PSD激光三角测距系统设计

论文摘要

现代工业的飞速发展对距离测量提出了越来越高的要求。测距问题所提出的短测程、高测量精度、高测量速度、动态测量、体积小巧等要求,用现有的测量技术难以实现,因此,开展激光近程动态测距研究具有重要的战略和实用价值。基于光学三角测量原理的非接触测量精度得到不断地提高,并且基于该原理的测量系统可对物体表面轮廓、几何尺寸、各种模具及自由曲面等进行广泛地测量,因此已经成为测量领域的重要手段。本文首先对激光三角测距系统的设计进行了论述。以激光三角法作为理论基础,按照项目的要求,对系统测量原理进行了分析,并设计了一种改进型激光三角测量系统,通过数值计算和分析验证了这一系统的可行性。同时分析了可能影响系统测量精度的系统内部的光学结构参数和系统外部的物面特性等因素。讨论了光能质心和弥散斑几何中心在PSD上的位置差别,并分析了此差别对于系统测量精度的影响;分析了PSD接收光功率对系统精度造成的影响。通过对系统探测能力的理论计算,研究了各系统参数的相互联系,在充分考虑项目尺寸限制的前提下,设计了折叠光路的系统结构方案,并进行了各部分元件的选择和原理样机机械设计,以及零件安装和光路调试。最后对原理样机进行了实验分析,通过改变接收物镜孔径、激光器功率等参数,对不同颜色目标物进行实验,实验结果验证了系统能够对项目要求的工作距离上的目标进行定距测量。通过实验得到结论,经过PSD信号处理电路以及算法的优化,原理样机对目标的探测精度满足项目要求。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 课题研究的目的和意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 激光三角测距的应用与发展趋势
• 1.4 课题主要研究内容
• 2 三角测距法原理及系统分析
• 2.1 基本测距方式及其可行性讨论
• 2.2 系统探测能力的影响因素
• 2.3 本章小结
• 3 测距系统元件选型及设计
• 3.1 系统设计和元件选型
• 3.2 激光三角测距结构设计
• 3.3 本章小结
• 4 实验结果及分析
• 4.1 激光器光功率对测量精度的影响
• 4.2 接收物镜孔径对测量精度的影响
• 4.3 不同颜色目标对测量精度的影响
• 4.4 系统测量精度及误差分析
• 4.5 本章小结
• 5 全文总结与展望
• 5.1 全文总结
• 5.2 后续工作展望
• 致谢
• 参考文献