在线尺寸测量：选测径仪、共焦传感器，还是视觉

在产线上测量一个正在移动的零件，和在实验台上测量一个静止的零件，是两个不同的问题。产线上只有一次通过的机会，零件不停，环境也不受控。三种传感原理几乎覆盖了全部情况，而选择它们的依据是「被测的是什么尺寸」，不是精度排名：透射式光电测径用于外径，共焦位移传感用于高度和厚度，视觉用于二维几何。

把原理选择建立在精度排名上，是这类选型最容易走偏的地方。三种原理的精度指标本身并不在同一个量纲上可比：一个给出的是横向尺寸的读数能力，一个给出的是沿光轴方向的距离分辨能力，一个给出的是像素采样能力。把它们排成一列比大小，比出来的结果没有工程意义。真正该问的是第一个问题：我要测的那个量，是横跨零件的、沿光轴的，还是平面上的？

在线与离线的差别也值得先说清楚。离线测量可以重复、可以翻面、可以换照明，一次测不准就再来一次；在线测量只有一次通过的机会，零件不停，环境不受控，测错了也没有补测的机会。这个「只有一次」的性质，决定了在线方案在设计上更依赖冗余和稳定性，而不是更高的单项精度。

因此本文的组织方式是：先讲清三种原理各自测什么，再给决策表，最后列出三项在现场最常被漏掉的检查。第三部分是全文最实用的部分——前两部分决定选哪个传感器，第三部分决定这套传感器装上之后是否真的能用。

一、原理一：透射式光电测径

投影测量，不是成像测量

一束准直光穿过零件，阴影被投射到接收阵列上，零件的外径从阴影宽度读出来。因为这是投影而不是成像，它速度快、对表面状态不敏感，也不受零件颜色和反射率的影响。

「投影而不是成像」这一点，是这套原理全部优点的来源。成像要经过镜头、要依赖对比度、要处理边缘；投影只需要判断光被遮挡了多宽。表面油污、氧化色差、甚至轻微透明，对阴影边界的影响都远小于对图像边缘的影响。这就是为什么测径仪在线缆、管材这类工况粗糙的产线上一直是最稳的选择。

LM-1030 与远心光路的作用

POMEAS LM-1030 标注用于 0.3–30 mm 的非接触测量，采样率 2,400 次/秒，采用 GaN 绿色 LED 光源、远心光学与 HL-CCD 连续曝光。

远心光路是读数稳定的关键：与远心成像同理，当零件在光束内移动时倍率不发生变化，因此一个在产线上振动的零件不会改变它的测得直径。

这句话值得展开。如果光路不是远心的，那么零件在光束里的位置一旦前后移动，投影的放大率就变了，读出来的直径随之变化——而这个变化与零件本身无关，纯粹是位置造成的。产线上的振动、摆动、导轮跳动都会触发它。远心之后，这一项从误差预算里被去掉，剩下的主要是零件本身的真实变化。

适用与不适用

适用于： 线材、线缆、管材、棒材、轴类，连续测量外径。

不适用于： 内部尺寸、高度、平面度，以及任何沿轴向而不是横跨测量的量。

「不适用于」这一栏值得强调。测径仪测的是光束被遮挡的宽度，这是一个一维、横跨的量。内径看不见，高度测不到，沿长度方向的尺寸只能在零件移动过程中间接推算，而这个推算的精度受线速稳定性支配。把这些需求交给测径仪，是原理层面的错配。

还有一个常被问到的边界：能不能测椭圆度或者跳动？答案是取决于采样方式。单光束测径仪给的是某一方向上的宽度，要得到不同方向上的差异，需要多光束布置或者在零件旋转过程中连续采样。这属于系统集成层面的问题，应由方案供应商按被测件的运动方式来设计，而不是靠传感器本身解决。

另外要提醒一点：测径仪要求被测段位于光束内且不被遮挡。夹具、导轮、托架如果进入了测量区，就会被当成零件的一部分读进去。这类干扰在调试阶段通常表现为「读数偶尔跳一下」，排查方向却常常被带到传感器上。

二、原理二：光谱共焦位移传感

波长编码距离

色散共焦传感器把不同波长聚焦在不同距离上；返回时处于焦点上的那个波长就编码了距离。输出是到表面的距离，这个距离按传感器的参考方式转换成厚度、高度、段差或位置。

这个原理带来两个直接的性质。其一，它是单点的：一次测一个位置的距离。其二，它对表面反射率的要求比三角法宽松，因为判断依据是「哪个波长最锐利」，而不是「光斑落在哪里」。因此在多层材料、透明膜厚这类场合，共焦往往是唯一可用的光学手段。

这两个性质也划出了它的能力边界。单点意味着要覆盖一个面就得扫描，而扫描需要时间；对反射率宽容意味着它在多数工业表面上都能工作，但对完全不透光或者完全不透光的极端情况仍然无解。把这两条记住，就能快速判断一个需求该不该交给共焦。

还有一点与量程有关：量程是围绕参考距离的一段区间，不是「能测多远」。超出量程时传感器不会报错式地停止工作，而是给出错误的读数或干脆失锁。因此在软件侧设置量程超限报警，是上线前必须做的一件事。

SFS-D 系列量程与分辨率对照

POMEAS SFS 系列覆盖一系列量程与分辨率：

型号	量程	分辨率	备注
SFS-D108	±0.05 mm	3 nm	分辨率最高
SFS-D410	±0.2 mm	12 nm
SFS-D606	±0.3 mm	16 nm	小型
SFS-D1220	±0.6 mm	30 nm
SFS-D2615	±1.3 mm	50 nm
SFS-D2615H	±1.3 mm	50 nm	耐高温
SFS-D5012L	12 mm 参考距离	100 nm
SFS-D500100	100 mm 参考距离	850 nm	大量程
SFS-D500100H	100 mm 参考距离	850 nm	耐高温
SFS-D700150	150 mm 参考距离	1,550 nm

表中量程与分辨率的取舍很直观：一端是 ±0.05 mm 对应 3 nm，另一端是 150 mm 参考距离对应 1,550 nm。先按量程选，再核对该量程下的分辨率是否仍然满足公差，这是实际操作的顺序。

注意这张表里量程的两种写法：带正负号的是以参考面为中心的双向量程，写「参考距离」的是从传感器前端算起的标称工作距离。两者不是同一种口径，比较时要先对齐口径再看数值。

控制器按采样率与通道数选

控制器按采样率和通道数标注：SFS-C8004L（10 kHz，单通道）、SFS-C8007（20 kHz，多通道）、SFS-C8008L（32 kHz，单通道）、SFS-C8008-2L（32 kHz，双通道）、SFS-C8008-4（32 kHz，四通道）。

通道数和采样率是两个独立的维度，选的时候要分开考虑：通道数由需要同时测几个点决定，采样率由线速和需要捕捉的变化长度决定。多通道并不意味着每个通道都能跑满最高采样率，这一点在选型时应向厂家确认清楚。

控制器的选择还有一层与系统集成有关：通道数决定了能同时测几个点，也就决定了能构成什么样的测量构型。两个通道对射可以测厚度，多点布置可以看平面度趋势，单通道就只能看一个位置的位移。因此通道数应该在方案设计阶段就按测点布局定下来，而不是留到调试时再说。

采样率这一侧则要与线速一起算，这一点在后面「采样率对线速」一节里展开。这里先提醒一句：采样率和通道数往往是相互制约的资源，选型时不要默认两者可以同时取到最大值。

适用与不适用

适用于： 厚度、高度、段差、位置、位移——任何在运动表面上测得的单点距离。

不适用于： 横跨零件的直径，或者二维几何。

共焦是单点测量这一性质，决定了它不擅长「面」上的量。要测平面度，就得让传感器扫过整个面，此时测量时间由扫描路径长度和采样率共同决定，往往不再是瞬时的。这与视觉一次拍完整个面是完全不同的时间结构。

反过来，共焦在单点上的优势也很明确：它不依赖边缘，不需要照明设计，也不受零件颜色影响。对于柔软、半透明、表面反光的材料，视觉常常拿不到稳定的边缘，而共焦可以直接给出距离。所以这两者在线上往往是互补的：共焦负责厚度和段差，视觉负责位置和轮廓。

判断该用哪一侧，可以用一句话：要测的那个量，能不能在图像上被定义成一条边？能定义成边，视觉更合适；定义不出边（比如薄膜厚度、胶层高度），就只能用共焦。

三、原理三：视觉

一次采集多个 2D 特征

视觉测的是二维几何：特征之间的距离、孔径、角度、轮廓（轮廓）以及有无。它的优势是一次能测很多特征；它的约束是零件必须被呈现在相机面前、照明要受控、边缘要能被定义。

离线做批量二维检测时，一键式影像测量仪和常规 VMM 是两条成熟路径。在线时，视觉负责的是测径仪够不到的那些特征几何——孔位、引脚间距、轮廓偏差。

这里的关键区分是「特征数量」。测径仪和共焦都是单点、单量的传感器，测十个特征就要装十套；视觉一次采集就能覆盖全部特征。因此在特征多、且零件能被稳定呈现的场合，视觉的性价比随特征数上升而迅速提高。

适用与不适用

适用于： 一次采集测多个二维特征，轮廓与位置。

不适用于： 线速下单测一个直径（这种场合测径仪更合适），以及没有额外传感器时的高度量。

「没有额外传感器时的高度量」这条要读准：视觉本身不产生高度信息。要测高度，就得给视觉系统配一个共焦或线激光通道，或者改用多传感器平台。把它当成视觉系统的一个可选项来考虑，而不是指望视觉自己解决。

在线视觉还有一个与离线不同的约束：曝光时间。零件在动，曝光时间必须短到不产生运动模糊，而短曝光意味着进光量受限，需要更强的照明或更大的光圈。这条约束在离线设备上几乎不存在，在线上却常常主导照明方案的选型。

此外，在线视觉要求零件的呈现是稳定的。离线可以由操作者摆正，在线只能靠机构。因此在线视觉项目的成败，往往取决于上料和定位机构做得好不好，而不是算法有多先进。这也是为什么这类项目应该让机械和视觉一起评审。

四、决策表与三项常被漏掉的检查

要测的尺寸	原理	POMEAS 参考
外径，连续，0.3–30 mm	透射式测径仪	LM-1030
厚度、高度、段差、位移	共焦位移传感	SFS-D 系列
一次测多个二维特征，离线	一键式影像测量	IMAGE 3 系列
同一零件上 2D + 高度 + 平面度	多传感器 VMM	MetX 系列
表面粗糙度、纳米级台阶	白光干涉	WLI 1000
轮廓的剪影测量	远心光学 + 平行背光	VP-GLTD / VP-GLTDL

采样率对线速

传感器的采样率决定了单位行程内取了多少个读数。在 2,400 次/秒（LM-1030）和 2 m/s 的线速下，零件每走过 0.83 mm 被采样一次。如果要捕捉的缺陷或波动比这个间距更短，那么限制因素就是采样率，而不是分辨率。

这条检查之所以常被漏掉，是因为它不在任何一张参数表上——它取决于产线速度，而产线速度是工艺参数，不是传感器参数。

还要补充一层：采样率不足时，短缺陷不是被「测不准」，而是可能被完全跳过。两者性质不同——测不准至少还能看到异常，跳过了则完全没有记录。因此在缺陷捕捉类应用中，采样间距应当短于最短缺陷长度，而不是与它相当。这一点在风险评估里属于必须守住的红线。

另外，采样率与线速的关系也意味着同一套设备的性能会随产线提速而下降。产线改造提速之后，原来的在线检测方案可能不再满足要求，这是设备寿命周期内应当定期复核的一项。选型时只比较传感器的分辨率，等于默认采样率一定够用，而这个默认往往不成立。

计算也很简单：线速除以采样率，就是采样间距。把这个间距和要捕捉的最短缺陷长度放在一起比，结论立刻就有了。

反过来用这个关系也很实用：先定要捕捉的最短缺陷长度，再除以线速，就得到所需的最低采样率。这个数可以直接拿去对控制器的采样率档位，比「越高越好」这种想法可靠得多，也能避免为用不上的采样率付钱。

还有一点容易被忽略：采样率决定的是沿运动方向的分辨能力，而分辨率决定的是尺寸方向上的分辨能力。两者正交。一个方向的不足不会由另一个方向的富余来补偿，因此在预算分配上应该按两个方向各自的需求分别核算。

分辨率应对公差，而不是和其他传感器攀比

3 nm 的分辨率数字，如果公差是 50 µm、而真正的误差来源是零件振动、温度和基准漂移，那这个数字就没有意义。选一支分辨率明显优于公差的传感器，然后把剩下的功夫花在夹具上。

这句话的后半段才是重点。在线测量的误差预算里，光学和传感器往往只占一小部分，大头来自工装、来料状态和温度变化。把预算全花在传感器精度上、而在夹具上省钱，是最常见的资源错配。

由此还得到一个实用的判断：如果在现场量到的波动远大于传感器的分辨率指标，那么换更高分辨率的传感器不会带来改善。此时该查的是零件在测头处的实际稳定性。

一个简单的判断方法：让零件静止在测头下，连续记录读数，看波动幅度。这个幅度就是「静态重复性」，它由传感器噪声和零件状态共同决定。再让零件按正常线速通过，看波动幅度扩大了多少。扩大的那一部分，就是运动引入的误差——它通常远大于传感器分辨率，也正是现场真正要解决的问题。

公差与分辨率之间应该留多少余量，取决于上面这部分误差有多大。运动引入的误差越大，需要的余量越大。因此不必追求分辨率指标的极致，而应当把预算投向能把零件测稳的机构。

参考距离与机械定位

共焦传感器有标称的参考距离——SFS 系列里是 12 mm、100 mm、150 mm。安装必须把表面维持在该距离附近的量程之内，而在振动的产线上，这通常意味着一个机械基准，而不是一个固定支架。

机械基准这个说法指的是让传感器相对于被测表面定位，例如靠一个滚轮或靠一面贴着被测件的基准板，而不是靠机架上的一个悬臂。悬臂式安装会把机架振动、热变形全部传进测量值；基准式安装则让传感器跟着表面走，把大部分振动隔离掉。

这项检查在方案图阶段就该定下来，因为它牵涉机械结构。等到调试阶段才发现读数随振动漂移，往往已经没有空间再加基准机构了。

判断安装方式够不够稳，有一个很朴素的做法：在产线正常运行、但不放零件的情况下连续记录读数。理想状态下这条曲线应该是一条直线；如果它随产线启停、随附近设备动作而起伏，说明安装结构正在把环境振动传进测量值。这个测试不需要额外仪器，却能在装夹具之前就暴露问题。

五、在线测量给不了什么

在线与离线是互补的

在线测径仪连续测一个尺寸并报出趋势。它不替代首件检验，也不会告诉你一个复杂零件上到底哪个特征超差了。在线与离线是互补的：测径仪在产线上抓漂移，VMM 或影像测量仪负责刻画零件本身。

这句话的意思是：不要让在线设备承担它承担不了的判定职责。在线数据的价值在于密度和及时性——同一尺寸在成千上万件上的连续记录，能比抽检更早暴露工艺漂移。而判定一个复杂零件合不合格，需要的是完整的几何描述，这属于离线设备的职责。

把两者接起来使用是更好的做法：在线发现趋势异常时，取该时段的零件上离线设备做全尺寸测量，定位到底是哪一项出了问题。这个闭环比单独依赖任何一侧都有效。

实现这个闭环还有一个前提：在线与离线测的必须是同一批、同一时段的零件，且两者的基准定义要一致。基准不一致时，两组数据无法直接比较，闭环也就建立不起来。因此在方案设计阶段就应约定统一的基准定义和取样规则，而不是等到要分析数据时才去对齐。

另外要提醒：在线数据的一个常见误用是把它当成判合格的依据。在线数据覆盖的尺寸少、且受工况影响，用来判合格会带来误判风险。它更合适的角色是过程监控与预警，判定仍应交给覆盖完整尺寸的离线设备。

精度不等于分辨率

三种原理中任何一种，其测量精度都不等于传感器的分辨率数值。它还取决于夹具、热漂移、表面状态，以及——对视觉而言——照明稳定性和边缘定义。

重复一遍这条边界，是因为它在报价和验收环节最容易被混淆。分辨率是传感器在无负载条件下的能力指标；精度是在真实产线上、带着振动和温度变化时能拿到的结果。两者之间的差距，就是现场工程的工作量。

这个差距还决定了验收方式。用标准件在台面上验收，验的是分辨率；用自己的零件在产线上连续跑一批，验的才是精度。后者才是应该写进验收协议的指标，前者只适合作为到货检查。把两者混为一谈，是设备上线后争议最多的环节之一。

因此建议在采购技术协议里明确写清：验收条件是什么零件、什么线速、连续多少件、用什么统计量（例如极差或标准差）来判定。这些条款不写清楚，验收时双方引用的就不是同一个指标。

六、本文不作什么主张

本文是一份选型参考，不是兼容性声明。本文没有主张、也不应被推断为：POMEAS 的任何一款在线检测设备是某个第三方在线设备的直接替换件；本文也没有引用任何第三方规格。

文中出现的行业分布信息来自客户情报语境：全球企业情报库 2,602 家企业中，42 条记录涉及线扫（line scan）、65 条涉及激光、55 条涉及 laser；行业分布中 77 家涉及包装、28 家食品、20 家玻璃、13 家金属、11 家线材——这些都是在线尺寸检测的典型场景。这些信息只说明市场需求的分布，本文不据此对任何品牌作评价。

还要说明两点边界。其一，本文列出的量程与分辨率均取自 POMEAS 产品页的实测规格，是该型号在标称条件下的数值；实际工况下的可测量结果，需要在真实线速、真实表面状态下验证。其二，本文不涉及三种原理的采购成本、安装空间与维护要求，这些同样是选型要素，但不属于测量原理的讨论范围。

按尺寸去选原理，而不是按精度数字去选。横跨运动零件的直径、到表面的距离、特征之间的几何，是三种测量，每一种都有为它而造的传感器。

FAQ

测径仪和共焦传感器有什么区别？

测径仪以投影方式横跨测量零件（外径）；共焦传感器测量到表面的距离，换算成高度、厚度或位置。两者测的不是同一个东西。

测径仪里为什么要用远心光路？

为了让零件在光束内移动时测得直径不变。倍率保持恒定，这与存在高度变化的零件使用远心成像镜头是同一个道理。

共焦量程怎么选？

选一个能覆盖预期变化并留有余量的量程，再核对该量程下的分辨率。SFS 系列里量程和分辨率是相互取舍的。

采样率是不是越高越好？

在采样间距短于要捕捉的变化之前，提高采样率是有用的；超过这个点之后，主导因素变成夹具和漂移。

视觉能替代在线测径仪吗？

在线速下单测一个直径的场合不能。当需要一次采集测多个二维特征时，视觉是更好的选择。

什么时候该用白光干涉仪？

当要输出的是纳米量级的粗糙度或台阶高度时——这个量是上述三种原理都提供不了的。

Next Step

需要在产线上加在线尺寸检测？提供被测尺寸类型（外径 / 厚度 / 2D 特征）、量程、线速与公差，POMEAS 可按实测规格给出传感器型号与采样率核算。