常見的激光三角測量法

工業(yè)生產(chǎn)中，經(jīng)常需要對物體表面的相對距離和方位進(jìn)行測量，主要有兩種方式：接觸式和非接觸式。最常見的為非接觸式激光傳感器，它是利用激光技術(shù)進(jìn)行測量的傳感器。它的優(yōu)點(diǎn)是能實(shí)現(xiàn)無接觸遠(yuǎn)距離測量，速度快，精度高，量程大，抗干擾能力強(qiáng)等。

傳感器中激光發(fā)射器通過鏡頭將可見激光射向被測物體表面，經(jīng)物體反射的激光通過接收器鏡頭，被內(nèi)部的CCD線性相機(jī)接收，根據(jù)不同的距離，CCD線性相機(jī)可以在不同的角度下“看見”這個(gè)光點(diǎn)。根據(jù)這個(gè)角度及已知的激光和相機(jī)之間的距離，數(shù)字信號處理器就能計(jì)算出傳感器和被測物體之間的距離。

半導(dǎo)體激光器1被鏡片2聚焦到被測物體6上。反射光被鏡片3收集，投射到CMOS陣列4上；信號處理器5通過三角函數(shù)計(jì)算陣列4上的光點(diǎn)位置得到距物體的距離。

常見的激光三角測量法：

常用的激光傳感器測距則會用到激光三角測量法，其中最為常見的有傾斜式激光三角測距法和直射式激光三角測距法，下面我們分別做介紹：

傾斜式激光三角測距法

由上圖可知入射光AO與基線AB的夾角為α，AB為激光器中心與CCD中心的距離，BF為透鏡的焦距f，D為被測物體距離基線無窮遠(yuǎn)處時(shí)反射光線在光敏單元上成像的極限位置。DE為光斑在光敏單元上偏離極限位置的位移，記為x。當(dāng)系統(tǒng)的光路確定后，α、AB與f均為已知參數(shù)。由光路圖中的幾何關(guān)系可知△ABO∽△DEB，則有邊長關(guān)系：

則易知：

在確定系統(tǒng)的光路時(shí)，可將CCD位置傳感器的一個(gè)軸與基線AB平行（假設(shè)為y軸），則由通過算法得到的激光光點(diǎn)像素坐標(biāo)為（Px，Py）可得到x的值為：

其中CellSize是光敏單元上單個(gè)像素的尺寸，DeviationValue是通過像素點(diǎn)計(jì)算的投影距離和實(shí)際投影距離x的偏差量。當(dāng)被測物體與基線AB產(chǎn)生相對位移時(shí)，x改變?yōu)閤′，由以上條件可得被測物體距離y為：

直射式激光三角測距法

如上圖所示， 當(dāng)激光光束垂直入射被測物體表面， 即入射光線與被測物體表面法線共線時(shí)， 為直射式激光三角法。由光路圖，仿照斜射式激光三角測距法的結(jié)論可知：

斜射式和直射式激光三角測距法均可實(shí)現(xiàn)對被測物體的高精度、非接觸測量，但兩者之間存在區(qū)別，主要有以下幾點(diǎn)：

● 斜射式激光三角法成像的光斑較大，光強(qiáng)不集中， 隨入射角度的變化有差異， 體積比直射式大， 測量范圍小， 但直射式的分辨率沒有斜射式的高。

● 斜射式激光三角法在被測物體發(fā)生位移時(shí)， 被測物體上的光斑將照射在不同位置，對被測物體上某一定點(diǎn)， 無法確定其位移情況，而直射式的光斑與位置是一一對應(yīng)的。

基于直射式激光三角法在幾何算法上更為簡單， 誤差較之斜射式小， 且體積可以設(shè)計(jì)得更為緊湊小巧， 故工程應(yīng)用上常采用直射式激光三角法。