基于三角测量法的激光位移传感器的研制

摘要

基于三角测量法的激光位移传感器由于其结构简单、体积小、重量轻、非接触测量、速度快而备受关注,在机器视觉、自动加工、工业在线检测、产品质量控制、实物仿形、生物医学等领域具有重要价值和广阔的应用前景.但是,目前国内还是没有成熟的激光非接触位移测量产品面世,国外同类产品的价格非常昂贵,因此研制高性能低成本的激光位移测量仪器是一项有应用价值的工作.作者主要从光路、电路、软件、机械几个方面系对激光三角位移传感器进行了系统的分析与优化设计.包括:1.按光线入射到被测面的方式将激光三角位移传感器分为直射式和斜射式,分别介绍了它们的工作原理,并对两类传感器的特性进行了比较.详细分析了双光路三角测量系统,并与单光路进行比较.提出使用双胶合透镜,既可弥补单透镜的不足,又可起到透镜组的作用.2.在电路方面,分析较常用的位置敏感器件和电荷耦合器件两种光电探测器的特点,提出利用A/D转换器,对能量的最高点取样,可以提高测量精度及系统稳定性.3.在软件方面,编写程序,实现了光路几何参数的自动设计;对现有的标定、测试程序进行改进,提出标定后对数据先拟和,再用来测试的思想.4.在机械设计方面,提出便于加工、安装和调试的设计思想,提出了体积要求较小时的紧凑光路测量系统.作者在完成激光三角位移传感器的研制后,对样机进行了系列特性实验,并分析实验数据.最后,对激光三角位移传感器在一些项目中的使用情况进行了介绍.

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

§1.1传感器概述

§1.2激光三角位移传感器的优点及发展现状

§1.3激光三角位移传感器的应用方向及发展趋势

§1.4本课题的意义

§1.5激光三角位移传感器的设计方案

参考文献

第二章 传感器的光学设计

§2.1三角测量法的基本原理

§2.2理论上分析系统的参数关系

§2.3激光三角双光路位移传感器

§2.4光电器件的选择

§2.5提高精度的方法

§2.6传感器设计实例

参考文献

第三章 电路设计

§3.1 CCD器件

§3.2信号采集、处理电路

参考文献

第四章 软件设计

§4.1激光三角位移传感器结构参数设计软件

§4.2激光三角位移传感器标定软件

§4.3激光三角位移传感器测试软件

参考文献

第五章 机械设计

§5.1光源系统结构设计

§5.2光电探测器部分结构设计

§5.3接收透镜部分结构设计

§5.4机械部分材料的选取

§5.5紧凑型激光三角位移传感器

参考文献

第六章 实验设计及实验数据分析

§6.1传感器稳定性分析

§6.2被测面颜色对传感器的影响

§6.3被测面粗糙度和光泽对传感器的影响

§6.4被测面倾斜对传感器的影响

§6.5被测面材料对传感器的影响

§6.6斜入射式和直入射式的比较

参考文献

第七章 激光三角位移传感器的应用

§7.1在“激光动态检测线路几何不平顺系统”中的应用

§7.2在“轮对关键几何参数动态测量方法的研究”中的应用

第八章 结论

论文期间作者发表的论文

致谢

附录Ⅰ～Ⅸ