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《激光四光束与psd测量运动物体瞬时位置姿态系统的研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。
1、国防科技大学学报第22卷第1期JOURNALOFNATIONALUNIVERSITYOFDEFENSETECHNOLOGYVol.22No.12000文章编号:1001-2486(2000)01-0069-04*激光四光束与PSD测量运动物体瞬时位置姿态系统的研究李国顺(长沙铁道学院机电工程学院,湖南长沙410075)摘要:介绍了一种新的光学非接触测量的方法。采用激光四光束与位敏元件(PSD)测量物体的位置、角度,从而确定运动物体某一瞬时的位置姿态。对系统内部结构与信号处理进行了分析研究。实验证明,该测量系统具有测量精度高,重复稳定
2、性好,系统响应速度快,测量范围宽等优点,且结构紧凑,制造成本低,应用前景相当广泛。关键词:四光束;位敏元件;位置测量;角度测量;位置姿态中图分类号:TN206;TP206;TP202文献标识码:AResearchonRea-ltimeMeasuringSystemaboutPositionPostureofMotionalObjectwithFourBeamsofLaserandPositionSensitiveDetectorLIGuo-shun(InstituteofMechatronicsEngineering,Changsh
3、aRailwayUniversity,Changsha410075,China)Abstract:Thispaperintroducesanewmethodofopticalnon-contactmeasurement,byusingfourbeamsoflaserandpositionsen-sitivedetectortomeasurepositionandangles,soastodeterminepositionpspostureofthemotionalobjectatsomeinstant.Theanalysisandr
4、esearchontheinternalcompositionofthesystemanditssignalprocessingaremade.Theexperimentprovesthatthesystemhasmanyadvantages:highaccuracy,goodrestability,fastresponse,widemeasurementrange,compositioncompactnessandlowcost.So,thismeasuringsystemhasagoodfuturetoapplyinindust
5、rybecauseofitsattractiveperformance/costratios.Keywords:fourbeams;positionsensitivedetector;positionmeasurement;anglemeasurement;positionpsposture机电设备的动态监测和故障诊断中对目标位置姿态的实时探测,机械制造技术中对工件的精密计量测试,经常采用接触式测量的方法。譬如:在三坐标测量机上,普通的探头为球形探头,它与被测物体相互接触,可以确定接触瞬间球心的位置,从而测出被测物体的三个坐标。这种
6、接触测量的主要问题是被测物体与探头都要发生变形,影响测量精度,同时,测量速度也难以提高。况且某些物体在其运动过程中,不宜采用接触式测量。所以,高精度非接触测量的研究越来越引起广泛的重[1,5~7]视。本文介绍一种新的光学非接触测量的方法和系统,该系统可以测量被测物体的位置、位移和倾斜角度,实现三坐标测量,从而确定运动物体某一瞬时的三维位置姿态。1测量原理如图1所示,在XOZ平面,两束探测光B1和B2交替投射到被测面上,并在被测面上或被测面附近相交,B1和B2在被测面的反射光经透镜成像在位敏元件(PSD)上。当被测面处于位置2时,PS
7、D上只有一个光点,否则,有两个光点。若被测面沿Z方向移动,则两光点间的距离正比于移动距离DZ。但是,如果两束光同时入射,则无法判断出被测面移动的方向,因此使B1和B2交替入射,即B1和B2交替输入光脉冲(方波)。另外,在YOZ平面也有两束探测光B3和B4,其测量原理与前面B1和B2的分析结果相同。*收稿日期:1999-09-25基金项目:铁道部专项基金资助项目(J98Z102)作者简介:李国顺(1962-),男,讲师,硕士。70国防科技大学学报2000年第1期[2]111光轴Z方向的位移测量如图1所示,假设被测面垂直于Z轴,被测面位
8、于位置1时,光斑S11和S21在PSD上成像为I11和I21;被测面位于位置2时,光斑S在PSD上成像为I;被测面位于位置3时,光斑S13和S23在PSD成像为I13和I23。由PSD可以测出其上面的光斑中心到Z轴的距离,即Xi1和X
