陳旭杰

摘 要：因?yàn)槿S測(cè)量技術(shù)結(jié)合的為光學(xué)技術(shù)具有的新發(fā)展應(yīng)用，其打破了傳統(tǒng)的接觸式三維測(cè)量方法的優(yōu)勢(shì)，使得人們可以更為快捷與準(zhǔn)確的獲得可觀物體的單位輪廓數(shù)據(jù)信息。而本文則對(duì)光學(xué)三坐標(biāo)的探測(cè)原理做一個(gè)介紹和分析比較，來(lái)討論不同測(cè)量方法的優(yōu)劣勢(shì)，以及所適用的不同被測(cè)物體。

關(guān)鍵詞：光學(xué)三坐標(biāo)測(cè)量機(jī);測(cè)量法;原理

1 直射式測(cè)量法的測(cè)量原理

直射式測(cè)量方法具有的基本原理為在測(cè)量系統(tǒng)內(nèi)部通過(guò)激光器法射出激光光束，垂直投射在被檢測(cè)物體表面的時(shí)候，產(chǎn)生光點(diǎn)或者是光線(xiàn)，光點(diǎn)通過(guò)反射進(jìn)入接收透鏡的時(shí)候，將像于視覺(jué)傳感器的感光之上。

因?yàn)楸粰z測(cè)的物體表面的輪廓出現(xiàn)形態(tài)變化的時(shí)候，入射光點(diǎn)則是會(huì)沿著入射光軸的移動(dòng)進(jìn)而出現(xiàn)變化，為此視覺(jué)傳感器的成像也是會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的移動(dòng)，通過(guò)視覺(jué)傳感器成像位置的關(guān)系可以推測(cè)得到被檢測(cè)物體表面輪廓的信息。視覺(jué)傳感器的感光面與接收鏡光軸為垂直的，使得成像透鏡工作接近于軸狀態(tài)，其測(cè)量的光路原理如圖1所示。

在上圖中，L為被檢測(cè)物體相對(duì)于基準(zhǔn)平面的移動(dòng)距離，l’為成像的光點(diǎn)相對(duì)于成像平面基準(zhǔn)點(diǎn)的移動(dòng)距離。O為被檢測(cè)物體所存在的基準(zhǔn)平面，O’為被檢測(cè)物體移動(dòng)之后的平面位置。U為工作距離，也就是投射光軸同接收透鏡光軸的交點(diǎn)到接收透鏡主平面的實(shí)際距離，V為像距，也就是接收透鏡的主平面到成像基準(zhǔn)點(diǎn)的實(shí)際距離。為工作角，也就是投射光光軸同成像光軸的夾角，H為透鏡中心到投射光束光軸的實(shí)際距離。如圖1所示，透鏡焦距為f，通過(guò)正弦定理可以得到，對(duì)于△ABC內(nèi)部：

2 斜射式測(cè)量法的測(cè)量原理

斜射式的測(cè)量方法與直射式的測(cè)量方法具有的測(cè)量原理基本相同，不過(guò)激光器的投射位置具有較大的區(qū)別，激光器的投射光束光軸同被測(cè)量物體表面的法線(xiàn)方向構(gòu)成一定的角度，其具有的測(cè)量光路的原理如圖2所示。

其中L為被檢測(cè)物體相對(duì)于基準(zhǔn)平面的移動(dòng)距離，L’為成像的光點(diǎn)相對(duì)于成像平面基準(zhǔn)點(diǎn)的移動(dòng)距離;O為被測(cè)量物體所在的基準(zhǔn)平面，O’為被檢測(cè)物體的移動(dòng)之后的平面位置。U為工作距離，也就是投射光軸以及接收透鏡光軸的交點(diǎn)到接收透鏡主平面的距離，V為像距，也就是接收透鏡的主平面到成像基準(zhǔn)點(diǎn)的距離。是投射光源光軸同被測(cè)物體表面法線(xiàn)的方向夾角，成像光軸以及被測(cè)量物體表面法線(xiàn)方向的夾角，H為透鏡中心點(diǎn)到投射光源光軸的距離。如圖2所示，透鏡的焦距為f，通過(guò)正弦定理可以得到，對(duì)于△ABC內(nèi)部：

3 Scheimpflug驗(yàn)證條件

Scheimpflug的條件為目前成像的平面、透鏡平面以及被檢測(cè)物體平面相交得到一個(gè)共同的位置上面，對(duì)于成像平面上的像為清晰的，其光學(xué)含義指的是成像的平面、被檢測(cè)物體的表面以及透鏡平面三個(gè)平面需要相交于同一條的直線(xiàn)上面的時(shí)候，才可以在成像平面上得到較為清晰的像，如圖3所示。

a為入射軸同成像平面光軸的交點(diǎn)到透鏡中心點(diǎn)的距離，b為入射光軸與被檢測(cè)物體表面交點(diǎn)到透鏡中心點(diǎn)的距離，c為視覺(jué)傳感器的光軸與成像面光軸的交點(diǎn)到透鏡中心點(diǎn)的距離，α為入射光軸與成像面光軸的夾物，β為視覺(jué)傳感器光軸與成像面光軸的夾角，通過(guò)透鏡成像的原理可以知道：

4 小結(jié)

在本文中，主要針對(duì)于非接觸式的三維測(cè)量激光三角法測(cè)量的原理開(kāi)展較為詳細(xì)的分析，同時(shí)對(duì)激光三角法測(cè)量?jī)?nèi)部較為常見(jiàn)的兩種三維測(cè)量系統(tǒng)搭建模式開(kāi)展較為具體的分析說(shuō)明，并通過(guò)Scheimpflug條件對(duì)于測(cè)量系統(tǒng)開(kāi)展驗(yàn)證分析，進(jìn)而可以確保光路能產(chǎn)生比較清晰的圖像。最后歸納總結(jié)得到測(cè)量結(jié)構(gòu)以及斜射式測(cè)量結(jié)構(gòu)各自的特征，并提出所選擇的三維測(cè)量結(jié)構(gòu)以及其選取的原理。

參考文獻(xiàn)：

[1]卜昆，劉維偉，單晨偉，等.計(jì)算機(jī)輔助制造[M].北京：科學(xué)出版社，2014.11.