激光位移传感器研究
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摘要
本文是应用激光三角测距原理来设计激光位移传感器,研究了激光发射与接收的光学系统设计、光电信号处理与运算的方法,从而高精度地计算出被测物的位移量。本文从分析影响系统测量精度的因素出发,着重讨论了激光的准直发射、激光接收光学系统的设计和应用非球面来校正系统像差的方法,并详细分析的球面透镜和非球面透镜系统的各自成像特点,提出了用于解决本系统大视场和大景深所带来的较大像差的光学系统设计方案,并对系统进行了验证；在系统控制电路设计时,加入了激光的自适应光强调节功能,并通过带通滤光技术,用以提高系统适应不同测量环境的能力；应用软件实现CCD光斑重心的算法,用来取代一般所使用的最大值法,从而很大程度上保证和提高了系统的测量精度。
This paper adopts the laser triangulation measuring theory to design the laser displacement sensor, it studies the laser transmitting, receiving of the optical system, photoelectric signal management and calculating method, thus, can calculate the measure displacement accurately. The paper bases on the factors of affecting measurement accuracy, emphatically discusses the laser collimator emission, laser receiving optical system design and method of application aspherical to correct system aberration, analyses the respective imaging characteristics of the spherical lens and aspherical lens, and puts forward to optical system design program of solving the field of view and depth of field, then verifies the system. When the system controls circuit design, it proposes the adaptive controller for laser intensity to improve the ability of adapting different environment through bandpass filter technology. The paper applies software to realize the gravity algorithm of CCD flare so as to replace the maximum method, which guarantees and improves the measuring accuracy of the system to a great degree.
This paper adopts the laser triangulation measuring theory to design the laser displacement sensor, it studies the laser transmitting, receiving of the optical system, photoelectric signal management and calculating method, thus, can calculate the measure displacement accurately. The paper bases on the factors of affecting measurement accuracy, emphatically discusses the laser collimator emission, laser receiving optical system design and method of application aspherical to correct system aberration, analyses the respective imaging characteristics of the spherical lens and aspherical lens, and puts forward to optical system design program of solving the field of view and depth of field, then verifies the system. When the system controls circuit design, it proposes the adaptive controller for laser intensity to improve the ability of adapting different environment through bandpass filter technology. The paper applies software to realize the gravity algorithm of CCD flare so as to replace the maximum method, which guarantees and improves the measuring accuracy of the system to a great degree.
引文
[1]田芊、廖延彪、孙立群编著.《光学工程》.北京：清华大学出版社,2006.1。
[2]张以谟 编著.《应用光学》.北京：机械工业出版社,1982。
[3]刘钧、高明编著.《光学设计》.西安：西安电子科技大学出版社,2006.10。
[4]孙长库、叶声华编著.《激光测量技术》.天津：天津大学出版社,2001.7。
[5]姚建铨、于意仲主编著.《光电子技术》.北京：高等教育出版社,2006.05。
[6]陈青山、吕乃光、燕必希等.激光准直高斯光斑中心位置计算方法分析.计算机测量与控制.2004.12(5)P486-488
[7]杨耀权、张东生、杨勇.一种大范围激光三角测距传感器的标定方法.仪器仪表学报.2003.08 P35-36。
[8]洪听、蒋诚志、陈林才.激光三角法用于曲面测量中的影响参数分析.中国激光.第24卷11期1997.11 P993-996。
[9]方仲彦、殷纯永、梁晋文.高精度激光准直技术的研究.航空计策技术.1997,Vol 17,No.2,P6-8。
[10]党敏、冯其波.提高激光准直精度的途径. 光子技术.No.4 2006.12P190-193。
[11]袁金凤、陈文艺、李凯.单片机的新型线阵CCD电路.现代电子技术ISTIC。
[12]张金凤、王海涌、申功勋.用CPLD实现线阵CCD的驱动.TN792SUN:IKJS.0.2005.05.025。
[13]李兰君、喻寿益.单点激光三角法测距及其标定.研究与开发.Vol.10P49-51。
[14]王春阳、李金石.激光光斑漂移的检测.应用光学.Vol.28,No.2.2007.03 P205-208。
[15]庄葆华、王少清、张吉华等.高精度激光三角法位移测量被测表面倾斜影响研究.计量技术.1996.(2)。
[16]匡萃方,冯其波,陈士谦等.基于激光准直直线度测量方法的研究光学技术.Vol.29 No.6Nov.2003。
[17]冯俊艳、冯其波、匡萃方.高精度激光位移传感器的技术现状.应用光学.2004年第25卷第3期P33-36。
[18]金文燕、赵辉、陶卫.激光三角测距传感器建模及参数优化研究传感技术学报.2006.04。
[19]刘立波,赵辉,张海波等.激光三角测距系统中光强度的自适应控制方 法.电子测量技术.2008.05.P24-27。
[20]黄战华.蔡怀宇,李贺桥等.三角法激光测量系统的误差分析及消除方法.光电工程.Vo1.29,No.3。
[21]孙军利、赵辉、陶卫.具有亚像素级定位精度的激光三角测距新算法《激光杂志》.2006年第27卷第4期p22-23。
[22]王少清、庄葆华、张文伟,基于朗伯定律重建三角法测位移原理公式光学学报.第16卷,第16期 1996.12。
[23]刘立波、赵辉、张海波等.激光三角测距中光斑细分定位方法研究计算机测量与控制.2008.16(10)。
[24]赵辉、张海波、陶卫.激光三角位移传感器分辨率不均匀性分析与参数优化.红外与激光工程Vol.37, Supplement, Apr.2008 p37-78。
[25]徐玉春,解则晓,冯国馨等.被测表面特征对激光测头特性的影响[J]天津大学学报.2001.34(6)。
[26]吴剑锋,王文,陈子辰.激光三角法测量误差分析与精度提高研究.机电工程.2003年第20卷第5期P89-91。
[27]徐强、宋仪青.基于线阵CCD的激光测距仪设计.常州工学院学报.第21卷第1期2008年2月,P34-37。
[28]杨再华,李玉和,李庆祥,段瑞玲,郭阳宽一种基于光学三角法的形貌测量系统.光学技术.第31卷,第4期2005.07
[29]庄葆华、张吉华.激光三角测距法及其在汽车工业中的应用.汽车技术2008.P28-30。
[30]Micro-Epsilon公司开发的ScanCONTROL 2800激光三角测量技术产品读本。
[31]KEYENCE传感器产品样本.日本keyence公司.中国广州出版2006。
[32]Sensick自动化传感器产品样本.德国施克公司.中国广州出版2003。
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