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《基于激光测距的三坐标测量系统研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。
1、第24卷第2期光学仪器Vol.24,No.22002年4月OPTICALINSTRUMENTSApril,2002文章编号:1005-5630(2002)02-0007-06X基于激光测距的三坐标测量系统研究陈琳(华中光电技术研究所,湖北武汉430073)摘要:提出了基于激光测距的三维坐标测量系统。介绍了系统所采用的PSD光学三角法测位移原理,并分析了影响测量精度的因素,提出了相应的补偿方法。最后,研究了系统的控制方法。关键词:激光测距;三维测量;非接触测量中图分类号:TH741文献标识码:AThe3-dimensionmeasuringsystembasedonthelaserranging
2、CHENLin(HuazhongInstituteofElectro2optics,Wuhan430073,China)Abstract:Inthispaper,the32dimensionmeasuringsystembasedonthelaserrangingispresented.ThemeasuringrangingofPSDoptical32angleisadoptedinthesystem.Thefactorsandatechniqueofcompensatingforinfluencingmeasuring2precisionareresearched.Intheend,thec
3、ontrollingoftheap2paratusisstudied.Keywords:laserranging;32dimensionmeasuring;non2contactmeasuring1引言当被测工件的数学模型未知或很难直接获取时,就要先对待测轨迹实施布点测量,再把这些指定点的测量数据进行相应的算法处理,从而得到待测轨迹的理想数学模型。如果采用手工点动测量,则存在精度差、对操作者要求程度高以及费时费力等缺陷。研究了应用激光点光源测头的非接触式快速测量系统,它能有效地克服上述缺陷。另外,该方法对目前工程领域广泛采用的接触式测量中存在的测量速度慢、引起目标面的磨损及弹性变形、要进行测头
4、半径的三维补偿等问题的解决也是一个很好的办法。2系统的组成整个系统的组成框图如图1,主要由以下几部分组成:211激光测头本系统采用了激光点光源非接触式测头,该测头安装在垂直轴上,完成测量信号的提取。测头内置激光发射器和接收装置,接收装置接收由待测工件反射回来的激光。测头测量量程为60mm～100mm,抗震性好,精度稳定,可在50℃温差下正常工作,因而非常适合工厂环境。测量频率有10Hz、100Hz、1kHz3种可选,以适应不同响应速度和测量精度的要求。测头输出信号包括一个测量距离的模拟电压量和3个反应X收稿日期:2002202208作者简介:陈琳(19672),女(壮族),广西人,工程师,学士
5、,主要从事水下光电技术的研究。·8·光学仪器第24卷测头状态的开关量,其中模拟电压量输出与距离关系如图2所示;3个开关量分别是报警信号、远报警信号与有效测量信号,在系统中利用这3个信号,实现测量的自动控制。图1基于激光测距的三坐标测量系统的组成框图图2测头输出电压与距离关系212PSD驱动及采样信号处理电路主要由两部分组成:光电位敏元件驱动电路及AöD转换电路与PSD连接在一起,共同安装在激光测头及其控制盒内;PSD的控制电路插在PC机的扩展槽内。它们分别完成光信号向电信号的转换,模拟信号向数字信号的转换以及相应控制信号的传输。213伺服驱动系统和相应的执行机构它们完成测量过程中计算机发出的运
6、动指令。214软件模块它主要完成以下任务:测头运动速度和空间位置控制,采样数据处理以获取3个坐标轴的当前值,测量数据的处理与存储等。215现场总线及其控制器本系统中的CAN现场总线用来连接各硬件模块,以组成一个实时性强的嵌入式控制系统。现场总线具有可靠性高、实时性好、数据传输速率高、连接方便、支持产品多的优点。在进行坐标测量时,待测工件放在工作台上,在相应的控制系统控制下,进行待测轨迹的数据采集。工第2期陈琳:基于激光测距的三坐标测量系统研究·9·作台按位置指令运动,只要待测工件被测表面光点在点光源激光测头的测量范围内,PSD驱动装置就可以由伺服电机驱动自由地上下运动。物镜焦点与被测件的距离通
7、过PSD光电耦合器上光点的位置求得,其结果经串行接口送至计算机。计算机就此进行随动控制,使被测表面光点始终保持在物镜焦点附近。3测量原理如图3所示,采用激光点光源测头作为测量工具,其光电位敏元件PSD器件作为位置探测器。安装在缩束透镜组后的半导体激光器LD发出的光束经其缩束后,再经过一光阑形成一束直径和发射角很小的发射光束投射在被测物的表面上,这样便形成一光斑,物体表面光斑的漫射光又由接收透镜收集
