激光同步扫描三角测距成像系统的设计
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! 6 _ 系统设计 3
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图 t 计算草图 A t u > ? @ v H Z E MJ I CE P G E W G P Z ? I D
Leabharlann Baidu
由几何关系 ) 只要 S: 的长度小于 ] U 点到 S! 的 垂 直 距 离 的 !倍 ’ U : :aa" ) S: 就 可 以 在 SU; S! 之 间旋转 <由于 S: 转速较高 ) 迎风面不能太大 ) 取其长 度为 w 宽度为 w ‘aa) ‘aa 和厚度为 waa< 及其尺寸的确定 T A U A ! SU; S! 与水平线的夹角 0 +x ‘ c 1’ U \ ! " ’ ! \ " +T e A | w c ’ T " 0 y z { . / 2 , 如图 :所 示 ) 在满足 扫描 角 为 : 且 在 最 大 圆 处 ‘ c 的扫描范围关于 ] 点} ; ] ~ 为最大 U ! 对称的条件下 )
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光 电 子"激 光
第4 9卷
第 4期
$ % % $年 4月
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激光同步扫描三角测距成像系统的设计 !
唐圣彪 "屠大维 "程 胜
上海大学机电工程与自动化学院 " 上海 $ # % % % & $ ’
摘要( 提 供 了 三 维 面 形 测 量 系 统 设 计 的 实 例" 其中包 括 各 反 射 镜 尺 寸 设 计) 电 动 机 及 *+ ,转 换 卡 的 选 择) 扫描范围 扫描行数和列数 帧频和分辨率的确定 . 最后给出了控制步进电动机和 *+ ,转 换 卡 的 电 路原理图 . 关键词 ( 机器视觉 )三角法测距 )同步扫描 )位置传感器 # ’ / 0 , 中图分类号 ( 3 & 1 2$ 文献标识码 ( * 文章编号 ( 4 % % 5 6 % % 7 8 # $ % % $ ’ % 4 6 % % 5 8 6 % 9
万方数据
国家自然科学基金资助项目 # 3 基金项目 ( 8 4 4 % 5 % % $ ’
第 U期
唐圣彪等 ! 激光同步扫描三角测距成像系统的设计
-R e 据’ 式) 通 过 [\ ! " ; ’ : " %转 换 卡 测 量 像 点 在 # $ %上 的位置就可以测量物体表面某一点的坐标 <当 S: 在 行扫描电机的带动下旋转 ) 摆镜 ST 在帧 扫描电 机的 轴 摆 动 时) 就可以进行物体表面三维 带动下绕 ] ^ ] 轮廓测量了 <
万方数据
图 V 实验原理图
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$ $ 一般意义 的轨 迹方 程 为 # 个 圆" !( ’ *# !) ’ + ( ) % % $ $ { $ } { # *~ { # # !} ’ 半 $ 圆心 ( " ) ,. 其 中 ( ) %+ %+ $ $ v { } # !$ ~ # # # !} ’ x $ $ 径" 中点位于 +( *) .设 / " , 0 , 光敏面长度为 $ . % % 点~ v !{ + $ # !} ’ " !} + # !} ’ x .用 ~+ v !{ + $ } # # # } %
角度出发 " 介绍了激光同步扫描三角测距成像系统的 基本原理及其设计 .
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y 基本原理
在图 4中 " 一束光从点 z 出发 " 照射到物体 # " % ’ { 表 面 某一点而形 成光斑 |# 该光 斑 经 焦 距 为 + $ " 4 ’ " { 上的 ~ ’ }的物镜成像在位置传感器 # / 0 , %点.点 | 作 为 校 验 点" 而像点 ~ v !{ "} + $ # !} ’ ’ " !} "# + # % 用以确定 / # !} ’ x # 0 , 的位置 . 假设光束在扫描 时 " 从 | 点扫描到 $ 点 " 光线 4顺时针扫过 % 角变成 4 & " 在 接 收光路中有 一扫描器 # 图 4中 没 有 画 出 ’ 与发射 光 的 扫 描 器 同 步 旋 转" 也顺时针扫过 % 角" 即同步扫
像点为 ~ 点 . 通过数学推导可知 " / 0 , 上任一点 ~ 所 对应的物点的轨迹方程为
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$ " 3 x 描v .这使得接收光路成像主光线由 ’ ~ % 逆时针旋 转% 角转到 ’ 从而点 $ 在/ # " ’ ~ 位置 " ( ) 0 , 上 的成
u 引
言
光学三维面 形 测 量 具 有 非 接 触 非 侵 犯分辨率 高和速度快等优点 " 它主要用于机器视觉 在线检测 4 w9 x 逆向工程和质量控制等领域 v .本文从系统设计的
代入方程 # 可得最大圆方程 " 用 ~+ v # !} ’ *. x 4 ’ ! # 代入方程# 可 得 最 小 圆 方 程" 系统 + $ # !} ’ x !. 4 ’ { } # 的测量范围在最大圆和最小圆之间 .
! 收稿日期 ( $ % % 4 6 % & 6 4 7 修订日期 ( $ % % 4 6 4 % 6 4 %
! 6 可以由 ’ 式唯一确定 3 ’ ) " ! " ; ’ : " < ( *
取系统参数 2 焦距 4 +U‘ ‘ ‘aa) +! ‘ ‘aa) + , 扫描 角度 b 其分 ! ‘ ‘ ) +: ‘ c <# +: eaa) $ % 的长 度 d 辨 率 为 f+ ! 通 过 专 门 编 制 的 软 件 进 行 分 析) ‘g a) 系统景深 ; 分辨率达到最优化 < _ A h 反射镜的设计 T A U A U S: 旋转中心坐标及其尺寸的确定 如图 :所示 ) 设] 物镜中心与 S: 旋转中 +i ) ] U ! 心的距离 为 j 由 平面 镜成像 原理可 知 ] ) +] k5j k U 即 + i\l m no<由 图 :可 知 )pk q ] q ] U r p] !) 1i 可得 ’ i \ l m n o " 1j 2 ’ ! j 5, " 2 + ) + < i ! ! , \ ! 2 ! s2 5,\ T 5, 取j 则i 故 S: 中心坐标为 +T ‘aa) +U ! eaa) ’ U ‘ ‘ ) U ! e " <
图 = 同步扫描原理图 A = B > ? @ C ? D E ? F G HI JK L D E M C I D ? N H OK E P D D H C K
! ) R 6 Q 设计方案 3
如图 !所示 ) 激光器发射的激光照射到两面可以 反射的平面镜 S: 上 ) 经 S: 反射到 平 面 镜 S! 上 ) 而 S! 将光束反射到平面镜 ST 上 ) ST 再将 光 束 反射 到 光斑 & 经过 ST; 物体表面某一点而形成光斑 &< SU; 双面反射镜 S: 的另一面及物镜成像到 # 依 $ %上 )
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像点为 ~ 点 . 通过数学推导可知 " / 0 , 上任一点 ~ 所 对应的物点的轨迹方程为
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光学三维面 形 测 量 具 有 非 接 触 非 侵 犯分辨率 高和速度快等优点 " 它主要用于机器视觉 在线检测 4 w9 x 逆向工程和质量控制等领域 v .本文从系统设计的
代入方程 # 可得最大圆方程 " 用 ~+ v # !} ’ *. x 4 ’ ! # 代入方程# 可 得 最 小 圆 方 程" 系统 + $ # !} ’ x !. 4 ’ { } # 的测量范围在最大圆和最小圆之间 .
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取系统参数 2 焦距 4 +U‘ ‘ ‘aa) +! ‘ ‘aa) + , 扫描 角度 b 其分 ! ‘ ‘ ) +: ‘ c <# +: eaa) $ % 的长 度 d 辨 率 为 f+ ! 通 过 专 门 编 制 的 软 件 进 行 分 析) ‘g a) 系统景深 ; 分辨率达到最优化 < _ A h 反射镜的设计 T A U A U S: 旋转中心坐标及其尺寸的确定 如图 :所示 ) 设] 物镜中心与 S: 旋转中 +i ) ] U ! 心的距离 为 j 由 平面 镜成像 原理可 知 ] ) +] k5j k U 即 + i\l m no<由 图 :可 知 )pk q ] q ] U r p] !) 1i 可得 ’ i \ l m n o " 1j 2 ’ ! j 5, " 2 + ) + < i ! ! , \ ! 2 ! s2 5,\ T 5, 取j 则i 故 S: 中心坐标为 +T ‘aa) +U ! eaa) ’ U ‘ ‘ ) U ! e " <
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如图 !所示 ) 激光器发射的激光照射到两面可以 反射的平面镜 S: 上 ) 经 S: 反射到 平 面 镜 S! 上 ) 而 S! 将光束反射到平面镜 ST 上 ) ST 再将 光 束 反射 到 光斑 & 经过 ST; 物体表面某一点而形成光斑 &< SU; 双面反射镜 S: 的另一面及物镜成像到 # 依 $ %上 )