激光三角测量
激光三角测量 — 激光三角测量把一条激光线或一个光点以一定夹角投射到工件上，再测量反射光落在位置敏感探测器上的位置，由已知基线与该位置解算出距离。
飞行时间法
飞行时间法 — 飞行时间法把发射光做幅度调制，比较返回信号与发射信号之间的相位差并换算成距离，因此它需要足够的回波能量，但不需要把光点成清晰的像。
| 原理 | 远距离下的限制 | 在光亮工件上的典型失效 | 在发黑工件上的典型失效 |
|---|---|---|---|
| 激光三角测量 | 光学放大率随距离接近平方衰减，光点像变糊 | 镜面眩光把激光线反射到镜头之外，输出尖峰 | 回波能量不足，峰值淹没在噪声里 |
| 相位式飞行时间 | 环境光与发射功率预算，而不是镜头 | 多路径回波造成一个更远处的假目标 | 调制对比度下降，幅值低于可用门限 |
| 脉冲式飞行时间 | 探测器时间抖动与脉冲边沿 | 工件后方光亮墙面的回波更强，把它顶掉 | 盲区长，近处与远处目标混成一个回波 |
| 共焦色差 | 由结构决定的很小量程 | 几乎没有，它拒收大部分离轴光 | 仍需有定义的回路，哑光黑面照样能测 |
| 需要的分辨率 | 第一个决定原理 |
|---|---|
| 可用的安装距离 | 第二个决定 |
| 工件的光学行为 | 决定原理内的具体型号 |
| 机器节拍 | 决定采样与平均设置 |
| 相邻传感器 | 决定串扰处置 |
- 示例：三角测量头的分辨率随量程变化
- 恶化约 8 倍距离变为 4 倍时
- 来源：示例数据，非实测值。
为什么激光三角测量传感器的分辨率随距离下降得这么快？
因为几何本身是个三角形：基线固定时，工件越远，每毫米位移在探测器上产生的像面位移越小，同一个像素就代表更宽的一段距离；同时光点还在离焦。所以分辨率大致随工作距离的平方恶化，一支标称 50 mm 处几微米的测头，在 400 mm 处就是毫米级器件，镜头再好也一样。
两支飞行时间传感器能同时看一条输送带而不互相干扰吗？
只有在管住耦合的前提下才可以。两只同频调制的相位式探头若能看到对方的光束，会报出一个介于两个目标之间的距离，表现为随机跳远的长脉冲而不是稳定偏差；可用光阑做光学隔离、用同步线交替发射，或选用会跳制频率的机型，带偏振的光电回归反射型还能进一步降低耦合。
透明瓶子该用哪种技术可靠测量？
没有哪一种能像测钢那样测它，因为在光滑透明表面上，一部分光被反射、一部分折射进入瓶壁再进入内容物，回波同时是好几个信号。三角测量会看到双峰甚至三峰，飞行时间把它们平均成一个没有意义的数值；可靠做法是用 45 度入射角并在瓶子后方加哑光或黑色背衬打断镜面路径，或者把反射体放进液体光路里从内侧测壁厚。
本页所有数字——包括 统计块与对比表中的内容——都是演示站点用的示例值，发布前请替换为实测数据，不要把本页当规格书引用。
先讲原理，因为它能预测失效形式
三角测量测头本质上是一台从一个已知角度看激光线的相机。电子部分在图像里找出这条线的中心，再用基线与夹角把它的竖向位置换算成距离。传感器能做到的一切都由此而来：它必须找到一条可探测、可定位的亮线。镜面表面会把这条线反射到镜头之外，于是线要么消失、要么跳到视场里另一个位置，传感器给出的是尖峰而不是错误码。这就是同一支架抛光时读数会跳出量程、涂漆时却稳定的原因。
相位式飞行时间探头不是同一种成像系统。它用固定频率振荡的调制光照亮目标，然后比较返回波被延迟了多少相位。这个延迟是真实的距离量，但只有当返回的调制信号强到可信时才有意义，所以这类探头上真正该盯的指标是信号幅值或调制余量，而不是一张光点照片。发黑、哑光、低反射率的材料会吃掉幅值，读数在达到标称量程之前很久就开始发抖。
对选型的影响是两种技术朝不同方向失效：三角测量在工件表面光学行为改变时失效，飞行时间在回波能量下降时失效。你能容忍哪一种取决于工艺，而「光亮的不锈钢机器内部加上深色托盘」正是两者都勉强的一种工况。
量程、光圈与平方律
三角测量的分辨率通常在量程中点、最佳距离、用哑光白靶标上标出。几何尺寸一变大，两个效应就开始侵蚀它：三角形被压平，单位工件位移对应的像位移变小；景深并不随之增长，光点边缘于是变软。经验法则是分辨率的恶化快于线性——在设计点之外大致接近平方关系——这正是厂家要按几百个窄量程分档卖的原因。为了「有余量」而选更大量程，等于在一个维度上买稳健、在另一个维度上悄悄花掉分辨率。
光圈靠牺牲光量和增大衍射来换景深，所以把测头调到很大景深后，在暗目标上的信号余量就变小了。图纸上的公差要求多少分辨率，就选在机械包络内能用的最短量程，然后在真实工件上验证分辨率，而不是在数据表靶标上。
多路径、环境光与相邻探头
在相位式飞行时间里，任何比直达路径更长的路径都是假话。不锈钢罩壳内，发射光可能先从弧面墙弹一次再回来，晚于目标回波，接收端把两束波混成一个既不对应目标也不对应墙面的相位。典型特征是读数跳到某个固定的更远距离，且总在同一扇门或同一只料斗在场时出现。对策是几何的：让第一次反射落在接收镜头视场之外，用哑光胶带或黑色阳极化把附近的光亮面打掉，绝不让传感器正对一个角。
环境光抬高直流底座、降低调制对比度，其中闪光灯光、天窗日光这类脉冲光源比白炽灯的稳定光严重得多，因为它们在被测频率上调制背景光。日光里含大量红外，抬底远强于任何灯具，所以室外或顶棚透光厂房的工况往往要加遮光罩、收窄视场，或用带窄带滤光片的调制激光测头。
相邻探头是第三种耦合。经验规则是能看见对方发射口、或看见同一片光亮表面的探头都需要同步或隔离。这是多工位产线调试期最常见的故障之一，表现为单独运行正常、邻线一开就乱跳。
两者之间怎么选
压缩成三个问题。第一，图纸上的公差要求什么分辨率、在什么距离上？答案是微米级，工作距离就必须短，只剩三角测量或共焦这一族。第二，工件的光学行为是否恒定？如果同一条线上会过涂漆、机加工和带油的表面，三角测量要么固定参考几何、要么用幅值做目标有效性判据、要么改用对反射率变化不敏感的原理。第三，传感器周围机器在做什么——闪光灯、运动的钢件、别的探头？这三条各自会把选择推向一边，而且答案通常在信号幅值曲线上先看见，在输出错误上后看见。