激光三角法测量的误差研究
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３ 、误差分析
组成测量系统的光学部件本身的误差 主要来源于球差、彗差、象散、场曲和 畸变等，它们会使实际成像点偏离理想 成像点，这些误差主要靠制造工艺来消 除或减小。
－６１－
制 造
中国科技信息 ２００６ 年第 ２３ 期 ＣＨＩＮＡ ＳＣＩＥＮＣＥ ＡＮＤ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ Ｄｅｃ．２００６
１ 、引言
激光三角法测距［１］随先进制造技术的 发展，在复杂三维曲面的快速测量中有 着广泛的应用，但测量精度受到测量系 统本身非线性误差、被测物体表面特征 和环境要求等多方面的影响，通过研究 影响因素得出改善测量精度的措施是目前 的主要研究内容之一。国内外大量相关领 域的专家已经在改善成像系统、控制温度 湿度等环境因素、设计 ＣＣＤ 及电路、提高 数据处理精度等方面做了大量工作。本文 主要对被测表面特性不同所引起的误差进 行了初步研究。
其夹角称为倾斜角。随着被测表面倾斜 角的不同，入射光点所产生的散射光空 间分布将发生变化，从而使接收透镜在 单位立体角、单位时间内接收到的光能 量发生变化。这就使得光电接收面上的 像光斑光能质心相对其几何中心产生偏 移。配套的光电检测元件（如 Ｐ Ｓ Ｄ ）检 测的是投射到其上的光斑的光能质心的位 置，而不是其几何中心的位置，这种变 化的光能分布，将造成在 ＰＳＤ 上像光斑的 光能质心相对于其几何中心发生偏移。 这样实际测量结果与三角法测量原理公式 的理论计算结果有一定偏差量，这是表 面倾斜带来误差的主要原因之一。仍以 某一型号的非接触激光位移传感器进行相
关试验，对测量数据整理后绘制的测量 表面有无倾角对误差影响图，如图 ３ 所 示。被测面无倾角时它的误差趋势线是 扰误差零值波动，趋势线方程为
（２ ） 而存在一定倾角时，它的误差值就 在不断地增大，有向上漂移的趋势。趋 势线方程为
（３ ） ３ ．４ 、被侧物体表面材料 光波遇到不均匀结构时，使光波偏 离原来的方向，引起散射。散射必然会 减弱光束强度。散射系数 Ｓ 与散射质点的
（１ ） 式中，ａ 为激光束光轴和接收透镜光 轴的交点到接收透镜前主面的距离；ｂ 为 接收透镜后主面到成像面中心点的距离； θ １ 为激光束光轴与接收透镜光轴之间的 夹角；θ ２ 为探测器与接收透镜光轴之间 的夹角。
１－ 激光器 ２－ 会聚透镜 ３－ 被测表面 ４－ 接收透镜 ５－ 光点位置探测器 图１ 直射式光路图 Ｆｉｇ．１ Ｏｐｔｉｃａｌ ｓｙｓｔｅｍ ｏｆ ｎｏｒｍａｌ ｔｙｐｅ
五、改造效果
改造后的液压机投入贵州盘南电厂送 出送电工程的使用，最大液压力可达到 预期的 ６００ ｍｐ，最大液压工作温度可达 ８ ０ °，压接速度较快，现场反应使用效 果良好。
由于自制的液压机的配件和加工都是 在本土完成，使得制造费用和配件费用大 大降低，大大节约了成本。
六、结束语
从该机的改进我们就可以看出，为 了适应输变电实际工作环境的需要，我 们需要对进口机技术进行消化分解，通 过自制化的过程来满足我们工程的需要， 并降低成本。
必须满足 Ｓ ｃ ｈ ｅ ｉ ｍ ｐ ｆ ｌ ｕ ｇ 条件［３：］ 像平面、 物平面、透镜平面相交于一条直线，即 ｔｇ θ １＝ ｔｇ θ ２（式中 为横向放大率）。 此时一定景深范围内的被测点都能正焦的 成像在探测器上，从而保证了精度。若 光点在成像面上的位移为 ，利用相似 三角形各边之间的比例关系，按下式可 求出被测面的位移
基本都集中在± ０．０５ 之间。
４ 、展望
非接触激光测量由于其测量速度快，
所以得到广泛应用。除在硬件方面的双光
路法、安装回转装置和软件方面的采用合
适的数据滤波、定ห้องสมุดไป่ตู้标定技术、辅助变量
和组合参数及插值补偿方法来消除系统的
测量误差外，还可以考虑在以下两个方面
加以改进：
１）、改进光源。用具有聚焦深度长、中
除出光学部件以外，影响测量精度 的因素还有测量环境、激光器光斑形状［ ４ ］ 、ＣＣＤ 传感器和处理电路［５］以及被测面表 面特性［ ６ ］等。
本文主要讨论被测面表面特性对测量 精度的影响。
３ ．１ 、被测物体表面颜色 由于不同的表面颜色对传感器的半导 体激光器发出的近红外光的吸收程度不 一，因此测量结果的一致性将受到一定 的影响。针对这种情况，本文以某一型 号的非接触激光位移传感器为例，进行 实验。实验主要有两步，第一步是标 定，第二步是测试。标定系统是计算机 发出指令，传动装置控制传感器或被测 物体小步距移动。同时记录传感器输出 的像素值和高精度双频激光干涉仪的测量 值。对采样数据进行插值。测量时根据 传感器输出像素值查表得到对应的位移 值。这里首先用铁锈面标定测头，然后 用这组标定值对铁锈、黑、白三种颜色 的漆面进行测试。测试的误差曲线如图 ２ 所示。从图中可以看出黑、白漆面的测 试误差的趋势线较一致，都有连续的漂 移。而铁锈色的测量误差基本很小，基 本控制在± ０．０５ｍｍ 之间，一是因为用铁 锈面的标定数据进行的测试，二是因为 铁锈面对光能的吸收及反射光强大小较为 适宜。建议在对传感器进行标定时使用 与被测面较接近的颜色。 ３ ．２ 、被测物体表面粗糙度和光泽 被测表面的粗糙度对传感器的测量结 果也有一定的影响。光泽主要由折射率 和表面粗糙度决定。表面过于光滑，Ｒ ａ 值过小，一方面使漫反射成份减少， Ｃ Ｃ Ｄ 输出减弱，甚至没有输出；另一方 面，由于正反射成份的增大，Ｃ Ｃ Ｄ 可能 接收到正反射光，而正反射光此时是一 种干扰信号。如果表面过于粗糙，Ｒ ａ 值 过大，容易造成照明光点的局部丢光现 象，破坏了原光点的均匀性，使输出值 不稳定。实验表明被测面粗糙度 时，光 泽较暗淡，有利于传感器的正常工作。 也可以通过改变激光器的功率、使用偏 振片削光来减少光强变化对测量的影响 ［７］。 ３ ．３ 、被测物体表面倾斜度 激光三角法测量的重要假定是发射光 束始终与被测物体表面法线方向一致。 约定被测表面上入射光点处的法线与入射 光方向不重合时称被测表面发生了倾斜，
激光三角法测量的误差研究
常城 张志峰 北京交通大学理学院光电检测技术研究所 １０００４４
Ｓｔｕｄｙ ｏｎ ｔｈｅ Ｅｒｒｏｒ ｉｎ Ｔｒｉａｎｇｕｌａｒ Ｌａｓｅｒ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ Ｃｈａｎｇ Ｃｈｅｎｇ Ｚｈａｎｇ Ｚｈｉｆｅｎｇ
Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ， Ｂｅｉｊｉｎｇ Ｊｉａｏ ｔｏｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ １０００４４
摘 要 激光三角法测量是三维曲面非接触测量的主 要方法之一，但测量精度受到本身结构和被 测物体特性及环境因素等多方面的影响。本 文简要介绍了激光三角法测量的原理，通过 对一种型号的激光位移传感器的实验，对激 光三角法测距由于被测物体表面特性不同和 变化所引起的误差进行了全面地分析和研究， 并针对不同误差原因提出了改进的方法。 关键词 激光三角法；激光位移传感器；被测面特 性；误差分析 Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｔｒｉａｎｇｕｌａｒ ｌａｓｅｒ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｉｓ ａ ｖｅｒｙ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｎｏｎ－ｃｏｎｔａｃｔ ｉｎ ｍｅａｓｕｒｉｎｇ ｄｉｓｔａｎｃｅ ａｎｄ ３－ Ｄ ｐｒｏｆｉｌｅ， ｂｕｔ ｔｈｅ ｍｅａｓｕｒｉｎｇ ａｃｃｕｒａｃｙ ｉｓ ａｆｆｅｃｔｅｄ ｂｙ ｍａｎｙ ｆａｃｔｏｒｓ， ｓｕｃｈ ａｓ ｔｈｅ ｓｕｒｆａｃｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ ｏｆ ｏｂｊｅｃｔｓ ａｎｄ ｔｈｅ ｃｉｒｃｕｍｓｔａｎｃｅ． Ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ， ｔｈｅ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ｏｆ ｔｒｉａｎｇｕｌａｒ ｌａｓｅｒ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｉｓ ｂｒｉｅｆｌｙ ｇｉｖｅｎ． Ｅｒｒｏｒｓ ｃａｕｓｅｄ ｂｙ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｍｅａｓｕｒｅｄ ｓｕｒｆａｃｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｓ ａｒｅ ｇｅｎｅｒａｌｌｙ ａｎａｌｙｚｅｄ ｔｈｒｏｕｇｈ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ ｏｆ ｏｎｅ ｔｙｐｅ ｏｆ ｌａｓｅｒ ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ ｓｅｎｓｏｒ ａｎｄ ｔｈｅ ｍｅｔｈｏｄｓ ｏｆ ｒｅｄｕｃｉｎｇ ｔｈｅｓｅ ｅｒｒｏｒｓ ａｒｅ ｇｉｖｅｎ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ ｌａｓｅｒ ｔｒｉａｎｇｌｅ ｍｅｔｈｏｄ； ｌａｓｅｒ ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ ｓｅｎｓｏｒ； ｍｅａｓｕｒｅｄ ｓｕｒｆａｃｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒ； ｅｒｒｏｒ ａｎａｌｙｓｉｓ
２、激光三角法的测量原理
三角位移测量系统是从光源发射一束 光到被测物体表面，在另一方向通过成 像观察反射光点的位置，从而计算出物 点的位移。由于入射和反射光构成一个 三角形，所以这种方法被称为三角测量 法。按入射光线与被测工件表面法线的 关系，可分为直射式和斜射式。
以直射式为例，其测量光路如图 １ 所 示。激光器 １ 发出的光线，经会聚透镜 ２ 聚焦后垂直入射到被测物体表面 ３ 上，物 体移动或表面变化，导致入射光点沿入 射光轴移动。接收透镜 ４ 接收来自入射光 点处的散射光，并将其成像在光点位置 探测器 ５ （如 Ｐ Ｓ Ｄ、Ｃ Ｃ Ｄ）的敏感面上 ［２］。但是由于传感器激光光束与被测面垂 直，只有一个准确调焦的位置，其余位 置的像都处于不同程度的离焦状态。离 焦将引起像点的弥散，从而降低了系统 的测量精度。为了提高精度，θ １ 和θ ２
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加工的思路。比如发动机采用外购的方 式，而液压站采用自行仿制的方式。
２ ．为了使该机能适应恶劣的环境同 时能方便检修，一方面将液压站的内部 构造作了简化，另一方面调整了原有的 柱塞泵和配流装置，将原来的端面配流 改变为轴配流，端面配流虽然能够自动 补偿间隙，容积效率高，但其最大的缺 点在于对污染敏感，而这一点正是我们 需要克服的，而改用轴配流以后，由于 该种配流结构简单，对污染不敏感，因 而更加适应我们现场的需要。此外我们 将溢流阀从油箱内移动到油箱外，这样 方便了检修人员调节油压。
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大小、数量以及散射质点与基体的相对
折射率等因素有关，单位为 ｃ ｍ －１ 。当质
点的直径
时，可近似地采用
Ｒａｙｌｅｉｇｈ 散射来处理。散射质点的折射
率与基体的折射率相差越大，将产生越
严重的散射［８］ 。
分别以铜、铁、铝作为测量面，进
行标定和测试，误差曲线如图 ４ 所示。从
图中的曲线可以看出铜面的误差最小，
心光斑小等特点的无衍射贝塞耳光束作为
入射光束应用于激光三角测量系统，以解
决传统激光三角测量系统无法满足大量程
与高分辨率测量要求的问题。
２）、设计发射光强自动调整装置。随
物体表面特性的不同而实时调整发射光强，
避免光电检测元件发生过饱和或过弱现
象。
可以预见，随测量精度的提高，激光
三角法测距将更广泛地应用在获取高精度
的复杂曲面的三维数据上，在先进制造、
设计和高精度检测等方面起到关键的作用。
参考文献 ［ １ ］ 吴剑锋，王文，陈子辰． 激光三角法 测量误差分析与精度提高研究［Ｊ］．机电工 程，２ ０ ０ ３ ，２ ０ （５ ） ［２］陈琳．基于激光测距的三坐标测量系统 研究［Ｊ］． 光学仪器．２００２，２４ （２ ） ［３］邹振书等．非接触测量激光光学探头 ［Ｊ］ ． 光学精密工程． １ ９ ９ ７ ，５ （３ ） ［４］何俊，李晓峰．半导体激光器光束准直系 统的功率耦合效率［Ｊ］．应用光学．２００６， ２７（１） ［５］黄战华，蔡怀宇，李贺桥，张以谟．三 角法激光测量系统的误差分析及消除方 法［Ｊ］．光电工程．２００２，２９（３） ［ ６ ］ 庄葆华，王少清，张吉华，蒋诚 志，张文伟． 高精度激光三角法位移测 量被测表面倾斜影响研究［Ｊ］． 计量技术． １９９６（２） ［７］乐开端．激光轮廓测量中的光强自动控 制研究［Ｊ］．光子学报．１９９８，２７（４ ） ［８］王从曾主编．材料性能学［Ｍ］．北京工业大 学出版社．２００１ 作者简介 常城，１ ９ ８ ２ 、６ 、２ ６ 生，男，籍贯北 京，北京交通大学理学院研究生三年级学 生。 主要从事激光与光电检测技术方面的研 究。
组成测量系统的光学部件本身的误差 主要来源于球差、彗差、象散、场曲和 畸变等，它们会使实际成像点偏离理想 成像点，这些误差主要靠制造工艺来消 除或减小。
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制 造
中国科技信息 ２００６ 年第 ２３ 期 ＣＨＩＮＡ ＳＣＩＥＮＣＥ ＡＮＤ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ Ｄｅｃ．２００６
１ 、引言
激光三角法测距［１］随先进制造技术的 发展，在复杂三维曲面的快速测量中有 着广泛的应用，但测量精度受到测量系 统本身非线性误差、被测物体表面特征 和环境要求等多方面的影响，通过研究 影响因素得出改善测量精度的措施是目前 的主要研究内容之一。国内外大量相关领 域的专家已经在改善成像系统、控制温度 湿度等环境因素、设计 ＣＣＤ 及电路、提高 数据处理精度等方面做了大量工作。本文 主要对被测表面特性不同所引起的误差进 行了初步研究。
其夹角称为倾斜角。随着被测表面倾斜 角的不同，入射光点所产生的散射光空 间分布将发生变化，从而使接收透镜在 单位立体角、单位时间内接收到的光能 量发生变化。这就使得光电接收面上的 像光斑光能质心相对其几何中心产生偏 移。配套的光电检测元件（如 Ｐ Ｓ Ｄ ）检 测的是投射到其上的光斑的光能质心的位 置，而不是其几何中心的位置，这种变 化的光能分布，将造成在 ＰＳＤ 上像光斑的 光能质心相对于其几何中心发生偏移。 这样实际测量结果与三角法测量原理公式 的理论计算结果有一定偏差量，这是表 面倾斜带来误差的主要原因之一。仍以 某一型号的非接触激光位移传感器进行相
关试验，对测量数据整理后绘制的测量 表面有无倾角对误差影响图，如图 ３ 所 示。被测面无倾角时它的误差趋势线是 扰误差零值波动，趋势线方程为
（２ ） 而存在一定倾角时，它的误差值就 在不断地增大，有向上漂移的趋势。趋 势线方程为
（３ ） ３ ．４ 、被侧物体表面材料 光波遇到不均匀结构时，使光波偏 离原来的方向，引起散射。散射必然会 减弱光束强度。散射系数 Ｓ 与散射质点的
（１ ） 式中，ａ 为激光束光轴和接收透镜光 轴的交点到接收透镜前主面的距离；ｂ 为 接收透镜后主面到成像面中心点的距离； θ １ 为激光束光轴与接收透镜光轴之间的 夹角；θ ２ 为探测器与接收透镜光轴之间 的夹角。
１－ 激光器 ２－ 会聚透镜 ３－ 被测表面 ４－ 接收透镜 ５－ 光点位置探测器 图１ 直射式光路图 Ｆｉｇ．１ Ｏｐｔｉｃａｌ ｓｙｓｔｅｍ ｏｆ ｎｏｒｍａｌ ｔｙｐｅ
五、改造效果
改造后的液压机投入贵州盘南电厂送 出送电工程的使用，最大液压力可达到 预期的 ６００ ｍｐ，最大液压工作温度可达 ８ ０ °，压接速度较快，现场反应使用效 果良好。
由于自制的液压机的配件和加工都是 在本土完成，使得制造费用和配件费用大 大降低，大大节约了成本。
六、结束语
从该机的改进我们就可以看出，为 了适应输变电实际工作环境的需要，我 们需要对进口机技术进行消化分解，通 过自制化的过程来满足我们工程的需要， 并降低成本。
必须满足 Ｓ ｃ ｈ ｅ ｉ ｍ ｐ ｆ ｌ ｕ ｇ 条件［３：］ 像平面、 物平面、透镜平面相交于一条直线，即 ｔｇ θ １＝ ｔｇ θ ２（式中 为横向放大率）。 此时一定景深范围内的被测点都能正焦的 成像在探测器上，从而保证了精度。若 光点在成像面上的位移为 ，利用相似 三角形各边之间的比例关系，按下式可 求出被测面的位移
基本都集中在± ０．０５ 之间。
４ 、展望
非接触激光测量由于其测量速度快，
所以得到广泛应用。除在硬件方面的双光
路法、安装回转装置和软件方面的采用合
适的数据滤波、定ห้องสมุดไป่ตู้标定技术、辅助变量
和组合参数及插值补偿方法来消除系统的
测量误差外，还可以考虑在以下两个方面
加以改进：
１）、改进光源。用具有聚焦深度长、中
除出光学部件以外，影响测量精度 的因素还有测量环境、激光器光斑形状［ ４ ］ 、ＣＣＤ 传感器和处理电路［５］以及被测面表 面特性［ ６ ］等。
本文主要讨论被测面表面特性对测量 精度的影响。
３ ．１ 、被测物体表面颜色 由于不同的表面颜色对传感器的半导 体激光器发出的近红外光的吸收程度不 一，因此测量结果的一致性将受到一定 的影响。针对这种情况，本文以某一型 号的非接触激光位移传感器为例，进行 实验。实验主要有两步，第一步是标 定，第二步是测试。标定系统是计算机 发出指令，传动装置控制传感器或被测 物体小步距移动。同时记录传感器输出 的像素值和高精度双频激光干涉仪的测量 值。对采样数据进行插值。测量时根据 传感器输出像素值查表得到对应的位移 值。这里首先用铁锈面标定测头，然后 用这组标定值对铁锈、黑、白三种颜色 的漆面进行测试。测试的误差曲线如图 ２ 所示。从图中可以看出黑、白漆面的测 试误差的趋势线较一致，都有连续的漂 移。而铁锈色的测量误差基本很小，基 本控制在± ０．０５ｍｍ 之间，一是因为用铁 锈面的标定数据进行的测试，二是因为 铁锈面对光能的吸收及反射光强大小较为 适宜。建议在对传感器进行标定时使用 与被测面较接近的颜色。 ３ ．２ 、被测物体表面粗糙度和光泽 被测表面的粗糙度对传感器的测量结 果也有一定的影响。光泽主要由折射率 和表面粗糙度决定。表面过于光滑，Ｒ ａ 值过小，一方面使漫反射成份减少， Ｃ Ｃ Ｄ 输出减弱，甚至没有输出；另一方 面，由于正反射成份的增大，Ｃ Ｃ Ｄ 可能 接收到正反射光，而正反射光此时是一 种干扰信号。如果表面过于粗糙，Ｒ ａ 值 过大，容易造成照明光点的局部丢光现 象，破坏了原光点的均匀性，使输出值 不稳定。实验表明被测面粗糙度 时，光 泽较暗淡，有利于传感器的正常工作。 也可以通过改变激光器的功率、使用偏 振片削光来减少光强变化对测量的影响 ［７］。 ３ ．３ 、被测物体表面倾斜度 激光三角法测量的重要假定是发射光 束始终与被测物体表面法线方向一致。 约定被测表面上入射光点处的法线与入射 光方向不重合时称被测表面发生了倾斜，
激光三角法测量的误差研究
常城 张志峰 北京交通大学理学院光电检测技术研究所 １０００４４
Ｓｔｕｄｙ ｏｎ ｔｈｅ Ｅｒｒｏｒ ｉｎ Ｔｒｉａｎｇｕｌａｒ Ｌａｓｅｒ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ Ｃｈａｎｇ Ｃｈｅｎｇ Ｚｈａｎｇ Ｚｈｉｆｅｎｇ
Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ， Ｂｅｉｊｉｎｇ Ｊｉａｏ ｔｏｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ １０００４４
摘 要 激光三角法测量是三维曲面非接触测量的主 要方法之一，但测量精度受到本身结构和被 测物体特性及环境因素等多方面的影响。本 文简要介绍了激光三角法测量的原理，通过 对一种型号的激光位移传感器的实验，对激 光三角法测距由于被测物体表面特性不同和 变化所引起的误差进行了全面地分析和研究， 并针对不同误差原因提出了改进的方法。 关键词 激光三角法；激光位移传感器；被测面特 性；误差分析 Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｔｒｉａｎｇｕｌａｒ ｌａｓｅｒ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｉｓ ａ ｖｅｒｙ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｎｏｎ－ｃｏｎｔａｃｔ ｉｎ ｍｅａｓｕｒｉｎｇ ｄｉｓｔａｎｃｅ ａｎｄ ３－ Ｄ ｐｒｏｆｉｌｅ， ｂｕｔ ｔｈｅ ｍｅａｓｕｒｉｎｇ ａｃｃｕｒａｃｙ ｉｓ ａｆｆｅｃｔｅｄ ｂｙ ｍａｎｙ ｆａｃｔｏｒｓ， ｓｕｃｈ ａｓ ｔｈｅ ｓｕｒｆａｃｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ ｏｆ ｏｂｊｅｃｔｓ ａｎｄ ｔｈｅ ｃｉｒｃｕｍｓｔａｎｃｅ． Ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ， ｔｈｅ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ｏｆ ｔｒｉａｎｇｕｌａｒ ｌａｓｅｒ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｉｓ ｂｒｉｅｆｌｙ ｇｉｖｅｎ． Ｅｒｒｏｒｓ ｃａｕｓｅｄ ｂｙ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｍｅａｓｕｒｅｄ ｓｕｒｆａｃｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｓ ａｒｅ ｇｅｎｅｒａｌｌｙ ａｎａｌｙｚｅｄ ｔｈｒｏｕｇｈ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ ｏｆ ｏｎｅ ｔｙｐｅ ｏｆ ｌａｓｅｒ ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ ｓｅｎｓｏｒ ａｎｄ ｔｈｅ ｍｅｔｈｏｄｓ ｏｆ ｒｅｄｕｃｉｎｇ ｔｈｅｓｅ ｅｒｒｏｒｓ ａｒｅ ｇｉｖｅｎ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ ｌａｓｅｒ ｔｒｉａｎｇｌｅ ｍｅｔｈｏｄ； ｌａｓｅｒ ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ ｓｅｎｓｏｒ； ｍｅａｓｕｒｅｄ ｓｕｒｆａｃｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒ； ｅｒｒｏｒ ａｎａｌｙｓｉｓ
２、激光三角法的测量原理
三角位移测量系统是从光源发射一束 光到被测物体表面，在另一方向通过成 像观察反射光点的位置，从而计算出物 点的位移。由于入射和反射光构成一个 三角形，所以这种方法被称为三角测量 法。按入射光线与被测工件表面法线的 关系，可分为直射式和斜射式。
以直射式为例，其测量光路如图 １ 所 示。激光器 １ 发出的光线，经会聚透镜 ２ 聚焦后垂直入射到被测物体表面 ３ 上，物 体移动或表面变化，导致入射光点沿入 射光轴移动。接收透镜 ４ 接收来自入射光 点处的散射光，并将其成像在光点位置 探测器 ５ （如 Ｐ Ｓ Ｄ、Ｃ Ｃ Ｄ）的敏感面上 ［２］。但是由于传感器激光光束与被测面垂 直，只有一个准确调焦的位置，其余位 置的像都处于不同程度的离焦状态。离 焦将引起像点的弥散，从而降低了系统 的测量精度。为了提高精度，θ １ 和θ ２
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中国科技信息 ２００６ 年第 ２３ 期 ＣＨＩＮＡ ＳＣＩＥＮＣＥ ＡＮＤ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ Ｄｅｃ．２００６
加工的思路。比如发动机采用外购的方 式，而液压站采用自行仿制的方式。
２ ．为了使该机能适应恶劣的环境同 时能方便检修，一方面将液压站的内部 构造作了简化，另一方面调整了原有的 柱塞泵和配流装置，将原来的端面配流 改变为轴配流，端面配流虽然能够自动 补偿间隙，容积效率高，但其最大的缺 点在于对污染敏感，而这一点正是我们 需要克服的，而改用轴配流以后，由于 该种配流结构简单，对污染不敏感，因 而更加适应我们现场的需要。此外我们 将溢流阀从油箱内移动到油箱外，这样 方便了检修人员调节油压。
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大小、数量以及散射质点与基体的相对
折射率等因素有关，单位为 ｃ ｍ －１ 。当质
点的直径
时，可近似地采用
Ｒａｙｌｅｉｇｈ 散射来处理。散射质点的折射
率与基体的折射率相差越大，将产生越
严重的散射［８］ 。
分别以铜、铁、铝作为测量面，进
行标定和测试，误差曲线如图 ４ 所示。从
图中的曲线可以看出铜面的误差最小，
心光斑小等特点的无衍射贝塞耳光束作为
入射光束应用于激光三角测量系统，以解
决传统激光三角测量系统无法满足大量程
与高分辨率测量要求的问题。
２）、设计发射光强自动调整装置。随
物体表面特性的不同而实时调整发射光强，
避免光电检测元件发生过饱和或过弱现
象。
可以预见，随测量精度的提高，激光
三角法测距将更广泛地应用在获取高精度
的复杂曲面的三维数据上，在先进制造、
设计和高精度检测等方面起到关键的作用。
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