文档介绍：华中科技大学硕士学位论文
分类号学号 M200970450
学校代码 10487 密级
硕士学位论文
激光三角法内孔测距传感器
学位申请人: 熊志勇
学科专业: 测试计量技术及仪器
指导教师: 赵斌教授
答辩日期: 2012 年 01 月 09 日
华中科技大学硕士学位论文
A Thesis Submitted in Fully Fulfillment of the Requirements
for the Degree of Master of Engineering
Inner Hole Range Sensor with Laser Triangulation
Candidate : Xiong Zhi-yong
Major : Measuring and Testing
Technologies and Instrument
Supervisor : Prof. Zhao Bin
Huazhong University of Science and Technology
Wuhan, Hubei 430074, P. R. China
Jan, 2012
华中科技大学硕士学位论文
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日期: 年月日
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本论文属于
不保密□。
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学位论文作者签名: 指导教师签名:
日期: 年月日日期: 年月日
华中科技大学硕士学位论文
摘要
孔轴类零件的应用在国民生产和生活的过程中起着至关重要的作用,而孔类零件的
检测比轴类零件的检测难度要大些。孔的检测目前大多采用机械式的测量方法,而孔类
零件的内部表面形貌或其它一些参数采用机械式的测量方法难以方便快捷地测量出来。
本文针对这种情况,提出了一种基于梯形棱镜的三角测量方法,并设计出了一台激光三
角法内孔测量传感器,该传感器可以测量出内孔零件底面和孔壁的表面形貌。该传感器
针对内孔零件测量时物理空间受限的问题,提出了利用梯形全反射棱镜将激光光束限制
在一个狭小空间内的方法,同时,结合激光三角测量在几何量测量方面的优点,能够较
好地解决在内孔零件检测方面的测量问题。本文针对该传感器的设计及制作主要做了下
列工作:
分析,并针对性地提出了利用梯形棱镜全反射的原理来进行测量的方法。
2. 提出了一种关于反射透镜对称的梯形棱镜结构的方法,对该方法中存在的问题进
行了光学分析以及光学模拟,对该方案的缺点进行了具体的分析,并针对该缺点提出了
几种改进方案。
3. 确定了一套合理的光学测量方案,并根据该方案中的光学元件的相对位置关系设
计了若干机械结构对其进行固定,搭建了一套实验平台,对传感器进行装配调试,使传
感器能够按照设计的方案工作运行。
4. 利用 MATLAB 进行软件算法设计及标定测量界面设计,对传感器进行了标定,
并进行了重复性实验及若干精度实验,对最后的测量结果进行了精度分析及验证。
5. 针对待测表面倾斜对传感器测量结果的影响,设计了一种表面倾斜校正的算法。
实验结果表明:该传感器在 0~ 范围内能够达到 2um 的亚像素精密测量,该
传感器的设计可以很好地解决测量内孔时物理空间受限的问题,同时结合激光三角测量
的特点,可以实现对内孔表面形貌参数进行精密测量。
关键词:几何量测量表面形貌测量激光三角法全反射亚像素精度
I
华中科技大学硕士学位论文
Abstract
The application of