激光测距技术实验讲义

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1、第3章激光三角测距实验3.1实验目的学习激光三角测距基本原理；了解激光三角测距的应用；搭建激光三角测距系统，实现测量距离的显示，掌握激光三角测距技术。3.2实验原理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。由于入射光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。3.2.1直射式直射式三角法测量等效光路如图1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

2、散射光，并将其成像在光点位置探测器(如PSD、CCD)敏感面上。若光点在成像面上的位移为x′,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得；式中，a为激光束光轴和接收光轴的交点到接收透镜前主面的距离；b为接收透镜后主面到成像面中心点的距离；θ1为激光束光轴与接收透镜光轴之间的夹角；θ2为探测器与接收透镜光轴之间的夹角。3.2.2斜射式03.2为斜射式三角测量原理图，激光器发出的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。若光点的像在探测器敏感面上移动x′，利用相似三角形的比例关系，则物体表面沿法线方向的移动距离

3、为 式中，θ1为激光束光轴与被测面法线之间的夹角；θ2为成像透镜光轴与被测面法线之间的夹角。为探测器光轴与成像透镜光轴之间的夹角。当θ2为零时，属于斜入射直接收式。3.2.3直射式和斜射式特点比较0斜射式可接收来自被测物体的正反射光，比较适合测量表面接近镜面的物体。0直射式接收散射光，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。0斜射式入射光光点照射在物体不同的点上，因此无法直接知道被测物体某点的位移情况,而直射式可以。当然，斜射式也可以通过标定的方法得出位移。0直射式光斑较小，光强集中，不

4、会因被测面不垂直而扩大光斑，而且一般体积较小。斜射式传感器分辨率高于直射式，但它的测量范围较小，体积较大。斜入射直接收式传感器的体积和直入射式相当，并且分辨率高于直射式，因此较为常用。3.3实验装置激光笔、二维平移台、CCD接收器、被测样品、直尺、数码管、单片机。3.4实验内容与要求3.4.1实验内容基于斜入射式三角测距原理，利用上述装置搭建激光三角测距系统，对实验装置进行标定，并利用单片机和数码管进行位移控制和距离显示。3.4.2实验步骤（1）依据图3.3搭建实验系统；（2）利用单片机编制位移台的控制程序；（3）测距装置标定：利用单片机控制平移台运动，每移动一次，用直尺测出

5、随平移台的被测样品的位移，同时记录探测器上接收光点的位置坐标；（4）利用标定数据拟合出标定曲线——样品运动位移和探测面上光斑位置的关系曲线；（5）移动平移台任意位置，记录探测面上光斑位置坐标，算出光斑位移，然后根据标定曲线得出样品位移，同时，利用单片机实现距离的数码显示，完成测距实验。3.4.3要求（1）实验前必须预习；（2）了解实验内容及其原理；（3）完成实验报告。3.5思考题（1）激光三角测距适合应用于哪些场合？（2）目前常用哪些方法光学测距法？试举例，并说明其优缺点。32