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激光三角法测量表面形貌指南.pdf

发布:2017-06-11约1.44万字共6页下载文档
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第! 卷# 第$ 期 厦门大学学报(自然科学版) %’( !# )( $ # *++! 年$ 月 ,-./0’ 1 23045/ 6/375.839: ()09-.0’ ;35/5 ) ,0/( *++!# 文章编号:+!=+!?@(*++! )+$++A++! 激光三角法测量表面形貌 卢晋人,黄元庆 (厦门大学机电工程系,福建 厦门D$++A ) 摘要:对激光三角测量法应用于表面形貌的检测进行研究( 通过分析激光三角测量的基本原理,得出光路设计条件 与输入输出关系( 分析了几种激光三角测量的改进方法的优点、局限与适用范围( 讨论了激光三角测量中影响分辨 率与精度的几个因素并提出应对的措施( 关键词:激光三角测量;非接触测量;表面形貌 中图分类号: 文献标识码: E) *!? F# # # # # # # # # # # # # # # # # 在非接触三维形貌测量中,激光三角法由于结 构简单、测量速度快、具有实时处理能力、使用灵活、 适应力强,已在机器人视觉、实物仿形、自动加工、工 业检测等领域得到广泛的应用( 特别是@+ 年代以 来,随着反求工程和快速成型制造技术的迅速发展, 对三维物体形貌进行快速精密测量的需求日益增 长( 从工业实际应用情况来看,利用漫反射光接收的 三角法测量是使用最为广泛的非接触测量手段( 三角法测量的本质是通过分析受到三维物体表 面形貌调制的光场,从而获得物体表面的三维信息( 本文对这种方法的基本原理、结构改进以及误差因 # 图$# 三角法测量的基本结构 素做了较系统地分析( # I3J( $# K083 89.-9-.5 1 9.30/J-’093/ 4508-.545/9 ! 三角法测量的测量原理 位置有唯一的对应关系( 测出GGH 线阵上所成实像 的中心位置,即可通过几何光学的计算方法求出光 !( ! 三角法测量系统的基本结构 斑此刻的深度坐标,从而得到被测表面该点处的深 三角法测量物体表面形貌的基本结构如图$ 所 度参数( 通过对若干采样点的测量,得到被测表面形 示( 图中,激光器的轴线、成像物镜的光轴以及GGH 貌的一组数据( 这种基本的光学三角法测量属于逐 线阵,三者位于同一个平面内( 激光光源作为测量的 点测量( 指示光源,将一个理想的点光斑投射在被测表面上( !( # 三角法测量的光路设计计算 该光斑将随其投射点位置的深度坐标变化而沿着激 由于三角法测量原理中包含有凸透镜成像过 光器的轴向作同样距离的位移( 点光斑同时又通过 程,因此光源、物镜及 GGH 线阵三者的位置关系必 物镜成像在GGH 线阵上,且成像位置与光斑的深度 须满足高斯定理( 图* 所示为激光器轴线、物镜主平 面及光轴、GGH 线阵三者关系,它们之间的位置与 姿态关系由! , ,,! 个参数确定( 其中,! 是激 收稿日期:*+++*! + + ! + 光器轴线与物镜光轴的交点到物镜光心的距离; 基金项目
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