基于激光三角法的低像差微位移测量技术的研究

发布时间：2020-08-24 16:19

【摘要】：测量与人们生活、工业生产息息相关,本文基于激光三角法测量理论提出一种非接触式微位移测量方法。在传感测量的过程中,光源光束的质量、成像光学系统成像质量以及数据信号采集方式影响系统测量的精度。其中,用于探测的光源光束发散角大,并随着距离的增加,光束投射在物体表面的光斑尺寸增大;本文针对这一现象,将设计了一种准直光学系统,通过减小发射光束发散角并将光束准直,实现探测光束质量的优化并解决了随着测量距离增加探测光束在物体表面的光斑尺寸增大的问题。此外,测量过程中,物体表面信息的光信号成像在CCD上呈现大的弥散斑状,导致相邻的光斑信号重叠区域增加;本文针对该问题,将设计了一种微小型成像光学系统,实现了成像光学系统低像差化并且减小CCD采集光信号的弥散斑的尺寸。最后,由于信号采集光斑提取过程中,光斑噪声大,光斑质心提取困难,本文通过软件处理方式,将对图像进行滤波、去噪处理,并通过对光斑轮廓的拟合,实现光斑质心的提取。同时本文通过开展实验验证和设计参数的优化,对不同颜色物体的表面的测量结果进行分析,得到稳定性最好的测量结果。
【学位授予单位】：中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN249
【图文】：

第 2 章 系统的构成第 2 章 系统的构成2.1 激光位移传感器系统的构成激光位移传感器是一款以激光三角法为基本测量理论的小型微位移测量器。如图 2.1 所示，其测量结构主要由激光束发射系统、光学成像系统、测系统以及相应 ARM 信号处理系统等部分组成。测量过程：首先，激光射的激光束投射在被测物体的表面；其次，投射的激光束在被测物体表面射，散射光束经成像系统在光电探测器 CCD 上成像。然后，提取 CCD 上光斑的质心，并基于激光三角法理论，根据 CCD 上光斑质心的位置计算的位移信息；最后，通过数据处理系统进行处理，然后在显示系统中输出应的位移信息[3-5]。

图 2. 2 斜射式光路图Figure 2.2 Light path diagram in slant与被测基准面法线的夹角为 ，散射光束 AA '与法线的夹角为元之间的夹角为 ，入射光点 A 与到成像光学系统中心O之间成像点 A '与光学成像中心点之间的成像距离为2l 。过B 和 B '长线及 AA′的垂线，垂足分别为C 和D。光敏阵列上的成像光准面之间距离的变化移动。如图 1.2 所示，当待测面与基准面，相应的探测器上光斑移动距离为 x。根据三角形定理可得：|||||'||'||||||||'|OAACOADAOCODBCBD

sin()(1)sin()1 lfx待测面在标准面上时，sin()(1)sin()()sincos11 lffxxlfy ，综式测量的位移 y 与光斑移动距离之间的关系为:sin()(1)sin()()sincos11 lffxxlfy … (2的参数1l ，2l ， ， ， ， f ， x 就可以计算出物体的位移 y 。.2 直射式束垂直被测物体表面入射，该种测量方式称为直射式测量，测量光示。

【参考文献】

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本文编号：2802683