德国西克SICK激光扫描仪传感器工作原理

德国西克SICK激光扫描仪传感器

picoScan100

2D LiDAR 激光扫描仪 - 性能强大，经济高效，结构紧凑

2D LiDAR 激光扫描仪 picoScan100 具有扫描范围广、角度分辨率高和灵敏度强的特点，作为 TiM 的后继产品，树立了新的标准。它们还能可靠地检测到小而暗的物体。传感器可提供准确的测量数据，并集成了数据的进一步处理功能，可通过各种通信接口进行传输。结构紧凑的 picoScan100 传感器采用多重回波技术，外壳坚固耐用，即使在恶劣的环境条件下也能确保可靠的测量结果。它们能满足室内外区域高挑战性的工业应用要求。picoScan120 和 picoScan150 类型 (Core、Prime、Pro) 具有不同的性能，可满足个性化需求。

德国西克SICK激光扫描仪传感器（如主流的S300/S320 系列安全激光扫描仪、LMS500/LMS150 系列测量激光扫描仪），核心是通过 “激光发射 - 信号接收 - 数据计算" 的闭环流程，实现对空间区域的二维 / 三维轮廓检测、距离测量或安全防护，其工作原理需结合光学设计、信号处理、机械结构三大核心模块拆解，不同应用场景（安全防护 / 工业测量）的原理侧重略有差异，但基础逻辑一致。

一、核心工作原理：“三角测量法" 与 “飞行时间法"

SICK 激光扫描仪的核心测距原理分为两类，分别对应不同精度和量程需求：

1. 三角测量法（适用于中短距离、高精度测量）

原理核心：利用 “激光发射器、物体反射点、感光元件" 三点构成的三角形，通过几何关系计算物体距离，常见于 LMS150 等测量型扫描仪（量程通常 0.1m-50m，精度 ±1mm）。具体流程：

激光发射：内置的半导体激光二极管（LD） 发射出一束高聚焦的激光（波长多为 650nm 红光或 905nm 近红外光，符合 CLASS 1/2 激光安全标准，对人眼无伤害），经光学透镜校准为 “线性激光束" 或 “点状激光束"。

SICK激光扫描仪传感器激光反射：激光束照射到目标物体表面后，部分光线被反射（反射强度与物体表面材质、颜色相关：白色 / 光滑表面反射率高，黑色 / 粗糙表面反射率低）。

信号接收：反射光线经接收透镜聚焦后，投射到CMOS/CCD 感光元件（高精度光电阵列）上，形成一个清晰的 “光斑成像点"。

距离计算：扫描仪内置的 MCU（微控制单元）会记录 “激光发射器与感光元件的固定间距（基线长度）" 和 “光斑成像点在感光元件上的偏移位置"，再通过三角几何公式（距离 = 基线长度 × 偏移系数 / 成像角度）计算出物体与扫描仪的实际距离。

SICK激光扫描仪传感器优势：精度高（±0.1mm-±1mm）、响应速度快（微秒级）；较短，受物体反射率影响大（黑色物体可能无法稳定检测）。

2. 飞行时间法（ToF，适用于长距离、大区域检测）

原理核心：通过测量激光从 “发射到返回" 的时间差，结合光速计算距离，常见于 S300/S320 安全激光扫描仪（量程通常 1m-100m，精度 ±5mm），主打安全防护（如区域防护、碰撞预警）。具体流程：

激光调制发射：激光二极管发射的激光会被 “高频脉冲调制"（如 100MHz-1GHz 的脉冲信号），形成 “脉冲激光束"（每秒钟发射数万至数百万个激光脉冲）。

SICK激光扫描仪传感器时间记录：发射器内置的 “时间计数器" 会记录每个激光脉冲的 “发射时刻（T1）"；当脉冲遇到物体反射后，部分光线被接收透镜捕捉，触发 “接收时刻（T2）"。

距离计算：根据时间差ΔT = T2 - T1，结合光速（c≈3×10⁸m/s），通过公式距离 = c × ΔT / 2（除以 2 是因为激光往返）计算出物体距离（需修正空气折射率对光速的微小影响）。

优势：量程长、抗环境光干扰能力强；局限：精度略低于三角测量法，需处理 “多物体反射" 的干扰（如杂散光导致的误检测）。