利用分光鏡實(shí)現(xiàn)的單透鏡激光三角測量系統(tǒng).pdf

1、激光三角法作為一種經(jīng)典的非接觸式測量方法，如今正越來越廣泛的應(yīng)用于各行各業(yè)，甚至于在軍事領(lǐng)域也占有一席之地。目前國內(nèi)外各大科研機(jī)構(gòu)均以高精度、高穩(wěn)定性、高環(huán)境適應(yīng)性為發(fā)展目標(biāo)，對(duì)激光三角法進(jìn)行深入研究。本文的研究目標(biāo)是在保證較高的測量精度的前提下，以減小測量系統(tǒng)的體積的方式提高系統(tǒng)的環(huán)境適應(yīng)性?；谶@一目標(biāo)，本文通過分析激光三角測量光學(xué)系統(tǒng)，以一般直射式激光三角法的光學(xué)系統(tǒng)為基礎(chǔ)，通過引入分光鏡的方法在光路中減少了一枚透鏡，并采用法線共

2、軸的布局方式，設(shè)計(jì)了一種單透鏡激光三角測量光路系統(tǒng)。此設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了測量系統(tǒng)的體積大幅縮小，提高了系統(tǒng)對(duì)測量環(huán)境的適應(yīng)力，安裝和使用更加簡單。經(jīng)過分析，單透鏡光路系統(tǒng)的測量性能相比于一般直射式激光三角法，能夠保持較高的測量精度，且能夠得到更大的工作范圍，并且對(duì)測量環(huán)境的要求和測量過程都有所簡化，但是對(duì)于激光光源的功率和穩(wěn)定性要求都有所提高，所幸如今半導(dǎo)體激光器發(fā)展的十分成熟，體積小且功率較大的激光光源很容易找到。
　　 為了通過實(shí)驗(yàn)

3、驗(yàn)證單透鏡激光三角測量系統(tǒng)的測量性能和可行性，需要配合相應(yīng)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。本文設(shè)計(jì)了基于ADC+CPLD+FIFO+USB體系結(jié)構(gòu)的線陣CCD光電測量高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)將包含有被測物信息的光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，然后經(jīng)過放大、噪聲過濾、采樣、存儲(chǔ)并通過USB傳輸給上位機(jī)，通過上位機(jī)的可視化界面程序?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行處理并將結(jié)果顯示。并按照光路布局要求設(shè)計(jì)了外盒，將光學(xué)和數(shù)據(jù)采集兩部分系統(tǒng)集成并封閉在外盒中。
　　 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，

4、單透鏡激光三角測量系統(tǒng)是可行的，由于受到系統(tǒng)機(jī)械制作的和所選擇光學(xué)器件參數(shù)的影響，系統(tǒng)的測量誤差最小能夠達(dá)到17μm，當(dāng)測量距離較遠(yuǎn)時(shí)，測量誤差會(huì)達(dá)到100μm左右。而工作范圍也因?yàn)槭艿郊す夤庠垂β屎蜏y量環(huán)境的干擾，只能達(dá)到500mm以內(nèi)。系統(tǒng)對(duì)被測物的振動(dòng)參數(shù)進(jìn)行測量時(shí)，能夠較為準(zhǔn)確的對(duì)測量范圍在70mm以內(nèi)，振動(dòng)頻率10z以下的振動(dòng)參數(shù)進(jìn)行較為準(zhǔn)確得測量。如果能夠?qū)ο鄳?yīng)光學(xué)器件進(jìn)行更加精確的設(shè)計(jì)和加工，并使用一體化的標(biāo)準(zhǔn)機(jī)械設(shè)計(jì)，那