激光扫描测径仪的研究

    0　引　言

    目前,高新技术产业逐渐向技术密集型转轨,测试技术面临着越来越多的复杂问题,不但要有较高的测量速度及可靠性,而且还要向自动化、数字化、智能化方向发展。这势必将使原有的静态、接触测量转向动态、非接触、在线测量。激光扫描尺寸检测技术作为一种非常有效的非接触检测方法在国外被广泛地应用于工件尺寸的在线检测,激光扫描测径仪采用激光扫描方式,对生产线上回转体被测对象实现高速度、高精度、非接触测量。由于非接触的特点,对被测对象无任何干扰,因此非常适合热的、软的和运动的被测对象。

    1　工作原理

    系统的工作原理如图1所示,系统采用半导体激光器为光源,激光器光束通过多面体扫描转镜和扫描光学系统后,形成与光轴平行的连续高速扫描光束,对被置于测量区域的工件进行高速扫描,并由放在工件对面的光电接收器接收,投射到光电接收器上的光线在光束扫描工件时被遮断,所以光电接收器输出的是一个方波脉冲,宽度与工件直径成正比。若扫描速度为v,扫描时间为t,则被测工件的尺寸D为[1] 

    由于扫描速度由系统参数确定,那么工件尺寸就是扫描时间t的函数,式中t可通过对时钟脉冲计数器来准确求得。

    2　系统的总体结构设计

    激光扫描测径仪系统是一种基于光学技术、现代激光、电子学、计算机、精密机械等多学科技术于一体的在线检测系统,根据系统设计原理要求,以及测量数据处理和控制的要求,系统总体结构布局如图2所示[2]。

    2·1　高性能扫描光学系统

    对激光扫描检测系统来说,扫描速度应是平稳均匀的,且扫描光速应和光轴平行,如图3所示。但是由于光学系统本身的固有特性,实际扫描速度V并不是常数,而是激光束光斑沿光学系统主面移动的速度,也就是像高H随时间的变化率。由光学原理可推导出其扫描速度特征方程V为

    式中

    k1———cosθ;

    k2———sinθ;

    V———扫描速度;

    R———扫描转镜的内切圆半径;

    ω———扫描转镜的角速度;

    f———扫描光学系统的焦距;

    θ———扫描转镜上激光束的入射角;

    φ———扫描转镜的角位移。