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用于三维测量的高精度激光三角探头的研究

朱立峰  
【摘要】: 现代社会已经进入信息时代,人们对信息的需求也日益提高,传统的文字信息、声音信息已不能满足人们对信息形式的要求,图形图像信息逐渐占据越来越重要的地位,其中自然也包括能真实反映物体形象的三维图形图像信息。在此背景下,与三维图像信息相关的各种技术都得到了迅速发展,包括三维图像信息的获取、恢复和重构的方法等。 本文主要对三维轮廓测量领域中的激光三角法进行了详细的研究。首先介绍了激光三角法的测量原理,并通过数学计算推导出了理想成像的Scheimpflug条件。针对激光三角法测量精度可以做得很高的特点,设计了一套方案来实现高精度的三维测量。 设计的硬件结构主要包括一个激光三角探头及其信号处理电路,为了提高测量精度,我们选择高精度、高质量的电子芯片和光学部件来搭建实验系统。设计出的这套探头测量系统与诸如三坐标测量机等机械移动机构相配合,就可以完成高精度的三维测量。 软件部分主要是完成了测量结果的数据采集和基本的信息处理,利用单片机和汇编语言编写的程序,可以将被测物体的表面轮廓信息采集到单片机中做初步处理后,再送到计算机中做进一步的处理。 设计完成后,我们通过实验验证了激光三角法的测量原理,并测试了所设计的激光三角探头的精度。对实验数据的处理表明,在影响测量精度的各种因素中,以光电探测器的分辨率、稳定性以及光学系统的精确性对测量精度影响较大,可见高分辨率的光电探测器和像差校正良好的光学系统是获得高精度三维测量的必要条件。 论文最后展望了激光三角法的高精度三维测量技术的发展前景。


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