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    [分享]光學(xué)測頭的原理與應(yīng)用 [復(fù)制鏈接]

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    離線槐花村人
     
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    只看樓主 倒序閱讀 樓主  發(fā)表于: 2010-07-28
    光學(xué)測量作為一種非接觸式測量方法,在某些方面與接觸式三坐標(biāo)測量相比具有本質(zhì)上的優(yōu)勢。它不使用接觸式測針進(jìn)行采點(diǎn),而是利用了光的物理特性來進(jìn)行測量,這樣就能夠完全避免測針補(bǔ)償帶來的潛在問題,也使被測物體表面不再受到測針接觸帶來的影響。而光學(xué)測頭的測量速度通常也遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于觸發(fā)式測頭。首先,光學(xué)測頭的采點(diǎn)方式都是連續(xù)的,不需要進(jìn)行測針歸位;而且在采點(diǎn)過程中,光學(xué)測頭也區(qū)別于觸發(fā)式測頭:觸發(fā)式測頭會(huì)因?yàn)榻佑|物體表面時(shí)速度過快而被認(rèn)為發(fā)生了碰撞,而光學(xué)測頭則完全不會(huì)出現(xiàn)這個(gè)問題。 ,@8*c0Y~<!  
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    圖2 紅寶石球與物體表面接觸
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    光學(xué)測頭的分類方法有很多,種類更是繁復(fù)。從測量原理上通?梢苑譃楣草S測量和三角測量;從光源維度上可以分為點(diǎn)光源、線光源和面光源;從光源色譜上又可以分為單色光源和白光源。共軸測量中常見的方法有2種:其一是干涉法,它利用了光的波長特性,將一束光通過平面分光鏡(半透半反)分成兩束,一束由鏡面反射至參考平面,另一束則透射至被測物體表面,兩束光經(jīng)疊加后產(chǎn)生干涉條紋,干涉條紋的形式取決于物體的距離與物體表面的幾何特征;另一種是共焦法,從一個(gè)點(diǎn)光源發(fā)射的探測光通過透鏡聚焦到被測物體上,如果物體恰在焦點(diǎn)上,那么反射光通過原透鏡應(yīng)當(dāng)匯聚回到光源,即所謂的共焦。在反射光的光路上加上了一塊半反半透鏡,將反射光折向帶有小孔的擋板,小孔位置相當(dāng)于光源。光度計(jì)測量小孔處的反射光強(qiáng)度,強(qiáng)度最大時(shí)物體即位于透鏡焦點(diǎn)平面,這樣即可測得物點(diǎn)的位置。三角測量則利用光源、像點(diǎn)和物點(diǎn)之間的三角關(guān)系來求得物點(diǎn)的距離。以點(diǎn)光源為例:光源向物體發(fā)射一個(gè)光點(diǎn),光點(diǎn)到達(dá)物體后經(jīng)過反射在傳感器上得到一個(gè)像點(diǎn);光源、物點(diǎn)和像點(diǎn)形成了一定的三角關(guān)系,其中光源和傳感器上的像點(diǎn)位置是已知的,由此可以計(jì)算得出物點(diǎn)的位置所在。 0T:U(5Y9  
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    圖3 三角測量結(jié)果
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    目前各種光學(xué)測頭采用的光源種類主要有激光和白光。激光作為一種準(zhǔn)直、相干的單色光,廣泛地用作測頭光源。白光則是由各種波長的光組成的,因此顏色呈白色。激光和白光的最大區(qū)別在于,激光是一種單色光,因此擁有高度相干性,有些測頭正是利用了激光的相干性來實(shí)現(xiàn)其功能;而白光由各種波長的光組成,因此相干性相當(dāng)微弱。如前所述,利用單色光的高度相干性可以根據(jù)某些原理進(jìn)行測量,但事物的兩面性同時(shí)說明,在有些地方相干性也會(huì)干擾測量。例如,激光測頭利用物體表面的反射光進(jìn)行三角測量時(shí),照射到物體表面的激光會(huì)呈現(xiàn)顆粒狀的結(jié)構(gòu),這種顆粒狀的結(jié)構(gòu)稱為“散斑”,而這種現(xiàn)象稱為“散斑效應(yīng)”。散斑效應(yīng)是由于激光照射在粗糙表 Gnie|[3  
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    面經(jīng)反射造成的。大多數(shù)物體的表面與激光的波長相比都是粗糙的,因此當(dāng)光波從物體表面反射時(shí),表面各點(diǎn)都發(fā)出一束高度相干的子波,子波疊加的結(jié)果就形成了物體表面呈隨機(jī)分布的散斑。而白光由于由各種波長的光組成,因此相干性被大大削弱,所以在物體表面反射時(shí),很難觀察到散斑效應(yīng)。這樣的區(qū)別對(duì)于三角測量來說影響是十分巨大的。原因在于,三角測量依據(jù)像點(diǎn)在傳感器上的位置來確定物點(diǎn)的空間位置;而像點(diǎn)在傳感器上通常不會(huì)是簡單的一個(gè)像素點(diǎn),反射光照射到傳感器上使得一部分像素感光,計(jì)算機(jī)可以通過像素分析來確定這一群像素的中心,從而得到像點(diǎn)的位置。由于散斑效應(yīng)的存在,使得要確定像點(diǎn)的位置變得非常困難,且誤差較大;而分布均勻且對(duì)稱的光點(diǎn)會(huì)對(duì)像點(diǎn)位置的確定非常有利。這就是三角測量當(dāng)中白光性能要優(yōu)于激光的根本原因。
     
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    離線guan-g
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    只看該作者 1樓 發(fā)表于: 2012-05-11
    介紹的不錯(cuò)!
    離線wtcwinner
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    學(xué)習(xí)一下
    離線lxd4520
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    只看該作者 3樓 發(fā)表于: 2012-08-04
    可以不錯(cuò) nM H:7[x3