1、第六章 光扫描技术传感器原理及应用6-1 概述光扫描技术是 70年代中期以后出现的一种新的动态计量测试技术。它主要 利用白光或激光形成对被测对象的扫描运动，配合光电器件，电子技术与计算机，构成各种精密测试方法 。这种技术适合于作精密自动计量与远距离计量，特别适宜于对弹性体、柔性体、高温物体作精密测量。近年来这种光导模技术发展很快，其主要原因是：（ 1）激光器的商品化，即价格大幅度降低，寿命大大增加，在产品上完 全可能应用。 （ 2）光电子技术的迅猛发展。数字显示，微计算机的大批量生产与应用。（ 3）体积下，作业效率高。传感器原理及应用目前，从高精度的自动定位，面形检测，三维尺寸计量，表面疵病检
2、查一直到超级市场的自动售货都开始应用光扫描技术。随着电视技术，计算机技术的普及，光扫描技术有着更广阔的发展前景。本章按实用中的各种光扫描技术，即扫描计量技术、扫描定位技术、表面特征扫描、调制扫描以及三维扫描等技术分别介绍其原理及工作特点。传感器原理及应用激光扫描计量技术是指利用激光束的扫描运动来计量物体的几何尺寸的技术。这是一种非接触的，动态的，可测定远距（ 1m） 物体的光学技术。6-2 激光扫描计量技术激光器扫描反射镜物镜 被测工件 接收物镜光电器件放大器信号处理器显示器传感器原理及应用激光扫描计量的原理主要是利用激光束的方向性和高能量密度，把扫描的时间转换成物体尺寸。当 2按一定频率作摆
3、动时，形成激光束的扫描运动，扫描光束通过物镜 3后形成平行光，扫描被测工件 4，然后由接收物镜5，光电器件 6将扫描光信号转变成电信号，经放大器 7，信号处理器 8处理后，用显示器 9显示被测物体 4的尺寸。一、计量原理激光器扫描反射镜物镜 被测工件 接收物镜光电器件放大器信号处理器显示器传感器原理及应用当扫描反射镜以 的角速度转动时，激光束的角扫描运动是扫描光束通过物镜 3后，形成线扫描运动，扫描线速度是设被测件尺寸为 D， 则当已知 ， 测定 t， 由式（ 6-1）就可求出 D。 这就是光扫描计量的基本关系式。一、计量原理传感器原理及应用为保证测量的高精度，光扫描计量系统，必须满足三点基本
4、要求：（ 1）激光束应垂直照射被测表面；为保证激光束扫描时始终垂直于被测表面，可采用物体表面相对激光束作匀速运动。但这种方法，对机构要求很高，实现困难。所以一般不采用被测物体运动的方式。（ 3）扫描时间必须测得很准确。（ 2）光束必须对物面作匀速直线扫描运动，即 常数；传感器原理及应用另一种方法是在激光束的光路中加入旋转的光学元件，例如，旋转的反射镜，多面体等。当激光束在摆动的反射镜上反射时，就产生光束的扫描运动，如图 6-2a)所示。反射镜摆动中心到物面的距离 反射镜转角此时，激光束在物面上的扫描长度 y和反射镜的转角 成如下关系：传感器原理及应用式（ 6-2）说明，当反射镜以转速 旋转时，
5、激光束在物面上的转动速度是非均匀的，即 v 常数。而且，除 o点上光垂至于物体表面外，其余任何一点均是投射，因此，无法实现上述光扫描的前两点基本要求。采用图 6-2b） 所示的光路，在转动反射镜后放置一个物镜系统，让转动镜上的投射光点位于物镜的焦点上，从而使激光束对物面上各点均保持垂直投射，切使物面上的扫描长度 y与反射转角 保持线性关系，即式中： f为物镜焦距， 为反射镜转角（ 6-3）传感器原理及应用（ 6-4）对摆动式反射镜，设摆动的最大振幅为 0 ， 则 式中： 为扫描光束的转角。满足式（ 6-3）、（ 6-4）式的物镜，必须保持特定的象差，主要是用负畸变物镜，用象差来补偿而满足式（ 6-3）。满足式（ 6-3）的物镜称为 f- 物镜；满足式（ 6-4）的物镜称反正弦物镜。F- 物镜用于等速旋转的反射镜系统，而反正弦物镜用于振子式反射镜系统。传感器原理及应用
