激光掃描測(cè)微儀

1、激光掃描測(cè)微儀 姓名姓名：小頭爸爸小頭爸爸 學(xué)號(hào)：學(xué)號(hào)：2011201120112011激光掃描測(cè)微儀簡(jiǎn)介激光掃描尺寸測(cè)量是激光掃描尺寸測(cè)量是 1972 1972 年年 ZygoZygo 公司發(fā)展公司發(fā)展起來的起來的一種技術(shù)，隨著科一種技術(shù)，隨著科學(xué)技術(shù)的提高，激光掃描測(cè)量學(xué)技術(shù)的提高，激光掃描測(cè)量技術(shù)技術(shù)也也得到了長(zhǎng)足的得到了長(zhǎng)足的發(fā)展。發(fā)展。是一種典型的光電檢測(cè)技術(shù)，具有是一種典型的光電檢測(cè)技術(shù)，具有精度高、速度快、不接觸、自動(dòng)化精度高、速度快、不接觸、自動(dòng)化程度高等優(yōu)點(diǎn)。程度高等優(yōu)點(diǎn)。主要應(yīng)用激光掃描測(cè)微儀適用于直徑、間縫和位置等多種尺寸測(cè)量場(chǎng)合，特別激光掃描測(cè)微儀適用于直徑、間縫和位置

2、等多種尺寸測(cè)量場(chǎng)合，特別是是適用于適用于對(duì)熱、輻射和易脆物體的測(cè)量和生產(chǎn)線上在線尺寸測(cè)量與控對(duì)熱、輻射和易脆物體的測(cè)量和生產(chǎn)線上在線尺寸測(cè)量與控制制應(yīng)用。應(yīng)用。在實(shí)際應(yīng)用中，以線纜生產(chǎn)應(yīng)用較多，例如漆包線、光纖生產(chǎn)和電纜在實(shí)際應(yīng)用中，以線纜生產(chǎn)應(yīng)用較多，例如漆包線、光纖生產(chǎn)和電纜外外皮涂敷皮涂敷，還可用于軸類零件的測(cè)量與篩選等質(zhì)量控制中。，還可用于軸類零件的測(cè)量與篩選等質(zhì)量控制中。測(cè)外徑測(cè)外徑和距離測(cè)寬度測(cè)邊界位置激光掃描測(cè)微激光掃描測(cè)微儀可以在各種儀可以在各種加工噪聲中工加工噪聲中工作；能適應(yīng)實(shí)作；能適應(yīng)實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)處理時(shí)的數(shù)據(jù)處理與對(duì)加工進(jìn)行與對(duì)加工進(jìn)行主動(dòng)控制。主動(dòng)控制?；驹砘驹砝?/p>

3、用激光束的方向性和高能量密度的特點(diǎn)，利用激光束的方向性和高能量密度的特點(diǎn)，通過通過多面轉(zhuǎn)鏡光學(xué)多面轉(zhuǎn)鏡光學(xué)掃描系統(tǒng)進(jìn)行光束掃描，在測(cè)量區(qū)域形成掃描系統(tǒng)進(jìn)行光束掃描，在測(cè)量區(qū)域形成“光幕光幕”，被測(cè)物體，被測(cè)物體在在“光幕光幕”中遮擋光線產(chǎn)生中遮擋光線產(chǎn)生“陰影陰影”，通過對(duì)此，通過對(duì)此“陰影陰影”的計(jì)的計(jì)時(shí)，就把被測(cè)物體時(shí)，就把被測(cè)物體的空間的空間尺寸或位置轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的時(shí)間序列，尺寸或位置轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的時(shí)間序列，再由掃描再由掃描速度和速度和“陰影陰影”時(shí)間時(shí)間相乘得到相乘得到被測(cè)尺寸。被測(cè)尺寸。優(yōu)點(diǎn)非接觸、高精度及快速非接觸、高精度及快速響應(yīng)響應(yīng)相比于成象相比于成象方法、衍射方法的測(cè)量范圍大

4、，分辨能力高方法、衍射方法的測(cè)量范圍大，分辨能力高原理與性能分析多面轉(zhuǎn)鏡由掃描電機(jī)驅(qū)動(dòng)以恒定角速度旋轉(zhuǎn)，掃描多面轉(zhuǎn)鏡由掃描電機(jī)驅(qū)動(dòng)以恒定角速度旋轉(zhuǎn)，掃描光束光束經(jīng)過經(jīng)過 K-Theta K-Theta 透鏡后形成以恒定線速度掃描的透鏡后形成以恒定線速度掃描的平行光束。平行光束。這部分是激光這部分是激光掃描掃描測(cè)微儀的關(guān)鍵技術(shù)之一，它直接決定了測(cè)量區(qū)域測(cè)微儀的關(guān)鍵技術(shù)之一，它直接決定了測(cè)量區(qū)域掃描光束的線速度掃描光束的線速度 v v 的的穩(wěn)定性穩(wěn)定性、光束的平行和準(zhǔn)直特性，也就決定、光束的平行和準(zhǔn)直特性，也就決定了儀器的了儀器的測(cè)量精度。測(cè)量精度。原理與性能分析掃描電機(jī)的速度穩(wěn)定性、軸向和徑向跳

5、動(dòng)，以及多面轉(zhuǎn)鏡的面形掃描電機(jī)的速度穩(wěn)定性、軸向和徑向跳動(dòng)，以及多面轉(zhuǎn)鏡的面形誤差誤差影響掃描光束的線速度影響掃描光束的線速度 v v 的跳動(dòng)，決定了儀器的重復(fù)性和的跳動(dòng)，決定了儀器的重復(fù)性和穩(wěn)穩(wěn)定性。定性。K-Theta K-Theta 透鏡，將勻角速度掃描的光束透鏡，將勻角速度掃描的光束變換為變換為象方勻線速度掃描象方勻線速度掃描的平行光束，它不但影響掃描線速度的平行光束，它不但影響掃描線速度 v v 隨垂直位置變化隨垂直位置變化而變化而變化的的特性，決定儀器的線性指標(biāo)，而且還影響掃描光束的平行和準(zhǔn)直特性，決定儀器的線性指標(biāo)，而且還影響掃描光束的平行和準(zhǔn)直特性特性，決定，決定儀器的水平測(cè)量

6、有效范圍儀器的水平測(cè)量有效范圍指標(biāo)。指標(biāo)。光學(xué)系統(tǒng)分析激光掃描測(cè)微儀系統(tǒng)圖激光掃描測(cè)微儀系統(tǒng)圖l 激光掃描測(cè)微儀的光學(xué)掃描系激光掃描測(cè)微儀的光學(xué)掃描系統(tǒng)由激光器系統(tǒng)、多面轉(zhuǎn)鏡和統(tǒng)由激光器系統(tǒng)、多面轉(zhuǎn)鏡和 K-Theta K-Theta 透鏡組成透鏡組成l 半導(dǎo)體激光器作為系統(tǒng)光源為半導(dǎo)體激光器作為系統(tǒng)光源為儀器提供光強(qiáng)穩(wěn)定的準(zhǔn)直細(xì)光儀器提供光強(qiáng)穩(wěn)定的準(zhǔn)直細(xì)光束束l 多面轉(zhuǎn)鏡由掃描電機(jī)驅(qū)動(dòng)以恒多面轉(zhuǎn)鏡由掃描電機(jī)驅(qū)動(dòng)以恒定的角速度旋轉(zhuǎn)定的角速度旋轉(zhuǎn)l K-Theta K-Theta 透鏡將勻角速度掃描的透鏡將勻角速度掃描的光束變換成勻線速度掃描的平光束變換成勻線速度掃描的平行光束行光束光學(xué)掃描系統(tǒng)

7、激光掃描測(cè)微儀光學(xué)掃描系統(tǒng)示意圖激光掃描測(cè)微儀光學(xué)掃描系統(tǒng)示意圖測(cè)量頻率和掃描速度都是衡量?jī)x器動(dòng)態(tài)性能的關(guān)鍵指標(biāo)，掃描測(cè)量頻率和掃描速度都是衡量?jī)x器動(dòng)態(tài)性能的關(guān)鍵指標(biāo)，掃描速度越速度越高，高，系統(tǒng)對(duì)測(cè)量環(huán)境和被測(cè)物體的振動(dòng)越不敏感。系統(tǒng)對(duì)測(cè)量環(huán)境和被測(cè)物體的振動(dòng)越不敏感。 多面轉(zhuǎn)鏡以恒定的角速度旋轉(zhuǎn)，多面轉(zhuǎn)鏡由 N 個(gè)鏡面組成，電機(jī)轉(zhuǎn)速為 n(rpm)掃描頻率掃描頻率轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)鏡的鏡的角速度角速度光束的掃描光束的掃描角速度角速度光束的掃描線速度光束的掃描線速度 K-Theta K-Theta 透鏡光路透鏡光路K-Theta 透鏡分析K-Theta 透鏡分析K-Theta K-Theta 透鏡是為激光

8、掃描尺寸測(cè)量應(yīng)用而專門設(shè)計(jì)的透鏡是為激光掃描尺寸測(cè)量應(yīng)用而專門設(shè)計(jì)的透鏡，透鏡，K-Theta K-Theta 透鏡克服了常規(guī)聚焦透鏡、照相透鏡克服了常規(guī)聚焦透鏡、照相透鏡透鏡和和 F-ThetaF-Theta透鏡透鏡的若干不合適的的若干不合適的缺點(diǎn)。缺點(diǎn)。 有一個(gè)外部的孔徑光欄，并置于有一個(gè)外部的孔徑光欄，并置于物鏡物鏡的前焦點(diǎn)，構(gòu)成象方遠(yuǎn)心系統(tǒng)，的前焦點(diǎn)，構(gòu)成象方遠(yuǎn)心系統(tǒng)，有利于縮小掃描器尺寸和改進(jìn)其有利于縮小掃描器尺寸和改進(jìn)其動(dòng)態(tài)特性。動(dòng)態(tài)特性。掃描高度掃描高度 H H 與掃描角度與掃描角度 和透鏡和透鏡焦距焦距 f f 的乘積的乘積成正比，這種特性成成正比，這種特性成為為 K-Thet

9、a K-Theta 特性特性 K-Theta K-Theta 特性使經(jīng)過一個(gè)具有恒定角特性使經(jīng)過一個(gè)具有恒定角速度速度 掃描器反射的光線，經(jīng)透鏡后掃描器反射的光線，經(jīng)透鏡后有一個(gè)均勻線性的速度有一個(gè)均勻線性的速度 1 1 為正?；冃Ｕ哥R；為正?；冃Ｕ哥R；2 2 為為 K-Theta K-Theta 透鏡；透鏡；3 3 為為 F-Theta F-Theta 透鏡；透鏡；4 4 為傅立葉透鏡。為傅立葉透鏡。K 透鏡結(jié)構(gòu)形式K K 透鏡的光路透鏡的光路如前圖所如前圖所示，它是具有一定的掃描視場(chǎng)的小相對(duì)孔徑示，它是具有一定的掃描視場(chǎng)的小相對(duì)孔徑的象的象方遠(yuǎn)心方遠(yuǎn)心系統(tǒng)。系統(tǒng)。K K 透鏡實(shí)質(zhì)上

10、是一種消除光欄透鏡實(shí)質(zhì)上是一種消除光欄球差同時(shí)球差同時(shí)具有一定光欄慧差的透鏡。如果把原具有一定光欄慧差的透鏡。如果把原光欄看成物面，把物面看成光欄，光欄看成物面，把物面看成光欄，則它則它就是普通的消除球差但同時(shí)具有一定慧就是普通的消除球差但同時(shí)具有一定慧差，即偏離正弦條件的透鏡差，即偏離正弦條件的透鏡。選擇雙分離的結(jié)構(gòu)形式，引入必要的光欄慧差并使雙分離的正負(fù)透鏡的間隔分選擇雙分離的結(jié)構(gòu)形式，引入必要的光欄慧差并使雙分離的正負(fù)透鏡的間隔分離加大，并正確地控制離加大，并正確地控制r2， r3值，這樣就可以達(dá)到我們的使用要求。值，這樣就可以達(dá)到我們的使用要求。 誤差來源對(duì)準(zhǔn)對(duì)準(zhǔn)誤差：測(cè)量外徑時(shí)，掃描

11、線和圓柱表面不誤差：測(cè)量外徑時(shí)，掃描線和圓柱表面不垂直垂直 運(yùn)動(dòng)誤差運(yùn)動(dòng)誤差：物體進(jìn)行運(yùn)動(dòng)測(cè)量：物體進(jìn)行運(yùn)動(dòng)測(cè)量時(shí)時(shí)，一運(yùn)動(dòng)，一運(yùn)動(dòng)分量和掃描方向分量和掃描方向一致一致引入的引入的誤差誤差 激光漂移：光斑激光漂移：光斑形狀、光束方向變化、振幅噪聲形狀、光束方向變化、振幅噪聲。 機(jī)械機(jī)械誤差：誤差： 如應(yīng)力、振動(dòng)等如應(yīng)力、振動(dòng)等。誤差來源電子部電子部件件誤差：時(shí)鐘誤差：時(shí)鐘精度和信號(hào)處理電路的誤差等精度和信號(hào)處理電路的誤差等 光學(xué)光學(xué)掃描系統(tǒng)誤差：掃描系統(tǒng)誤差：K-Theta K-Theta 透鏡的不理想，掃描電機(jī)的速度穩(wěn)定性透鏡的不理想，掃描電機(jī)的速度穩(wěn)定性和跳動(dòng)，多面轉(zhuǎn)鏡幾何誤差和跳動(dòng)，多面

12、轉(zhuǎn)鏡幾何誤差以上以上所列的誤差源中，對(duì)儀器測(cè)量影響最大的就是光學(xué)掃描所列的誤差源中，對(duì)儀器測(cè)量影響最大的就是光學(xué)掃描系統(tǒng)誤差，系統(tǒng)誤差，其中其中 K-Theta K-Theta 透鏡不理想導(dǎo)致的非線性誤差是主要透鏡不理想導(dǎo)致的非線性誤差是主要誤差。誤差。發(fā)展方向 激光激光光源：早期一光源：早期一般般用的是用的是 He-Ne He-Ne 激光器激光器，體積較大不易集成。半，體積較大不易集成。半導(dǎo)體激光器技術(shù)發(fā)展，體積可以大大縮小。導(dǎo)體激光器技術(shù)發(fā)展，體積可以大大縮小。 掃描電機(jī)：早期使用同步電機(jī)，而隨微電子與控制技術(shù)的進(jìn)步，現(xiàn)掃描電機(jī)：早期使用同步電機(jī)，而隨微電子與控制技術(shù)的進(jìn)步，現(xiàn)在的掃描電機(jī)多用無刷直流電機(jī)在的掃描電機(jī)多用無刷直流電機(jī)，采用，采用鎖相環(huán)控制，電機(jī)壽命長(zhǎng)，鎖相環(huán)控制，電機(jī)壽命長(zhǎng)，體積小，控制精度高。體積小，控制精度高。發(fā)展發(fā)展方向方向 光學(xué)光學(xué)系統(tǒng)：光學(xué)材料和光學(xué)加工工藝和技術(shù)的系統(tǒng)：光學(xué)材