光笔式无导轨三坐标测量系统的研究

　　1概述

　　随着土业及测量技术的发展，对三维坐标测量技术提出了愈来愈高的要求。现场在线测量、汽车车身整体误差测量等领域都需要结构简单、应用方便的三坐标测量系统作为基准系统。然而当前常用的三坐标测量装置，由十其结构复杂、设备庞大，不能满足现场快速测量的需要，日‘维护费用昂贵，故限制了其应用与推广。

　　本文提出的光笔式无导轨三坐标测量系统，克服了上述缺陷，利用三套PS D交汇成像构成三坐标测量仪，测量头为带有多个点光源的笔，测量灵活、方便。动态测量数据经高速、三路同步A/D转化片输入PC机进行处理。整个系统结构简单、操作方便，能够实现测试技术实时一、动态、在线的要求。

　　2光笔式无导轨二坐标测量系统的总体设计

　　光笔式无导轨三坐标测量系统总体不b,图如图1所示。

　　其总体结构由三套角度测量系统和一支光笔 作为测量系统的测量头)组成。角度测量系统包括线阵PSD与相应的光学系统。光笔上装有4个发光二极管点光源。由3套角度测量系统分别对光笔上点光源发出的光信号进行接收与定位，通过滤波消除杂散光的干扰后，角度测量系统中线阵PS D的后续电路将其上记录的光信号转变为电信号，然后由数据采集r.进行A/D转换并送入不}一算机进行处理，再根据3套角度测量系统之间和光笔上各点光源之间的位置关系，可得到笔尖位置的三维坐标。当光笔尖接触到待测点时一，待测点的三维坐标便可自动、实时一地得以显T}3套角度测量系统由3台结构、性能完全相同的线阵PSD和具有相同焦距的柱ICI镜组成。将其对称安置十可调节的支架上，3套角度测量系统的光轴会聚十一点，器件相对位置姿态如图2所示。

　　3坐标测量原理

　　图2中PSD一1与PSD - 2用十测量待测点的二维坐标}Y, YO PSD一3用十测量待测点的Z坐标。当光笔上4个点光源的三维坐标确定后，便可依据点光源同光笔尖的几何位置关系，得到笔尖的三维坐标，从而实现空间点的三维坐标测量。如图3所T，建立一直角坐标系。PS D一1中心放置十坐标系的原点0} PSD一2中心放置十距原点0距离为do处，设该点为Po d。称为基线长度。O.P取为光学系统的轴上点。C为两套光学系统的光轴的交点，其中OC与PC分别为两套光学系统的光轴，OC与X轴夹角为200} PC与X轴夹角为肠。空间点S在XoYICI的投影点为So，设其在PSD一1, PSD一2上的象点在象ICI上的高度分别为h h-(取值有正负);S。点对应的两条卞光线交X轴十A, B两点，设A, B两点间距为d} SoA与X车由夹角为a} ,SoB与X轴的夹角为}3} SoA与光轴OC夹角为y} SoB与光轴PC的夹角为e。柱ICI镜1,2分别放置十距PSD一1,PSD -2为柱ICI镜焦距f.的D, E处，柱ICI镜母线与PSD的光敏ICI线列垂直。