第三章 激光测试技术3
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第四章 激光测试技术
4/5/2020
参考文献：《激光测量技术》
内容提要
1、激光原理及技术
激光原理概述；激光的基本物理性质； 高斯光束；稳频技术；激光调制技术
2、激光准直及多自由度测量
激光准直测量盘原理；激光准直仪的组 成；大气扰动及激光束漂移；激光准直 测量的应用；激光多自由度测量技术
3、激光视觉三维测量技术
3、激光视觉三维测量系统
视觉检测技术根据照明方式和几何结构关系的不同分 为被动视觉（Passive VIsion）检测和主动视觉（Active Vision）检测两大类。被动视觉采用非结构光照明，它 是根据被测空间点在不同像面上的相关匹配关系，来 获得空间点的三维坐标。主动视觉是采用结构光照明， 通过结构光在被测物体上的精确定位来获取被测信息。
激光三角法
3、激光视觉三维测量系统
激光三角位移传感器
wenku.baidu.com
根据三角法测量原理制成的仪器被称为激光三角位移传感器。 一般采用半导体激光器（LD）作光源，功率在5mw左右，光 电位置探测器可采用PSD或CCD。PSD属于非分割型位置探测
器，分辨力高，动态响应快，后续处理电路简单，但线性差， 需要精确标定。
斜射式三角位移传感器有日本Keyence公司的LD系列，而直 射式有Renishaw公司生产的OP2、Keyence生产的LC系列和LB 系列等多种型号。其中美国MEDAR公司生产的2101型及 Renishow公司生产的0P2型是专门配置在三坐标测量机上用 于测量物休三维形貌。
激光三角法
3、激光视觉三维测量系统
激光三角位移传感器
厂家
型号
MEDAR KEYENCE KEYENCE REISHAW PANASONIC
2101 LC-220 LB72
OP2 3ALA75
工作距离 （mm）
25 30 40 20 75
测量范围 （mm）
±2.5 ±3 ±10 ±2 ±25
分辨力 （微米）
下面以单点式激光三角法为例讲述激光三角法测量原理。
3、激光视觉三维测量系统
激光三角法
测量原理
单点式激光三角法测量常采用直射式和斜射式两种结构。 直射式三角法
若光点在成像面上的位移为x， 按下式可求出被测面的位移:
x
ax
b sin θ xcosθ
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
2 0.2 2 1 50
线性 （微米）
1.5 3 ±1% 10 ±1%
激光三角法
3、激光视觉三维测量系统
应用激光三角位移传感器测量管内壁形貌原理
激为光 了三 获角 得位 管移内传壁感的器整固周定 信在 息管 ，内 步行 进走 电的 机小3带车动上激，光使三传角感位器移发传出感的器光绕束管垂中直
入心射 做于 整管 周内 回壁转某，一使点光上点， 沿传 管感 内壁器表有面一转输动出扫值描。，若这被样测就管可内测壁量尺出寸管沿内径壁向某有
式中，θ1为激光束光轴和被测面法线的夹角； θ2为成像透镜光轴和被测面法线的夹角。
3、激光视觉三维测量系统
激光三角法
单点式激光三角法测量常采用直射式和斜射式两种结构。
测量原理
直射式和斜射式有如下特点： 1）斜射式可接收来自被测物体的正反射光，当被测物表 面为镜面时，不会由于散射光过弱而导致光电探测器输出 信号太小，使测量无法进行：直射式由于其接收散射光的 特点，适合于测量散射性能好的表面。 2）在被测物体表面发生位移x时，斜射式入射光光点照射 在物体不同的点上。因此，无法知道被测物体某点的位移 情况，而直射式却可以。 3）斜射式传感器分辨力高于直射式，但它测量范围小、 体积大。
一截个 面变 径化 向量 的，尺即寸入。射小光车点 在从 管内B点沿变轴化向到移B动’点，，传此感时器激的光转三角角和位轴移向传位感移器可的由输 出步值 进反 电映 机了 发该出变的化脉量冲。数求出，这样就完成整个管内壁三维形貌测量。
激光三角法
3、激光视觉三维测量系统
激光三角位移传感器应用
Cyclop超精密激光三角反射位移传感器 线性精度高达0.015%激光位移传感器： 量程：20 /38 /70 /130mm；量程中点：90 /90/ 160 /340mm； 线性：3 /5 /10 /20µm；重复性：2 /2 /3 /5µm ； 频响：<14KHZ；输出：RS422以太网（可 选模拟输出）
激光三角法测量原理；激光视觉测量的基 本原理；激光视觉三维测量技术的应用
4、其它激光测量技术
激光多普勒测速技术；激光扫描测径技 术；激光测距技术
3、激光视觉三维测量系统
人类的大部分信息是通过视觉系统来获取的。研究了 利用计算机等现代化工具来实现视觉功能，以增加对 三维世界的理解，由此形成了一门崭新的学科―计算 机视觉（Computer vision)，又称机器视觉（Machine Vision）。
激光具有方向性好、高亮度等优点，利用激光做光源 来获取结构光的主动视觉检测，称之为激光视觉检测 技术。本章主要讲述激光视觉检测的原理及应用。
激光三角法
3、激光视觉三维测量系统
激光三角法是激光视觉检测技术的基础。
激光三角法早期使用He-Ne激光器作光源，体积庞大。 近年来，随着半导体激光器、光电位置探测器PSD和CCD 的出现及性能的不断完善，三角法在位移和物体表面的 测量中得以广泛应用。
近年来，计算机技术及电子技术的不断进步及CCD等光 电器件的完善和发展，推动了计算机视觉技术的快速 发展。
3、激光视觉三维测量系统
目前，计算机视觉技术已被广泛地应用于航空航天、 生物医疗、物体识别、工业自动检测等领域。
计 算 机 视 觉 理 论 基 础 上 发 展 起 来 的 视 觉 检 测 （ Vision Inspection）技术具有非接触、速度快、精度适中、可 实现在线等优点，已广泛地应用于工业产品的在线检 测。
后主面到成像面中心点的距离；θ为激光束
光轴与接收透镜光轴之间的夹角。
3、激光视觉三维测量系统
激光三角法
测量原理
单点式激光三角法测量常采用直射式和斜射式两种结构。 斜射式三角法
若光点的像在探测器敏感面上移 动x'，则物体表面沿法线方向的 移动距离
x
ax cosθ1
b sin(θ1 θ2 ) x cos(θ1 θ2 )
4/5/2020
参考文献：《激光测量技术》
内容提要
1、激光原理及技术
激光原理概述；激光的基本物理性质； 高斯光束；稳频技术；激光调制技术
2、激光准直及多自由度测量
激光准直测量盘原理；激光准直仪的组 成；大气扰动及激光束漂移；激光准直 测量的应用；激光多自由度测量技术
3、激光视觉三维测量技术
3、激光视觉三维测量系统
视觉检测技术根据照明方式和几何结构关系的不同分 为被动视觉（Passive VIsion）检测和主动视觉（Active Vision）检测两大类。被动视觉采用非结构光照明，它 是根据被测空间点在不同像面上的相关匹配关系，来 获得空间点的三维坐标。主动视觉是采用结构光照明， 通过结构光在被测物体上的精确定位来获取被测信息。
激光三角法
3、激光视觉三维测量系统
激光三角位移传感器
wenku.baidu.com
根据三角法测量原理制成的仪器被称为激光三角位移传感器。 一般采用半导体激光器（LD）作光源，功率在5mw左右，光 电位置探测器可采用PSD或CCD。PSD属于非分割型位置探测
器，分辨力高，动态响应快，后续处理电路简单，但线性差， 需要精确标定。
斜射式三角位移传感器有日本Keyence公司的LD系列，而直 射式有Renishaw公司生产的OP2、Keyence生产的LC系列和LB 系列等多种型号。其中美国MEDAR公司生产的2101型及 Renishow公司生产的0P2型是专门配置在三坐标测量机上用 于测量物休三维形貌。
激光三角法
3、激光视觉三维测量系统
激光三角位移传感器
厂家
型号
MEDAR KEYENCE KEYENCE REISHAW PANASONIC
2101 LC-220 LB72
OP2 3ALA75
工作距离 （mm）
25 30 40 20 75
测量范围 （mm）
±2.5 ±3 ±10 ±2 ±25
分辨力 （微米）
下面以单点式激光三角法为例讲述激光三角法测量原理。
3、激光视觉三维测量系统
激光三角法
测量原理
单点式激光三角法测量常采用直射式和斜射式两种结构。 直射式三角法
若光点在成像面上的位移为x， 按下式可求出被测面的位移:
x
ax
b sin θ xcosθ
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
2 0.2 2 1 50
线性 （微米）
1.5 3 ±1% 10 ±1%
激光三角法
3、激光视觉三维测量系统
应用激光三角位移传感器测量管内壁形貌原理
激为光 了三 获角 得位 管移内传壁感的器整固周定 信在 息管 ，内 步行 进走 电的 机小3带车动上激，光使三传角感位器移发传出感的器光绕束管垂中直
入心射 做于 整管 周内 回壁转某，一使点光上点， 沿传 管感 内壁器表有面一转输动出扫值描。，若这被样测就管可内测壁量尺出寸管沿内径壁向某有
式中，θ1为激光束光轴和被测面法线的夹角； θ2为成像透镜光轴和被测面法线的夹角。
3、激光视觉三维测量系统
激光三角法
单点式激光三角法测量常采用直射式和斜射式两种结构。
测量原理
直射式和斜射式有如下特点： 1）斜射式可接收来自被测物体的正反射光，当被测物表 面为镜面时，不会由于散射光过弱而导致光电探测器输出 信号太小，使测量无法进行：直射式由于其接收散射光的 特点，适合于测量散射性能好的表面。 2）在被测物体表面发生位移x时，斜射式入射光光点照射 在物体不同的点上。因此，无法知道被测物体某点的位移 情况，而直射式却可以。 3）斜射式传感器分辨力高于直射式，但它测量范围小、 体积大。
一截个 面变 径化 向量 的，尺即寸入。射小光车点 在从 管内B点沿变轴化向到移B动’点，，传此感时器激的光转三角角和位轴移向传位感移器可的由输 出步值 进反 电映 机了 发该出变的化脉量冲。数求出，这样就完成整个管内壁三维形貌测量。
激光三角法
3、激光视觉三维测量系统
激光三角位移传感器应用
Cyclop超精密激光三角反射位移传感器 线性精度高达0.015%激光位移传感器： 量程：20 /38 /70 /130mm；量程中点：90 /90/ 160 /340mm； 线性：3 /5 /10 /20µm；重复性：2 /2 /3 /5µm ； 频响：<14KHZ；输出：RS422以太网（可 选模拟输出）
激光三角法测量原理；激光视觉测量的基 本原理；激光视觉三维测量技术的应用
4、其它激光测量技术
激光多普勒测速技术；激光扫描测径技 术；激光测距技术
3、激光视觉三维测量系统
人类的大部分信息是通过视觉系统来获取的。研究了 利用计算机等现代化工具来实现视觉功能，以增加对 三维世界的理解，由此形成了一门崭新的学科―计算 机视觉（Computer vision)，又称机器视觉（Machine Vision）。
激光具有方向性好、高亮度等优点，利用激光做光源 来获取结构光的主动视觉检测，称之为激光视觉检测 技术。本章主要讲述激光视觉检测的原理及应用。
激光三角法
3、激光视觉三维测量系统
激光三角法是激光视觉检测技术的基础。
激光三角法早期使用He-Ne激光器作光源，体积庞大。 近年来，随着半导体激光器、光电位置探测器PSD和CCD 的出现及性能的不断完善，三角法在位移和物体表面的 测量中得以广泛应用。
近年来，计算机技术及电子技术的不断进步及CCD等光 电器件的完善和发展，推动了计算机视觉技术的快速 发展。
3、激光视觉三维测量系统
目前，计算机视觉技术已被广泛地应用于航空航天、 生物医疗、物体识别、工业自动检测等领域。
计 算 机 视 觉 理 论 基 础 上 发 展 起 来 的 视 觉 检 测 （ Vision Inspection）技术具有非接触、速度快、精度适中、可 实现在线等优点，已广泛地应用于工业产品的在线检 测。
后主面到成像面中心点的距离；θ为激光束
光轴与接收透镜光轴之间的夹角。
3、激光视觉三维测量系统
激光三角法
测量原理
单点式激光三角法测量常采用直射式和斜射式两种结构。 斜射式三角法
若光点的像在探测器敏感面上移 动x'，则物体表面沿法线方向的 移动距离
x
ax cosθ1
b sin(θ1 θ2 ) x cos(θ1 θ2 )