中期检查.ppt
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1、1在线激光测径仪的系统设计在线激光测径仪的系统设计2本论文是对本论文是对“激光扫描测径仪激光扫描测径仪”研究的总体方案进行研究学习,主要研究的总体方案进行研究学习,主要完成以下几项任务完成以下几项任务 (1 1)阅读大量的文献资料,了解激光扫描测径系统在国内外的发展阅读大量的文献资料,了解激光扫描测径系统在国内外的发展状况;状况;(2 2)学习研究激光扫描测径仪各部分的基本功能和工作原理,得到学习研究激光扫描测径仪各部分的基本功能和工作原理,得到系统总体设计方案;系统总体设计方案;(3 3)研究激光扫描检测系统的光学原理及由透镜构成的特殊光学系研究激光扫描检测系统的光学原理及由透镜构成的特殊光
2、学系统的确定;统的确定;(4 4)研究学习与扫描光学系统相配套的光电检测及控制系统原理,研究学习与扫描光学系统相配套的光电检测及控制系统原理,并提出抗干扰设计;并提出抗干扰设计;(5 5)对影响激光扫描测径系统精度的各项误差因素进行分析,提出对影响激光扫描测径系统精度的各项误差因素进行分析,提出进一步改善系统精度的方法。进一步改善系统精度的方法。研究内容研究内容31.1.系统的工作原理及总体结构系统的工作原理及总体结构 1.系统的工作原理 系统采用半导体激光器为光源,激光器光束通过多面体扫描转镜和扫描光学系统后,形成与光轴平行的连续高速扫描光束,对被置于测量区域的工件进行高速扫描,并由放在工件
3、对面的光电接收器接收,投射到光电接收器上的光线在光束扫描工件时被遮断,所以光电接收器输出的是一个方波脉冲,宽度与工件直径成正比。若扫描速度为V,扫描时间为t,则被测工件的尺寸D为D=vt (1-1)由于扫描速度由系统参数确定为,那么工件尺寸就是扫描时间t的函数,式中t可通过对时钟脉冲计数器来准确求得。原理构图如下 4图1-5 激光测径仪原理图5 2.2.系统总体结构系统总体结构根据激光扫描测径仪在线检测系统设计原理要求,以及测量数据处理和根据激光扫描测径仪在线检测系统设计原理要求,以及测量数据处理和控制的要求,系统主要有以下几部分组成控制的要求,系统主要有以下几部分组成:1 1)由光学机械扫描
4、器的扫描光学系统构成的激光扫描发射器;)由光学机械扫描器的扫描光学系统构成的激光扫描发射器;2 2)由接收光学系统与光电变换电子学系统构成的激光扫描接收器;)由接收光学系统与光电变换电子学系统构成的激光扫描接收器;3 3)数据处理的核心单片机系统;)数据处理的核心单片机系统;4 4)D/AD/A转换、数字显示、反馈、通讯等接口电路;转换、数字显示、反馈、通讯等接口电路;5 5)上位计算机)上位计算机(PC(PC机机)、打印机、显示器、打印机、显示器CRTCRT。整个系统是一个光学技术、现代激光技术、电子学技术、计算机技术、精整个系统是一个光学技术、现代激光技术、电子学技术、计算机技术、精密机械
5、技术等多学科综合技术的自动检测系统。总体结构框图如下:密机械技术等多学科综合技术的自动检测系统。总体结构框图如下:6 总体结构框图7基本功能和主要技术指标基本功能和主要技术指标我们研究的测径仪应该具备以下功能:1)尺寸测量 可以对工件直径进行非接触的测量,这也是本仪器目的所在。2)误差修正 系统误差可以利用标准件进行修正。3)输出多样化 测量结果可以直接数字显示或接PC机显示、打印。4)报警功能 根据公差带设置上、下限,超差时可以提供声光报警。5)闭环控制 采用闭环控制提高系统稳定性和测量精度。测径仪的主要技术指标1)测量范围:0.5mm-30mm2)分辫率:0.01mm3)重复性精度:0.0
6、02mm。82.高性能扫描光学系统1.激光扫描法必须满足两个条件1)扫描速度应是均匀的;2)扫描光束应和光轴保持平行。激光光源与普通光源比较,具体亮度高、方向性、单色性和相干性好等优点,是高精度测量的理想光源。半导体激光器除具有超小型、高功率、响应快等优点外,还具有以下优点:1)启动电压低:半导体激光器只需要2-6V的电源电压,而He-Ni激光器则需要1500v的高压才能启动。2)电能转换效率高:半导体激光器的转换效率与He-Ni激光器的转换效率相比高得多。3)寿命长:使用寿命约为10000小时。正由于半导体激光器具有上述特点,所以在本系统中我们选择半导体激光器作为光源。另外,由衍射光斑直径公
7、式d=1.22/NA可知,只有光源的波长较短,才能获得足够小的光斑,因此我们选择波长为=635nm的半导体激光器,它能使光学系统的体积和整体外形尺寸大大减小,利于移动、安装、调试。9透镜的设计 1.普通透镜和透镜的区别 透镜焦距为扫描角度为 对透镜而言,为得到一定的扫描速度,像高必须为:透镜与普通透镜的区别见图2-4所示,图2-4中比较透镜与普通透镜的H与之间的关系,随着的增大,两者之间的差别越来越明显,在线性地保持扫描角度和扫描位置关系方面,透镜起到了重要的作用。图2-4透镜与普通透镜的区别 通透成像情况102.透镜参数的选择1)F数由于使用高亮度激光光源,所以不必象普通透镜那样根据光源亮度
8、决定F数,只是根据所必需的光点尺寸决定F数,即使由于透镜F数弱也可以用,因为这有利于像差校正。2)和在扫描范围一定的情况下,尽可能用大的角小的,这种选择能使透镜的尺寸和反射器的尺寸减小,从而使反射镜表面的不均匀、反射角不准确以及扫描器不稳定等造成的误差减小,使由于棱镜表面角度不均匀和扫描器轴承不稳造成的不利影响较小。11 设计设计要求要求 1)结结构构类类型型 透透镜镜多多属属小孔小孔径径、大、大视场视场并并具有具有远远心光路的光心光路的光学学系系统统,该该系系统统具有正光焦度。具有正光焦度。2)光焦度分配及像差校正)光焦度分配及像差校正 从从降低高降低高级级像差考像差考虑虑,正透,正透镜镜宜
9、采用高折射率低色散玻璃,宜采用高折射率低色散玻璃,负负透透镜应镜应采用低采用低折射率折射率 玻璃。光焦度分配玻璃。光焦度分配应应注意注意两两点:首先点:首先应满应满足足总总光焦度要求,其次是平像光焦度要求,其次是平像场场。扫扫描接收光描接收光学学系系统设计统设计在回在回转转体直体直径径测测量系量系统统中,中,设计设计聚焦透聚焦透镜镜作作为扫为扫描接收光描接收光学学系系统统,光,光电电接收器放置接收器放置在在扫扫描接收光描接收光学学系系统统的后焦面上。根据透的后焦面上。根据透镜镜的性的性质质知道,平行光知道,平行光经过经过透透镜镜后的后的会会聚聚点点并并不是一不是一个个理想点,而是一理想点,而是
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