激光扫描测径仪设计模板

机械工程及自动化专业 毕业设计 指导书 （专科） 中国矿业大学成人教育学院 2010年 2月 1 目 录 一、 毕业实习大纲 二、 毕业设计大纲 三、 毕业设计（论文）撰写格式 及 装订要求 1 一、 毕业实习大纲 1、 毕业实习目的 毕业实习是专业教学计划中 理论与实际相结合的一个重要的实践性教学环节。 其目的 是结合毕业设计的主要内容，了解 有关的 生产、 研究、使用情况，包括 历史、现状、国内外概况，研究手段和方法、 以及存在问题和发展趋势。巩固、加深和拓展已学 过的基础理论和专业知识。培养理论联系实际，在生产实际中调查研究、发现问题，并善于运用所学知识分析、解决实际生产技术问题的能力。培养学生文献检索的能力。通过毕业实习为毕业设计打下良好的基础。 2、 毕业实习时间 毕业实习时间根据学院教学计划统筹安排，一般安排在最后一学期的课结束、毕业设计之前进行。 本次毕业实习 历时 3 周左右。 3、毕业实习 方式 根据毕业设计的内容、特点和要求，可以就近选择一个或两 个具有专业代表性的公司或工厂进行实习。实习方式可以采用集中实习或 根据学生各自的毕业设计的题目分散实习 的方式 进行 。 4、毕业实习主要内容 通过毕业实习，充分了解所设计课题，了解生产实际情况，建立感性认识，开阔视野，在毕业设计中能够充分发挥想象力和创造力，顺利完成毕业设计。 对 实习内容主要有： (1)了解机电一体化技术的应用及国内外发展水平、动态，尤其是国内特别是毕业实习工厂的机电一体化技术水平及应用情况。 (2)了解毕业实习工厂的发展概况和产品结构及发展趋势、前景。 (3)掌握典型产品的生产技术要求，生产工艺流程，产品的调试检测手段、方法和有关设备及仪器，对典型的机电一体化产品所采用的有关专业知识及生产过程和 生产工艺有一个全面的认识。 (4)了解产品从设计、加工、装配 、调试到最后合格成品所需的全部技术文件及后备资料，尽可能多地了解这些文件及资料的规范和内容，并认真摘录，以供参考。 (5)较详细地掌握典型机电一体化产品的构成，各组成部分的密切联系。 2 包括传感部分，分析运算部分，控制部分 ,执行部分等。 (6)了解生产过程中容易出现的问题，学习用已学过的有关知识解决技术生产中所出现的问题的方法。 (7)在实习过程中，要根据自己的设计题目的类型，重点有针对性地进行。 在毕业设计过程中尽可能多地搜集资料，为毕业设计打下良好的 基础。 5、毕业实习考核方式 毕业实习考核是检查实习效果的有效手段，每个学生都要对实习的全过程进行全面地总结。实习结束后，要提交实习总结报告， 教师应对每个学生进行考查，可以 以 口试或笔试的形式进行。 毕业实习成绩的评定，应根据学生在实习期间的表现、实习报告、文献资料收集 、运用所学知识独立分析、处理、解决实际问题的能力，并结合各阶段 考查成绩综合评价。 成绩按优秀、良好、中等、及格和不及格评定。 毕业实习不及格者不能参加毕业设计。 6、毕业实习注意事项： (1)自觉遵守纪律，服从指挥，维护学校和班级的声誉。 (2)遵守实习工厂的各项规章制度，绝对禁止乱模乱动、嘻闹、大声喧哗和擅自脱离集体而自由活动的现象。 (3)认真听取有关人员的讲解，做好记录，虚心请教。 (4)遵循实习单位的有关技术保密的要求和防范措施。 (5)举止文明，团结协作，注意安全。 3 二、 毕业设计大纲 1、毕业设计目的 毕业设计是重要教学环节，是学生完成教学计划所规定的全部课程及有关实践环节之后所要进行的一项综合 性教学活动。其目的在于综合训练学生运用所学基础理论、基本知识和基本技能、分析问题和解决问题的能力，完成工程师的基本训练和受到科学研究方法的初步训练。通过毕业设计（论文）进一步培养学生的 自学能力、 创 新能力、调查研究、检索和阅读中外文资料的能力，工程方案的分析 、论证、计算和设计能力，试验研究和分析处理数据的能力，计算机应用能力，工程制图能力，编写技术文件和从事科学研究的能力等。 2、毕业设计时间 毕业设计时间根据学期教学计划统筹安排，毕业设计时间安排在最后一学期的 毕业实习之后进行，具体时间以每次布置毕业设计时规 定为准。根据成人教育 的培养目标和实际特点，指导教师可以提前布置设计任务。 3、毕业设计 基本要求 毕业设计的内容 ，对能否满足教学要求，保证毕业设计的工作量和水平有着十分重要的意义。为此，选题时应注意以下原则： (1)选题必须符合培养目标的要求，对学生进行较全面的综合能力培养和训练；设计内容体现本专业的特色，反映本专业所学的基本理论、基础知识和基本技能要求。 使学生能利用已经掌握的知识并借助自身的努力解决一些实际的问题，有助于培养学生严谨的、科学的工作作风。 (2)设计 题目在满足教学要求的前提下，应尽量 结合生产实际、工程 研究 等应用性的课题 。 (3)选题的难度和工作量适当，不可偏重或偏轻，学生经过努力，能够在规定时间内完成。 (4)选题可应适当考虑学生之间知识和能力的差别，因材施教。 (5)毕业设计题目由指导教师提出，并对题目的 意义、要求、主要内容、前期工作及具备的条件进行说明 ,经院系 组织教师讨论确定，以保证题目 的难易程度和设计质量。 (6)尽可能 坚持每人一题的原则，对于较大的题目 需要多位学生共同参 4 加的 ,须明确每个学生应独立完成的部分 ,以保证每人都受到较全面的训练 ,又具有各自的特点。 (7)设计题目一经确定 ，指导教师要编写毕业设计任务指导书。 (8)毕业设计指导书的主要内容应包括以下方面： a)设计题目； b)设计要求； c)设计参数； d)设计内容及工作量； e)应遵守的法规 ， 设计中涉及各种标准、政策和法令，须要特别指出的，应在任务书中指明。 f)己学过的相关理论知识提要以及与本设计题目有关的新知识； g)指导方式和大致的进度安排； h)题目的重点和难点以及与同组其它学生所做题目的关系； i)设计说明书撰写要领； j)答辩之前学生应作的准备工作提要； (9)毕业设计 说明书 (或 论文 )用计算机打印，在编排、打印 的格式上必须严格符合成人教育学院的规范要求。 4、毕业设计指导 毕业设计是对专业基础知识掌握情况的一次综合检验，又是实际工作能力的锻炼机会，每个同学必须认真对待。 毕业设计要求学生在教师的指导下独立完成，实行指导教师或指导 小组负责制，指导教师要注意培养学生独立分析问题和解决问题的能力，鼓励学生的创新精神。 根据毕业设计的内容，在查阅收集资料的基础上，进行总体方案设计及工程计算。总体方案设计要全面考虑，深入分析，详细论证，所选方案合理、可行，并能充分体现出自己独特的见解和创新意识。毕业设计的总体方案必需经过 指导教师的审查通过方可继续进行。 毕业设计的机械制图或电原理图等要符合技术规范， 机 械设计图应采用国家最新的标准进行设计、绘制和标注。电路设计图可采用国家最新的标准进行绘制和标注，也可以用国际上流行的图库标准进行绘制。机械设计图应 5 包括装配图和零件图，总装配图一般不小于号图纸的大小，部件装配图和零件图根据机构的复杂程度由指导教师批准可完成部分图纸。电路设计一般应有框图和电原理图。图纸量由指导教师决定 ，一般工程设计类总图量不少于两张 A0。 毕业设计说明书（或论文）要论证严密，条理清晰，重点突出，论点鲜明，分析透 彻，计算准确，语言规范，字迹工整，要有系统性和逻辑性，结论或结果要合理。对自己新颖的观点和创造要有充分的依据。引用参考资料要有重点。对论文中所采用的机构图或电路图一般应自己画出，不得用复印或誊印图粘帖。但对于较复杂的在概论或总体方案论证中所采用的一些外来的机构图，经指导教师同意后可以采用复印或誊印图。对设计中所编制的软件程序要做必要注释和分段说明。 毕业设计说明书（或论文） 后面所附的软件程序或者元器件总表和参考文献不计算论文的总字数。 指导教师要 指导 学生制定出详细的工作计划，每阶段的任务和要实现的目标要有细 致的安排。在设计过程中，对每一个环节都必须严格要求，检查学生的工作态度、工作进度、工作质量，及时对学生进行指导，检查和记录，作为评定成绩的一个依据。 毕业设计说明书（或论文）字数一般限定在 12000到 18000字 。在论文后面所附的软件程序或者元器件总表和参考文献不包括在内。 毕业设计说明书（或论文）应有不少于 300字的中文摘要。不少于 10篇的参考资料。 毕业设计完成后，指导教师要认真审阅，并根据学生的工作态度、工作能力、设计质量等方面对设计作出较全面、准确的评价，写出书面评语，给出成绩。 5、毕业设计评价 毕业设计成绩由答辩委员会根据指导教师给定的成绩、评阅教师的评阅成绩，学生答辩成绩给出毕业设计建议成绩，报成教院毕业设计领导小组审批。成绩按优、良、中、及格、不及格五个等级评定， 其中优秀人数不超过20%，良好人数不超过 50%。 6 三、 毕业设计（论文）撰写格式及装订要求 （一） 结构要求 学生毕业设计（论文）完成后， 必须经指导教师同意， 方可定稿、装订。设计说明书的文字稿 单面打印在 A4的白色纸上。 页边距上、下、左、右 均为2厘米 ；页眉为 1.5厘米 ；页脚为 1.75厘米 ；装订线为左侧 0.5厘米 。 论文装订成册一 般包含 12个部分： 1、封面 (成教院提供的 ) 2、任务书 (成教院提供的 ) 3、指导教师评语 (成教院提供的 ) 4、答辩记录 (成教院提供的 ) 5、中文摘要 6、目录 7、 正文 8、 结束语 9、 参考文献 10、 附录（必要时） 11、 致谢（必要时） （二） 各部分具体要求如下 1、 封面、任务书、 指导教师评语、 答辩记录 此四部分由成教学院统一印制、发放。 任务书页 :除了指导教师签名栏外 ,全部由学生填写。任务下达时间为老师第一次布置任务的时间；毕业设计开始时间为老师第一次布置任务的时间；毕业设计结束时间为答辩时间的前 5天左右。以上时间全班统一。 指导教师评语页： 该页由教师填写。 答辩记录页： 前两行由学生填写。 2、 中 文摘要及关键词 “中文摘要”另起一页 。 标题“摘要 ”用黑体三号字居中打印，中文“摘要”两字之间空四 格。 7 “摘要”上下各 空一行。 中文摘要内容及关键词的内容用小四号宋体打印 ，行间距 18-20磅。 “关键词”用 黑体小四号字顶格打印。 中文 摘 要 内容约 300-500字左右， 关键词 3 5个。 各关键词之间有 1个空格及分号。 3、 目录 标题“目录”二字用黑体三号字居中打印，二字之间空四格。 目录内容主要包括绪论、 正文主体、结束语 、参考文献、附录等。正文中各章、节内容应简明扼要， 其中每章题目采用 宋 体 四号字，每节题目采用宋体小四号字。要注明各章节起始页码，题目和页码间用“ .” 相连 ，行间距 18-20磅 。 目录只编写到二级就可以了，即章、节。 4、 正文 正文主体内容用宋体小四号打印， 行间距 18-20磅 。 正文中各章 题目（一级目录标题）采用三号黑体 字 居中放置，如“ 1 XXX”； 每节题目 （二级目录标题） 采用四 号黑体 字 居左放置，如“ 1.1 XXXX”；三级及以后目录标题 用 小 四 号黑体 字 居左放置 。 文中插图、 毕业论文中的图、表 要统一编号。表格中文字用五号宋体。表头、图例说明用五号黑体。 图、表在 页面中的位置应左右居中 。图中标注应在图的下方并居中，表中的标注应在表的上方并居中。 5、 结束语 标题“结束语”三字用黑体三号字居中打印，二字之间空一格。 内容采用宋体小四号打印。 6、 参考文献 参考文献要另起一页，一律放在正文后，不得放在各章之后。标题 “ 参考文献 ”用黑体三号字居中打印， 参考文献内容用宋体小四号字打印。 参考文献 只列出作者直接阅读过或在正文中被引用过的文献资料。 根据中国高校自然科学学报编排规范的要求书写参考 文献，并按顺序编码制，作者只写到第三位，余者写“等”，英文作者超过 3人写“ et al”(斜体 )。 几种主要参考文献著录表的格式为： 8 连续出版物： 作者文题刊名年，卷号（期号）：起止页码 专（译）著： 作者书名（译者）出版地：出版者，出版年，起止页码 论 文 集： 作者文题编者文集名出版地：出版者，出版年，起止页码 学位论文： 作者 文题博士（或硕士学位论文）授予单位，授予年 技术标准 ： 发布单位技术标准代号技术标准名称出版地：出版者，出版日期 7、 附录 （必要时） 附录要另起一 页。 标题“附录”用黑体三号字居中打印，二字之间空四格。 附录的有无要根据毕业设计（论文）内容而定， 内容一般包括正文内不便列出的冗长公式推导、符号说明（含缩写）、计算机程序等。 （三） 毕业论文版面要求 1、毕业设计说明书及毕业论文一律用计算机打印。 2、论文 版面 一律用 A4复印纸， 纸张自备 。页面上、下边距各 2cm,左、右边距各留 2cm, 装订线留 0.5cm并置于页面左边。 页码一律位于页面下方并居中，页眉、页角边距为 1.5cm。装订剪裁尺寸为宽 18.4cm，高 26cm。（ 注：16开复印纸幅面为宽 19.5cm，高 27cm） 3、页码一律位于页面下方并居中，只有阿拉伯数字。 中文摘要、目录、正文等要分别编页，即这三部分的起始页码都是“ 1” 。 4、页眉 :中国矿业大学成人教育学院 2010届毕业设计（论文） ,五号楷体、加粗。 5、毕业论文中的图、表要统一编号。图、表在页面中的位置应左右居中；图的编号及其有关图的说明文字为五号宋体，在图的下方。 表编号及其表的说明文字为五号黑体，在表的上方。图或表中的文字为五号宋体。 6、未尽事宜请 咨询指导教师。 （四）答辩前需要提交的材料 1、装订好打印的毕业设计说明书或论文一本。 9 2、图纸若干张。 3、电子文档（说明书和图纸）光盘 。 可以一个组刻录一张光盘，装在组长的资料袋内。 4、以上内容装在 通用 的资料袋内。在资料袋面上写上 设计者的 姓名和设计题目，资料袋 内的内容。 在 资料袋的左上角写函授站点名 。在资料袋的右上角写指导教师的姓名或姓。 在资料带的侧面写设计者的专业、班级、姓名。 5、 以上资料应在答辩前三天交到指导教师处。 以下为说明： 10 摘 要 (“摘要”之间空四 格，采用三号字、黑体、居中，与内容空一行 ) （内容采用小四号宋体） 关键词： (小四号、黑体、顶格 ) （内 容采用小四号、宋体、接排、各关键词之间有 1个空格及分号） （另一页） 目 录 （三号、黑体、居中、目录两字空四格、与正文空一行） 内容格式参照后边的 举例。 (另一页 ) (空一行 ) 1（空一格） （章名称） （ 三号、黑体、居中） (空一行 ) 1.1（四号黑体） (二级目录前后各空 0.5行 ) （内容小四号宋体） 1.2（四号黑体） 1.2.1 （小四号黑体） （内容小四号宋体） （空两 行 ,或另起一页空一行 ） 2 (空一行 ) 11 2.1 （四号黑体） (另一页 ) 参考文献 （三号、黑体、居中） 1 2 (另一页 ) 附录 X： (三号黑体，居左顶格， X表示 1， 2或一，二等 ) （小四号 宋体，行距 18磅，下同） (另一页 ) 致 谢 （ “致谢”二字中间空四格、小三 号字、黑体、居中。内容限 1页，采用小四号宋体。段前一行，段后一行） （小四号宋体，行距 18磅） 以下为举例 1 摘 要 随着机械、电子、光学产业的迅速发展，对工件参数的精度要求，也越来越高，传统的测量方法不能够实现各个方面的需要。激光扫描测径仪采用激光扫描方式，对生产线上回转体被测对象实现高速度、高精度、非接触测量。由于非接触的特点，对被测对象无任何干扰，因此非常适合热的、软的和运动的被测对象。 激光扫描测径仪系统是一种基于光学技术、现代激光、电子学、计算机、精密机械等多学 科技术于一体在线检测系统。它是用半导体激光器作为光源，把被测对象的几何尺寸经过扫描光学系统和光电变换系统转变成电信号，由单片机实时采集数据。本论文完成了激光扫描光学系统基本参数的确定；精密机械结构设计中，提出采用微调精度在 um 级的 二维微调透镜架及微调反射镜镜架结构；可自定义细分数的步进电机斩波细分驱动器设计，基于 LPC932 信号采集、显示及通讯的最小系统设计； 采用可视化编程工具 VB实现单片机系统和 PC 机的接口控制和数据处理功能 ；最后分析产生测量误差的原因，提出进一步改善系统精度的方法。 本测量系统成本低，可 以与计算机相联，可进行测量数据的集中采集和分析，以便进行质量分析和统计，并在生产过程中如出现质量问题进行报警和提示，便于实现控制和生产过程自动化。 关键词 ： 激光扫描 测径仪； 非接触测量 ； 斩波细分 ； LPC932 (摘要字数 300500. 关键词 35个 ) 1 目 录 1 绪论 . 错误 !未定义书签。 1.1 前言 . 1 1.2 激光扫 描测径仪的背景及国内外的发展状况 . 1 1.3 研究的目的和意义 . 4 2 总体方案设计 . 错误 !未定义书签。 2.1 激光扫描测径仪基本原理 . 错误 !未定义书签。 2.2 扫描法的特点 . 错误 !未定义书签。 2.3 光学系统设计 . 错误 !未定义书签。 2.4 主体精密机械系统设计方案 . 错误 !未定义书签。 2.5 单片机实时控制与数据采集系统设计 . 错误 !未定义书签。 2.6 回转体其它参数测量方案 . 错误 !未定义书签。 3 光学系统设计 . 错误 !未定义书签。 3.1 光源的选择 . 错误 !未定义书签。 3.2 多面体反射镜 . 错误 !未定义书签。 3.3 f 透镜的设计 . 错误 !未定义书签。 4 精密机械结构设计 . 错误 !未定义书签。 4.1 激光扫描测径仪机械结构的设计思路 . 错误 !未定义书签。 4.2 二维微调透镜架设计 . 错误 !未定义书签。 4.3 反射镜的微动结构 . 错误 !未定义书签。 4.4 机械结构中电机的选择 . 错误 !未定义书签。 4.5 箱体及底座的设计 . 错误 !未定义书签。 5 硬件电路设计 . 错误 !未定义书签。 5.1 光电接收器件 . 错误 !未定义书签。 5.2 模拟信号分析 . 错误 !未定义书签。 5.3 前置放大电路 . 错误 !未定义书签。 5.4 低通滤波电路 . 错误 !未定义书签。 5.5 比较电路设计 . 错误 !未定义书签。 5.6 步进电机斩波细分驱动硬件实现 . 错误 !未定义书签。 5.7 LPC932 数据采集模块 . 错误 !未定义书签。 5.8 电源电路 . 错误 !未定义书签。 5.9 超差报警电路 . 错误 !未定义书签。 6 系统软件设计 . 错误 !未定义书签。 2 6.1 主程序设计 . 错误 !未定义书签。 6.2 数据通讯模块设计 . 错误 !未定义书签。 6.3 步进电机驱动模块设计 . 错误 !未定义书签。 6.4 软件抗干扰模块设计 . 错误 !未定义书签。 6.5 系统仿真调试 . 错误 !未定义书签。 7 仪器误差分析 . 错误 !未定义书签。 7.1 基本参数对测量精度的影响 . 错误 !未定义书签。 7.2 误差分析 . 错误 !未定义书签。 7.3 改进方案 . 错误 !未定义书签。 结束语 . 错误 !未定义书签。 参考文献 . 错误 !未定义书签。 附录一 . 错误 !未定义书签。 附录二 . 错误 !未定义书签。 致谢 . 错误 !未定义书签。 中国矿业大学成人教育学院 2010届毕业设计（论文） 1 1 绪 论 1.1前言 随着现代科学技术以及复杂的自动化控制系统和信息处理理论技术的提高，光电信号变换与检测技术的不断涌现，综合性的 自动化、智能化的光电系统得到了进一步发展，形成了包括光学、精密机械、电子学和计算机科学技术的高度知识集中的新学科 光学精密机械电子学 (Optomecharonics )。这种跨学科的边缘技术就是光电技术，现在己经广泛应用于工业、农业、国防、科研以及家庭生活等各个领域。 光电检测技术 1是光电技术的核心和重要组成部分，它是一种非接触式测量的高新技术，以激光、红外、光纤等现代光电器件为基础，通过对载有被检测物体信息的光辐射进行检测，即通过光电检测器件接受光辐射并转换为电信号，由输入电路、放大滤波等检测电路提取 有用信息，输入到单片机中运算、处理，最后显示或打印输出所需检测物体的几何量或物理量等参数。光电检测技术是现代检测技术最重要的手段和方法之一，是计量检测技术的一个重要发展方向。光电检测技术作为现代测试技术的一种最具代表性的高新技术，它具有某些其它检测技术无法比拟的特点 。 现代生产要求具有柔性、非接触性、高速度和高精度的检测技术，而光电检测技术由于与计算机和新型传感器的紧密结合， 恰好能满足现代生产的要求。目前，国内对回转体零件同一截面不同方 向直径的检测多数采用接触式方法进行测量。为确保生产出的回转体零 件合乎要求并达到高精度在线检测的目的，迫切需要研制一种用于回转体零件同一截面多个方向的径向尺寸和椭圆度等参数尺寸的快速自动检测设备，从而有必要进行多向激光扫描检测系统的研究。 1.2 激光扫描测径仪的背景及国内外的发展状况 目前，高新技术产业逐渐向技术密集型转轨，测试技术面临着越来越多的复杂问题，不但要有较高的测量速度及可靠性，而且还要向自动化、数字化、智能化方向发展。这势必将使原有的静态、接触测量转向动态、非接触、在线测量 .激光扫描尺寸检测技术作为一种非常有效的非接触检测方法在国中国矿业大学成人教育学院 2010届毕业设计（论文） 2 外被广泛地应用于工件尺寸的 在线检测 2. 在单向激光扫描方面，日本 Kenyence 公司生产的产品，扫描式 Ls-7000系列其测量范围为 0.3mm 30mm, 测量精度为 3um，外型尺寸为325.5x91x38mm，取样速度为 2400 次 /s，当测量范围为 0. 04-6mm 时，测量精度达 O.5um，重复性精度为 0.06um。 美国 BetaLaserMike 公司为了满足不同用户的使用要求，设计了不同测量范围和测量精度的单向激光扫描产品，如型号 510-195，其测量范围为 0. 38-5 O mm，重复性精度 0. OOO5mm，如图 1-1所示 ；英国 Scantron Industrial Products Ltd 也有多种激光扫描产品，如表 1-1 所示。 图 1.1 510-195 型激光扫描仪 美国 TSI 公司研制了一种新的检测仪表 SA5050，其测量范围为 1.0-48. 0mm，测量速度达 1167次 /秒 /轴，重复性精度为土 0.76um,线性度达到 0. 0l%。其采用了全息激光扫描技术以快速精确地测量物体的尺寸。其核心部件是专利号为 4, 329, 326 的全息光碟。全息光碟里包含了许多全息光单元 (HOE )，每一个 HOE 单元都起一个折射透镜的作用。激光束通过光碟和 HOE 产生折射，第一束折射光以大约 22 离轴角折射，当光碟旋转时， HOE 形成的栅角也同时旋转，使光束从测量域的一边扫描到另一边。 这种仪器的测量基本原理与激光扫描系统基本一致，同样采用激光二极管，产生激光束并投射到全息光碟上，产生扫描光束。扫描光束通过校准透镜，产生测量域，最后由聚焦透镜聚焦并被接收器件接收。光接收器接收的光信号转变为电信号并进行数模转换，并通过复杂的边缘探测法的分析，从而测得每一次扫描时物体的确切位置。 在双向激光扫描方面，美国 BetaLaserMike 公司的直径测量仪器达到了中国矿业大学成人教育学院 2010届毕业设计（论文） 3 当今激光扫描的最高水平之一，测量范围为 0-25mm 时，测量精度为 1lum，外型尺寸为 380x360x80mm。美国 TS 工公司现在制造出了名叫 holix 量具的双直径激光扫描器，其所采用的全息激光扫描检测技术处于世界领先水平，使这种仪器成为世界上最好的直径测量量具，而不受已存在技术的限制，这种量具能达到每轴每秒 2833 次测量，采用这种专 利 技术， holix 量具可以在每次扫描时提供如今所能达到的最高精度。而其它量具必须在平均多次测量之后才能得出一个精确的量值。 图 1.2 双向激光测径仪 我国在光电检测技术研究方面起步较晚，但发展迅速，从八十年代末、九十年代初国内一些单位开始研究激光扫描直径测量技术，到目前为止，北京、上海、南京等地的一些单位均采用激光扫描法研制出测量直径的设备。如河北激光研究所研制的 JCJ-1 激光测径仪 3，其测量范我国对一些关键技术已取得进展，并研制了多种激光、光电检测仪器和设备。 激光扫描测径仪的研究代表了非接触测量的发展方向。近年来利用光学原理设计的测量仪器非常多，随着大量非接触测量仪器的出现， 21世纪测量技术的发展方向大致如下随着标准化体制的确立。 总之，测量技术必须实现高精度化，同时也要求实现高速化和高效率化，因此，非接触测量和高效率测量也就必然成为新世纪精密测量技术的重要发展方向。而激光扫描测径仪的发展正适合了这种新的趋势。 中国矿业大学成人教育学院 2010届毕业设计（论文） 4 1.3 研究的目的和意义 在查阅分析国内外多种直径 在线检测方法的基础上，提出了激光扫描法检测 直径 的方案，解决了许多生过程中工件需要在线测量的问题。 2.1激光扫描测径仪基本原理 激光扫描测径系统是集激光技术、光学技术、计算机技术、精密机械技术、电子技术 于一体光机电系统。由激光器，棱镜，反射镜 f 透镜，光电接收器，信号处理电路，单片机，键盘，数码显示组成。 直径 测量大都是接触测量， 而其 非接触测量主要是基于计算机视觉的测量。但对于小直径、非回转工件的 直径 检测，例如 :采用拉制技术生产的电线电缆类等，这些测量技术就不能解决了。 图 2.1 激光扫描法测径系统原理 1.半导体激光器 2. 反射棱镜 3.八面体反射棱镜 4.前透镜 5.聚焦透镜 6.光电二 极管 从激光器 1发出的激光光束，经反射镜 2射向扫描转镜 3，再经扫描转镜 3的反射面反射经过准直透镜 4后，光束成为平行于光轴的平行光束对工件 7进中国矿业大学成人教育学院 2010届毕业设计（论文） 5 行扫描，经聚光镜 5聚光后进入光电接收器 6，最后经光电变换和电子学数据处理系统处理，便可得到被测工件的测量结果。 从图 2.1中可以看出激光扫描法。系统工作的理论扫描速度 V=2wf， w扫描转镜角速度 ；f为扫描光学系统焦距。 用此原理测量被测工件的直径 D,此时被测工件直径值 D可由 (2-2)式给出 ： D=VT (2-1) 式中 ： V为扫描速度， T为扫描时间。 假设 采集系统 的脉冲周期为0T， 频率为 ，则在 T时间内被测件的被测直径所包含的高频脉冲个数 A为 : 0TTA (2-2) 由式 (（ 2-2） 可得 : VDT (2-3) 从式 (2-3)中可以看出，激光扫描检测系统的直径测量原理只涉及 V和 t两个参数，而式 (2-6)又表明实际扫描速度 V并不等于理论扫描速度 2fcv，而是随着 的变化而变化的，并与 ， ， R， f有关，当 v 0时，就会引起测量误差 ；而且扫描时间也和系统的时钟频率、电机转速等有关。可见， v和 t都不是绝对独立的参数。 2.2扫描法的特点 至此我 们已对激光扫描法作了深刻的剖析，通过采用激光扫描技术，能够把空间尺寸测量转换为脉冲时间间隔测量，从而明显地提高测量精度和抗干扰性能，它适用于在线测量。 根据光学系统的光学行为特性，一般光学系统满足不了这两个要求。由式 (2-6)可知在系统结构参数确定后，扫描速度是 的函数，及扫描速度 v随 的变化而变化，并不是常数。 另一方面，由于采用多面体棱镜，扫描光束在转镜上的反射点、回转中心和光学系统的焦点三者不重合，从而产生离焦现象 5，在光轴方向的离焦量由下式给出 中国矿业大学成人教育学院 2010届毕业设计（论文） 6 3 光学系统设计 3.1光源的选择 激光光源与普通光源相比，因具有能量集中、方向性好、单色性好和相干性好等优点，已成为高精度测量的理想光源。早期的激光扫描 检测 系统均采用氦氖 (He-Ne)激光器作为光源。氦氖激光器属于气体激光器，工作物质 是氦气与氖气，在用硬质玻 。 近些年来，随着半导体激光器 8技术的迅速发展，它因具有体积小、重量轻 .。 由于半导体激光器有源层 横 因而需设计准直光学系统 10和整形光学系统11。半导体激光器功率的选择取决于光 电接收器件以及后续光学信息处理对光通量的要求，还应考虑中间光学系统对透过光通量的影响。 3.2多面体反射镜 3.2.1扫描器件的选择 激光扫描无论是哪种方式都需要有光学扫描 器。实现此功能的有振镜扫描、声光扫描、电光扫描和多面体转镜扫描。 本仪器采用旋转多面体反射镜扫描方式 。 多面体反射镜之所以如此 广泛地被使用，是与目前的精密加