任意空间曲面精密测量中的光机电一体化技术

　　1任意空间曲面精密测量系统原理

　　任意空间曲面精密测量系统的基本配置有激光发生器、光路扩束系统、旋转多面体反射棱镜、漫反射光接收物镜、光电子传感器CCD、微型精密传动系统、步进电机、测量平台、控制用计算机、高压直流电源以及示波器等。其测量原理如下:

　　1. 1被测空间曲面数字化

　　将被测空间曲面置于精密测量系统的指定位置上，打开电源，由激光发生器产生激光束，经光路扩束系统后直射至由微型精密传动系统驱动的旋转多面体反射棱镜上，然后反射至被测空间曲面上，再由被测空间曲面上被测点(即被激光束照射到的点)的漫反射光经接收物镜后在光电子传感器CCD(即图象传感器)的光敏元上成像，最后由CCD经积分后输出数字脉冲信号。通过多面体反射棱镜的不断旋转，完成被测空间曲面自左向右(或自右向左)的行扫描;通过步进电机带动测量平台的摆动，完成被测空间曲面自上而下(或自下而上)的帧扫描;通过被测空间曲面有规则的旋转，完成其全方位的扫描。至此，整个被测空间曲面就全部数字化了。

　　1.2数据存储

　　CCD输出的数字脉冲信号经计数器后通过高速的数据采集系统，最后存入计算机。这里，由于在快速测量时，CCD输出的数字脉冲信号的速度远大于普通计算机的存储速度，因此必须设置一个高速的数据采集系统以起到“桥梁”的作用。另外，数字脉冲信号还不等于数据，故又设置了相应的计数器。

　　1. 3被侧空间曲面的计算机重建

　　将存储在计算机里的被测空间曲面的数据信息由计算机进行分析、校正后，通过CCD及三维重建技术自动产生被测空间曲面的三维图象。

       2光机电一体化技术分析

　　任意空间曲面精密测量技术是一门跨学科的集光、机、电技术为一体的交叉学科(即边缘学科)。

　　2. 1光学技术、光电子技术

　　精密测量技术中涉及到的光学技术有激光技术、光路扩束系统设计、旋转多面体反射棱镜和漫反射光接收物镜设计等。由于利用普通光照射被测空间曲面，其照射点的光强不够，经漫反射后不足以在CCD上成像，故必须采用能使被测空间曲面上的点产生足够光强的激光束。同时考虑到被测空间曲面是包括人体外表在内的，因此激光束的功率又不能过大，以免烧伤人的皮肤，尤其是眼睛。光路扩束系统设置在激光管的正前方，使激光束经过它后实现扩束，以确保经扩束后的激光束照射到被测空间曲面上后，获得光斑足够大的照　　射点，以避免未经扩束的激光束照射到被测空间曲面上后，照射点的光斑过小，很难保证与CCD的晶体处于同一设定的平面，从而导致“漏成像”现象。旋转多面体反射棱镜的设置主要是为了实现对被测空间曲面的行扫描。多面体反射棱镜的旋转速度和规律决定于总体设计方案中规定的行扫描的速度和规律。至于漫反射光接收物镜，则是为了确保被测空间曲面上的照射点能在CCD上顺利成像而设计的。由于被测空间曲面通常是凹凸不平的，为了使被测空间曲面上每个被测点(激光照射点)均能在CCD上对应的微小光敏元(有效面积为10 X 14 um2)内成像，则接收物镜必须是变焦距的。漫反射光接收物镜必须布置在CCD的正前方。