德國西克SICK激光掃描儀傳感器工作原理

德國西克SICK激光掃描儀傳感器

picoScan100

2D LiDAR 激光掃描儀 - 性能強(qiáng)大，經(jīng)濟(jì)高效，結(jié)構(gòu)緊湊

2D LiDAR 激光掃描儀 picoScan100 具有掃描范圍廣、角度分辨率高和靈敏度強(qiáng)的特點(diǎn)，作為 TiM 的后繼產(chǎn)品，樹立了新的標(biāo)準(zhǔn)。它們還能可靠地檢測到小而暗的物體。傳感器可提供準(zhǔn)確的測量數(shù)據(jù)，并集成了數(shù)據(jù)的進(jìn)一步處理功能，可通過各種通信接口進(jìn)行傳輸。結(jié)構(gòu)緊湊的 picoScan100 傳感器采用多重回波技術(shù)，外殼堅(jiān)固耐用，即使在惡劣的環(huán)境條件下也能確?？煽康臏y量結(jié)果。它們能滿足室內(nèi)外區(qū)域高挑戰(zhàn)性的工業(yè)應(yīng)用要求。picoScan120 和 picoScan150 類型 (Core、Prime、Pro) 具有不同的性能，可滿足個(gè)性化需求。

德國西克SICK激光掃描儀傳感器（如主流的S300/S320 系列安全激光掃描儀、LMS500/LMS150 系列測量激光掃描儀），核心是通過 “激光發(fā)射 - 信號接收 - 數(shù)據(jù)計(jì)算" 的閉環(huán)流程，實(shí)現(xiàn)對空間區(qū)域的二維 / 三維輪廓檢測、距離測量或安全防護(hù)，其工作原理需結(jié)合光學(xué)設(shè)計(jì)、信號處理、機(jī)械結(jié)構(gòu)三大核心模塊拆解，不同應(yīng)用場景（安全防護(hù) / 工業(yè)測量）的原理側(cè)重略有差異，但基礎(chǔ)邏輯一致。

一、核心工作原理：“三角測量法" 與 “飛行時(shí)間法"

SICK 激光掃描儀的核心測距原理分為兩類，分別對應(yīng)不同精度和量程需求：

1. 三角測量法（適用于中短距離、高精度測量）

原理核心：利用 “激光發(fā)射器、物體反射點(diǎn)、感光元件" 三點(diǎn)構(gòu)成的三角形，通過幾何關(guān)系計(jì)算物體距離，常見于 LMS150 等測量型掃描儀（量程通常 0.1m-50m，精度 ±1mm）。具體流程：

激光發(fā)射：內(nèi)置的半導(dǎo)體激光二極管（LD） 發(fā)射出一束高聚焦的激光（波長多為 650nm 紅光或 905nm 近紅外光，符合 CLASS 1/2 激光安全標(biāo)準(zhǔn)，對人眼無傷害），經(jīng)光學(xué)透鏡校準(zhǔn)為 “線性激光束" 或 “點(diǎn)狀激光束"。

SICK激光掃描儀傳感器激光反射：激光束照射到目標(biāo)物體表面后，部分光線被反射（反射強(qiáng)度與物體表面材質(zhì)、顏色相關(guān)：白色 / 光滑表面反射率高，黑色 / 粗糙表面反射率低）。

信號接收：反射光線經(jīng)接收透鏡聚焦后，投射到CMOS/CCD 感光元件（高精度光電陣列）上，形成一個(gè)清晰的 “光斑成像點(diǎn)"。

距離計(jì)算：掃描儀內(nèi)置的 MCU（微控制單元）會記錄 “激光發(fā)射器與感光元件的固定間距（基線長度）" 和 “光斑成像點(diǎn)在感光元件上的偏移位置"，再通過三角幾何公式（距離 = 基線長度 × 偏移系數(shù) / 成像角度）計(jì)算出物體與掃描儀的實(shí)際距離。

SICK激光掃描儀傳感器優(yōu)勢：精度高（±0.1mm-±1mm）、響應(yīng)速度快（微秒級）；較短，受物體反射率影響大（黑色物體可能無法穩(wěn)定檢測）。

2. 飛行時(shí)間法（ToF，適用于長距離、大區(qū)域檢測）

原理核心：通過測量激光從 “發(fā)射到返回" 的時(shí)間差，結(jié)合光速計(jì)算距離，常見于 S300/S320 安全激光掃描儀（量程通常 1m-100m，精度 ±5mm），主打安全防護(hù)（如區(qū)域防護(hù)、碰撞預(yù)警）。具體流程：

激光調(diào)制發(fā)射：激光二極管發(fā)射的激光會被 “高頻脈沖調(diào)制"（如 100MHz-1GHz 的脈沖信號），形成 “脈沖激光束"（每秒鐘發(fā)射數(shù)萬至數(shù)百萬個(gè)激光脈沖）。

SICK激光掃描儀傳感器時(shí)間記錄：發(fā)射器內(nèi)置的 “時(shí)間計(jì)數(shù)器" 會記錄每個(gè)激光脈沖的 “發(fā)射時(shí)刻（T1）"；當(dāng)脈沖遇到物體反射后，部分光線被接收透鏡捕捉，觸發(fā) “接收時(shí)刻（T2）"。

距離計(jì)算：根據(jù)時(shí)間差ΔT = T2 - T1，結(jié)合光速（c≈3×10?m/s），通過公式距離 = c × ΔT / 2（除以 2 是因?yàn)榧す馔担┯?jì)算出物體距離（需修正空氣折射率對光速的微小影響）。

優(yōu)勢：量程長、抗環(huán)境光干擾能力強(qiáng)；局限：精度略低于三角測量法，需處理 “多物體反射" 的干擾（如雜散光導(dǎo)致的誤檢測）。