激光位移传感器在扬声器中的应用
激光位移传感器在扬声器中的应用
作者:孙悦;慕星宇;王佳璐;
扬声器是一种电声器件,其在人们的日常生活中占据着重要的位置,许多产品中都可以找到其身影。在数字音频技术的快速发展下,人们对于扬声器有了越来越高的要求。当前,各扬声器生产公司已将提高扬声器性能作为主要工作目标,旨在更好的满足消费者需求。随着信息化技术的不断普及,传感器技术得到了快速发展,伴随着人力资源成本的持续增长,自动化检测技术已在各大工厂得到了广泛应用。当今,基于人工来探测扬声器存在的故障已很少见,主要在于其难以对故障做出精确的判断。在此背景下,研发出智能化的扬声器故障检测系统十分必要。人们针对此项研究实施了多年的探讨,但该项工作依然面临诸多理论与实践方面的难题,总的来说,目前还未研发出完全成熟的扬声器故障检测系统。基于此,笔者尝试将激光位移传感器应用于扬声器故障检测系统中,旨在丰富此方面的研究。
1 激光位移传感器的选用
当前数据测量方法主要包含有接触测量和非接触测量两种形式。本系统在对扬声器纸盆几何形状进行检测及对故障识别测量点进行定位时需采集相应的纸盆静态高度信息,对此,本文主要运用激光三角测量法。
基于采样定理能够了解到,通常情况下,要求采样频率f要比最高频率高出2倍。因此,本文以基恩士LK - H050 激光位移传感器为实验工具。
2 激光位移传感器在扬声器中的应用原理
在识别与检测扬声器故障的过程中,对于不同故障识别方法的不同测量点,需进行不同定位方法的设计; 另外,不同的扬声器有着不同的形状构成,尺寸也不一样,在放置的过程中难以确保一致,导致测量点的精确快速定位存在很大的困难。基于激光位移传感器便能够有效确保放置的准确性,通过对视觉引导系统进行运用还能够有效避免罩内漏气现象的出现。
本系统构成主要包含有1大理石平台、7激光位移传感器、3 视觉传感器、4PC、5 垫板、6 标定板、 8XY平台以及2视觉传感器夹具。
3 二维标定方法
3. 1 标定原理
如果需引导激光位移传感器定位于某个测量点,通常需要先对其进行标定。本文基于棋盘格标定板来进行标定,探讨 XY 平台坐标和映射到象平面上点坐标之间存在的关系。对于标定物平面和 XY 平台平面,需要将 XY平台转移到标定块四角所处的位置,记录此时的具体坐标,基于两者之间存在的关系进行标定矩阵的求解,即完成标定。
3. 2 标定方法
首先,对标定矩阵进行求取。在大理石平台上放置好标定板,对标定板图像进行采集,而后实施标定计算,得到各小方格对应的标定矩阵。
其次,对物平面和像平面进行标定之后,按照计算像坐标 ( X1,X1) 求得其对应空间坐标( XP, YP) 。
最后,统一所得实际空间坐标与 XY 平台所处坐标系,能够了解到其在 XY 平台坐标系中的具体位置; 基于此位置信息对 XY 平台进行移动,到达指定位置; 由此便实现了任意点的定位。
4 软件编程及应用实验
4. 1 软件总体设计
本系统主要用于测量点的快速精确定位,本文运用 VC6. 0 平台及 MFC 编程技术进行系统的开发。在此之中,软件设计主要涵盖了三个模块,即定位控制、图像采集以及标定计算。
4. 2 主要模块设计
(1) 图像采集模块
图像采集模块主要是对标定板图像实施采集,选取合适的位置,将标定板固定在大理石平台上,使标定板图像保持在相机正中心,在此之后,将激光位移传感器转移到标定板右上顶点位置,由此实现图像的采集。
(2) 标定计算模块
标定所采集的标定板图像,对标定板中各小方格对应的标定矩阵进行计算。
(3) 定位控制模块
移开标定板,安装扬声器,对扬声器图像进行采集,通过标定来对扬声器图像上各个点的空间坐标进行计算,并基于补偿模型实施补偿; 而后统一所得坐标信息,并移动激光位移传感器,使之位于合适的位置。
4.3 应用实验
(1) 基于标准矩形样片验证直线定位精度
实验中,在标定板中将 60 mm × 40 mm 矩形样片随意放置在 5 个不同的位置。而后进行图像的拍摄,并计算矩形长和宽的数值。
(2) 基于标准圆样片验证弧线补偿精度
对 50 mm 圆样片进行运用,所采用的方法同。
5 实验误差分析
按照产生的原因来看,误差主要包含有以下几种类型: 系统误差、偶然误差、粗大误差。为对测量误差有一个全面的认识,避免误差的产生,需对测量过程及测量系统中存在的误差进行全面探讨。
5.1 测量系统标准块规实测
为有效验证横纵向测量的准确性,本文以标准块规为基础,对其高度实施测量,选用1.00 mm、3.00 mm以及 5.00mm的块规尺寸。由测量结果得知,测量结果有着较高的稳定性,极差等于0.01mm。
对宽度实施测量,选用2.00mm、5.00mm以及8.00 mm的块规尺寸。由测量结果得知,测量结果依然有着较好的稳定性,极差等于0.047 mm。
5.2 测量系统单元误差分析
(1)激光位移传感器误差分析
LK-H050型传感器的线性表示为:± 0.02% F.S.( F.S=20mm)
温度特性表示为:± 0.01% F.S./℃( F.S=20mm)
再现性表示为:0.025 μm
(2) XY 移动平台误差分析定位精度表示为:0.05 mm
重复定位精度表示为:± 0.03 mm
6、结论
本文提出将激光位移传感器应用于扬声器中,以进行测量点的快速精确定位。首先,研究了标定的原理,选择了基于二维标定板的标定方法,而后搭建了整体的检测系统,结果表明,将激光位移传感器应用于扬声器中对扬声器异音故障检测具有很好的准确性。
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