激光掃描的案例
VirtualLab運用：基于物理光學激光掃描系統的設計和分析
VirtualLab Fusion軟件可以設計和分析包含掃描鏡和f-theta光學透鏡的激光掃描儀
激光掃描系統使用可移動的光學元件，能夠使激光光束的位置動態變化。這類系統的典型應用有：
?激光材料加工
?激光投影
?3D物體掃描
?條形碼閱讀器
軟件VirtualLab Fusion提供了基于光線追跡以及物理光學的模擬技術以用于激光掃描儀系統。并可計算典型的透鏡像差，例如場曲和畸變。同時，VirtualLab Fusion還可以將衍射效應考慮在內，精確的研究光束尺寸和光束剖面。VirtualLab Fusion將參數耦合工具與靈活的定位概念進行結合，允許模擬非常復雜的掃描儀光學系統。VirtualLab Fusion的參數優化和參數運行工具能夠進行激光掃描系統的設計和公差分析。
VirtualLab Fusion 軟件的特性：
?分析典型像差，例如場曲和畸變
?精確的研究光束尺寸和光束剖面
?使用參數優化設計掃描系統
?實驗公差分析
?易于使用的定位概念和參數耦合工具
?真實的激光源建模
?設計折射光束整形器
軟件和應用案例：
如果對更多信息感興趣？請通過support@lighttrans.com聯系我們或使用我們的VirtualLab Fusion的試用版和案例來進行實際的操作：
?LSC.0001：使用一個非球面透鏡對激光掃描系統進行性能分析
?LSC.0002：使用f-theta對象對激光掃描系統進行分析
?現在就下載VirtualLab Fusion試用版!
包含兩個掃描鏡和f-theta對象的激光掃描系統。
展開 VirtualLab Fusion：使用非球面透鏡對激光掃描系統進行性能分析
激光掃描系統（LSC.0001 v1.0）
使用非球面透鏡對激光掃描系統進行性能分析
應用案例概述
系統細節
光源
- 綠光二極管
元件
- 雙軸振鏡掃描儀
- 非球面透鏡
探測器
- 場曲和畸變
- 光束強度剖面
- 焦點區域探測器
- 光束參數
模擬/設計
- 光線追跡：分析場曲和畸變，場追跡引擎的探測器的定位
- 場追跡：考慮衍射效應，進行更精確的光束尺寸和剖面的研究
系統說明
激光掃描系統的性能評估
一個激光掃描系統的掃描光學部分包含了一個掃描儀單元和一個非球面透鏡，在一維掃描過程中（沿入射角Theta），通過分析光束的場曲和畸變來評估其性能。
此外，計算了不同掃描位置處的光束尺寸和輪廓。
展開 VirtualLab運用：使用非球面透鏡對激光掃描系統進行性能分析
激光掃描系統（LSC.0001 v1.0）
使用非球面透鏡對激光掃描系統進行性能分析
應用案例概述
系統細節
光源
- 綠光二極管
元件
- 雙軸振鏡掃描儀
- 非球面透鏡
探測器
- 場曲和畸變
- 光束強度剖面
- 焦點區域探測器
- 光束參數
模擬/設計
- 光線追跡：分析場曲和畸變，場追跡引擎的探測器的定位
- 場追跡：考慮衍射效應，進行更精確的光束尺寸和剖面的研究
系統說明
激光掃描系統的性能評估
一個激光掃描系統的掃描光學部分包含了一個掃描儀單元和一個非球面透鏡，在一維掃描過程中（沿入射角Theta），通過分析光束的場曲和畸變來評估其性能。
此外，計算了不同掃描位置處的光束尺寸和輪廓。
展開 VirtualLab運用：使用非球面透鏡對激光掃描系統進行性能分析
激光掃描系統（LSC.0001 v1.0）
使用非球面透鏡對激光掃描系統進行性能分析
應用案例概述
系統細節
光源
- 綠光二極管
元件
- 雙軸振鏡掃描儀
- 非球面透鏡
探測器
- 場曲和畸變
- 光束強度剖面
- 焦點區域探測器
- 光束參數
模擬/設計
- 光線追跡：分析場曲和畸變，場追跡引擎的探測器的定位
- 場追跡：考慮衍射效應，進行更精確的光束尺寸和剖面的研究
系統說明
激光掃描系統的性能評估
一個激光掃描系統的掃描光學部分包含了一個掃描儀單元和一個非球面透鏡，在一維掃描過程中（沿入射角Theta），通過分析光束的場曲和畸變來評估其性能。
此外，計算了不同掃描位置處的光束尺寸和輪廓。
展開 
VirtualLab Fusion：在一個微鏡激光掃描系統中鏡像差對光束質量的影響
模擬任務：LCS中的鏡像差
為了研究鏡像差，討論一個基于固定轉向鏡和一個掃描微鏡器件的激光掃描系統（例如MEMS）。
鏡像差將假定為澤尼克多項式。
? 例如，將演示彗差（7 3 1）和三葉形（9 3 3）形狀的像差。
4. 規格：準直激光光束
高斯光束由激光元件的單模激光二極管發射出。
5. 規格：2D MEMS掃描微鏡芯片
6. 激光掃描系統的光路圖
? 由于VirtualLab Fusion的相對定位系統，只需要確定在z方向的距離。
? 理想像差都包含在掃描鏡元件內。
7. 掃描操作中的鏡面傾斜
? 因為掃描微鏡的傾斜與兩軸有關，傾斜操作并不是獨立的。
? 為了計算理想掃描位置的傾斜角，必須考慮反射三維定律：
（k為歸一化波矢量，n為鏡表面法向量和歸一化因子）
? 這個向量關系可以使用VirtualLab Fusion的參數耦合功能解決。
? 因此，需要的傾斜角是由理想掃描位置自動計算得到。
......
展開 VirtualLab運用：在一個微鏡激光掃描系統中鏡像差對光束質量的影響
概括案例
1.系統細節
?光源
-綠色激光二極管
?元件
-基于單掃描微鏡的激光掃描系統，例如MEMS（微機電系統）
?探測器
-光線可視化檢查（3D顯示）
-場分布和相位計算
-光束參數（M2值，發散角）
?建模/設計
-光線追跡：首先概覽系統性能
-場追跡：
√光束傳播包含表面像差
√分析生成光束的形狀和質量
2.系統圖片
3.模擬和設計結果
鏡像差（由澤尼克多項式表示）：
4.總結
基于單掃描微鏡的激光掃描系統（例如MEMS）中的鏡像差進行建模和仿真。
1)模擬
通過使用光線追跡方法驗證激光掃描設置
2)建模
使用澤尼克標準界面來模擬靜態或動態形式的復雜鏡面像差
3)分析
為了計算場分布和評價光束形狀和參數，應用經典場追跡引擎
復雜的系統，如基于單微鏡的激光掃描儀可以通過使用VirtualLab Fusion來模擬。此外，幾乎所有類型的表面變形都可以通過引入澤尼克像差到掃描鏡來模擬。因此，可以根據掃描的位置評估光束形狀和質量。
詳細案例
系統參數
1. 此案例的背景和目的
?作為一個掃描鏡必須包含兩個掃描軸以及考慮一個更復雜的傾斜操作（傾斜的方向并不是獨立的）。
?另外，將表面像差引入到掃描鏡，可以是靜態或動態類型。
?因為澤尼克多項式非常適合描述幾乎所有類型的像差，它們可用于演示表面偏差。
2. 模擬鏡像差：澤尼克界面
?為了模擬靜態或動態鏡像差，使用澤尼克界面。
?通過使用澤尼克多項式，可以適當地插入任意相位或表面偏差。
展開 激光掃描共聚焦顯微鏡在材料領域解讀表面粗糙度
隨著技術的不斷發展和完善，激光掃描共聚焦顯微鏡將繼續發揮重要作用，推動材料科學的進步和創新。
供應非接觸式三維掃描激光測振儀
供應非接觸式三維掃描激光測振儀
產品介紹
在一些特殊情況下，比如測試物體不能直接觸及，或者傳統的接觸式傳感器（加速度傳感器）不能派上用場時，非接觸式振動測量就顯得尤其至關重要。下列情況：
- 測試件本身很輕 （壓電傳感器，喇叭薄膜）
- 測試物件處于高溫（幾百度到幾千度高溫）
- 測試物件在旋轉
- 操作者為了節省時間，不想把時間浪費在加速度傳感器粘貼上。
Julight公司為不需接觸被測件表面的遠距離振動測量提供了兩個系列產品 。
三維掃描式激光測振儀
VSM4000-SCAN-3D 三維掃描激光測振儀
VSM-4000-SCAN-3D三維掃描激光測振儀
JULIGHT公司的三維掃描激光測試儀可以一次同時測量目標上一個點的三維振動（X,Y 和Z向），是一個精密度極高，可靠易用的非接觸測量儀器。 由于同時可以測定三個方向，瞬間的事件很容易被測得。
三維激光掃描自混合干涉型測振儀VSM-4000-SCAN-3D是由三套單點掃描激光測振儀器，按照一定的布置方式組成，協調同步掃描完成在0.2米-1.2米距離之內對任何表面進行非接觸式逐點振動分析。該系統可由單人在野外環境下進行搬運、裝配和操作。
VSM-4000-SCAN-3D測振儀由三套激光探頭（含含激光頭，鏡片掃描系統，攝像系統和輪廓遙測儀）、三套控制器單元、電腦和一套可實現復雜幾何表面掃描和測量的綜合軟件包組成。該軟件包還包含了一個模態分析模塊(選項）和全場應力分析軟件（選項）。
VSM-4000-SCAN-3D測振儀可在每個方向上+/-25°的掃描空間內測量高達1024個點每軸。系統軟件可實現：目標柔性測量網格的生成、已編程網格的自動化掃描、大量多種數據的分析和過濾選項、以及分析結果的3D動畫和可視化顯示。
展開 F-Theta物鏡激光掃描系統的性能分析
激光掃描系統（LSC.0002 v1.0）
應用案例概述
系統細節
? 光源
– 綠光二極管
? 元件
– 雙軸振鏡掃描儀
– F-Theta物鏡
? 探測器
– 場曲和畸變探測器
– 光束強度剖面探測器
– 焦點區域探測器
– 光束參數探測器
? 模擬/設計
– 光線追跡：分析掃描場尺寸，場曲以及畸變
– 場追跡：考慮衍射效應，進行更精確的光束尺寸和剖面的研究
系統說明
激光掃描系統的性能評估
? 一個激光掃描系統的掃描光學部分包含了一個掃描儀單元和一個F-Theta物鏡，在一維掃描過程中（沿入射角Theta），通過分析光束的場曲和畸變來評估其性能。
? 此外，計算了不同掃描位置處的光束尺寸和輪廓。
展開 F-Theta物鏡激光掃描系統的性能分析
激光掃描系統（LSC.0002 v1.0）
應用案例概述
系統細節
?光源
–綠光二極管
?元件
–雙軸振鏡掃描儀
–F-Theta物鏡
?探測器
–場曲和畸變探測器
–光束強度剖面探測器
–焦點區域探測器
–光束參數探測器
?模擬/設計
–光線追跡：分析掃描場尺寸，場曲以及畸變
–場追跡：考慮衍射效應，進行更精確的光束尺寸和剖面的研究
系統說明
激光掃描系統的性能評估
?一個激光掃描系統的掃描光學部分包含了一個掃描儀單元和一個F-Theta物鏡，在一維掃描過程中（沿入射角Theta），通過分析光束的場曲和畸變來評估其性能。
?此外，計算了不同掃描位置處的光束尺寸和輪廓。
模擬和設計結果
其他的VirtualLab特征
在此案例中，你將從以下選擇的特征中獲益：
?各種探測器
-測量與反射鏡掃描角度相關的焦點位置
-測量探測器平面上的光束位置
-使用焦點區域探測器計算焦點區域中的場
?參數耦合
-針對掃描光學部分的期望輸入掃描角度Theta來調整反射鏡方位
?參數運行
-估計掃描場尺寸
-生成場曲和畸變圖
總結
VirtualLab可以
?模擬一個由雙軸掃描反射鏡和一個F-Theta物鏡構成的激光掃描系統
?分析目標平面上的光束偏轉
-通過光線追跡來計算掃描場尺寸，場曲和畸變
-通過幾何場追跡來計算光束剖面
-場追跡可以更準確地分析光束位置和焦點
應用案例詳述
系統參數
應用案例內容
?LSC.0001和LSC.0002為激光掃描系統。
展開 激光掃描測量架有限元分析
本文首先通過Solisworks建立激光掃描測量架的三維模型，然后使用Hypermesh對模型進行網格的劃分，建立接觸關系和施加約束。使用ANSYS進
激光掃描測量架有有限元分析.docx
行有限元分析，通過驗證結果的正確性得到測量架在運行中的變形。
光譜掃描激光雷達為大規模部署自動駕駛鋪路
據外媒報道，Baraja公司近日公開發布了其光譜掃描激光雷達（Spectrum-Scan LiDAR）。光譜掃描采用類似棱鏡的光學系統以及不同波長的光線，為自動駕駛車輛創造了“超強的眼睛”，為其提供前所未有的數據以及清晰的視野，上述是安全、全自動駕駛的必備條件。
光譜掃描激光雷達（光探測和測距）代表了一種全新的激光雷達，將波長可調的激光與類似棱鏡的光學系統結合在一起。汽車制造商、共享出行服務提供商以及科技巨頭正朝著完全自動駕駛的未來邁進，一直以來他們都被激光雷達的可擴展性、可靠性以及性能問題困擾，該項創新解決了上述問題。
光譜掃描技術可讓Baraja激光雷達在簡單工業組件構建的系統中提供高性能和長距離探測功能，與同類技術相比，該技術大大提升了汽車可靠性。憑借靈活的模塊化設計，Baraja激光雷達可輕易整合到車輛上，讓自動駕駛車輛實時智能地控制和調整掃描模式，以適應復雜、動態的道路狀況。
傳統的激光雷達通過手動旋轉激光或使用活動鏡和微機電系統（MEMS）來控制光線掃描道路。由于汽車行駛時不斷的振動和沖擊，此類活動部件會出現不可靠的問題，其精細組件會失效或需要昂貴的加工來保護。該類傳統掃描辦法存在成本高、可靠性低以及性能低等問題，而且外觀笨拙，很難集成到現有的激光雷達解決方案中。上述限制阻礙自動駕駛汽車大規模部署。
Baraja緊湊模塊化雷達傳感器通過光纖連接，使用智能手機攝像頭和電信激光器中的現成組件，可實現自動駕駛行業所要求的高性能水平。該類組件使汽車可靠性最大化，并可為車隊大規模提供此技術，同時實現長期的成本效益。
在研發光譜掃描激光雷達的過程中，Baraja旨在實現最終能集成到車輛中的激光雷達的目標。通過滿足可擴展性、可制造性以及可靠性，Baraja采用面向制造的設計（DFM）方法指導產品研發。
展開 激光增材制造仿真過程分析
2.3 應力應變情況分析
首先, 同樣選擇P2點分析在激光掃描過程中正應力的變化情況, 如圖7所示。發現3個方向的應力隨時間的變化基本相同, 在一開始出現了壓應力, 隨著激光掃描的周期性循環, 變為拉應力, 當激光掃描結束后冷卻的過程中均轉變為壓應力。由于各方向剛度的不同, 壓應力值大小也稍有不同。
屈服應力的變化如圖8所示。可以發現, 在前幾個掃描周期內, 屈服應力的值呈周期性增大。當增大至約400 MPa時, 最大屈服應力不再隨著激光掃描的進行而改變, 只有當激光掃描至該點正上方區域時, 應力值會因為溫度的突然升高而出現短暫的減小, 然后快速回到約400 MPa。當加工過程結束后, 因為冷卻過程的收縮現象會出現屈服應力的進一步增大, 最終達到約500 MPa。
與屈服應力變化相對應的是該處等效應變率的變化情況, 如圖9所示。根據圖8發現只有前3個掃描周期應力增大, 而等效應變率也只在約前100 s的掃描時間內有變化, 在第一個周期內約0.01, 第二個周期內增大至0.03, 經過第三周期達到0.04, 但是在后面的掃描過程中等效應變率幾乎不變化, 幾乎保持恒定。
綜上亦可以發現, 激光掃描過程中由于熔池深度有限, 并且根據每周期掃描Z軸抬升量的設定, 對某節點分析時, 主要針對前3～4個掃描周期, 后面的影響相對較小。
2.4 增材制造冷卻后結果分析
圖2中薄壁框的其中一面 (面1) 用來分析激光增材制造過程的變形量, 如圖10所示。
可以發現, Y向的變形較為均勻, 但是X向和Z向均是左側的變形較大, 右上角變形量較小。這是因為當激光掃描周期結束后, 在左側抬升一定高度, 然后開始進行下一個周期的掃描。
展開 影像儀激光掃描功能，無縫連接2D/3D混合測量
它通過紅外、激光或其他光學方法實現無損檢測，不僅操作簡便，而且對被測物體的要求較低。這使得無損檢測更加普及和可行，可以廣泛應用于工業生產中。
然而影像儀高分辨率和高精度的成像需要先進的光學設計和高性能的硬件設備，還需要具備強大的計算和存儲能力。這對硬件和軟件的要求都很高，給研發和生產帶來了一定的困難。并且各個行業各個領域的測量需求都有不同，影像儀要滿足不同的特定要求，這對制造商來說也是一個挑戰。
從精確測量到質量控制，從自動化檢測到無損檢測，影像儀在各個領域都起著重要作用。隨著技術的進步和應用的拓展，全自主研發Novator影像測量儀將傳統影像測量與激光測量掃描技術相結合，實現無縫連接2D/3D混合測量。
影像儀的功能
Novator影像測量儀具備多種測量功能，包括表面尺寸、輪廓、角度與位置、形位公差、3D空間形貌與尺寸結構等的精密測量。
其線激光3D掃描功能，可實現3D掃描成像和空間測量；點激光線掃描功能，可輸出斷面高度、距離等二維尺寸做分析。
影像儀的優勢
1、測量更準確，效率更高，操作更便捷。
Novator影像測量儀支持頻閃照明和飛拍功能，可進行高速測量，測量效率提升5~10倍。
如在半導體領域，針對含有小特征多尺寸且無序排列的樣品測量，Novator影像儀的飛拍測量模式，在平臺快速移動過程中就完成特征提取，使測量流程更流暢，測量時間更短。
測量外形尺寸320mm×160mm，含有25920個圓的模具，僅需耗時5分鐘，針對此類特征密集排布型工件，飛拍測量充分發揮其優勢，對比傳統影像測量儀，測量時長由 1小時縮短至 5 分鐘，測量效率提升 10 余倍，且測量精度無損失。
展開 激光選區熔化成形過程中搭接率及掃描速度對溫度場的影響
圖 1 多層多道的有限元模型
掃描速度對溫度場的影響
圖2是激光掃描階段的瞬時最高溫度的平均值和熔池深度隨速度的變化曲線。不同速度間的瞬時最高溫度比較接近，但是速度越慢平均最高溫度越高。由圖可知，速度由10m/min變為15m/min時，平均瞬時最高溫度減小了52K，明顯高于速度由15m/min變為20m/min 的溫度變化值 8K。從熔池的深度隨速度的變化上也能看到這一現象。這是因為激光在同一位置的停留時間與速度成反比關系，當速度變化量相同時，激光停留時間的改變量并不相同。
圖 2 熔池深度與平均最高溫度隨速度的變化
（功率為190W；搭接率為0）
搭接率對溫度場的影響
圖3是不同搭接率下瞬時最高溫度的變化曲線。從圖中我們可以看到，搭接率對瞬時最高溫度的影響不大。搭接率對熔池深度影響較為明顯，搭接率為33%的熔池 深度為0.053mm大于搭接率為0 的熔池深度0.045mm。這是因為重熔區面積隨著搭接率增大而增大，而重熔區已在前一道掃描時被高溫熔化，且仍有較高的溫度，此外，重熔區為實體，熱導率大，易于激光產生熱量向四周傳播，因而熔池深度增大。
圖3 不同搭接率時瞬時最高溫度隨時間的變化曲線
（功率為190W；速度為15m/min）
來源：鑫精合
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