利用分光鏡實現(xiàn)的單透鏡激光三角測量系統(tǒng).pdf

1、激光三角法作為一種經(jīng)典的非接觸式測量方法，如今正越來越廣泛的應用于各行各業(yè)，甚至于在軍事領(lǐng)域也占有一席之地。目前國內(nèi)外各大科研機構(gòu)均以高精度、高穩(wěn)定性、高環(huán)境適應性為發(fā)展目標，對激光三角法進行深入研究。本文的研究目標是在保證較高的測量精度的前提下，以減小測量系統(tǒng)的體積的方式提高系統(tǒng)的環(huán)境適應性?；谶@一目標，本文通過分析激光三角測量光學系統(tǒng)，以一般直射式激光三角法的光學系統(tǒng)為基礎，通過引入分光鏡的方法在光路中減少了一枚透鏡，并采用法線共

2、軸的布局方式，設計了一種單透鏡激光三角測量光路系統(tǒng)。此設計實現(xiàn)了測量系統(tǒng)的體積大幅縮小，提高了系統(tǒng)對測量環(huán)境的適應力，安裝和使用更加簡單。經(jīng)過分析，單透鏡光路系統(tǒng)的測量性能相比于一般直射式激光三角法，能夠保持較高的測量精度，且能夠得到更大的工作范圍，并且對測量環(huán)境的要求和測量過程都有所簡化，但是對于激光光源的功率和穩(wěn)定性要求都有所提高，所幸如今半導體激光器發(fā)展的十分成熟，體積小且功率較大的激光光源很容易找到。
　　 為了通過實驗

3、驗證單透鏡激光三角測量系統(tǒng)的測量性能和可行性，需要配合相應的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。本文設計了基于ADC+CPLD+FIFO+USB體系結(jié)構(gòu)的線陣CCD光電測量高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)將包含有被測物信息的光信號轉(zhuǎn)換為電信號，然后經(jīng)過放大、噪聲過濾、采樣、存儲并通過USB傳輸給上位機，通過上位機的可視化界面程序?qū)?shù)據(jù)進行處理并將結(jié)果顯示。并按照光路布局要求設計了外盒，將光學和數(shù)據(jù)采集兩部分系統(tǒng)集成并封閉在外盒中。
　　 實驗結(jié)果表明，

4、單透鏡激光三角測量系統(tǒng)是可行的，由于受到系統(tǒng)機械制作的和所選擇光學器件參數(shù)的影響，系統(tǒng)的測量誤差最小能夠達到17μm，當測量距離較遠時，測量誤差會達到100μm左右。而工作范圍也因為受到激光光源功率和測量環(huán)境的干擾，只能達到500mm以內(nèi)。系統(tǒng)對被測物的振動參數(shù)進行測量時，能夠較為準確的對測量范圍在70mm以內(nèi)，振動頻率10z以下的振動參數(shù)進行較為準確得測量。如果能夠?qū)ο鄳鈱W器件進行更加精確的設計和加工，并使用一體化的標準機械設計，那