機械設(shè)計制造及自動化畢業(yè)設(shè)計大綱(本科)-資料下載頁
2025-06-27 03:29本頁面
【正文】 本一致，同樣采用激光二極管，產(chǎn)生激光束并投射到全息光碟上，產(chǎn)生掃描光束。掃描光束通過校準(zhǔn)透鏡，產(chǎn)生測量域，最后由聚焦透鏡聚焦并被接收器件接收。光接收器接收的光信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘柌⑦M行數(shù)模轉(zhuǎn)換，并通過復(fù)雜的邊緣探測法的分析，從而測得每一次掃描時物體的確切位置。在雙向激光掃描方面，美國BetaLaserMike公司的直徑測量儀器達到了當(dāng)今激光掃描的最高水平之一，測量范圍為025mm時，測量精度為1lum，外型尺寸為380x360x80mm。美國TS工公司現(xiàn)在制造出了名叫holix量具的雙直徑激光掃描器，其所采用的全息激光掃描檢測技術(shù)處于世界領(lǐng)先水平，使這種儀器成為世界上最好的直徑測量量具，而不受已存在技術(shù)的限制，這種量具能達到每軸每秒2833次測量，采用這種專利技術(shù)，holix量具可以在每次掃描時提供如今所能達到的最高精度。而其它量具必須在平均多次測量之后才能得出一個精確的量值。 雙向激光測徑儀我國在光電檢測技術(shù)研究方面起步較晚，但發(fā)展迅速，從八十年代末、九十年代初國內(nèi)一些單位開始研究激光掃描直徑測量技術(shù)，到目前為止，北京、上海、南京等地的一些單位均采用激光掃描法研制出測量直徑的設(shè)備。如河北激光研究所研制的JCJ1激光測徑儀[3]，其測量范我國對一些關(guān)鍵技術(shù)已取得進展，并研制了多種激光、光電檢測儀器和設(shè)備。激光掃描測徑儀的研究代表了非接觸測量的發(fā)展方向。近年來利用光學(xué)原理設(shè)計的測量儀器非常多，隨著大量非接觸測量儀器的出現(xiàn)，21世紀(jì)測量技術(shù)的發(fā)展方向大致如下隨著標(biāo)準(zhǔn)化體制的確立?？傊?，測量技術(shù)必須實現(xiàn)高精度化，同時也要求實現(xiàn)高速化和高效率化，因此，非接觸測量和高效率測量也就必然成為新世紀(jì)精密測量技術(shù)的重要發(fā)展方向。而激光掃描測徑儀的發(fā)展正適合了這種新的趨勢。 研究的目的和意義在查閱分析國內(nèi)外多種直徑在線檢測方法的基礎(chǔ)上，提出了激光掃描法檢測直徑的方案，解決了許多生過程中工件需要在線測量的問題?！? 激光掃描測徑系統(tǒng)是集激光技術(shù)、光學(xué)技術(shù)、計算機技術(shù)、精密機械技術(shù)、電子技術(shù)于一體光機電系統(tǒng)。由激光器，棱鏡，反射鏡透鏡，光電接收器，信號處理電路，單片機，鍵盤，數(shù)碼顯示組成。直徑測量大都是接觸測量，而其非接觸測量主要是基于計算機視覺的測量。但對于小直徑、非回轉(zhuǎn)工件的直徑檢測，例如:采用拉制技術(shù)生產(chǎn)的電線電纜類等，這些測量技術(shù)就不能解決了。 圖 激光掃描法測徑系統(tǒng)原理 2. 反射棱鏡 從激光器1發(fā)出的激光光束，經(jīng)反射鏡2射向掃描轉(zhuǎn)鏡3，再經(jīng)掃描轉(zhuǎn)鏡3的反射面反射經(jīng)過準(zhǔn)直透鏡4后，光束成為平行于光軸的平行光束對工件7進行掃描，經(jīng)聚光鏡5聚光后進入光電接收器6，最后經(jīng)光電變換和電子學(xué)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)處理，便可得到被測工件的測量結(jié)果。系統(tǒng)工作的理論掃描速度V=2wf，w掃描轉(zhuǎn)鏡角速度。f為掃描光學(xué)系統(tǒng)焦距。用此原理測量被測工件的直徑D，此時被測工件直徑值D可由(22)式給出： D=VT (21)式中：V為掃描速度，T為掃描時間。假設(shè)采集系統(tǒng)的脈沖周期為，頻率為，則在T時間內(nèi)被測件的被測直徑所包含的高頻脈沖個數(shù)A為： (22)由式(（22）可得： (23)從式(23)中可以看出，激光掃描檢測系統(tǒng)的直徑測量原理只涉及V和t兩個參數(shù)，而式(26)又表明實際掃描速度V并不等于理論掃描速度2fcv，而是隨著的變化而變化的，并與，R，f有關(guān)，當(dāng)v 〉0時，就會引起測量誤差。而且掃描時間也和系統(tǒng)的時鐘頻率、電機轉(zhuǎn)速等有關(guān)。可見，v和t都不是絕對獨立的參數(shù)。至此我們已對激光掃描法作了深刻的剖析，通過采用激光掃描技術(shù)，能夠把空間尺寸測量轉(zhuǎn)換為脈沖時間間隔測量，從而明顯地提高測量精度和抗干擾性能，它適用于在線測量。根據(jù)光學(xué)系統(tǒng)的光學(xué)行為特性，一般光學(xué)系統(tǒng)滿足不了這兩個要求。由式(26)可知在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)確定后，掃描速度是的函數(shù)，及掃描速度v隨的變化而變化，并不是常數(shù)。另一方面，由于采用多面體棱鏡，掃描光束在轉(zhuǎn)鏡上的反射點、回轉(zhuǎn)中心和光學(xué)系統(tǒng)的焦點三者不重合，從而產(chǎn)生離焦現(xiàn)象[5]，在光軸方向的離焦量由下式給出3 光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計激光光源與普通光源相比，因具有能量集中、方向性好、單色性好和相干性好等優(yōu)點，已成為高精度測量的理想光源。早期的激光掃描檢測系統(tǒng)均采用氦氖(HeNe)激光器作為光源。氦氖激光器屬于氣體激光器，工作物質(zhì)是氦氣與氖氣，在用硬質(zhì)?！?。近些年來，隨著半導(dǎo)體激光器[8]技術(shù)的迅速發(fā)展，它因具有體積小、重量輕…………………….。由于半導(dǎo)體激光器有源層橫因而需設(shè)計準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)[10]和整形光學(xué)系統(tǒng)[11]。半導(dǎo)體激光器功率的選擇取決于光電接收器件以及后續(xù)光學(xué)信息處理對光通量的要求，還應(yīng)考慮中間光學(xué)系統(tǒng)對透過光通量的影響。激光掃描無論是哪種方式都需要有光學(xué)掃描器。實現(xiàn)此功能的有振鏡掃描、聲光掃描、電光掃描和多面體轉(zhuǎn)鏡掃描。本儀器采用旋轉(zhuǎn)多面體反射鏡掃描方式。 多面體反射鏡之所以如此廣泛地被使用，是與目前的精密加技術(shù)的發(fā)展分不…………………………..。 本儀器采用旋轉(zhuǎn)多面體反射鏡掃描方式[12]，通過多面體反射鏡的高速旋轉(zhuǎn)完成掃描嚴(yán)格的限制。從上面的分析中我們知道旋轉(zhuǎn)多面體反射鏡的制造精度將直接影響掃描系統(tǒng)的精度，為此，旋轉(zhuǎn)多面體必須滿足一定的規(guī)格和公差要求。其技術(shù)規(guī)格和公差有以下一些項目，如圖32所示：圖32 棱鏡公差圖 取運轉(zhuǎn)速度n=1500rad/min，經(jīng)校核滿足強要求。 多面體反射鏡入瞳漂移 掃描光束主光線和轉(zhuǎn)鏡反射面的交點是系統(tǒng)的孔徑光闌，也就是光學(xué)系統(tǒng)的入瞳，由于多面體轉(zhuǎn)鏡的反射面與其轉(zhuǎn)軸不重合，產(chǎn)生入瞳漂移現(xiàn)象[13]，從而使測量區(qū)掃描光束的主光線與光軸不平行，掃描的線性度發(fā)生變化，引入測量誤差。為此，設(shè)計八面體棱鏡應(yīng)在光學(xué)系統(tǒng)的主軸上。 參考文獻1．[1].【張玉軍，劉文清，等．】大尺寸電纜激光在線測徑儀的研制[J].電子技術(shù)應(yīng)用,1999,(10):29～31[2][J].電子技術(shù),1995,(11):2526[3][M].北京:機械工業(yè)出版社,[4](下冊).北京：機械工業(yè)出版社，[5]，1992，（4）：1215[6]黃錫愷,：高等教育出版社， [7]鄭殊,劉慶國,， 1994年，第34卷（第5期 ）：539544 [8][J].鋼 鐵,1994,29(8):6467[9]LI CH ZH. Analysis of measurement accuracy of laser gauge for steel pipe inline dynamic diameter measurement[J]. Steel Pipe, 1995,(1):5052[10]張國語,安志勇,. ，27（2）：153157[12]李嵐, 報(自然科學(xué)版), 第20卷第2期2002年6月:244246[13]孫長庫,:天津大學(xué)出版社,2000[14]何修軍,涂小強, 儀器第27卷第4期,2005年8月:6568[15]高稚,[M].北京:中國計量出版社,1995[16]李剛,:高等教育出版社,2004[17]楊寶清,:機械工業(yè)出版社,2002[18]雷工堂,王慶有,:中國計量出版社，1997
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