集成激光位移传感器与线性编码器的自由曲面测量方法及系统.pdf

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1、2010正仪表技术与传感器2010第7期InstrumentTechniqueandSensorNo．7集成激光位移传感器与线性编码器的自由曲面测量方法及系统王菽芳，邱自学，袁江，邵建新，吴静雅(南通大学机械工程学院，江苏南通226019)摘要：利用激光位移传感器在小测量范围内精度高和线性编码器大量程高精度、动态测量的特点，研究开发了一种大量程自由曲面非接触测量系统。分析了激光位移传感器和线性编码器的测量原理和特点，并对其进行了相关实验标定。以LabVIEW为系统软件平台，采用改进多项式自动跟踪算法对一球体截面进行了测量。实验结果表明：

2、该系统测量稳定可靠，可对测量倾角≤±45。的自由曲面进行高精度测量。关键词：自由曲面；非接触测量；激光位移传感器；线性编码器；LabVIEW中图分类号：TH7文献标识码：A文章编号：1002—1841(2010)07—0004—03Free-formSurfaceMeasurementMethodandSystemIntegratedLaserDisplacementSensorandLinearEncoderWANGShu—fang，QIUzi—xue，YUANJiang，SHAOJian—xin，wuJing—ya(Schoolof

3、MechanicalEngineering，NantongUniversity，Nantong226019，China)Abstract：Anon-contactmeasurementsystemforwiderangefree—·formsurfacewasresearchedbyusingthecharacteristicsoflaserdisplacementsensorwhichhashighaccuracyinanarrowrangeandlinearencoderwhichpossesseshighaccuracyinwid

4、edy—namicrange．Theprincipleandfeatureoflaserdisplacementsensorandlinearencoderwereanalyzed，andtheirlinearitywascall-brated．AspheresurfacewasmeasuredbyusinganimprovedalgorithmofmuhinomialautomatictrackingbasedonLabVIEW．Ex—perimentalresultsshowthatthesystemcanmeasurefree—f

5、ormsurfaceofinclinationanglelessthan4-45。accuratelyandreliably．Keywords：free—formsurface；non—contactmeasurement；laserdisplacementsensor；linearencoder；LabVIEW0引言的距离决定了光束到达接收器的角度，该角度反过来决定了光随着科学技术的不断进步，航空航天、汽车、模具、机械等束落到PSD接收元件的位置。光束落在PSD元件的位置通过工业领域对自由曲面测量提出了越来越高的要求J。根据测模拟及数

6、字电子元件进行处理并由微处理器进行分析和计算，量方式的不同，可分为接触式和非接触式测量两大类。三坐标得出相应的输出值。测量机上使用的接触式测头具有测量范围大、精度高、通用性PSD强、性能好等优点，在国内外得到广泛的应用，但其缺点是测量信号处理速度慢、效率低、价格贵、对软质被测件难以做精密测量，需要I!目标范围对探头半径进行补偿；非接触式测量主要是运用光学原理进行接收透镜微处理嚣数据采集，其测量方法有激光三角法、激光测距法、结构光法、干涉法等。其中激光三角法测量由于测量原理简单、测量速度快、分辨率高、无破坏、不必做探头半径补偿等优点，在自

7、由曲面测量中得到越来越广泛的研究，但由于测量原理的非线性使其难以在大量程测量范围内达到高精度的测量“J。一为了实现对大量程自由曲面的高精度测量，集成激光位移激光发射器—汇聚透镜传感器和线性编码器，研究开发了自由曲面非接触测量系统，实验表明该系统具有较高的测量速度与精度，可根据大量程自由曲面的特征形状进行自动跟踪测量。图1激光三角法测量光路原理图1激光位移传感器的测量原理及特性若光点在成像面上的位移为s，根据相似三角形各边之间基于三角法的激光位移传感器测量原理如图1所示，控制的比例关系，可求出被测面的位移：可见激光通过汇聚透镜射向被测物，

8、激光光束经被测物反射后乩。simp，．、通过接收透镜散射到位置检测元件(PSD)上，被测物与接收器式中：，J为激光束光轴和接收光轴的交点到接收透镜的距离；基金项目：江苏省“六大人才高峰”资助项目(o6一D一