3D視覺(jué)技術(shù)通過(guò)非接觸性、高速性、數(shù)據(jù)完整性三大核心優(yōu)勢(shì)，解決了接觸式測(cè)量在效率、精度、適應(yīng)性上的瓶頸，尤其適合大批量生產(chǎn)、復(fù)雜結(jié)構(gòu)檢測(cè)、高附加值產(chǎn)品場(chǎng)景。在工業(yè)檢測(cè)領(lǐng)域，3D視覺(jué)已成為主流趨勢(shì)，推動(dòng)“智能制造”向自動(dòng)化、智能化方向深度發(fā)展。

盡管3D視覺(jué)檢測(cè)技術(shù)路徑多元，但不同設(shè)備在原理機(jī)制與硬件架構(gòu)上差異顯著，目前能夠同時(shí)滿足高精度檢測(cè)、大視野覆蓋與高速檢測(cè)節(jié)拍等多重要求的產(chǎn)品仍較為稀缺。若一味追求檢測(cè)效率與生產(chǎn)節(jié)拍，往往可能導(dǎo)致檢測(cè)精度的妥協(xié)；然而，隨著市場(chǎng)對(duì)產(chǎn)品品質(zhì)的需求持續(xù)升級(jí)，外觀檢測(cè)精度標(biāo)準(zhǔn)也在不斷提高。因此，企業(yè)在工業(yè)產(chǎn)線規(guī)劃中，需結(jié)合具體項(xiàng)目的檢測(cè)目標(biāo)、工況條件及成本預(yù)算，對(duì)檢測(cè)系統(tǒng)的適配性進(jìn)行綜合評(píng)估，從而選擇既能平衡效率與精度、又符合經(jīng)濟(jì)性的解決方案。

不同的產(chǎn)品在特性和應(yīng)用上不盡相同，光譜共焦法對(duì)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(cè)雖然涵蓋多種技術(shù)，不同技術(shù)對(duì)材料的光學(xué)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(cè)結(jié)果容易受光強(qiáng)干擾，不適合拋光/鏡面等材質(zhì)的檢測(cè)。采用主動(dòng)立體視覺(jué)方法的結(jié)構(gòu)光技術(shù)通過(guò)主動(dòng)投射可控光學(xué)圖案（如條紋、編碼圖案等），相較于被動(dòng)立體視覺(jué)（僅依賴環(huán)境光），在環(huán)境兼容性和檢測(cè)精度上具有顯著優(yōu)勢(shì)，以3D閃測(cè)傳感器為例，它采用了光學(xué)成像（CMOS感光元件、彩色投影單元、遠(yuǎn)心光學(xué)系統(tǒng)）、結(jié)構(gòu)光、AI算法（解碼/投光/圖像優(yōu)化）及高速數(shù)據(jù)處理與傳輸（高性能控制器+光纖）等技術(shù)，這些技術(shù)融合使3D閃測(cè)傳感器既能在環(huán)境復(fù)雜的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)穩(wěn)定工作，又能滿足微米級(jí)精度的快速檢測(cè)需求，成為半導(dǎo)體封裝、新能源電池、3C精密制造等領(lǐng)域的核心檢測(cè)工具。

就3D閃測(cè)傳感器從技術(shù)角度看，是一種跨學(xué)科的工業(yè)檢測(cè)應(yīng)用系統(tǒng)，3D閃測(cè)傳感器的設(shè)計(jì)需融合光學(xué)、電子、機(jī)械、算法、圖像處理等多領(lǐng)域技術(shù)，同時(shí)兼顧工業(yè)場(chǎng)景的可靠性和智能化需求，因而造就了技術(shù)瓶頸高，研發(fā)難度大等問(wèn)題。值此一提的是，國(guó)內(nèi)高端工業(yè)傳感器制造企業(yè)海伯森突破了技術(shù)壁壘，于2022年發(fā)布了中國(guó)首臺(tái)3D閃測(cè)傳感器“大菠蘿”HPS-DBL60，經(jīng)過(guò)近年來(lái)不斷改進(jìn)，技術(shù)更是有了顯著提升。

海伯森這款傳感器之所以帶“閃測(cè)”二字，是該款傳感器能夠在極短的時(shí)間內(nèi)完成62×62mm工作區(qū)域的2D尺寸和3D輪廓的測(cè)量。這種快速測(cè)量的能力就像“閃電”一樣迅速。而實(shí)現(xiàn)這一結(jié)果主要得益于產(chǎn)品從結(jié)構(gòu)、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(jié)構(gòu)上：

1.采用業(yè)界頂級(jí)的CMOS感光元件和超低畸變遠(yuǎn)心光學(xué)系統(tǒng)，一次拍攝即可得到被測(cè)工件XYZ三維高精度數(shù)據(jù)。在高速實(shí)時(shí)檢測(cè)下，亦可實(shí)現(xiàn)20um絕對(duì)測(cè)量精度和1um的重復(fù)精度。

2.采用對(duì)稱式多角度投射單元，不受方向限制，大視野,面檢測(cè),全覆蓋,無(wú)死角。

既可檢測(cè)工件的2D尺寸，還可測(cè)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(gè)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(wú)效像素。

2.完備SDK及一站式軟件支持,系統(tǒng)簡(jiǎn)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(jìn)行高速數(shù)據(jù)傳輸

在流水線全速運(yùn)轉(zhuǎn)下，既要跟上產(chǎn)線節(jié)拍，又要確保檢測(cè)精度。尤其當(dāng)檢測(cè)對(duì)象為具有復(fù)雜幾何形狀的材料表面時(shí)，傳統(tǒng)檢測(cè)效率低，精度低，立體感低等問(wèn)題更加顯著，難以勝任如此高要求的任務(wù)。使用海伯森3D閃測(cè)傳感器替換傳統(tǒng)檢測(cè)方式，可大大降本增效。

以手機(jī)生產(chǎn)為例，需檢測(cè)的缺陷類型涵蓋壓痕、劃痕、崩角、污漬等數(shù)十種微觀瑕疵，同時(shí)還需完成字符識(shí)別、孔徑測(cè)量、裝配間隙檢測(cè)等復(fù)雜任務(wù)。

?“大菠蘿”HPS-DBL60檢測(cè)手機(jī)中框?

除了手機(jī)外觀的檢測(cè)，在PCB檢測(cè)領(lǐng)域，3D閃測(cè)傳感器同樣展現(xiàn)出獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。由于PCB板采用表面貼片技術(shù)，元器件密集且微小，表面深度信息復(fù)雜，傳統(tǒng)三角法測(cè)量易因遮擋形成檢測(cè)盲區(qū)。海伯森3D閃測(cè)傳感器憑借多角度立體投光與寬視野檢測(cè)能力，可對(duì)PCB板進(jìn)行無(wú)死角掃描，精準(zhǔn)捕捉元件貼裝偏差、焊盤(pán)缺陷等微觀問(wèn)題，其62mm×62mm的檢測(cè)視野不僅減少了重復(fù)檢測(cè)耗時(shí)，更通過(guò)實(shí)時(shí)3D點(diǎn)云數(shù)據(jù)全面還原板面形貌，顯著提升PCB產(chǎn)線的檢測(cè)效率與缺陷檢出率。

?“大菠蘿”HPS-DBL60檢測(cè)電路板?

在智能制造對(duì)精度與效率要求不斷攀升的當(dāng)下，海伯森3D閃測(cè)傳感器以創(chuàng)新技術(shù)為核心，打破傳統(tǒng)檢測(cè)的瓶頸，為工業(yè)檢測(cè)帶來(lái)了全新的解決方案。從手機(jī)精密零部件的微米級(jí)檢測(cè)，到PCB復(fù)雜表面的無(wú)死角掃描，它以“閃測(cè)”的速度與“精準(zhǔn)”的品質(zhì)，努力推動(dòng)著生產(chǎn)制造向智能化、高效化邁進(jìn)。未來(lái)，海伯森將持續(xù)深耕技術(shù)研發(fā)，不斷優(yōu)化產(chǎn)品性能，在更多領(lǐng)域發(fā)揮技術(shù)優(yōu)勢(shì)，助力企業(yè)降本增效，為工業(yè)制造的高質(zhì)量發(fā)展注入源源不斷的動(dòng)力。

HPS-3D160 Pr0、HPS-3D640面陣固態(tài)激光雷達(dá)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(nèi)置高性能處理器及專業(yè)的數(shù)學(xué)算法,通過(guò)一次拍攝即可生成3D點(diǎn)云數(shù)據(jù)并通過(guò)高速通訊接口進(jìn)行實(shí)時(shí)傳輸。

HPS-3D系列產(chǎn)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(chǎn)品嵌入了高性能處理器,具有先進(jìn)的數(shù)據(jù)處理,濾波和補(bǔ)償算法,確保穩(wěn)定測(cè)量的同時(shí)數(shù)據(jù)輸出。硬件上,全固態(tài)式結(jié)構(gòu),工業(yè)級(jí)IP67防護(hù)設(shè)計(jì),航空鋁外殼,使產(chǎn)品適用于更多復(fù)雜的環(huán)境。

原理簡(jiǎn)介

HPS-3D系列是最新一代基于飛行時(shí)間(ToF)原理的高性能固態(tài)激光雷達(dá)傳感器。ToF是Time of Flight的縮寫(xiě),直譯為飛行時(shí)間,通過(guò)給目標(biāo)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(guò)探測(cè)這些發(fā)射和接收光脈沖的飛行(往返)時(shí)間來(lái)得到目標(biāo)物距離。

HPS-3D系列產(chǎn)品配備優(yōu)化的照面系統(tǒng)和低失真紅外光學(xué)鏡頭,對(duì)90%反光的白色目標(biāo)可測(cè)距離可達(dá)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(chǎng)景。

產(chǎn)品優(yōu)勢(shì)

技術(shù)參數(shù)

應(yīng)用案例

豐富多元的產(chǎn)品矩陣

海伯森構(gòu)建了極為成熟且多元化的產(chǎn)品線，旗下產(chǎn)品涵蓋多個(gè)系列，在不同領(lǐng)域發(fā)揮著關(guān)鍵作用。

光學(xué)測(cè)量領(lǐng)域的佼佼者

HPS-CF 系列光譜共焦位移傳感器精度可達(dá)納米級(jí)，屬于非接觸式位移傳感器。在半導(dǎo)體制造、光學(xué)鏡片加工等對(duì)精度要求極高的行業(yè)中不可或缺。例如在半導(dǎo)體芯片制造過(guò)程中，對(duì)于芯片表面微小結(jié)構(gòu)的厚度測(cè)量以及芯片封裝時(shí)各層材料間間隙的把控，HPS-CF 系列傳感器能夠提供精準(zhǔn)數(shù)據(jù)，確保產(chǎn)品質(zhì)量符合嚴(yán)格標(biāo)準(zhǔn)。

HPS-LC 系列基于光譜共焦法原理，是一款非接觸式光學(xué)精密測(cè)量傳感器 。它檢測(cè)速度快，成像分辨率高，對(duì)各種材質(zhì)都展現(xiàn)出極強(qiáng)的適應(yīng)性。在 3C 產(chǎn)品制造中，對(duì)于手機(jī)外殼、電腦邊框等零部件的表面缺陷檢測(cè)以及尺寸測(cè)量，該系列傳感器能夠快速且準(zhǔn)確地完成任務(wù)，大大提高了生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量檢測(cè)的準(zhǔn)確性。

HPS-DBL 系列采用新型閃測(cè)技術(shù)，是一款工業(yè)級(jí) 2D/3D 復(fù)合光學(xué)精密測(cè)量傳感器。它識(shí)別精度高、測(cè)量視野廣、檢測(cè)無(wú)死角且拍攝節(jié)拍快，很短時(shí)間內(nèi)即可完成 2D 尺寸和 3D 輪廓復(fù)合的高精度在線檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)微米級(jí)檢測(cè)精度的同時(shí)大幅提升檢測(cè)效率 。在電路板制造中，對(duì)于高度、瑕疵、焊點(diǎn)等檢測(cè)要求快速檢測(cè)，能夠快速獲取其 3D 輪廓和 2D 尺寸信息，幫助企業(yè)及時(shí)發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品缺陷，優(yōu)化生產(chǎn)工藝。

視覺(jué)成像的得力助手

超高速工業(yè)相機(jī) HPS-HSC2K 采用業(yè)界頂級(jí)超高速圖像傳感器，具有大像元尺寸、低噪聲、超高幀率、遠(yuǎn)距離傳輸?shù)忍匦?。其支持標(biāo)準(zhǔn)C接口，安裝和使用都極為方便。在機(jī)器視覺(jué)領(lǐng)域，如高速流水線上產(chǎn)品的質(zhì)量檢測(cè)，HPS-HSC2K 能夠快速捕捉產(chǎn)品瞬間狀態(tài)，將高清圖像傳輸給控制系統(tǒng)，為及時(shí)發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品瑕疵、確保產(chǎn)品質(zhì)量提供了有力支持;在運(yùn)動(dòng)控制方面，對(duì)于快速移動(dòng)的機(jī)械部件的位置監(jiān)測(cè)和軌跡跟蹤，該相機(jī)也能精準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)，保障設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。

力學(xué)感知的關(guān)鍵設(shè)備

六維力傳感器可實(shí)時(shí)測(cè)量 XYZ 三個(gè)方向所受到的力和力矩。在機(jī)器人自動(dòng)化控制領(lǐng)域，當(dāng)機(jī)器人進(jìn)行精密裝配、打磨、抓取等操作時(shí)，六維力傳感器能夠?qū)崟r(shí)感知外界作用力和力矩的變化，反饋給機(jī)器人控制系統(tǒng)，使機(jī)器人能夠根據(jù)實(shí)際情況及時(shí)調(diào)整動(dòng)作，確保操作的精準(zhǔn)性和穩(wěn)定性。比如在電子設(shè)備的精密裝配過(guò)程中，機(jī)器人通過(guò)六維力傳感器感知零部件之間的裝配力，避免因用力不當(dāng)造成零部件損壞，提高裝配質(zhì)量和效率。

激光傳感的創(chuàng)新產(chǎn)品

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

激光校準(zhǔn)傳感器 LCB02：可實(shí)現(xiàn)沿傳感器xyz三個(gè)維度的絕對(duì)位置校正和零點(diǎn)復(fù)位，具備良好的抗沖擊和耐久性 。在工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)線中，對(duì)于各種設(shè)備的位置校準(zhǔn)和零點(diǎn)定位，LCB02 能夠提供可靠的測(cè)量和校正，保證設(shè)備運(yùn)行的準(zhǔn)確性和重復(fù)性，提高生產(chǎn)線的整體運(yùn)行效率和產(chǎn)品一致性。

智能感知的前沿產(chǎn)品

固態(tài)激光雷達(dá)基于 ToF 原理，集成了精密的紅外鏡頭和激光照明系統(tǒng)，內(nèi)置高性能處理器和專業(yè)的數(shù)學(xué)算法，通過(guò)一次拍攝即可生成 3D 點(diǎn)云數(shù)據(jù)并通過(guò)高速通訊接口進(jìn)行實(shí)時(shí)傳輸 。在智能交通領(lǐng)域，它廣泛應(yīng)用于自動(dòng)駕駛汽車，幫助車輛實(shí)時(shí)感知周圍環(huán)境，識(shí)別道路、障礙物、其他車輛和行人等信息，為自動(dòng)駕駛系統(tǒng)提供關(guān)鍵數(shù)據(jù)支持，保障行車安全;在智能物流的 AGV(自動(dòng)導(dǎo)引車)導(dǎo)航中，固態(tài)激光雷達(dá)能夠幫助 AGV 實(shí)時(shí)構(gòu)建周圍環(huán)境地圖，實(shí)現(xiàn)自主路徑規(guī)劃和避障，提高物流運(yùn)輸?shù)淖詣?dòng)化和智能化水平。

廣泛深入的行業(yè)應(yīng)用

海伯森的產(chǎn)品憑借其卓越性能，在眾多行業(yè)中得到了廣泛應(yīng)用，助力各行業(yè)實(shí)現(xiàn)智能化升級(jí)和高效發(fā)展。通過(guò)持續(xù)的技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)品研發(fā)，打造出一系列高性能、高可靠性的傳感器產(chǎn)品，在工業(yè)自動(dòng)化、精密測(cè)量、交通物流、醫(yī)療、科研等眾多領(lǐng)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(jìn)步和市場(chǎng)需求的持續(xù)增長(zhǎng)，相信海伯森將繼續(xù)秉持 “技術(shù)贏市場(chǎng)，誠(chéng)信待客戶” 的原則，不斷推出更多創(chuàng)新產(chǎn)品，為全球用戶提供更優(yōu)質(zhì)的服務(wù)，在高端智能傳感器領(lǐng)域書(shū)寫(xiě)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(cè)量媒介的高精度激光對(duì)刀儀,自研的氣封及精密光學(xué)系統(tǒng)保障了在CNC加工中心復(fù)雜工況下仍能實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定、迅速、精確的刀具測(cè)量

HPS-LCA100集成化的控制器底座使得整體結(jié)構(gòu)更加緊湊,支持多種出線方式讓安裝更加便利，同時(shí)減少機(jī)床空間占用。

產(chǎn)品優(yōu)勢(shì)

內(nèi)置刀具清潔系統(tǒng)

使用連續(xù)的壓縮氣體通過(guò)一個(gè)特別設(shè)計(jì)的微小激光鉆孔，氣流高速?gòu)膰娮靽姵?可清除刀具表面的冷卻液和加工碎屑，保證刀具檢測(cè)精度。

形成集中對(duì)準(zhǔn)刀具中心的完美氣流

優(yōu)秀的清潔能力

內(nèi)置止流閥,防止切削液

控制器底座

內(nèi)置高性能氣動(dòng)閥

無(wú)需單獨(dú)的氣動(dòng)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(shù)

HPS-LCA 100 采用405nm的紫色激光擁有更短的波長(zhǎng),可實(shí)現(xiàn)更高的測(cè)量精度和抗干擾能力,獨(dú)特設(shè)計(jì)的氣封系統(tǒng)提高對(duì)刀儀的使用壽命和可靠性。

與傳統(tǒng)模式對(duì)比

技術(shù)參數(shù)

豐富的檢測(cè)功能

Part 1  原理簡(jiǎn)介

高速運(yùn)動(dòng)目標(biāo)受到自然光或人工輔助照明燈光的照射產(chǎn)生反射光,或者運(yùn)動(dòng)目標(biāo)本身發(fā)光,這些光的一部分透過(guò)高速成像系統(tǒng)的成像物鏡。經(jīng)物鏡成像后,落在光電成像器件的像感面上,受驅(qū)動(dòng)電路控制的光電器件,會(huì)對(duì)像感面上的目標(biāo)像快速響應(yīng),即根據(jù)像感面上目標(biāo)像光能量的分布,在各采樣點(diǎn)即像素點(diǎn)產(chǎn)生響應(yīng)大小的電荷包,完成圖像的光電轉(zhuǎn)換。帶有圖像信息的各個(gè)電荷包被迅速轉(zhuǎn)移到讀出寄存器中。讀出信號(hào)經(jīng)信號(hào)處理后傳輸至電腦中,由電腦對(duì)圖像進(jìn)行讀出顯示和判讀,并將結(jié)果輸出。

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

Part 2 產(chǎn)品優(yōu)勢(shì)

Part 3 技術(shù)參數(shù)

Part 4應(yīng)用范圍

高速運(yùn)動(dòng)分析

超高速讀碼

印刷/織物缺陷檢測(cè)

化學(xué)實(shí)驗(yàn)分析

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

在位移測(cè)量方面，自光譜共焦傳感器問(wèn)世以來(lái)，它的主要功能便是測(cè)量位移。馬敬等對(duì)光譜共焦傳感器的色散物鏡進(jìn)行研究，設(shè)計(jì)了色散物鏡的結(jié)構(gòu)，提高了光譜共焦傳感器的各項(xiàng)性能；畢超等利用光譜共焦傳感器實(shí)現(xiàn)了對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子葉尖間隙的高精度、高效率的測(cè)量。

在平面度測(cè)量方面，位恒政等對(duì)光譜共焦傳感器的探測(cè)誤差進(jìn)行研究，其中，在對(duì)平面探測(cè)誤差研究時(shí)，利用光譜共焦傳感器對(duì)圓平晶的平面度進(jìn)行測(cè)量，得到了平面探測(cè)誤差值。

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

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

本文利用最小二乘法計(jì)算校準(zhǔn)誤差并進(jìn)行非線性誤差計(jì)算，減小光譜共焦傳感器校準(zhǔn)時(shí)的誤差，并在不同精度標(biāo)準(zhǔn)器下，探索光譜共焦傳感器的校準(zhǔn)誤差的變化情況，對(duì)今后對(duì)光譜共焦傳感器的應(yīng)用及研究有著重要的意義。

2 光譜共焦傳感器簡(jiǎn)介

光譜共焦傳感器是近年來(lái)出現(xiàn)的一種利用不同顏色光的波長(zhǎng)來(lái)測(cè)量微小距離的新型高精度傳感器。它的原理脫胎自上世紀(jì)80年代出現(xiàn)的共聚焦顯微鏡，在此基礎(chǔ)上，又添加了彩色編碼技術(shù)，使得彩色光的波長(zhǎng)與待測(cè)長(zhǎng)度聯(lián)系在了一起。由于所測(cè)長(zhǎng)度直接與彩色光的波長(zhǎng)相關(guān)聯(lián)，使得測(cè)量精度進(jìn)一步提高，光譜共焦傳感器的出現(xiàn)極大促進(jìn)了精密測(cè)量領(lǐng)域的發(fā)展。

光譜共焦傳感器的原理如圖1所示，白光通過(guò)小孔后，可以近似認(rèn)為是點(diǎn)光源，然后通過(guò)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(dāng)被測(cè)物體置于彩色光的聚焦范圍以內(nèi)時(shí)，能夠?qū)⑦@些彩色光反射，使其原路返回，到達(dá)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(zhǔn)確聚焦與待測(cè)物體表面的單色光能夠進(jìn)入光譜儀，因此，在很大程度上，提高了測(cè)量的準(zhǔn)確度。

3 校準(zhǔn)方法研究

3.1 實(shí)驗(yàn)過(guò)程

分別采用激光干涉儀與高精度測(cè)長(zhǎng)機(jī)兩種方法對(duì)光譜共焦傳感器進(jìn)行校準(zhǔn)。所用的激光干涉儀型號(hào)為XL-80，精度為±0.5X10-6，所用的高精度測(cè)長(zhǎng)機(jī)的精度為0.1μm。圖1 光譜共焦傳感器原理

1、激光測(cè)距雷達(dá)

激光測(cè)距雷達(dá)是通過(guò)對(duì)被測(cè)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(shí)間差，來(lái)確定被測(cè)物體與測(cè)試點(diǎn)的距離。傳統(tǒng)上，激光雷達(dá)可用于工業(yè)的安全檢測(cè)領(lǐng)域，如科幻片中看到的激光墻，當(dāng)有人闖入時(shí)，系統(tǒng)會(huì)立馬做出反應(yīng)，發(fā)出預(yù)警。另外，激光測(cè)距雷達(dá)在空間測(cè)繪領(lǐng)域也有廣泛應(yīng)用。但隨著人工智能行業(yè)的興起，激光測(cè)距雷達(dá)已成為機(jī)器人體內(nèi)不可或缺的核心部件，配合SLAM技術(shù)使用，可幫助機(jī)器人進(jìn)行實(shí)時(shí)定位導(dǎo)航，實(shí)現(xiàn)自主行走。

2、激光測(cè)速雷達(dá)

激光測(cè)速雷達(dá)是對(duì)物體移動(dòng)速度的測(cè)量，通過(guò)對(duì)被測(cè)物體進(jìn)行兩次有特定時(shí)間間隔的激光測(cè)距，從而得到該被測(cè)物體的移動(dòng)速度。

激光雷達(dá)測(cè)速的方法主要有兩大類，一類是基于激光雷達(dá)測(cè)距原理實(shí)現(xiàn)，即以一定時(shí)間間隔連續(xù)測(cè)量目標(biāo)距離，用兩次目標(biāo)距離的差值除以時(shí)間間隔就可得知目標(biāo)的速度值，速度的方向根據(jù)距離差值的正負(fù)就可以確定。這種方法系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，測(cè)量精度有限，只能用于反射激光較強(qiáng)的硬目標(biāo)。

另一類測(cè)速方法是利用多普勒頻移。多普勒頻移是指目標(biāo)與激光雷達(dá)之間存在相對(duì)速度時(shí)，接收回波信號(hào)的頻率與發(fā)射信號(hào)的頻率之間會(huì)產(chǎn)生一個(gè)頻率差，這個(gè)頻率差就是多普勒頻移。

3、激光成像雷達(dá)

激光成像雷達(dá)可用于探測(cè)和跟蹤目標(biāo)、獲得目標(biāo)方位及速度信息等。它能夠完成普通雷達(dá)所不能完成的任務(wù)，如探測(cè)潛艇、水雷、隱藏的軍事目標(biāo)等等。在軍事、航空航天、工業(yè)和醫(yī)學(xué)領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用。

4、大氣探測(cè)激光雷達(dá)

大氣探測(cè)激光雷達(dá)主要是用來(lái)探測(cè)大氣中的分子、煙霧的密度、溫度、風(fēng)速、風(fēng)向及大氣中水蒸氣的濃度的，以達(dá)到對(duì)大氣環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測(cè)及對(duì)暴風(fēng)雨、沙塵暴等災(zāi)害性天氣進(jìn)行預(yù)報(bào)的目的。

5、跟蹤雷達(dá)

跟蹤雷達(dá)可以連續(xù)的去跟蹤一個(gè)目標(biāo)，并測(cè)量該目標(biāo)的坐標(biāo)，提供目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)軌跡。不僅用于火炮控制、導(dǎo)彈制導(dǎo)、外彈道測(cè)量、衛(wèi)星跟蹤、突防技術(shù)研究等，而且在氣象、交通、科學(xué)研究等領(lǐng)域也在日益擴(kuò)大。

二、按工作介質(zhì)分類

1、固體激光雷達(dá)

固體激光雷達(dá)峰值功率高，輸出波長(zhǎng)范圍與現(xiàn)有的光學(xué)元件與器件相匹配，輸出長(zhǎng)范圍與現(xiàn)有的光學(xué)元件與器件(如調(diào)制器、隔離器和探測(cè)器）以及大氣傳輸特性也相匹配等，而且很容易實(shí)現(xiàn)主振蕩器-功率放大器（MOPA）結(jié)構(gòu)，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(shì)，固體激光雷達(dá)優(yōu)先在機(jī)載和天基系統(tǒng)中得到應(yīng)用。近年來(lái)，激光雷達(dá)發(fā)展的重點(diǎn)是二極管泵浦固體激光雷達(dá)。

2、氣體激光雷達(dá)

氣體激光雷達(dá)以CO2激光雷達(dá)為代表，它工作在紅外波段 ，大氣傳輸衰減小，探測(cè)距離遠(yuǎn)，已經(jīng)在大氣風(fēng)場(chǎng)和環(huán)境監(jiān)測(cè)方面發(fā)揮了很大作用，但體積大，使用的中紅外 HgCdTe探測(cè)器必須在77K溫度下工作,限制了氣體激光雷達(dá)的發(fā)展。

3、半導(dǎo)體激光雷達(dá)

半導(dǎo)體激光雷達(dá)能以高重復(fù)頻率方式連續(xù)工作，具有長(zhǎng)壽命，小體積，低成本和對(duì)人眼傷害小的優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于后向散射信號(hào)比較強(qiáng)的Mie散射測(cè)量，如探測(cè)云底高度。半導(dǎo)體激光雷達(dá)的潛在應(yīng)用是測(cè)量能見(jiàn)度，獲得大氣邊界層中的氣溶膠消光廓線和識(shí)別雨雪等，易于制成機(jī)載設(shè)備。目前芬蘭Vaisala公司研制的CT25K激光測(cè)云儀是半導(dǎo)體測(cè)云激光雷達(dá)的典型代表，其云底高度的測(cè)量范圍可達(dá)7500m。

三、按線數(shù)分類

1、單線激光雷達(dá)

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

2、多線激光雷達(dá)

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

3、面陣激光雷達(dá)

四、按掃描方式分類

1、MEMS型激光雷達(dá)

MEMS 型激光雷達(dá)可以動(dòng)態(tài)調(diào)整自己的掃描模式，以此來(lái)聚焦特殊物體，采集更遠(yuǎn)更小物體的細(xì)節(jié)信息并對(duì)其進(jìn)行識(shí)別，這是傳統(tǒng)機(jī)械激光雷達(dá)無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。MEMS整套系統(tǒng)只需一個(gè)很小的反射鏡就能引導(dǎo)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(dòng)，速度快到可以在不到一秒時(shí)間里跟蹤到 2D 掃描模式。

2、Flash型激光雷達(dá)

Flash型激光雷達(dá)能快速記錄整個(gè)場(chǎng)景，避免了掃描過(guò)程中目標(biāo)或激光雷達(dá)移動(dòng)帶來(lái)的各種麻煩，它運(yùn)行起來(lái)比較像攝像頭。激光束會(huì)直接向各個(gè)方向漫射，因此只要一次快閃就能照亮整個(gè)場(chǎng)景。隨后，系統(tǒng)會(huì)利用微型傳感器陣列采集不同方向反射回來(lái)的激光束。Flash LiDAR有它的優(yōu)勢(shì)，當(dāng)然也存在一定的缺陷。當(dāng)像素越大，需要處理的信號(hào)就會(huì)越多，如果將海量像素塞進(jìn)光電探測(cè)器，必然會(huì)帶來(lái)各種干擾，其結(jié)果就是精度的下降。

3、相控陣激光雷達(dá)

相控陣激光雷達(dá)搭載的一排發(fā)射器可以通過(guò)調(diào)整信號(hào)的相對(duì)相位來(lái)改變激光束的發(fā)射方向。目前大多數(shù)相控陣激光雷達(dá)還在實(shí)驗(yàn)室里呆著，而現(xiàn)在仍停留在旋轉(zhuǎn)式或 MEMS 激光雷達(dá)的時(shí)代，

4、機(jī)械旋轉(zhuǎn)式激光雷達(dá)

機(jī)械旋轉(zhuǎn)式激光雷達(dá)是發(fā)展比較早的激光雷達(dá)，目前技術(shù)比較成熟，但機(jī)械旋轉(zhuǎn)式激光雷達(dá)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，且各核心組件價(jià)格也都頗為昂貴，其中主要包括激光器、掃描器、光學(xué)組件、光電探測(cè)器、接收IC以及位置和導(dǎo)航器件等。由于硬件成本高，導(dǎo)致量產(chǎn)困難，且穩(wěn)定性也有待提升，目前固態(tài)激光雷達(dá)成為很多公司的發(fā)展方向。

五、按探測(cè)方式分類

1、直接探測(cè)激光雷達(dá)

直接探測(cè)型激光雷達(dá)的基本結(jié)構(gòu)與激光測(cè)距機(jī)頗為相近。工作時(shí)，由發(fā)射系統(tǒng)發(fā)送一個(gè)信號(hào)，經(jīng)目標(biāo)反射后被接收系統(tǒng)收集，通過(guò)測(cè)量激光信號(hào)往返傳播的時(shí)間而確定目標(biāo)的距離。至于目標(biāo)的徑向速度，則可以由反射光的多普勒頻移來(lái)確定，也可以測(cè)量?jī)蓚€(gè)或多個(gè)距離，并計(jì)算其變化率而求得速度。

2、相干探測(cè)激光雷達(dá)

相干探測(cè)型激光雷達(dá)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(hào)共用一個(gè)光學(xué)孔徑，并由發(fā)送-接收開(kāi)關(guān)隔離。而雙穩(wěn)系統(tǒng)則包括兩個(gè)光學(xué)孔徑，分別供發(fā)送與接收信號(hào)使用，發(fā)送-接收開(kāi)關(guān)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(dá)

從激光的原理來(lái)看，連續(xù)激光就是一直有光出來(lái)，就像打開(kāi)手電筒的開(kāi)關(guān)，它的光會(huì)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(cè)高度，進(jìn)行某個(gè)高度下數(shù)據(jù)采集。由于連續(xù)激光的工作特點(diǎn)，某時(shí)某刻只能采集到一個(gè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)。因?yàn)轱L(fēng)數(shù)據(jù)的不確定特性，用一點(diǎn)代表某個(gè)高度的風(fēng)況，顯然有些片面。因此有些廠家折中的辦法是采取旋轉(zhuǎn)360度，在這個(gè)圓邊上面采集多點(diǎn)進(jìn)行平均評(píng)估，顯然這是一個(gè)虛擬平面中的多點(diǎn)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的概念。

2、脈沖型激光雷達(dá)

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(wàn)個(gè)的激光粒子，根據(jù)國(guó)際通用的多普勒原理，從這幾萬(wàn)個(gè)激光粒子的反射情況來(lái)綜合評(píng)價(jià)某個(gè)高度的風(fēng)況，這個(gè)是一個(gè)立體的概念，因此才有探測(cè)長(zhǎng)度的理論。從激光的特性來(lái)看，脈沖激光要比連續(xù)激光測(cè)量的點(diǎn)位多幾十倍，更能夠精 確的反應(yīng)出某個(gè)高度風(fēng)況。

七、按載荷平臺(tái)分類

1、機(jī)載激光雷達(dá)

機(jī)載激光雷達(dá)是將激光測(cè)距設(shè)備、GNSS設(shè)備和INS等設(shè)備緊密集成，以飛行平臺(tái)為載體，通過(guò)對(duì)地面進(jìn)行掃描，記錄目標(biāo)的姿態(tài)、位置和反射強(qiáng)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(shù)。在軍民用領(lǐng)域都有廣泛的潛力和前景。機(jī)載激光雷達(dá)探測(cè)距離近，激光在大氣中傳輸時(shí)，能量受大氣影響而衰減，激光雷達(dá)的作用距離在20千米以內(nèi)，尤其在惡劣氣候條件下，比如濃霧、大雨和煙、塵，作用距離會(huì)大大縮短，難以有效工作。大氣湍流也會(huì)不同程度上降低激光雷達(dá)的測(cè)量精度。

2、車載激光雷達(dá)

車載激光雷達(dá)又稱車載三維激光掃描儀，是一種移動(dòng)型三維激光掃描系統(tǒng)，可以通過(guò)發(fā)射和接受激光束，分析激光遇到目標(biāo)對(duì)象后的折返時(shí)間，計(jì)算出目標(biāo)對(duì)象與車的相對(duì)距離，并利用收集的目標(biāo)對(duì)象表面大量的密集點(diǎn)的三維坐標(biāo)、反射率等信息，快速?gòu)?fù)建出目標(biāo)的三維模型及各種圖件數(shù)據(jù)，建立三維點(diǎn)云圖，繪制出環(huán)境地圖，以達(dá)到環(huán)境感知的目的。車載激光雷達(dá)在自動(dòng)駕駛“造車”大潮中扮演的角色正越來(lái)越重要，諸如谷歌、百度、寶馬、博世、德?tīng)柛５绕髽I(yè)，都在其自動(dòng)駕駛系統(tǒng)中使用了激光雷達(dá)，帶動(dòng)車載激光雷達(dá)產(chǎn)業(yè)迅速擴(kuò)大。

3、地基激光雷達(dá)

地基激光雷達(dá)可以獲取林區(qū)的3D點(diǎn)云信息，利用點(diǎn)云信息提取單木位置和樹(shù)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(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)。通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外該技術(shù)林業(yè)應(yīng)用的分析和對(duì)該發(fā)明研究后期的結(jié)果驗(yàn)證，未來(lái)將會(huì)在更大的研究區(qū)域利用該技術(shù)提取各種森林參數(shù)。

4、星載激光雷達(dá)

星載雷達(dá)采用衛(wèi)星平臺(tái)，運(yùn)行軌道高、觀測(cè)視野廣，可以觸及世界的每一個(gè)角落。為境外地區(qū)三維控制點(diǎn)和數(shù)字地面模型的獲取提供了新的途徑，無(wú)論對(duì)于國(guó)防或是科學(xué)研究都具有十分重大意義。星載激光雷達(dá)還具有觀察整個(gè)天體的能力，美國(guó)進(jìn)行的月球和火星等探測(cè)計(jì)劃中都包含了星載激光雷達(dá)，其所提供的數(shù)據(jù)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(dá)載植被垂直分布測(cè)量、海面高度測(cè)量、云層和氣溶膠垂直分布測(cè)量以及特殊氣候現(xiàn)象監(jiān)測(cè)等方面也可以發(fā)揮重要作用。

通過(guò)以上對(duì)激光雷達(dá)特點(diǎn)、原理、應(yīng)用領(lǐng)域等介紹，相信大家也能大致了解各類激光雷達(dá)的不同屬性了，眼下，在激光雷達(dá)這個(gè)競(jìng)爭(zhēng)越來(lái)越激烈的賽道上，打造低成本、可量產(chǎn)、的激光雷達(dá)是很多新創(chuàng)公司想要實(shí)現(xiàn)的夢(mèng)想。但開(kāi)發(fā)和量產(chǎn)激光雷達(dá)并不容易。豐富的行業(yè)經(jīng)驗(yàn)和可靠的技術(shù)才能保障其在這一波大潮中占據(jù)主導(dǎo)地位。

原理介紹

海伯森3D閃測(cè)傳感器HPS-DBL系列采用超高速投影方式向測(cè)量對(duì)象上投射出不同波長(zhǎng)的特殊圖案,并采集物體表面的圖案信息,配合海伯森HPS-NB3200高性能視覺(jué)控制器和內(nèi)置AI解碼算法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，快速得到全視角的彩色高精度2D圖像和3D點(diǎn)云。

產(chǎn)品優(yōu)勢(shì)

1.高精度的在線3D檢測(cè)

采用業(yè)界頂級(jí)的CMOS感光元件和超低畸變遠(yuǎn)心光學(xué)系統(tǒng)，一次拍攝就可以得到被測(cè)工件的XYZ三維高精度數(shù)據(jù)。

高速實(shí)時(shí)檢測(cè)下，亦可實(shí)現(xiàn)20μm絕對(duì)精準(zhǔn)測(cè)量精度和1μm的重合度。

2.全覆蓋，無(wú)死角

采用對(duì)稱式多角度投射單元，不受方向限制，檢測(cè)無(wú)死角。

檢測(cè)面視野62mm*62mm，適用于大范圍測(cè)量場(chǎng)景，既可檢測(cè)工件2D尺寸，也可測(cè)量工件的3D輪廓、體積等特征。

3.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(gè)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(wú)效像素

系統(tǒng)簡(jiǎn)單，易于集成；體積小。安裝使用便捷

產(chǎn)品參數(shù)

時(shí)用時(shí)測(cè)

錫球檢測(cè)

多層斷差檢測(cè)

RGB點(diǎn)云圖

芯片焊點(diǎn)檢測(cè)

海伯森將于2025年4月17日參加武漢VisionCon視覺(jué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)會(huì)議，并于4月23日至25日亮相成都工博會(huì)。這兩場(chǎng)展會(huì)將展示海伯森在工業(yè)智能制造與視覺(jué)技術(shù)領(lǐng)域的新成果及應(yīng)用案例。

?

武漢Visioncon丨4月17日

?

VisionCon視覺(jué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)會(huì)議是視覺(jué)技術(shù)領(lǐng)域的重要會(huì)議之一，匯聚了來(lái)自學(xué)術(shù)界、工業(yè)界和科研機(jī)構(gòu)的頂尖專家與企業(yè)代表。海伯森受邀參與此次會(huì)議，分享在視覺(jué)系統(tǒng)與傳感器技術(shù)融合方面的研究成果。

?

成都工博會(huì)丨4月23-25日

?

成都國(guó)際工業(yè)博覽會(huì)是中國(guó)西部地區(qū)規(guī)模最大的工業(yè)博覽會(huì)之一，也是展示智能制造、機(jī)器人技術(shù)、工業(yè)自動(dòng)化等領(lǐng)域最新成果的重要平臺(tái)，吸引了眾多國(guó)內(nèi)外知名企業(yè)和行業(yè)專家齊聚一堂，共同推動(dòng)工業(yè)智能化的深入發(fā)展。海伯森將在展會(huì)中重點(diǎn)展示六維力傳感器和線光譜共焦傳感器在工業(yè)智能制造中的廣泛應(yīng)用，包括工業(yè)機(jī)器人、協(xié)作機(jī)器人、航空航天等領(lǐng)域的創(chuàng)新應(yīng)用案例。

公司介紹

海伯森技術(shù)（深圳）有限公司，簡(jiǎn)稱海伯森，是國(guó)家級(jí)高新技術(shù)企業(yè)和深圳市專精特新企業(yè)，在光學(xué)精密測(cè)量、工業(yè)2D/3D檢測(cè)、機(jī)器人力控等領(lǐng)域已形成成熟的產(chǎn)品矩陣。海伯森主營(yíng)自研產(chǎn)品，包括3D閃測(cè)傳感器、3D線光譜共焦傳感器、點(diǎn)光譜共焦傳感器、激光對(duì)刀儀、超高速工業(yè)相機(jī)、六維力傳感器、激光對(duì)針傳感器等。

海伯森專注于高性能工業(yè)傳感器的技術(shù)創(chuàng)新和探索，具備光、機(jī)、電、算技術(shù)綜合應(yīng)用于傳感器產(chǎn)品的研發(fā)能力和規(guī)?；a(chǎn)能力，以突破中國(guó)高端智能傳感器“卡脖子”技術(shù)為己任，秉承“技術(shù)贏市場(chǎng)，誠(chéng)信待客戶”的原則，將持續(xù)為客戶提供高性能、高可靠性的智能傳感器產(chǎn)品和專業(yè)的技術(shù)服務(wù)支持，助力客戶降本增效，為客戶創(chuàng)造更多價(jià)值。

其中，六維力傳感器作為一種能夠同時(shí)測(cè)量力和力矩的高精度傳感器，因其廣泛的應(yīng)用場(chǎng)景和獨(dú)特的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，正成為智能制造領(lǐng)域的重要工具。特別是在近年來(lái)人形機(jī)器人、協(xié)作機(jī)器人和智能裝配等領(lǐng)域的快速發(fā)展，使得六維力傳感器的應(yīng)用前景更加廣闊。

六維力傳感器：解鎖機(jī)器人感知新維度

六維力傳感器是集力和力矩測(cè)量于一體的高精度傳感器，能夠同時(shí)檢測(cè)X、Y、Z三個(gè)方向的力和繞這三個(gè)軸的力矩，為機(jī)器人提供多維度的力覺(jué)感知能力。在智能制造中，六維力傳感器能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)機(jī)器人與環(huán)境或物體之間的相互作用力，幫助機(jī)器人實(shí)現(xiàn)更精準(zhǔn)的動(dòng)作控制和更復(fù)雜的操作任務(wù)。

六維力傳感器的核心技術(shù)與優(yōu)勢(shì)

• 高靈敏度與高精度：六維力傳感器能夠感知微小的力和力矩變化，可達(dá)克級(jí)力控精度，滿足機(jī)器人精細(xì)操作的需求。
• 快速響應(yīng)：傳感器能夠?qū)崟r(shí)反饋力和力矩信息，幫助機(jī)器人在動(dòng)態(tài)環(huán)境中快速調(diào)整動(dòng)作。
• 長(zhǎng)壽命與可靠性：通過(guò)精密制造和優(yōu)化設(shè)計(jì)，六維力傳感器能夠在惡劣環(huán)境下長(zhǎng)期穩(wěn)定工作，適應(yīng)工業(yè)和機(jī)器人領(lǐng)域的高強(qiáng)度應(yīng)用。
• 集成化與小型化：現(xiàn)代六維力傳感器設(shè)計(jì)更加緊湊，便于集成到機(jī)器人手部、腳部、關(guān)節(jié)等關(guān)鍵部位，同時(shí)不影響機(jī)器人整體性能。

六維力傳感器的關(guān)鍵技術(shù)主要集中在技術(shù)實(shí)現(xiàn)、性能優(yōu)化、應(yīng)用集成等方面，具體包括：

1. 動(dòng)態(tài)響應(yīng)能力：六維力傳感器需要快速準(zhǔn)確地響應(yīng)動(dòng)態(tài)力變化，如機(jī)器人打磨拋光時(shí)的接觸力或物體高速運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的稱重。
2. 全方位機(jī)械過(guò)載保護(hù)：為避免傳感器在受到超量程力作用時(shí)損壞，需要設(shè)計(jì)有效的過(guò)載保護(hù)結(jié)構(gòu)，這在技術(shù)上具有挑戰(zhàn)性。
3. 溫度漂移和穩(wěn)定性控制：傳感器必須具備良好的溫度補(bǔ)償機(jī)制，以減少溫度變化對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，并保持長(zhǎng)期穩(wěn)定性。
4. 多通道信號(hào)處理：六維力傳感器需要同時(shí)處理多個(gè)方向的力和力矩信號(hào)，這要求高度精確的信號(hào)采集和處理技術(shù)。
5. 交叉干擾和耦合誤差：在多維力傳感器中，不同方向的力和力矩之間可能存在耦合，需要通過(guò)精確的解耦算法來(lái)分離這些信號(hào)。一般說(shuō)來(lái)，降低耦合干擾的兩種途徑：結(jié)構(gòu)解耦、算法解耦。結(jié)構(gòu)解耦和算法解耦通常需要結(jié)合使用，以實(shí)現(xiàn)最佳的解耦效果。結(jié)構(gòu)解耦可以減少耦合效應(yīng)，降低算法解耦的難度；而算法解耦可以進(jìn)一步校正結(jié)構(gòu)解耦難以消除的耦合干擾，提高測(cè)量精度。
6. 標(biāo)定和校準(zhǔn)技術(shù)：六維力傳感器需要通過(guò)復(fù)雜的標(biāo)定和校準(zhǔn)過(guò)程來(lái)確保測(cè)量精度，這通常涉及到精確的測(cè)試設(shè)備和方法。
7. 傳感器融合：在某些應(yīng)用中，需要將力傳感器與其他類型的傳感器（如位置、速度、加速度傳感器）相結(jié)合，解決不同傳感器之間數(shù)據(jù)融合的技術(shù)難題。
8. 材料選擇和加工工藝：選擇合適的材料并優(yōu)化其性能是技術(shù)難點(diǎn)之一，同時(shí)，力傳感器的生產(chǎn)涉及精密的加工工藝。
9. 小型化和輕量化：在保持性能的前提下，減小傳感器的體積和重量，以適應(yīng)空間受限的應(yīng)用場(chǎng)合。
10. 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理：開(kāi)發(fā)高效的數(shù)據(jù)處理算法，以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)或近實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)處理和反饋。
11. 長(zhǎng)期穩(wěn)定性和可靠性：傳感器需要在各種環(huán)境條件下保持長(zhǎng)期穩(wěn)定工作，材料老化和疲勞壽命是設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮的因素。
12. 成本控制：在保證技術(shù)性能的同時(shí)，如何有效控制力傳感器的生產(chǎn)成本，是實(shí)現(xiàn)傳感器商業(yè)化的關(guān)鍵。
13. 精度和分辨率：六維力傳感器需要具備高測(cè)量精度和分辨率，以滿足高精度應(yīng)用的需求。
14. 系統(tǒng)集成：將六維力傳感器集成到機(jī)器人或其他自動(dòng)化系統(tǒng)中，需要解決機(jī)械設(shè)計(jì)、電子接口和軟件兼容性等問(wèn)題。

人形機(jī)器人：六維力傳感器的典型應(yīng)用場(chǎng)景

人形機(jī)器人作為人工智能與機(jī)器人技術(shù)的前沿領(lǐng)域，近年來(lái)迎來(lái)了爆發(fā)式增長(zhǎng)。2025年，隨著多家知名科技公司推出新一代人形機(jī)器人產(chǎn)品，這一領(lǐng)域成為全球科技行業(yè)的焦點(diǎn)。六維力傳感器在人形機(jī)器人中的應(yīng)用，賦予了機(jī)器人更強(qiáng)大的力覺(jué)感知能力，使其能夠完成復(fù)雜且精細(xì)的操作任務(wù)。

在人形機(jī)器人的應(yīng)用中，六維力傳感器能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)機(jī)器人與環(huán)境或物體之間的力和力矩變化，幫助機(jī)器人實(shí)現(xiàn)更自然的交互和動(dòng)作控制。例如，在抓取物體時(shí)，傳感器能夠感知物體的重量和形狀，從而調(diào)整握力和動(dòng)作。在人形機(jī)器人行走或進(jìn)行高難度動(dòng)作時(shí)，六維力傳感器能夠監(jiān)測(cè)腳部和關(guān)節(jié)的力矩變化，幫助機(jī)器人保持平衡和穩(wěn)定。此外，六維力傳感器的高精度特性，使得機(jī)器人能夠完成如精密裝配、醫(yī)療手術(shù)等高難度任務(wù)。

以宇樹(shù)機(jī)器人為例，作為國(guó)內(nèi)人形機(jī)器人領(lǐng)域的佼佼者，其產(chǎn)品廣泛采用了六維力傳感器技術(shù)。通過(guò)在手部、腳部和關(guān)節(jié)等關(guān)鍵部位安裝六維力傳感器，機(jī)器人能夠感知細(xì)微的力和力矩變化，從而實(shí)現(xiàn)諸如花樣跳繩的高難度動(dòng)作，充分體現(xiàn)了六維力傳感器在提升機(jī)器人穩(wěn)定性和精確性方面的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。

六維力傳感器已成為高性能人形機(jī)器人的標(biāo)配，通常安裝在手腕、腳腕、足底或手部，在運(yùn)控規(guī)劃、姿態(tài)調(diào)整、力度感知等中起到重要作用，以提升手部操作的靈活性以及腳部行走的穩(wěn)定性，提升人形機(jī)器人在復(fù)雜環(huán)境中的自主性和適應(yīng)性，可以實(shí)現(xiàn)在碎石、地磚、草坪、厚地、草坪等不平整地面上穩(wěn)定快速行走，通過(guò)全新的腳掌姿態(tài)控制算法以及柔性自適應(yīng)多種地面。

目前特斯拉Optimus、優(yōu)必選Walker X、達(dá)闥科技的小紫XR-4、本田ASIMO、美國(guó)宇航局的Valkyrie等，都已采用六維力傳感器來(lái)提升機(jī)器人的性能。

以下是六維力傳感器在人形機(jī)器人中的一些關(guān)鍵應(yīng)用和安裝位置：

• 手腕部位：六維力傳感器安裝在手腕部位，可以幫助機(jī)器人實(shí)現(xiàn)精細(xì)的手部操作，如抓握、搬運(yùn)和裝配等任務(wù)。
• 腳腕、足底：在腳腕或足底安裝六維力傳感器，有助于機(jī)器人在行走和平衡控制中感知地面的反作用力，以便機(jī)器人控制系統(tǒng)可以調(diào)整人形機(jī)器人手臂和身體的姿態(tài)，提高行走穩(wěn)定性。
• 手部接觸點(diǎn)：在機(jī)器人手部的接觸點(diǎn)安裝六維力傳感器，可以提升手部操作的靈活性和適應(yīng)性，特別是在需要柔順控制的場(chǎng)景中。
• 運(yùn)控規(guī)劃：六維力傳感器提供的數(shù)據(jù)對(duì)于機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制規(guī)劃至關(guān)重要，它們可以幫助機(jī)器人更好地規(guī)劃動(dòng)作，避免碰撞和損傷。
• 姿態(tài)調(diào)整：在機(jī)器人的姿態(tài)調(diào)整過(guò)程中，六維力傳感器可以提供必要的反饋信息，幫助機(jī)器人保持平衡和穩(wěn)定。
• 力度感知：六維力傳感器使機(jī)器人能夠感知與外界物體交互時(shí)的力度，這對(duì)于需要精確控制力度的應(yīng)用非常重要。

隨著人形機(jī)器人技術(shù)的不斷突破，六維力傳感器的應(yīng)用場(chǎng)景也將進(jìn)一步拓展，為機(jī)器人智能化發(fā)展注入更強(qiáng)動(dòng)力。

國(guó)產(chǎn)替代與國(guó)際市場(chǎng)：六維力傳感器的崛起

在2025年3月31日的深圳國(guó)際傳感器展會(huì)上，海伯森技術(shù)（深圳）有限公司銷售總監(jiān)單永川發(fā)表了專題演講《國(guó)產(chǎn)替代 走向世界 六維力傳感器助力人形機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展》，吸引了眾多行業(yè)專家和觀眾的關(guān)注。

海伯森通過(guò)創(chuàng)新設(shè)計(jì)和精密制造，實(shí)現(xiàn)了傳感器的高靈敏度與長(zhǎng)壽命，為機(jī)器人的力覺(jué)感知系統(tǒng)提供了可靠的技術(shù)支撐。

海伯森的傳感器產(chǎn)品已通過(guò)多項(xiàng)國(guó)際認(rèn)證，標(biāo)志著其技術(shù)實(shí)力已達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。在國(guó)家政策的支持下，國(guó)產(chǎn)傳感器企業(yè)如海伯森等正在快速崛起，填補(bǔ)高端傳感器市場(chǎng)的空白。憑借高性價(jià)比和技術(shù)突破，國(guó)產(chǎn)六維力傳感器正在加速替代進(jìn)口產(chǎn)品，為智能制造提供更可靠的技術(shù)保障，達(dá)到精細(xì)操作的目標(biāo)。

作為國(guó)內(nèi)傳感器領(lǐng)域的先行者，海伯森將繼續(xù)發(fā)揮技術(shù)優(yōu)勢(shì)，推動(dòng)六維力傳感器在更多領(lǐng)域的應(yīng)用。通過(guò)與機(jī)器人企業(yè)的深度合作，海伯森致力于為中國(guó)智造走向世界提供強(qiáng)有力的技術(shù)支撐。

未來(lái)展望：

六維力傳感器與人形機(jī)器人協(xié)同發(fā)展

未來(lái)，六維力傳感器將朝著高精度、智能化、小型化和集成化方向發(fā)展，成為智能制造不可或缺的核心技術(shù)之一。特別是在人形機(jī)器人領(lǐng)域，六維力傳感器的應(yīng)用將更加廣泛，助力機(jī)器人實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜、更精細(xì)的操作任務(wù)。

通過(guò)人工智能算法，六維力傳感器將能夠?qū)崟r(shí)分析力和力矩?cái)?shù)據(jù)，提供更智能的控制策略。隨著制造工藝的進(jìn)步，六維力傳感器將更加輕便、緊湊，便于集成到更多類型的機(jī)器人中。除了工業(yè)機(jī)器人和人形機(jī)器人，六維力傳感器還將在醫(yī)療機(jī)器人、服務(wù)機(jī)器人、航空航天等領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。

六維力傳感器與人形機(jī)器人技術(shù)的協(xié)同發(fā)展，不僅推動(dòng)了智能制造的升級(jí)，也為機(jī)器人智能化發(fā)展注入了更強(qiáng)動(dòng)力。隨著國(guó)產(chǎn)傳感器企業(yè)的快速崛起和技術(shù)創(chuàng)新，中國(guó)在全球傳感器和機(jī)器人市場(chǎng)中將占據(jù)更重要的地位。未來(lái)，六維力傳感器將成為機(jī)器人感知系統(tǒng)的核心技術(shù)之一，助力中國(guó)智造走向世界。