激光三角法測量物體位移

1、激光三角法測量物體位移 光電檢測課程設(shè)計(jì)題 目 名 稱激光三角法測位移學(xué) 生 姓 名毛啟盛專 業(yè)測控技術(shù)與儀器學(xué) 號(hào)120211319指 導(dǎo) 教 師王凌云光電工程學(xué)院2015年 12 月摘 要本課程設(shè)計(jì)基于激光三角法原理對(duì)物體較小范圍內(nèi)的移動(dòng)進(jìn)行測量。在長度、距離及三位形貌等的測試中有廣泛應(yīng)用。通過激光三角法兩個(gè)方案直射式和斜射式的特點(diǎn)，結(jié)合實(shí)驗(yàn)條件，選擇最合適的方案進(jìn)行測量。本次測量最大的特點(diǎn)就是非接觸式測距，實(shí)際中對(duì)非接觸式測距一般很難知道物體到成像透鏡的距離，可由成像透鏡焦距以及激光光線和物體散射光線組成的三角形的邊長計(jì)算出該距離。通過定標(biāo)，得出透鏡上成像距離與物體像移動(dòng)距離間的對(duì)應(yīng)關(guān)系

2、，用此標(biāo)尺作為計(jì)算移動(dòng)位移的標(biāo)準(zhǔn)。移動(dòng)物體采集光斑圖像，用matlab軟件對(duì)圖像處理進(jìn)行處理，計(jì)算像的移動(dòng)距離，再根據(jù)幾何關(guān)系推導(dǎo)出物體的實(shí)際移動(dòng)距離。在最后計(jì)算出該方案的標(biāo)準(zhǔn)不確定度，并對(duì)方案產(chǎn)生的誤差進(jìn)行分析，提出改進(jìn)意見。設(shè)計(jì)方案光路簡單，方便快捷，受環(huán)境影響小而且測量精確度較高。 關(guān)鍵詞：激光三角法；測距；定標(biāo)；CCD；誤差分析目 錄引 言11. 設(shè)計(jì)任務(wù)12. 激光三角法測距基本原理13.方案論證和選擇23.1 激光三角法測距現(xiàn)狀23.2 測量方案23.3 方案比較與選擇43.4 器件選擇64. 方案驗(yàn)證步驟及數(shù)據(jù)記錄64.1 方案驗(yàn)證步驟64.2 測量數(shù)據(jù)記錄64.2.1 測量獲得

3、成像透鏡焦距64.2.2 定標(biāo)74.2.3 移動(dòng)物體測量位移75. 測量數(shù)據(jù)處理85.1 各個(gè)距離測量值計(jì)算85.2 定標(biāo)計(jì)算95.3 光斑位移量計(jì)算105.4夾角和物體實(shí)際移動(dòng)位移計(jì)算106. 誤差分析及方案評(píng)價(jià)116.1 相對(duì)誤差和絕對(duì)誤差計(jì)算116.2 誤差分析126.3 設(shè)計(jì)方案評(píng)價(jià)127. 課題分析評(píng)價(jià)138. 課設(shè)總結(jié)13參考文獻(xiàn)14附錄1 實(shí)驗(yàn)器件清單15附錄2 實(shí)驗(yàn)光路圖16附錄3 圖像處理程序17附錄4 光斑圖像處理后灰度圖18附錄5 物體移動(dòng)光斑圖19第 18 頁 共 19 頁引 言 激光具有方向性好、單色性好、亮度高等特點(diǎn)，因此利用它們作為測距的發(fā)射源有很多優(yōu)勢，比如測量

4、速度快、精度高、測距遠(yuǎn)等。隨著半導(dǎo)體激光器的出現(xiàn)，激光測距正向小型、快速、低功耗、低成本和人眼安全方向發(fā)展。目前激光測距技術(shù)主要有脈沖測距、相位測距、激光干涉法測距、激光三角法測距等。 脈沖激光測距的主要特點(diǎn)是單次測量時(shí)間短、測距遠(yuǎn)、無需合作目標(biāo)、隱蔽和安全性好。但測量精度相對(duì)低，一般為米級(jí)精度。相位激光測距，其特點(diǎn)是測量精度高，能夠達(dá)到毫米級(jí)別，但要求使用連續(xù)激光器，單次測量時(shí)間較長，測量較遠(yuǎn)距離時(shí)，需要在目標(biāo)處放置合作目標(biāo)。對(duì)于小型或便捷式激光測距設(shè)備而言，由于受到激光器功率的限制，相位激光測距的測距一般不大，通常為百米以內(nèi)。干涉法激光測距，其特點(diǎn)是測量精度較高（達(dá)到微米級(jí)）。但其測量精度

5、容易受大氣起伏的影響，而且要求基座采用笨重的儀器設(shè)備。激光三角法測距，其特點(diǎn)是簡便、精度高、適合測量微小位移。但其測量精度受光學(xué)系統(tǒng)和CCD成像系統(tǒng)分辨率的限制，系統(tǒng)對(duì)接收機(jī)器件的要求也較高，同時(shí)不能用非匹配表面物體和透明物體作為被測目標(biāo)。1. 設(shè)計(jì)任務(wù)（1）掌握激光三角法的測量原理；（2）掌握CCD的工作原理與數(shù)據(jù)處理；（3）設(shè)計(jì)測量光路；（4）完成測量光路的搭建及物體位移的測量；（5）分析測量精度；2. 激光三角法測距基本原理在被測物體表面上方，用一束激光以一定角度照射，激光在物體表面發(fā)生散射或者反射，在另一角度用成像系統(tǒng)對(duì)激光散射或者反射的光進(jìn)行匯聚成像，當(dāng)被測物體位置發(fā)生變化時(shí)，被測物

6、體上的激光照射所產(chǎn)生的光斑的位置變化，光散射或者反射的角度也會(huì)發(fā)生變化，用光學(xué)系統(tǒng)對(duì)光線進(jìn)行匯聚，光斑在成像系統(tǒng)CCD上會(huì)發(fā)生位移，從而在計(jì)算機(jī)屏幕上也可觀察到光斑的相應(yīng)移動(dòng)。通過matlab軟件對(duì)采集的圖像進(jìn)行處理可以得到兩個(gè)光斑間的距離，再通過最初定標(biāo)得到的比例尺，換算出在它CCD表面上的移動(dòng)距離。由于激光出射光線和反射（散射）光線構(gòu)成一個(gè)三角形，對(duì)光斑位移的計(jì)算，幾何三角和激光器運(yùn)用其中，所以稱此方法為激光三角法測距。 按照入射激光光束和被測物體表面法線的角度關(guān)系，一般分為直射式和斜射式兩種方式。3.方案論證和選擇3.1 激光三角法測距現(xiàn)狀激光三角法測距之初，所選擇的激光器體積大，受環(huán)境

7、干擾情況嚴(yán)重，因此測量精度大大下降，并未得到廣泛應(yīng)用。近年來隨著半導(dǎo)體技術(shù)以及計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展有了突飛猛進(jìn)的成果，半導(dǎo)體激光器的出現(xiàn)使得測量光路更加簡單，并且受環(huán)境干擾性小，計(jì)算機(jī)對(duì)圖像的處理使計(jì)算距離更加精確、快速，因此激光三角法測試技術(shù)在測量物體位移方面得到廣泛應(yīng)用。激光三角法測量常采用直射式和斜射式兩種結(jié)構(gòu)，因此有直射式和斜射式兩種結(jié)構(gòu)。3.2 測量方案方案1：直射式測量nx光電探測器會(huì)聚透鏡激光器abx接收透鏡 圖3.1激光三角法直射式測位移原理圖 如圖3.1 所示，激光器發(fā)出的光線，經(jīng)會(huì)聚透鏡聚焦后垂直入射到被測物體表面上，物體移動(dòng)或者其表面變化，導(dǎo)致入射點(diǎn)沿入射光軸的移動(dòng)。入射點(diǎn)處

8、的散射光經(jīng)接收透鏡入射到光電探測器（PSD或CCD）上，散射光經(jīng)接收透鏡匯聚后在PSD或CCD上成像，移動(dòng)物體前后采集的兩幅圖像經(jīng)過軟件處理求出其間距，根據(jù)推導(dǎo)得出的公式可求得物體實(shí)際移動(dòng)距離。 各參量如圖3.1所示,應(yīng)滿足以下： ，sin=n/a， （3-1） （3-2） 由相似三角形可得： （3-3） CCD表面移動(dòng)位移與物體實(shí)際移動(dòng)距離之間的關(guān)系，由以上（3-1）式至（3-3）式綜合可解得： （3-4）夾角nmab激光器會(huì)聚透鏡方案2：斜射式測量CCD 接收透鏡 圖3.2 激光三角法斜射式測位移原理圖激光器發(fā)出的光線和被測面法線成一定角度入射到被測面上，同樣地，物體移動(dòng)或其表面變化，將導(dǎo)

9、致入射點(diǎn)沿入射光軸的移動(dòng)。入射點(diǎn)處的散射光經(jīng)接收透鏡入射到光電探測器上。斜射法中通過使入射光方向與測量物表面法線成一定的夾角，避免了直射式中要求的入射光方向物體表面垂直的要求。由于直射式測量法散射后的光線只有很少一部分被CCD接收到，因此不能測量反射性很好的物體表面。斜射法不用限制物體表面反射率，只要物體表面平整即可。 各參量如圖3.2所示，應(yīng)滿足以下：角度滿足關(guān)系 （3-5）由相似三角形有 （3-6） （3-7） （3-8）測量位移與入射角間滿足 （3-9）CCD表面移動(dòng)位移與物體實(shí)際移動(dòng)距離之間的關(guān)系，可以由（3-5）式至（3-9）式綜合解得： （3-10）3.3 方案比較與選擇 由于直射

10、式測量法散射后的光線只有很少一部分被CCD接收到，因此不能測量反射性很好的物體表面。斜射法則不用限制物體表面反射率，只要物體表面平整即可。通過對(duì)比兩種方案的特點(diǎn)以及實(shí)驗(yàn)中測量物體的特性，斜射式在搭建光路時(shí)對(duì)角度受限制性小，無需使激光入射角為零，并且在CCD接收光斑時(shí)對(duì)物體表面要求較低。斜射式測量方法精確度高，實(shí)驗(yàn)中測量的距離較短，因此在本次實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中選擇斜射式激光三角法測距。并且考慮到測量的誤差，實(shí)際測量中，又把斜射式進(jìn)行了改良，使得誤差在理論上有所減少。該改進(jìn)的斜射式把圖3.2中的角設(shè)為0度。原因有：（1） 測量目標(biāo)的移動(dòng)使得光斑移動(dòng)，即成像前后在CCD上的光線形成一個(gè)夾角。由于CCD的接收

11、面積有限，在實(shí)驗(yàn)中不能接收任意角度的光線。而為了測量的精確度需要測量多組數(shù)據(jù)，所以測量目標(biāo)移動(dòng)相對(duì)比較大，光線夾角也較大，CCD就不能很理想的接收各個(gè)位移的光斑，給本次測量帶來不可實(shí)現(xiàn)的困難。這樣就使得圖3.2的方案無法實(shí)現(xiàn)或者實(shí)現(xiàn)的效果不好。（2） 該改良方案保持被測目標(biāo)、成像透鏡和CCD在同一水平線上，CCD掃描軌跡沒有改變，即成像的光斑不變形。光斑也是相對(duì)的準(zhǔn)確，它們在一定程度下都是處于相同條件采集得到，當(dāng)用MATLAB進(jìn)行圖像處理時(shí)比較方便可靠。這種方法有效避免了CCD斜拍時(shí)產(chǎn)生的圖像扭曲造成的誤差，提高測量精度。（3） 該改良方案中激光出射的光線的法線上依次放置光屏、接收透鏡和光電探

12、測器CCD，所以該方案中只有一個(gè)角度值，故實(shí)際只需要測量兩個(gè)邊長，通過余弦定理求出公式中的sin和cos，與傳統(tǒng)的斜射式相比，減少了兩個(gè)邊長的測量，而由于測量量的減少，從理論上大大提高了測量的精確度。 （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(diǎn)的位移，測量方法靈活，可操作性強(qiáng)。提高了激光三角法在實(shí)踐測量中的應(yīng)用，而且實(shí)驗(yàn)時(shí)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(jì)算公式。 CCD成像透鏡衰減器激光器AabBx圖3.3 激光三角法實(shí)際實(shí)驗(yàn)圖則最后所求的物體位移公式為： （3-11）3.4 器件選擇 從設(shè)計(jì)出的實(shí)驗(yàn)光路圖可

13、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(xì)繩（無彈性）、手電筒、計(jì)算機(jī)、光學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。4. 方案驗(yàn)證步驟及數(shù)據(jù)記錄4.1 方案驗(yàn)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(duì)比，減少誤差；（2） 確定成像過程中的比例尺定標(biāo)；（3） 根據(jù)圖3.3搭建完整光路圖，等間距移動(dòng)物體，通過光具座上的坐標(biāo)尺等距離移動(dòng)被測目標(biāo)，采集移動(dòng)到各個(gè)位置處的光斑圖像；（4）測量如圖3.3中三角形各邊長度A、B、a、b，用于計(jì)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(jìn)行相應(yīng)處理，最終由（式3-11）計(jì)算出物體實(shí)際 移動(dòng)距離并畫出位移

14、曲線圖。4.2 測量數(shù)據(jù)記錄4.2.1 測量獲得成像透鏡焦距在實(shí)際應(yīng)用中，如非接觸式測量時(shí)，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?？梢酝ㄟ^測量成像透鏡的焦距f計(jì)算出該段距離。對(duì)于直射式激光三角法測距計(jì)算方法如下圖4.1：圖4.1 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 （5-1）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(shí)將CCD、成像透鏡、目標(biāo)三者沿光學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)某一行或列放置，使三者盡量在一條直線上，移動(dòng)物體至某一位置，調(diào)整透鏡使成像最清晰，分別測量此時(shí)透鏡

15、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69.8cm8.9cm7.89cm79.9cm8.8cm7.93cm92.4cm8.6cm7.87cm4.2.2 定標(biāo)定標(biāo)的目的是為了獲得CCD和物體在CCD表面實(shí)際移動(dòng)距離的對(duì)應(yīng)關(guān)系，為后面確定物體實(shí)際移動(dòng)距離奠定基礎(chǔ)。定標(biāo)時(shí)將刻度尺放在光具座上，固定在某一位置處，距離盡可能遠(yuǎn)，以便減小物體縱向時(shí)可以忽略的定標(biāo)尺寸變化。并且要保證刻度尺在計(jì)算機(jī)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(dòng)調(diào)節(jié)成像透鏡鏡頭，使刻度尺的像最清晰，用計(jì)算機(jī)上的軟件采

16、集圖像信息，最后通過matlab軟件計(jì)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(duì)應(yīng)關(guān)系，該對(duì)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(shí)均以此標(biāo)尺為標(biāo)準(zhǔn)來進(jìn)行計(jì)算。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見圖5.1。4.2.3 移動(dòng)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(dòng)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(shí)驗(yàn)結(jié)果的誤差分析，每次目標(biāo)移動(dòng)都是等間距，采集目標(biāo)每移動(dòng)5mm后的光斑圖，以相同的格式保存每個(gè)光斑圖，以便后期用MATLAB軟件進(jìn)行圖像處理。由于目標(biāo)移動(dòng)后多得的光斑基本一致，故其中的兩個(gè)物體位移的光斑數(shù)據(jù)實(shí)驗(yàn)記錄見圖4.2 ，其余12個(gè)物體位移的光斑數(shù)據(jù)圖見附錄5. 圖4.2

17、物體移動(dòng)光斑數(shù)據(jù)圖表2 激光三角法實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表斜邊A直角邊B物距a像距b物體移動(dòng)d測量值83.5cm25.6cm79.4cm7.9cm5mm83.4cm25.7cm79.5cm8.1cm5mm83.6cm25.6cm79.4cm8.1cm5mm5. 測量數(shù)據(jù)處理5.1 各個(gè)距離測量值計(jì)算由表1可算出透鏡的平均焦距為f=1/3×(7.89+7.93+7.87)cm=7.897cm從該計(jì)算出的透鏡平均焦距和實(shí)際測量中像距可以得出，測量時(shí)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(jì)算值，不代表實(shí)驗(yàn)中該距離就是最清晰最合適測

18、量的，所以實(shí)驗(yàn)時(shí)還是調(diào)節(jié)像距，使得CCD的成像最清晰時(shí)再測量。由表2可算出各個(gè)長度測量值的平均長度為：A=(1/3) ×(83.5+83.5+83.6)cm=83.500cmB=(1/3) ×(22.1+21.9+22.1)cm=25.633cma=(1/3) ×(79.4+79.5+79.4)cm=79.433cmb=(1/3) ×（7.9+8.1+8.1）cm=8.033cm本次實(shí)驗(yàn)中，測量各個(gè)距離時(shí)都是多次測量，處理時(shí)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(shí)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

19、的減少誤差。5.2 定標(biāo)計(jì)算 用matlab軟件處理定標(biāo)圖像，估計(jì)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(jì)算出比例尺。定標(biāo)圖數(shù)據(jù)圖5.1所示。用MATLAB處理后定標(biāo)數(shù)據(jù)圖后像素間距圖如圖5.2所示。圖5.1 定標(biāo)數(shù)據(jù)圖圖5.2 定標(biāo)圖像matlab處理后像素距離圖表3 定標(biāo)數(shù)據(jù)處理值相鄰峰值像素間距166像素160像素164像素160像素軸向放大倍率=-b/a=-8.033/79.433=-0.101刻度尺實(shí)際距離1cm1cm1cm1cm實(shí)際1cm經(jīng)成像透鏡縮小后的像大小0.101cm0.101cm0.101cm0.101cm每個(gè)像素對(duì)應(yīng)的實(shí)際距離

20、大小 因此CCD和實(shí)際距離之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系為：實(shí)際每個(gè)像素對(duì)應(yīng)實(shí)際距離為。5.3 光斑位移量計(jì)算用matlab軟件處理定標(biāo)圖像，估計(jì)每個(gè)光斑中心處的行位置，編程選取該行，讀取該位置處的像素值，計(jì)算等間距移動(dòng)后像素值移動(dòng)的距離。再由坐標(biāo)尺可計(jì)算出每次移動(dòng)的位移x，每一厘米實(shí)際距離對(duì)應(yīng)162.5個(gè)像素。表4 光斑移動(dòng)后像素移動(dòng)值及對(duì)應(yīng)的空間移動(dòng)距離各光斑像素坐標(biāo)與前一光斑間像素差像距離x（mm）各光斑像素坐標(biāo)與前一光斑間像素差像距離x（mm）26300444250.155290250.155468240.149316260.162494260.162342260.162517230.14336925

21、0.155541240.149396250.155563250.155419230.143584230.1435.4夾角和物體實(shí)際移動(dòng)位移計(jì)算 根據(jù)如圖3.3所標(biāo)定的量及測量值，通過余弦定理，計(jì)算夾角大小。由公式（3-11）計(jì)算得到的13次移動(dòng)得到的實(shí)際物體移動(dòng)量 表5 相鄰光斑間物體實(shí)際移動(dòng)距離物體移動(dòng)次數(shù)物體實(shí)際距離x(mm)物體移動(dòng)次數(shù)物體實(shí)際距離x(mm)1085.05625.05694.84835.299105.29945.299114.64155.056124.84865.056135.05674.641144.641圖5.3目標(biāo)實(shí)際位移和計(jì)算位移擬合曲線圖6. 誤差分析及方案評(píng)價(jià)

22、6.1 相對(duì)誤差和絕對(duì)誤差計(jì)算 由相對(duì)誤差計(jì)算公式：相對(duì)誤差=|真實(shí)值實(shí)際值|/實(shí)際值，計(jì)算出相對(duì)誤差平均值。平均相對(duì)誤差= 1/13×(1.12%+5.98%+5.98%+1.12%+1.12%+7.18%+1.12%+3.04%+5.98%+7.18%+3.04%+1.12%+7.18%)=3.93%平均絕對(duì)誤差=1/13×（0.056+0.299+0.299+0.056+0.056+0.359+0.056+0.152+0.299+0.359+0.152+0.056+0.359）mm=0.197mm由以上計(jì)算所得的平均相對(duì)誤差和平均絕對(duì)誤差可以看出，本次測量所用方案是可

23、行的，差生的誤差在可以接受的范圍以內(nèi)。6.2 誤差分析方案驗(yàn)證過程中，任何一個(gè)步驟都會(huì)存在誤差，并且有些誤差是不可避免的。針對(duì)本次測量，誤差產(chǎn)生的原因主要有兩大類：一：系統(tǒng)誤差（1） 儀器的不完善、儀器不夠精密或者安裝調(diào)整不妥，如刻度不準(zhǔn)、零點(diǎn)不準(zhǔn)等，導(dǎo)致測量長度時(shí)引起讀數(shù)誤差。（2） 讀數(shù)是眼睛不能絕對(duì)的正視刻度尺，使得測量值偏大或偏小。（3） 在定標(biāo)時(shí)，在采集軟件上觀察到刻度尺的像不是完全水平，還有一些傾斜，故造成比例尺存在誤差。（4） 本次測量需要在不同燈光下采集定標(biāo)圖像和光斑圖像，反復(fù)開光燈，影響物體上的光照，使得圖像有噪聲影響。（5） 用MATLAB進(jìn)行圖像處理時(shí)，都是大概取光斑所在

24、行和厘米刻度所在行，造成一定誤差。（6） 被測物體表面的光澤和粗糙度關(guān)系到散射光斑的大小和光強(qiáng)。二：隨機(jī)誤差 在相同條件下，對(duì)于同一物理量進(jìn)行重復(fù)多次測量，即使系統(tǒng)誤差減小到最小程度之后，測量值仍然出現(xiàn)一些難以預(yù)料和無法控制的起伏，而且測量誤差的絕對(duì)值和符號(hào)在隨機(jī)地變化。針對(duì)本次測量，隨即誤差的主要來源于人的視覺和觸覺能力的限制以及實(shí)驗(yàn)環(huán)境偶然因素干擾。例如溫度、濕度、電源電壓起伏、氣流波動(dòng)以及實(shí)驗(yàn)平臺(tái)振動(dòng)等因素的影響。6.3 設(shè)計(jì)方案評(píng)價(jià)設(shè)計(jì)的改良版斜射式激光三角法測位移方案，精度較高，光路簡單易搭建，所需器件簡單，減少光斑成像扭曲，受環(huán)境溫度影響小，能夠?qū)崿F(xiàn)微位移的非接觸式測量。此方案與直

25、射式相比具有測量精度高，與傳統(tǒng)的斜射式相比光斑較小且不會(huì)扭曲，綜合考慮認(rèn)為本設(shè)計(jì)方案成功，然而盡管光斑變小了，為了后期圖像處理，還是不能每處都能形成光斑，因此不能測量物體各個(gè)點(diǎn)處的位移。同時(shí)受激光器特性和CCD有效接收面積的限制，測量范圍有限，為提高測量精度和大尺寸測量，提出以下改進(jìn)方案。為提高測量精度，一方面可以改進(jìn)光源，選擇聚焦深度長，中心光斑小的光束作為入射光束。另一方面可以設(shè)計(jì)發(fā)光射光強(qiáng)可自動(dòng)調(diào)節(jié)的裝置，根據(jù)物體表面特征的不同，實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)發(fā)光強(qiáng)度，能夠使CCD接收到最佳圖像。最后一個(gè)方面，選擇接收面積更大成像更好的光電探測器，以便提高測量位移的可操作性。7. 課題分析評(píng)價(jià)該課題基于本專業(yè)

26、所學(xué)知識(shí)，與專業(yè)相關(guān)，能夠聯(lián)系所學(xué)知識(shí)，拓展了知識(shí)面。課題研究的方向主要是應(yīng)用于非接觸方式測量微小位移，激光光斑的移動(dòng)對(duì)位移很敏感，同時(shí)圖像處理能夠準(zhǔn)確計(jì)算位移，對(duì)物體的位移能夠準(zhǔn)確標(biāo)定。測量時(shí)對(duì)物體表面的粗糙度要求較低，針對(duì)測量物的不同可選擇直射式和斜射式方式，測量方法簡單，在生活中可以得到廣泛應(yīng)用。隨著半導(dǎo)體制造技術(shù)的發(fā)展，激光三角法測位移能夠達(dá)到更高的精度，測量方法更加成熟化，有很好的應(yīng)用前景。8. 課設(shè)總結(jié)本次課程設(shè)計(jì)能夠緊密聯(lián)系本專業(yè)所學(xué)知識(shí)，通過本次課程設(shè)計(jì)，加深了對(duì)激光三角法測量物體位移的基本原理和測量方案的了解，把書面的知識(shí)運(yùn)用到實(shí)驗(yàn)中，發(fā)現(xiàn)許多不可預(yù)計(jì)的問題，并學(xué)會(huì)了減少測量

27、誤差的方法，這是一個(gè)把理論和實(shí)驗(yàn)結(jié)合起來很好的機(jī)會(huì)。學(xué)習(xí)過的實(shí)驗(yàn)方法、數(shù)據(jù)處理方法能夠很好地綜合，對(duì)所學(xué)知識(shí)是一種鞏固，同時(shí)使自己有了更進(jìn)一步的工程設(shè)計(jì)思想，為接下來將要進(jìn)行的畢業(yè)設(shè)計(jì)奠定了很好的基礎(chǔ)。輔導(dǎo)老師能夠耐心、細(xì)致的指導(dǎo)我們的課程設(shè)計(jì)，鼓勵(lì)我們能夠積極提出問題并幫助解決，積極嘗試多種方案測量位移，在此表示衷心感謝。在今后的學(xué)習(xí)中會(huì)更加注重實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，增強(qiáng)動(dòng)手能力。參考文獻(xiàn)1 范志剛，左保軍，張愛紅.光電測試技術(shù)（第2版）M.北京：電子工業(yè)出版社.2008,3113152 萬謹(jǐn)，黃元慶.激光三角法測量的研究J.三明學(xué)院學(xué)報(bào)，2006-12(4),3613643 王曉嘉，高雋，王磊.激光三角法綜述J.儀器儀表學(xué)報(bào)，2004-8(4),6016084 吳劍鋒，王文，陳子辰.激光三角法測量誤差分析與精度提高研究J.機(jī)電工程，2003(5),90915 C.岡薩雷斯(Rafael C.Gonzalez)，Richard E.Woods.數(shù)字圖像處理(第二版)M.北京:電子工業(yè)出版社,2007，2363116 李蘭君，喻壽