激光雷達(dá)三維形貌測(cè)量系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、三維形貌測(cè)量技術(shù)目前已被廣泛應(yīng)用于工業(yè)產(chǎn)品零部件的制造與檢測(cè)、文物重建、逆向工程等領(lǐng)域，而大尺寸、非接觸、高精度和高效率的三維形貌測(cè)量則是未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。
　　目前國(guó)內(nèi)外在三維形貌測(cè)量領(lǐng)域，應(yīng)用最為廣泛的是激光跟蹤儀。但由于激光跟蹤儀是需要有手持角隅棱鏡靶球作為合作目標(biāo)的接觸式測(cè)量，因此其測(cè)量對(duì)象材料的軟硬、尺寸的大小均受到一定的限制。而激光雷達(dá)則具有測(cè)量范圍大、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)、無(wú)需合作目標(biāo)和非接觸測(cè)量等特點(diǎn)，這也使得本文的選題具有

2、重要理論意義和實(shí)用價(jià)值。
　　針對(duì)大尺寸零部件高精度三維形貌測(cè)量的需求，提出了基于調(diào)頻相干激光雷達(dá)原理的三維形貌測(cè)量方法。利用基于分段式標(biāo)準(zhǔn)光纖的內(nèi)外雙光路差頻測(cè)距技術(shù)，測(cè)量參考光和測(cè)量光的頻率差來(lái)實(shí)現(xiàn)激光雷達(dá)測(cè)距，并采用軸角編碼器進(jìn)行角度測(cè)量。
　　在研究了激光雷達(dá)三維形貌測(cè)量原理的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了激光雷達(dá)三維形貌測(cè)量系統(tǒng)和各分系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)。
　　根據(jù)三維形貌測(cè)量技術(shù)指標(biāo)的要求，研究了激光外差探測(cè)技術(shù)的原理和外差探測(cè)

3、效率。給出了差頻干涉測(cè)量方案，通過(guò)測(cè)量本振光和信號(hào)光的差頻信號(hào)，提高探測(cè)系統(tǒng)的信噪比，解決了被測(cè)目標(biāo)信號(hào)過(guò)弱的問(wèn)題。
　　研究了激光頻率調(diào)諧技術(shù)，選取了可連續(xù)調(diào)諧，且調(diào)諧線性較好的光纖光柵外腔半導(dǎo)體激光器作為光源，利用壓電陶瓷的壓電效應(yīng)對(duì)激光器實(shí)現(xiàn)了軸向應(yīng)力調(diào)諧。通過(guò)在壓電陶瓷上施加不同的電壓，使其產(chǎn)生不同的拉伸力，并帶動(dòng)光纖光柵伸長(zhǎng)，使波長(zhǎng)發(fā)生變化，即實(shí)現(xiàn)頻率調(diào)諧。
　　設(shè)計(jì)了發(fā)射/接收共光路的調(diào)頻相干激光雷達(dá)光學(xué)系統(tǒng)。根

4、據(jù)高斯光學(xué)理論，設(shè)計(jì)了三組擴(kuò)束準(zhǔn)直的無(wú)焦變倍發(fā)射光學(xué)系統(tǒng)，同時(shí)利用ZPL宏語(yǔ)言編程，繪制出調(diào)焦曲線，使其在機(jī)械上能實(shí)現(xiàn)平滑調(diào)焦。根據(jù)雷達(dá)方程，計(jì)算出系統(tǒng)所需的回波能量，保證經(jīng)目標(biāo)返回的光束，具有可被探測(cè)器接收的回波信號(hào)。
　　為了驗(yàn)證該三維形貌測(cè)量系統(tǒng)是否滿足技術(shù)指標(biāo)要求，分別進(jìn)行了自動(dòng)聚焦測(cè)量實(shí)驗(yàn)、單點(diǎn)測(cè)距實(shí)驗(yàn)、重復(fù)性測(cè)量實(shí)驗(yàn)和局部面形測(cè)量實(shí)驗(yàn)，給出了CCD聚焦性能的驗(yàn)證結(jié)果、系統(tǒng)重復(fù)性測(cè)量結(jié)果、車(chē)頭點(diǎn)云掃描結(jié)果以及車(chē)頭測(cè)量誤差