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正文內(nèi)容

激光三角法測量物體位移(編輯修改稿)

2024-09-01 09:51 本頁面
 

【文章內(nèi)容簡介】 測量的精確度。 (4) 該改良方案大大提高物體位移的距離,也就是說可以測量很多點的位移,測量方法靈活,可操作性強。提高了激光三角法在實踐測量中的應(yīng)用,而且實驗時所用到得儀器簡單且數(shù)量少,光路簡單,容易理解激光三角法的基本工作原理,從而簡化了物體位移的最終計算公式。 CCD成像透鏡衰減器激光器AabBx 激光三角法實際實驗圖則最后所求的物體位移公式為: (311) 器件選擇 從設(shè)計出的實驗光路圖可得,所需儀器有半導(dǎo)體激光器、成像透鏡、CCD、衰減器、刻度尺、白屏、卷尺、細繩(無彈性)、手電筒、計算機、光學(xué)實驗平臺。4. 方案驗證步驟及數(shù)據(jù)記錄 方案驗證步驟(1) 測量獲得成像透鏡的焦距,用于間接確定像距和物距,經(jīng)過與測量值對比,減少誤差;(2) 確定成像過程中的比例尺——定標(biāo);(3) ,等間距移動物體,通過光具座上的坐標(biāo)尺等距離移動被測目標(biāo),采集移動到各個位置處的光斑圖像;(4)、B、a、b,用于計算光軸和法線之間的夾角;(5)記錄數(shù)據(jù),并將采集到的各部分?jǐn)?shù)據(jù)進行相應(yīng)處理,最終由(式311)計算出物體實際 移動距離并畫出位移曲線圖。 測量數(shù)據(jù)記錄 測量獲得成像透鏡焦距在實際應(yīng)用中,如非接觸式測量時,成像透鏡到物體的距離無法直接測量出,或者知道但精確度不高,影響到系統(tǒng)的測量準(zhǔn)確度,所以需要間接得出該段距離。可以通過測量成像透鏡的焦距f計算出該段距離。: 間接測量透鏡焦距原理圖如上圖所示,有如下關(guān)系 被測距離為 (51)其中為成像透鏡到物體表面距離,為成像透鏡到CCD距離,為CCD上的位移。當(dāng)測量方式為斜射式時將CCD、成像透鏡、目標(biāo)三者沿光學(xué)實驗平臺某一行或列放置,使三者盡量在一條直線上,移動物體至某一位置,調(diào)整透鏡使成像最清晰,分別測量此時透鏡到CCD距離和透鏡到物體距離,由物象位置關(guān)系式 ,求出透鏡焦距,多次測量求得成像透鏡焦距平均值。數(shù)據(jù)記錄見表1。表1 測量透鏡焦距數(shù)據(jù)記錄 定標(biāo)定標(biāo)的目的是為了獲得CCD和物體在CCD表面實際移動距離的對應(yīng)關(guān)系,為后面確定物體實際移動距離奠定基礎(chǔ)。定標(biāo)時將刻度尺放在光具座上,固定在某一位置處,距離盡可能遠,以便減小物體縱向時可以忽略的定標(biāo)尺寸變化。并且要保證刻度尺在計算機上成像盡量水平,這樣定標(biāo)才能準(zhǔn)確。用手電筒照射刻度尺,移動調(diào)節(jié)成像透鏡鏡頭,使刻度尺的像最清晰,用計算機上的軟件采集圖像信息,最后通過matlab軟件計算出該段距離,該段距離與刻度尺上的標(biāo)準(zhǔn)距離之間有一對應(yīng)關(guān)系,該對應(yīng)關(guān)系即為所需要的標(biāo)尺。在后面的數(shù)據(jù)處理時均以此標(biāo)尺為標(biāo)準(zhǔn)來進行計算。 移動物體測量位移 本次測量物體位移中,物體目標(biāo)放置于光具座上,通過移動光具座上的游標(biāo)卡尺,為了數(shù)據(jù)處理的準(zhǔn)確性以及實驗結(jié)果的誤差分析,每次目標(biāo)移動都是等間距,采集目標(biāo)每移動5mm后的光斑圖,以相同的格式保存每個光斑圖,以便后期用MATLAB軟件進行圖像處理。由于目標(biāo)移動后多得的光斑基本一致, ,其余12個物體位移的光斑數(shù)據(jù)圖見附錄5. 物體移動光斑數(shù)據(jù)圖表2 激光三角法實驗數(shù)據(jù)表斜邊A直角邊B物距a像距b物體移動Δd測量值5mm5mm5mm5. 測量數(shù)據(jù)處理 各個距離測量值計算由表1可算出透鏡的平均焦距為f′=1/3(++)cm=從該計算出的透鏡平均焦距和實際測量中像距可以得出,測量時放置透鏡的位置已經(jīng)接近理想值,所以可以用平均像距和平均物距來測量軸向放大倍率,最后算出物距。而該透鏡平均焦距只是計算值,不代表實驗中該距離就是最清晰最合適測量的,所以實驗時還是調(diào)節(jié)像距,使得CCD的成像最清晰時再測量。由表2可算出各個長度測量值的平均長度為:A=(1/3) (++)cm=B=(1/3) (++)cm=a=(1/3) (++)cm=b=(1/3) (++)cm=本次實驗中,測量各個距離時都是多次測量,處理時采用多次測量值平均值法。本次微小位移測量很容易受到測長度時微小誤差的影響,使得結(jié)果出現(xiàn)很大的誤差。而采用多次測量值平均值法,可以有效的減少誤差。 定標(biāo)計算 用matlab軟件處理定標(biāo)圖像,估計刻度尺最長厘米所在刻度的位置,編程選取該行,讀取相鄰峰值間的像素間距,求取平均值,計算出比例尺。 定標(biāo)數(shù)據(jù)圖 定標(biāo)圖像matlab處理后像素距離圖表3 定標(biāo)數(shù)
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