激光三角法测距传感器的参数优化

第30卷第10期2017年10月

传感技术学报

CHINESE JOURNAL OF SENSORS AND ACTUATORS

Vol．30一No．10Oct．2017

项目来源:国家科技重大专项项目(2016ZX04003001);高技术船舶科研项目-船用低速机工程(一期)项目收稿日期:2017-05-04一一修改日期:2017-06-20

Parameters Optimization of Laser Range Sensor Based on Triangulation ?

CAI Yi ,LIU Changjie ?

(State Key Laboratory of Precision Measuring Technology and Instruments ,Tianjin University ,Tianjin 300072,China )

Abstract :In order to enhance the range accuracy and the adaptability to smooth surface of laser triangulation sen-sor,a parameter optimization scheme of sensor structure is proposed by analyzing the imaging system.The analyses include the impact of working angle on diffuse light acquisition,and the relationship between optical resolution and lateral magnification at the reference point of imaging system.The experiments show that the value of working angle should not exceed 40?to achieve good imaging quality in the condition that the surface roughness of measured object is less than 0.8μm.When imaging quality is ensured,the measurement accuracy increases with the increase of lat-eral magnification.The measurement error of the experimental system is less than 5μm in the case of a working dis-tance of 60mm.

Key words :range sensor;laser triangulation;lateral magnification;parameters optimization EEACC :7230;7320C一一一一doi :10.3969/j.issn.1004-1699.2017.10.003

激光三角法测距传感器的参数优化?

蔡一逸,刘常杰?

(天津大学精密测试技术及仪器国家重点实验室,天津300072)

摘一要:为了使激光三角测距传感器适应漫反射较弱的光滑被测表面,提高测量精度,分析了工作角取值对漫反射光采集的

影响,以及成像系统参考点处垂轴放大率与光学分辨率的关系,对传感器的结构参数进行了优化三实验结果表明:对于表面粗糙度Ra 小于0.8μm 的被测面,工作角取值不应大于40?以保证成像质量;在成像良好的情况下,参考点的垂轴放大率越大,系统测量精度越高,实验系统在60mm 工作距下测量误差小于5μm三

关键词:测距传感器;激光三角法;垂轴放大率;参数优化

中图分类号:TP212.1一一一一文献标识码:A一一一一文章编号:1004-1699(2017)10-1472-06一一激光三角测量是一种成熟的测量方法,具有原理简单,测量精度高以及抗干扰能力强等优点[1-8]三

目前,国外多家公司都有这个领域的产品系列三以日本Keyence 公司的产品为例,其IL 系列的激光位移传感器有多种型号,适用于不同的测量距离范围,测量精度处较高水平,但价格也普遍偏高三近年来,国内各大院校和研究机构在激光三角测距传感器的设计和应用上取得了一定研究成果,也有少数企业推出了自主研发的产品,如深圳光学电子科技有限公司与华中科技大学合作开发的LT 系列激光位移传感器,测量量程为30mm二100mm 和300mm 的三款产品相应的精度分别为30μm二100μm 和300μm,性能与国际品牌存在较大差距,并存在对被测表面有较为苛刻的要求等缺陷三

随着工业水平的提升,以及测量需求的多样化,

有必要自主设计适用于特定测量条件下的高精度激光位移传感器三针对现有项目,需要测量出环规的直径,要求传感器工作距离不小于50mm,测量精度优于10μm,并且被测面为漫反射较弱的光滑表面,其表面粗糙度Ra 小于0.8μm三本文分析了工作距离不小于50mm 时利用激光三角法测量光滑表面位移的精度提高问题,对传感器结构参数进行优化设计[9-16],并搭建了一套基于线阵CCD 的激光三角测距装置进行实验验证三

1一激光三角法测量基本原理

单点激光三角法测量是由激光光源将一束光投射到被测物体表面,然后在另一方向上通过成像观察反射光点的位置,从而计算出物点的位移三

根据入射光与被测面法线之间的关系可将测量

万方数据