高精度激光三角位移传感器的技术现状.pdf

文章编号 6 a3 4 5 b 6 7c 6 5 4d 6 e f b 5 g5 7 8 9 5 7 6 4h 6 5 i 7j 4 7 f 8 7 k l 0mn o p q r s p k l 0mtu q v w xy20mz o u q s p s a b p a w c d r e u f e g u h u p n u s w a w p yp u i e u a r g u h u p z d u p s j k 6 8 4 b 8 l s e b s e o b p a v s e mw pa u s p o n s a u w pu esa s m u a u w p s n b a d w m w b s e o u p m u e n s f b p a o2n w p pu a da d m i n w b p aw l s e e d w a w n f a u fm a f a w es p mf w b o a e a u s p o n s a u w pb a d w md s ebs m bo f d w e es p m w o p m bw s p mbw s n u f s a u w p e oq i s n n s e b a d w m ev s e mw pa u s p o n s a u w p w b s e o u p m u e n s f b p as e o i r ms p m m u e f o e e mu pa d u e s ol s e a u s p o n s a u w pb s e o b p aa f d p u r o ef s pv bs u p n rm u i u m mu p a wa pwa r e a d p w bs n u p f u m p f s p mw v n u r o u p f u m p f v s e mw pa d u p f u m p f ps rw a d n u d a o d b s e o b p a u p f u n e w a d e a pws u p m e s u p a w m o f m e f a u i n rs p ma d u f d s s f a u e a u f es f w b s m oq w b s n u f s a u w p t s b n es p ma d m i n w b p aa p m ew d u d f u e u w pn s e m u e n s f b p a e p e w v s e mw pa u s p o n s a u w ps u i ps a a d p mw a d u e s o u5 v w 4 i 6 a u s p o n s a u w p d u d f u e u w pn s e m u e n s f b p a e p e w d w a w n f a u fm a f a w p w p q f w p a s f a b s e o b p a 引言 三角测量法是一种位移测量方法 其最大优点 是非接触性测量 随着激光器的诞生及新的光电扫 描技术与阵列型光电探测器的发展 计算机控制与 数据处理使这种传统的方法有了很多新的进展和 应用x y 激光三角位移测量法的分类及原 理 最简单的三角位移测量系统是从光源发射一 束光到被测物体表面 在另一方向通过成像观察反 射光点的位置 从而计算出物点的位移 由于入射 和反射光构成一个三角形 所以这种方法被称为三 角测量法 又可按入射光线与被测工件表面法线的 关系分为直射式和斜射式 o 直射式 直射式三角法测量等效光路如图 所示 激光 器发出的光线 经会聚透镜聚焦后垂直入射到被测 物体表面上 物体移动或表面变化导致入射光点沿 入射光轴移动 接收透镜接收来自入射光点处的散 射光 并将其成像在光点位置探测器 如c q z z 收稿日期 z 收到修改稿日期 作者简介 冯俊艳 1 女 陕西西安人 北京交通大学理学院光学专业硕士研究生 主要从事激光三角位移传感器的 研究工作 r r t z e u p s o f w b 应用光学 n o 2 n u m a u f e s r o z 万方数据 敏感面上 但由于传感器激光光束与被测面垂 直 因此只有一个准确的调焦位置 其余位置的像 都处于不同程度的离焦状态 离焦将引起像点的弥 散 从而降低了系统的测量精度 为了提高精度 a b a c a d e fg e c da h g i b j g i j 测点都能正焦成像在探测器上 从而保证了精度 若光点在成像面上的位移为k l 利用相似三角 形各边之间的比例关系 按下式可求出被测面的位 移m k 7 n k l o p a b a c a d e fe w h x y j g i b j g i j 光与被测面的法线方向成一定角度入射到被测面 上 同样用接收透镜接收光点在被测面的散射光或 反射光 此时应满足的 0 1 2条件为 6 2 s a b a c a d e fe w h x y j g i b j g i j j c i a h c j i j e g 两种三角位移传感器特性的比较 基于三角测量法的传感器称为激光三角位移 传感器 具体可分为直射式激光三角位移传感器和 斜射式激光三角位移传感器 这两种传感器都可以 对被测面进行高精度 高速度的非接触测量 但比 较起来有以下几点区别 m s u斜射式可接收来自被测物体的正反射光 a53a 应用光学 5 s 3 u 冯俊艳 等m高精度激光三角位移传感器的技术现状 万方数据 比较适合测量表面接近镜面的物体 直射式由于其 接收散射光的特点 适合于测量散射性能好的表 面 如果表面较为平滑 则可能由于耦合到光电探 测器的散射光强过弱 使测量无法进行 也就是说 可能存在测量盲区 8 3公司的 a b系列 美国7b c 公司的78 4 9 b d e0系列等多种型号f斜射式激光 位移传感器有日本01 2 1 3 4 1公司的5 系列 表g 列出了目前市场上常见的几种激光三角位移传感 器的技术指标 表g激光三角位移传感器的技术指标 h i j k lg m l n o p n qi r s lp o t p qlu v r w t p o k i t l nw v t x k i s l ql r y t l r t p n tj i t l wp ry n v i r z k i y v p r 厂家型号 测量范围 线性分辨率 78 4 9 8 3 g g a g b a g b 78 4 9 8 3 g a b a c b 7b c78 4 9 b d e0d a c bg e 7b c78 4 9 b d e0f a g ce 01 2 1 3 4 15 6 f g g b e 高精度激光三角位移传感器常见的应用有以 下g个方面h g 振动 偏移 间隙 振荡 经向振摆 厚度f 弯曲 变形 平整度 斜度f 尺寸 公差 分选 另件分选f g 生产过程质量控制和尺寸检验 这只是无数应用中一些基本的应用 已经研究 的另一些更复杂的形貌测量技术 包括7 8 9 1轮廓 术 i j 9 8 1 9变换轮廓术 相位测量轮廓术等也最终 归结于三角测量法 只不过在不同的测量技术中采 用不同的方式从观察光场中提取三角计算中所需 的几何参数 4 3 o 4 1 o j 9 1 1 3 r 4 9 o 4 n 3o 8 9 4 9 o r s 8 3 t 9 a 9 8 6 a 8 b c d 7 e 7 8 7 f 7 e6 dg6 a b h 7 7 ei j i 8 k g l 9 ml m k k b l 9 m g i n m l 6 a k i 3 o 6 p i9 l q r s t 4 1 4 4 2 韩玉杰 田中千秋 等 木材表面缺陷的激光在线检测 技术 3 木材工业 0 1 1 0 2 0 0 0 伏德贵 激光非接触式表面粗糙度兼位移测量研究 3 计量与测试技术 0 1 1 1 0 1 王洵 非接触测量中光学成像系统的设计 3 抚顺 石油学院学报 0 1 1 1 0 1 0 2 程继伟 位置敏感探测器在转角测量中的应用 3 传感器技术 0 1 1 0 0 1 4 1 4 0 0 袁道成 适于在线测量的激光位移传感器 3 计量 技术 0 1 1 0 2 t m 6 g9 d s 6 i 8 9 e 7 uv 8 7 a 6 p k 6 i n m k gk 8w k a h 7 b x n k i 6 d ov v p 7 a 6 8 7 9 i om 8 k a h y9 n i k t n z p 7 i h k m 4 陶海燕 等 激光线扫描测量原理及数据处理简介 3 机械设计与制造工程 0 1 1 0 4 张宝峰 三维自由曲面的激光扫描测量 3 计量技 术 0 1 1 0 0 4 上接第 2页 图0散射光强前向分布与颗粒折射率的变化关系 0 a b c d d e f f d f a d gh i e j c e kk a d e l m d i f n e a m ad o c e d b p e h e c b d n f k b a 结束语 由于折射率对散射光场的影响很大 在实际应 用 中 折 射 率 这 一 光 学 常 数 就 不 能 被 忽 略 而 q m 6 n h 9 l k m衍射理论恰恰没有考虑到颗粒的这一 光学特性r因此 q m 6 n h 9 l k m衍射理论只能近似地 应用于非透光颗粒的散射光场 即假定落在颗粒上 的光能全部被吸上而没有透射r 参考文献 sr c n v 9 8 d k g9 n m t 9 td k mi 6 gv p 7 e6 dv 6 m 8 7 a p k i 7 f kgk 6 i n m k gk 8 c k p 6 t6 m k u5 o w k m k a k op p k t n z p 7 i h k d q 7 l 8 hk d 7 8 7 9 4 1 4 1 0 s m 7 vw 9 ggk m k 5 8 n d j9 l 6a p 9 i k da 7 m a n 7 8 x k 8 g7 p p v p b 6 8n i 7 e9 b p 7 kv 6 m 8 7 a p ki 7 f kgk 6 i n m k gk 8 i k 8 h k m p 6 d i c k p l 8 u 7 y k m i 7 8 jt m k i i 4 4 0 q m 6 7 eqz 9 h m k c 9 6 p dsyn l l g6 oz i 9 m v 8 7 9 6 d i a 6 8 8 k m 7 e 9 lp 7 e h 8z j i g6 p pv 6 m 8 7 a p k i k t 9 m v 7 p k j 5 a 7 k a kt 6 v k m z 6 a v 5 k m 7 k it n z p 7 i h k d 2 4 2 1 4 3 n m e k s k j k mom k d 8 c r 8 m 9 d n a 8 7 9 8 9a p 6 b i i 7 a 6 p 6 dg9 d k m 9 v 8 7 a i k t 3 k m i k j t m k 8 7 a k b y6 p p r a s e