Đo lường bằng laser là một lĩnh vực phụ của đo lường quang học sử dụng các đặc tính độc đáo của ánh sáng laser—tính đồng nhất, tính đơn sắc và độ phân kỳ thấp—để đo khoảng cách, góc và kích thước chính xác. Thay vì thăm dò vật lý, laser ghi lại các phép đo một cách an toàn và nhanh chóng—đặc biệt hữu ích cho các vật thể phức tạp hoặc nhẹ.
Về cơ bản, đo lường laser là đo lường các đại lượng vật lý bằng chùm sáng do laser tạo ra. Sự tương tác giữa tia laser và bề mặt mục tiêu giúp thu thập dữ liệu về kích thước như chiều dài, độ phẳng, độ tròn và độ nhám bề mặt - tất cả đều có độ phân giải cực cao, thường tính bằng nanomet.
Các loại kỹ thuật đo lường bằng laser
Đo lường bằng laser bao gồm một số kỹ thuật riêng biệt, mỗi kỹ thuật có những ưu điểm và ứng dụng cụ thể:
1. Giao thoa kế laser
Dựa trên nguyên lý giao thoa tăng cường và triệt tiêu, phương pháp này sử dụng chùm tia laser phân tách để so sánh khoảng cách ở cấp độ bước sóng. Phương pháp này thường được sử dụng để hiệu chuẩn máy và kiểm định chuẩn độ dài.
2. Tam giác hóa bằng laser
Một phương pháp hình học trong đó tia laser phản xạ từ bề mặt và được thu lại ở một góc đã biết để xác định chiều cao hoặc độ sâu. Lý tưởng để phân tích cấu trúc bề mặt và đo kích thước chính xác.
3. Đo rung động Doppler Laser
Sử dụng hiệu ứng Doppler để đo vận tốc và độ rung của bề mặt. Lý tưởng cho việc kiểm tra không tiếp xúc trên các linh kiện quay hoặc dễ vỡ.
4. Thời gian bay (ToF)
Đo thời gian cần thiết để một xung laser phản xạ trở lại từ bề mặt. Được sử dụng trong các hệ thống thị giác robot và kiểm tra tự động.
5. Chiếu sáng có cấu trúc
Chiếu một mẫu laser đã biết (lưới, đường thẳng, chấm) và đo độ biến dạng để xác định hình học 3D. Thích hợp để ghi lại hình học phức tạp và hỗ trợ quy trình thiết kế ngược.
Đo lường bằng laser hoạt động như thế nào?
Nguyên lý của phép đo laser xoay quanh việc kiểm soát và diễn giải hành vi của ánh sáng. Khi nguồn laser phát ra chùm tia, nó duy trì tính nhất quán (bước sóng và pha ổn định), điều này rất quan trọng cho việc phân tích chính xác.
Ví dụ, trong phép giao thoa laser, chùm tia được chia thành hai đường — một đường phản xạ từ một chuẩn đã biết, đường kia phản xạ từ mục tiêu. Mẫu giao thoa được tạo ra từ sự tái hợp của chúng cho thấy ngay cả những thay đổi nhỏ nhất về khoảng cách. Vì bước sóng laser là hằng số đã biết (ví dụ, 632,8 nm đối với laser HeNe), kết quả có thể truy xuất theo các tiêu chuẩn quốc tế.
Các kỹ thuật khác như tam giác hóa laser đo độ dịch chuyển góc của chùm tia khi nó phản xạ, trong khi các hệ thống dựa trên Doppler đánh giá sự dịch chuyển tần số do chuyển động. Bất kể phương pháp nào, đo lường laser đều cung cấp các phép đo chính xác mà không cần chạm vào bề mặt — giảm thiểu hao mòn, biến dạng hoặc nhiễm bẩn.
Ưu điểm của Hệ thống đo lường dựa trên laser
Một). Đo lường không tiếp xúc
Đo lường bằng laser cho phép đo chính xác mà không cần chạm trực tiếp vào vật thể, lý tưởng cho các bề mặt mỏng manh như tấm bán dẫn hoặc cấy ghép y sinh, nơi tiếp xúc có thể gây biến dạng, nhiễm bẩn hoặc ứng suất cơ học.
b). Độ chính xác cực cao
Sử dụng các nguyên lý giao thoa và ánh sáng thống nhất, hệ thống laser đạt được độ phân giải dưới micron hoặc nanomet - yếu tố quan trọng để phát hiện các độ lệch vi mô trong các thành phần như ngàm ống kính, thiết bị MEMS hoặc các bộ phận hàng không vũ trụ có độ chính xác cao.
c). Tốc độ cao
Cảm biến laser thu thập dữ liệu theo thời gian thực bằng bộ tách sóng quang và bộ xử lý tín hiệu nhanh, cho phép giám sát liên tục trên dây chuyền sản xuất để có phản hồi tức thì và kiểm soát chất lượng động, ngay cả trong quá trình vận hành nhanh.
d). Tính linh hoạt
Đo lường bằng laser hỗ trợ nhiều phép đo—từ độ nhám bề mặt đến kiểm tra kích thước—trên các vật liệu phản chiếu, mờ hoặc trong suốt, sử dụng các kỹ thuật thích ứng như phép đo tam giác, phép đo giao thoa hoặc cảm biến dựa trên Doppler.
đ). Thân thiện với tích hợp
Cảm biến laser nhỏ gọn và có thể lập trình, dễ dàng nhúng vào CNC, cánh tay robot hoặc trạm nội tuyến để cung cấp phép đo tự động, vòng phản hồi và gia công thích ứng với sự can thiệp tối thiểu của con người.
f). Khả năng mở rộng
Các hệ thống dựa trên tia laser thích ứng từ việc kiểm tra bộ phận ở quy mô vĩ mô sang phân tích thiết bị ở quy mô nano bằng cách điều chỉnh bước sóng, tiêu điểm chùm tia và thuật toán phát hiện—hỗ trợ các ngành công nghiệp từ công cụ xây dựng đến chế tạo nano tiên tiến.
Hệ thống và chức năng đo lường laser chính
Tôi). Máy đo giao thoa laser
Giao thoa kế laser đo độ dịch chuyển tuyến tính với độ chính xác dưới nanomet bằng cách sử dụng các mẫu giao thoa. Bằng cách tách và kết hợp lại các chùm tia laser đồng nhất, chúng phát hiện những thay đổi nhỏ về chiều dài, lý tưởng để hiệu chuẩn máy CNC và máy đo tọa độ (CMM) trong môi trường đo lường nano.
ii). Máy theo dõi laser
Máy theo dõi laser xác định vị trí 3D của các vật thể lớn bằng cách đo khoảng cách và góc từ một điểm cố định. Sử dụng bộ phản xạ ngược và theo dõi chùm tia theo thời gian thực, chúng rất quan trọng đối với việc lắp ráp hàng không vũ trụ, xác minh sự căn chỉnh của các bộ phận máy bay với độ chính xác đến từng micron.
iii). Máy đo laser
Máy đo vi kế laser chiếu chùm tia laser lên các vật thể đang quay để đo đường kính ngoài và biên dạng cạnh. Sử dụng phương pháp phân tích nhiễu xạ và dịch chuyển bóng, chúng cung cấp các phép đo tốc độ cao, không tiếp xúc cho dây, thanh và ống y tế trong dây chuyền sản xuất.
iv). Máy quét laser 3D
Máy quét 3D chiếu tia laser hoặc ánh sáng có hoa văn để ghi lại hình dạng, chuyển đổi dữ liệu phản xạ thành mô hình đám mây điểm chi tiết. Thường được sử dụng trong kỹ thuật đảo ngược và kiểm tra khuôn mẫu, chúng lập bản đồ các bề mặt phức tạp với độ phân giải không gian ở cấp độ micron.
v). Máy định hình laser nội tuyến
Máy định hình laser nội tuyến sử dụng phương pháp tam giác hóa để liên tục quét bề mặt chi tiết, tạo ra dữ liệu độ cao và đường viền có độ phân giải cao. Chúng cung cấp khả năng kiểm tra thời gian thực trên dây chuyền sản xuất tự động, phát hiện lỗi hoặc sai lệch mà không cần dừng hoạt động — lý tưởng cho việc kiểm tra lốp xe, PCB hoặc mối hàn.
Các ứng dụng công nghiệp chính của đo lường laser
Chế tạo chất bán dẫn
Việc duy trì độ chính xác nanomet về độ phẳng của wafer, lớp phủ hoa văn và độ rộng đường nét là rất quan trọng đối với năng suất. Hệ thống giao thoa laser phát hiện các độ lệch bề mặt nhỏ và sự lệch lớp bằng cách phân tích các vân giao thoa, cho phép phản hồi theo thời gian thực trong quá trình quang khắc và khắc để ngăn ngừa khuyết tật.
Hàng không vũ trụ và ô tô
Độ chính xác trong cấu hình cánh quạt, căn chỉnh bánh răng và hình dạng khung gầm là yếu tố thiết yếu cho sự an toàn và hiệu suất. Hệ thống quét và tam giác hóa laser đo chính xác các đường viền 3D, bù trừ cho biến dạng nhiệt và ứng suất cơ học trong quá trình sản xuất và lắp ráp động cơ và các bộ phận kết cấu.
Sản xuất thiết bị y tế
Dung sai vi mô là không thể thương lượng trong stent, implant và catheter. Đo lường không tiếp xúc bằng laser đảm bảo xác nhận hình học mà không bị biến dạng. Các kỹ thuật như chiếu ánh sáng có cấu trúc được sử dụng để xác minh đường viền, đường kính lòng mạch và độ dày thành mạch, đáp ứng các tiêu chuẩn quy định và tương thích sinh học nghiêm ngặt.
Hệ thống vi mô và quang điện tử
Các cảm biến MEMS và linh kiện quang học tí hon đòi hỏi khả năng kiểm soát kích thước ở cấp độ vi mô và nano. Kỹ thuật đo rung động Doppler laser và cộng hưởng từ phát hiện chuyển dịch động và độ dày lớp, cho phép các thiết bị như máy đo gia tốc và ống dẫn sóng quang tử hoạt động và căn chỉnh chính xác.
Ngành công nghiệp dụng cụ và khuôn mẫu
Độ mòn dụng cụ và sự xuống cấp bề mặt ảnh hưởng trực tiếp đến độ lặp lại và tính nhất quán của sản phẩm. Hệ thống quét laser đo độ sắc cạnh, độ sâu khoang và độ nhám bề mặt với độ chính xác đến từng micron, hỗ trợ bảo trì dự đoán và kéo dài tuổi thọ dụng cụ trong quy trình ép phun và cắt chính xác.
Viewmm – Sự xuất sắc trong hệ thống đo lường quang học
Độ chính xác trong đo lường không chỉ đòi hỏi các hệ thống tiên tiến mà còn đòi hỏi sự tích hợp liền mạch vào quy trình sản xuất. Tại VIEW, chúng tôi chuyên về đo lường sản xuất nội tuyến 24/7, cung cấp đầy đủ các giải pháp. hệ thống đo lường quang học để đo kích thước quan trọng.
Hệ thống của chúng tôi được thiết kế để đáp ứng những thách thức của các ngành công nghiệp năng suất cao, nơi kiểm tra 100% không chỉ lý tưởng mà còn khả thi. Với phần mềm mạnh mẽ, hệ thống quang học chính xác và hỗ trợ tích hợp, chúng tôi giúp các ngành công nghiệp luôn dẫn đầu về chất lượng, tốc độ và tính toàn vẹn của phép đo.
Phần kết luận
Đo lường laser là sự kết hợp mạnh mẽ giữa khoa học ánh sáng và đo lường, mang lại độ chính xác vượt trội trong môi trường sản xuất khắt khe ngày nay. Khả năng thực hiện các phép đo không tiếp xúc, tốc độ cao và ở cấp độ nano khiến nó trở nên thiết yếu đối với các ngành sản xuất tiên tiến.
Khi công nghệ tiếp tục phát triển, việc tích hợp các hệ thống laser với AI, tự động hóa và vòng phản hồi thời gian thực sẽ trở thành tiêu chuẩn. Đối với các tổ chức đang tìm cách nâng cao chiến lược đo lường của mình, đo lường laser mang đến cả lợi thế cạnh tranh lẫn sự đảm bảo cần thiết trong một thế giới dữ liệu.
Tại Xemmm, chúng tôi tự hào hỗ trợ quá trình chuyển đổi này bằng hệ thống đo lường quang học và sự hỗ trợ tốt nhất.
Liên lạc với chúng tôi cùng nhóm của chúng tôi để khám phá cách chúng tôi có thể nâng cao khả năng đo lường của bạn bằng các giải pháp laser chính xác.