激光三角测量装置的优化研究

论文摘要

光学三角测距法是一种传统的测距方法很早就被用来测量距离、角度、位置等。自从激光问世以来,为光学测量提供了高亮度、高单色性、高方向性的光源也使三角测距法的准确性和精确性得到了很大的提高。特别是近年来光敏元件的高分辨率电荷耦合器件CCD的使用,以及信号采集与处理技术的发展,使得激光三角测距方法的应用范围更广,可操作性更强。本课题从影响激光测量工作的关键技术出发,分析了影响测量精度的几类主要因素,如被测物面倾斜,被测表面粗糙度和光泽以及颜色、激光光斑随机噪声等。并从软件或硬件上提出了相应的改进办法和措施。在此基础上完成了基于复杂可编程逻辑器件(CPLD)的CCD驱动电路设计。实现了CCD曝光时间自动调节的功能。通过对测头光学系统的详细分析,得出了测量准确度、分辨力及测头外形尺寸与接收透镜的焦距,入射角以及工作距之间的约束条件。在此基础上借助Matlab软件进行理论计算和综合分析,最后提出了一套可靠的系统结构参数。协调考虑了测量范围和分辨力的同时大大缩小了测头外形尺寸。使其进一步实用化和产品化。在满足实时测量中可靠性和准确度的前提下,提高测量系统的综合性能和应用能力。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究的目的和意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 激光三角测量装置的应用
• 1.4 课题研究的主要内容
• 第2章 系统原理与参数优化设计
• 2.1 激光三角法的原理
• 2.2 参数设计
• 2.2.1 测量系统光路
• 2.2.2 参数选取
• 2.3 本章小结
• 第3章 可自动调节曝光时间CCD驱动电路
• 3.1 芯片选型
• 3.1.1 CCD器件的选择
• 3.1.2 核心处理器件的选择
• 3.2 可自动调节曝光时间电路
• 3.2.1 基于光电池光积分的调节电路
• 3.2.2 基于反馈模式的调节电路
• 3.3 基于CPLD的驱动脉冲产生电路
• 3.3.1 驱动信号时序要求
• 3.3.2 驱动电路原理
• 3.4 CCD输出信号预处理电路
• 3.5 本章小结
• 第4章 影响测量准确度的因素综合分析
• 4.1 被测物面倾斜
• 4.1.1 物面倾斜对准确度的影响
• 4.1.2 解决方案
• 4.2 被测表面特征
• 4.2.1 表面粗糙度和光泽对的影响
• 4.2.2 表面颜色对准确度的影响
• 4.3 光斑随机噪声
• 4.3.1 光斑随机噪声对准确度的影响
• 4.3.2 可靠性排序滤波算法
• 4.4 本章小结
• 第5章 系统调试与不确定度分析
• 5.1 实验系统构成
• 5.2 系统标定
• 5.2.1 特性曲线模型选取
• 5.2.2 数据处理与误差校正
• 5.2.3 重复性测试
• 5.3 误差分析
• 5.3.1 光源稳定性的影响
• 5.3.2 工艺误差
• 5.3.3 调试和标定过程中引入的误差
• 5.3.4 系统合成标准不确定度
• 5.3.5 系统合成扩展不确定度
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 附录
• 致谢