所謂單穩(wěn)系統(tǒng)中，發(fā)送與接收信號共用一個光學孔徑，并由發(fā)送-接收開關隔離。而雙穩(wěn)系統(tǒng)則包括兩個光學孔徑，分別供發(fā)送與接收信號使用，發(fā)送-接收開關自然不再需要，其余部分與單穩(wěn)系統(tǒng)相同。

六、按激光發(fā)射波形分類

1、連續(xù)型激光雷達

從激光的原理來看，連續(xù)激光就是一直有光出來，就像打開手電筒的開關，它的光會一直亮著（特殊情況除外）。連續(xù)激光是依靠持續(xù)亮光到待測高度，進行某個高度下數據采集。由于連續(xù)激光的工作特點，某時某刻只能采集到一個點的數據。因為風數據的不確定特性，用一點代表某個高度的風況，顯然有些片面。因此有些廠家折中的辦法是采取旋轉360度，在這個圓邊上面采集多點進行平均評估，顯然這是一個虛擬平面中的多點統(tǒng)計數據的概念。

2、脈沖型激光雷達

脈沖激光輸出的激光是不連續(xù)的，而是一閃一閃的。脈沖激光的原理是發(fā)射幾萬個的激光粒子，根據國際通用的多普勒原理，從這幾萬個激光粒子的反射情況來綜合評價某個高度的風況，這個是一個立體的概念，因此才有探測長度的理論。從激光的特性來看，脈沖激光要比連續(xù)激光測量的點位多幾十倍，更能夠精 確的反應出某個高度風況。

七、按載荷平臺分類

1、機載激光雷達

機載激光雷達是將激光測距設備、GNSS設備和INS等設備緊密集成，以飛行平臺為載體，通過對地面進行掃描，記錄目標的姿態(tài)、位置和反射強度等信息，獲取地表的三維信息，并深入加工得到所需空間信息的技術。在軍民用領域都有廣泛的潛力和前景。機載激光雷達探測距離近，激光在大氣中傳輸時，能量受大氣影響而衰減，激光雷達的作用距離在20千米以內，尤其在惡劣氣候條件下，比如濃霧、大雨和煙、塵，作用距離會大大縮短，難以有效工作。大氣湍流也會不同程度上降低激光雷達的測量精度。

2、車載激光雷達

車載激光雷達又稱車載三維激光掃描儀，是一種移動型三維激光掃描系統(tǒng)，可以通過發(fā)射和接受激光束，分析激光遇到目標對象后的折返時間，計算出目標對象與車的相對距離，并利用收集的目標對象表面大量的密集點的三維坐標、反射率等信息，快速復建出目標的三維模型及各種圖件數據，建立三維點云圖，繪制出環(huán)境地圖，以達到環(huán)境感知的目的。車載激光雷達在自動駕駛“造車”大潮中扮演的角色正越來越重要，諸如谷歌、百度、寶馬、博世、德爾福等企業(yè)，都在其自動駕駛系統(tǒng)中使用了激光雷達，帶動車載激光雷達產業(yè)迅速擴大。

3、地基激光雷達

地基激光雷達可以獲取林區(qū)的3D點云信息，利用點云信息提取單木位置和樹高，它不僅節(jié)省了人力和物力，還提高了提取的精度，具有其它遙感方式所無法比擬的優(yōu)勢。通過對國內外該技術林業(yè)應用的分析和對該發(fā)明研究后期的結果驗證，未來將會在更大的研究區(qū)域利用該技術提取各種森林參數。

4、星載激光雷達

星載雷達采用衛(wèi)星平臺，運行軌道高、觀測視野廣，可以觸及世界的每一個角落。為境外地區(qū)三維控制點和數字地面模型的獲取提供了新的途徑，無論對于國防或是科學研究都具有十分重大意義。星載激光雷達還具有觀察整個天體的能力，美國進行的月球和火星等探測計劃中都包含了星載激光雷達，其所提供的數據資料可用于制作天體的綜合三維地形圖。此外，星載激光雷達載植被垂直分布測量、海面高度測量、云層和氣溶膠垂直分布測量以及特殊氣候現(xiàn)象監(jiān)測等方面也可以發(fā)揮重要作用。

通過以上對激光雷達特點、原理、應用領域等介紹，相信大家也能大致了解各類激光雷達的不同屬性了，眼下，在激光雷達這個競爭越來越激烈的賽道上，打造低成本、可量產、的激光雷達是很多新創(chuàng)公司想要實現(xiàn)的夢想。但開發(fā)和量產激光雷達并不容易。豐富的行業(yè)經驗和可靠的技術才能保障其在這一波大潮中占據主導地位。