激光雷達三維形貌測量系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、三維形貌測量技術(shù)目前已被廣泛應(yīng)用于工業(yè)產(chǎn)品零部件的制造與檢測、文物重建、逆向工程等領(lǐng)域，而大尺寸、非接觸、高精度和高效率的三維形貌測量則是未來的發(fā)展趨勢。
　　目前國內(nèi)外在三維形貌測量領(lǐng)域，應(yīng)用最為廣泛的是激光跟蹤儀。但由于激光跟蹤儀是需要有手持角隅棱鏡靶球作為合作目標(biāo)的接觸式測量，因此其測量對象材料的軟硬、尺寸的大小均受到一定的限制。而激光雷達則具有測量范圍大、環(huán)境適應(yīng)性強、無需合作目標(biāo)和非接觸測量等特點，這也使得本文的選題具有

2、重要理論意義和實用價值。
　　針對大尺寸零部件高精度三維形貌測量的需求，提出了基于調(diào)頻相干激光雷達原理的三維形貌測量方法。利用基于分段式標(biāo)準光纖的內(nèi)外雙光路差頻測距技術(shù)，測量參考光和測量光的頻率差來實現(xiàn)激光雷達測距，并采用軸角編碼器進行角度測量。
　　在研究了激光雷達三維形貌測量原理的基礎(chǔ)上，進行了激光雷達三維形貌測量系統(tǒng)和各分系統(tǒng)的方案設(shè)計。
　　根據(jù)三維形貌測量技術(shù)指標(biāo)的要求，研究了激光外差探測技術(shù)的原理和外差探測

3、效率。給出了差頻干涉測量方案，通過測量本振光和信號光的差頻信號，提高探測系統(tǒng)的信噪比，解決了被測目標(biāo)信號過弱的問題。
　　研究了激光頻率調(diào)諧技術(shù)，選取了可連續(xù)調(diào)諧，且調(diào)諧線性較好的光纖光柵外腔半導(dǎo)體激光器作為光源，利用壓電陶瓷的壓電效應(yīng)對激光器實現(xiàn)了軸向應(yīng)力調(diào)諧。通過在壓電陶瓷上施加不同的電壓，使其產(chǎn)生不同的拉伸力，并帶動光纖光柵伸長，使波長發(fā)生變化，即實現(xiàn)頻率調(diào)諧。
　　設(shè)計了發(fā)射/接收共光路的調(diào)頻相干激光雷達光學(xué)系統(tǒng)。根

4、據(jù)高斯光學(xué)理論，設(shè)計了三組擴束準直的無焦變倍發(fā)射光學(xué)系統(tǒng)，同時利用ZPL宏語言編程，繪制出調(diào)焦曲線，使其在機械上能實現(xiàn)平滑調(diào)焦。根據(jù)雷達方程，計算出系統(tǒng)所需的回波能量，保證經(jīng)目標(biāo)返回的光束，具有可被探測器接收的回波信號。
　　為了驗證該三維形貌測量系統(tǒng)是否滿足技術(shù)指標(biāo)要求，分別進行了自動聚焦測量實驗、單點測距實驗、重復(fù)性測量實驗和局部面形測量實驗，給出了CCD聚焦性能的驗證結(jié)果、系統(tǒng)重復(fù)性測量結(jié)果、車頭點云掃描結(jié)果以及車頭測量誤差