激光三角法测量钢板厚度光学专业系统设计.doc

光学系统设计论文

目 录
摘 要…..........................................................................................................................
第一章 引言..................................................................................................................
1.1研究背景和意义 ...........................................................................................
1.2 国内外研究现状................................................................................................
1.2.1 国外发呈现状...............................................................................
1.2.2 国内发呈现状...............................................................................................
第二章 测量原理及方案论证.....................................................................................
2.1 设计任务分析................................................................
2.2 测厚技术简述 ....................................................................................................
2.3 激光三角法测量原理...........................................................................................
2.3.1激光三角法测量类型和区别.........................
2.3.2激光三角法测量基本原理........................................................................
2.4 沙姆条件…………………………………………………................................
2.5 测量模型及方案论证…………………………………………...........................
第三章 光学系统设计....................................
3.1总体构造布局.......................................................................................................
3.2光源...................................................................................................................
3.3聚焦系统与成像系统...........................................................................................
第四章 误差与精度分析................................................................................................
4.1 误差分析.........................................................................
4.1.1光学系统误差分析.........................................................................................
4.1.2随机误差分析................................................................................................
4.2 精度分析 ......................................
第五章 总结....................................................................................................................
参照文献...................................................................................................

摘要
在科学技术迅速发展今天，外形尺寸测量始终是工业生产中一种重要环节，厚度测量更是人们关注焦点。在测厚领域里，采用激光三角法这一典型非接触式测量办法对物体厚度进行绝对测量不但能满足测量实时性，还能保证测量高精准度，这种测量办法已经成为工业生产发展趋势。本文所提出基于激光三角法厚度在线测量技术采用双光路半导体激光技术与直射型激光三角法相结合，同步对平板物体进行厚度在线测量。
文中重要涉及总体方案设计和由此涉及核心技术、测量原理、精度与误差、实验等几种某些，本课题提出基于激光三角法厚度绝对测量研究,是集机、电、光、计算机等技术于一体精密测量办法,它重要构成某些是:激光器、聚焦系统和成像系统、光电转换器件CCD及计算机数据解决某些。这里由于是只对光学系统进行设计，因此本文重要阐述是光学系统某些任务分析，测量原理理论分析和计算办法，并对光学系统也许产生误差进行分析，并对于个别误差提出相相应解决办法，以提高测量精度和测量速度。全文重要内容分为四章：
第一章：引言,重要简介了钢板测厚重要性，由于重要采用是激光三角法进行测量因此重要简介以及激光三角法在非接触测量中华人民共和国内外发呈现状及应用前景。
第二章：测量原理，激光三角法测量不同类型，通过对比，进行选型；简述激光三角法测量原理，咱们所设计光学系统测量模型和方案论证。
第三章：一方面简介了总体构造布局，然后对光学系统光源、聚焦系统及成像系统进行设计。
第四章：对光学系统在测量过程中也许产生误差进行了分析，并对某些误差提出理解决方案以提高测量精度及速度。
第五章：总结，文章最后进行了全文总结，并提出了在设计过程中局限性之处，讲述了自己在设计过程中心得体会。
第一章 引言
§1.1研究背景和意义
现如今，工业发展水平可以近似直接代表着国民经济整体实力水平，因而工业生产技术水平对国民发展有着重要意义。钢板是造船、桥梁、机械、汽车行业中不可缺少原材料，在轧钢生产过程中钢板尺寸是很重要参数，直接决定着钢板成材率。老式检测办法是采用检测头与待测钢板直接接触来测量，这种测量办法检测效率低，劳动强度大，并且会使测量仪器检测头发生磨损，从而导致仪器测量精度下降。因而，在当代板材生产中，无论是轧制过程中还是最后产品调节中，为获得较高板材命中率和最佳轧制过程及剪切效果，板材尺寸测量系统已成为生产线上不可缺少设备之一。宽度偏差每减少1mm，成材率就可以提高0．1％左右，因而尺寸控制技术可明显提高经济效益和产品竞争力。
当前，国内大某些公司仍在延用老式测量办法，采用接触式测量方式，技术相对落后，并且在解决复杂零件时显得无从下手。这种状况严重地影响了工作效率与工作质量，为此应加大力度地发展测量新技术来解决老式测量方式不能解决问题，以适应当代生产发展需要。随着工业生产技术不断提高与更新，这种非接触式测量办法可以满足对测量所规定精准度与实时性，己经成为这一领域发展趋势。再加上电子技术与光学技术飞速发展，光电检测这种综合各种技术测量办法成为非接触式测量重要手段。本文所提出激光三角法是光电检测技术其中一种。这种办法在检测长度、距离以及三维形貌用途中因其具备构造简朴、响应速度快、实时解决能力强、使用灵活以便等长处显得更具优势。这种办法已经在测量位移、表面形貌等检测工作中获得了较好效果，并且会扩展更辽阔使用空间,发挥其优势,推动工业检测技术发展。
§1.2国内外研究现状
自上个世纪60年代激光测微仪诞生，这种商品被大力发展与生产，性能得到不断改进,应用领域也被扩展更加广泛，成为一种重要非接触式检测仪器。国内外也有不少公司在做这方面技术，普通分为直射式与斜射式两种形式。直射式产品有基恩士公司生产LS系列和LK系列，德国Micro-Epsilon公司optoNCDT系列，美国MT公司MicroTRAK系列等各种型号；斜射式激光位移传感器以日本Keyence公司LK系列最为突出。表1-1列出了当前市场上常用几种激光三角位移传感器技术指标[6]。
表1-1 激光三角位移传感器技术指标[8]

1.2.1国外发呈现状
在欧洲以及美国等发达国家很早就致力于激光三角法测量平板厚度基本理论研究及测量仪器研制，并且己经为此投产，生产出了一系列相对比较完善光电检测产品，特别是在日本和德国，光电子技术发展速度非常快，应用也相对更为广泛某些，因此国外在厚度检测这一方面发展有着很迅猛速度，拥有光源照明技术和光电检测元件种类非常齐全，光电检测技术也很成熟。例如:日本Mot1toshiAndo等人运用光三角办法印制线路板线条检测，用这种办法还可以检查出工件表面划痕和裂痕；英国剑桥大学Roert Johnes等人将该办法用于涡轮叶片及飞机机翼断面检测，在10mm范畴内精度可达2-5；西德早已报道把激光光学三角测量技术和装置用于随线控制，它既可测量钢板厚度，又可测量钢水高度；日本安立一岩通公司推出通用型激光厚度位移计ST-370型1、2、3系列。国外各大公司在光电检测技术中突出体当代表了当前光电检测技术一种发展限度，同步也预示着光电检测技术更辽阔发展空间。
1.2.2国内研究现状
虽然国内在光电检测技术上起步较晚，但是鉴于老式接触式测量技术有着较大局限性，行内技术人员早已注重了对于新型测量方式—非接触式测量技术研究，使其技术在国内迅速发展，并且获得了某些相对比较好成果。例如：1987年8月由电子工业部第二十五研究所陈为民、卞海洋等人研制成功激光测厚仪采用激光双三角测量原理，由激光器!视频信号解决器、微机等构成；1991年,中华人民共和国科技大学金泰义、李胜利等人开发研制出了JW—1型CCD激光测微仪，它以半导体激光器为光源,通过CCD进行信号接受，接受数据送入计算机进行解决。这种测微仪是光、机、电一体化典型事例，是光电检测方面研制比较早CCD激光测厚仪，采用光电藕合器件CCD实现,整体系统技术水平在当时国内己经体现了检测技术最高水平；长春光机所研制基于光学三角测量原理激光非接触探头构造简朴，体积小，重量轻，测量精度高，速度快；安徽工业大学电信学院章小兵在研究了板材在线测厚时就用激光三角法并论述了激光三角法测厚原理[1]，对板材在线测厚系统进行了硬件设计和软件设计并给出了系统测量指标。与此同步，例如计算机视觉测试技术等新型技术都是在以激光三角法为理论基本研究上发展起来。
§1.3展望
通过大量检索查新国内国外文献资料，可以发现当前国内光电检测仪器与工业发达国家相比，国内光电检测仪器产业还不够成熟。国内重要报导多，实际设计应用少。从减小测量误差、提高测量有效速率方面与发达国家产品设计还是存在一定差距。特别是本文涉及以激光技术激光三角检测技术、光学系统设计和计算机技术相结合对平板进行绝对测厚技术在国内鲜少报道。

第二章 测量原理和方案论证
§2.1设计任务分析
由于在生产线从加热炉出来，经轧辊机轧制钢板，温度很高，普通在900℃左右，呈现红色或暗红色。为了更快更精确获得钢板尺寸数据，得到最佳轧制过程及剪切效果，需要实时在线采集钢板尺寸信息，并及时显示出来，以便于操作工人及时调节轧机或者印制尺寸标记。因此咱们依照实际应用需求，规定所设计测量系统必要可以进行非接触式在线测量，为了简化设计难度，在设计规定中假设是在钢板冷却后再进行测量。所需测试钢板厚度为5±0.05mm，
精度规定为±1％。
§2.2测厚技术简述
测厚技术普通都是以非接触式检测办法为主，按照测量原理和使用传感器类型来分，大体可分为激光三角法、电容法、射线法、超声法等。这里咱们选用是激光三角法测厚度，因此其她测量办法就不做过多赘述。
激光三角法运用探头中激光器发射出激光，入射到电荷藕合器件CCD或位置检测器PSD作为接受器，通过在接受面上像点通过位移变化，再通过计算公式计算出被测面位移。本系统就是采用这种双激光三角法进行厚度测量,其原理示意图如图2.1所示。
图2.1双激光三角法厚度测量原理示意图
激光三角法在测厚领域里已经日趋发展成熟，通过光学系统、机械系统、电路系统三者有机结合，已有一系列测厚仪器问世；同步在近几年中，应用激光三角法，结合电荷耦合器件CCD，应用两个探头同步进行厚度测量，使测厚技术己经逐渐向于动态、实时化测量，自动、程序化数据解决方向高速发展。
§2.3激光三角法测量原理
依照前文所述任务分析，咱们选取采用品有辨别力高、测量精度高、稳定性好、非接触测量、可实当前线检测、测量仪器体积小等特点激光三角法，来实现位移测量。尽管惯用微位移检测办法有诸各种,例如机械法电学法、光学法等，但都无法与激光三角法匹敌,激光三角法是位移检测办法发展趋势,具备辽阔应用前景。
2.3.1激光三角法测量类型及区别
(1)反射型与投射型
激光三角法光路按检测方式分为反射型与透射型本系统采用就是反射型激光三角法,通过激光在被测对象表面发生反射,接受到被测信息。而对于某些特殊材料被测工件如透明物质,由于其表面非常光滑，用反射型会对测量产生一定影响,则可以采用透射式激光三角法,通过激光器发出光线透过被测工件再投射在光敏面上而获取测量信息。
(2)单束光和片光
按入射光束形态来分,又可分为单束光和片光。顾名思义,若单束光入射话,光斑小、光强度高，但是广度不够,如果片光入射则需要采用激光透射光条与一种面阵探测器构成,通过光切法,也称构造光图像法，能一次获取一条扫描线上数据。本系统采用是单束光入射测量。
(3)直射型和斜射型
若按入射光线与被测工件表面法线关系来分,可分为直射式和斜射式。对于直射式,就是光束垂直入射到被测物表面,采用漫反射光进行测量,当物体纵向移动时,所测始终是同一种被测点；斜射式入射光束则与被测物表面形成一定角度。
斜射型：如下图2.2所示,入射光束与被测物面成一夹角,运用反射到探测器件CCD像点位置变化测量物体位置厚度,当物体纵向移动时,所测被测点会随移动发生变化,当测量平滑物体如玻璃、镜面时要比直射型测量精度高诸多。斜射式入射光照射在物体不同位置,当被测物体移动时,光点位移不能直接得到,要通过角度计算得出。斜射式辨别率很高,但测量范畴较小、体积较大、光斑较大，因此在此不符合本系统体积规定。

图2.2斜射型示意图

直射型：如下图2.3所示,激光器发出入射光束垂直于成像透镜光轴O,光敏面与成像物镜O平行,被测点位移与光电探测器上光斑位移为线性关系,可用于测量相对或绝对位移,但其光敏面规定很大,并且被测点在成像面像并不清晰,因而测量精准度不高。光斑较小,光强集中,体积较小,并且不会因被测面不水平而扩大光斑是直射型三角法最大长处。但由于直射型接受是散射光,当测量到较为平滑被测面时,散射性能较差,使光电探测器件CCD接受到散射光光强小,对测量产生影响,令测量过程受到阻碍,测量精度受到影响。
图2.3直射型示意图
2.3.2激光三角法测量基本原理
通过上述对激光三角法测量类型及区别阐述，及咱们设计任务需求分析，综合考虑咱们选取了单束光入射，光路检测方式为反射型，光束垂直入射到被测物表面,采用漫反射光进行测量直射型激光三角法对钢板厚度进行测量。
(1).老式激光三角法
老式激光三角法基本原理如图2.4所示，采用直射型，光电探测器采用是CCD，当散射光通过成像透镜时，如果将CCD以垂直于激光束入射位置进行安装耦合，则成像到CCD上光点会由于没有完全聚焦而浮现弥散斑，测量并不完全。
图2.4 激光三角法基本原理图
于是为了光点所成像在接受器表面上每一点都清晰，则规定透镜光轴与接受面之间必要形成一定夹角，因此咱们选用CCD接受器为倾斜式方式，即完全聚焦激光三角法测量,如图2.5所示。

图2.5完全聚焦激光三角法示意图
图中PO为入射光源,光线经准直透镜后垂直入射到物体表面，反射后通过成像透镜中心点M成像在CCD接受面上，入射光PO与反射光以夹角为θ，反射光OA与CCD成像平面夹角为，P点成像于CCD平面上B点，O点成像于CCD平面上A点，由图中可知，P点与O点高度不同，所成像投射到光敏面上位置也是不同，设O点所在平面为基准面，A为CCD成像平面上成像基准点，则光线PO上点与CCD平面上投影点是一一相应。因而，只要懂得光线PO上任何一点在CCD成像面上位置就可以求出该点高度信息。由图2.5，可列出如下关系式
(2.1)
由公式(2.1)可推出 (2.2)
式中：
PO一一物点高度信息;
AB一一P点在CCD成像平面成像点与成像基准点A偏移量
OM一一O点成像PO物距;
MA一一O点成像像距;
激光束垂直投射到被测物面，所形成漫反射光斑作为传感信号，用透镜成像将收集到漫反射光会聚到像平面光接受器上形成像点。当被测物面移动时,入射光斑也会随之移动，像点也会在光接受面上做相应移动，依照像移大小和系统构造参数可以拟定被测物面位移量，从而还可以获取其他方面信息。本系统中，为使光接受器上像点不存在盲点,光接受器光敏面必要与成像光轴成一夹角。这样既可以保证入射光斑与其像斑位移具备关系精准，还可以使成像点最小，有助于提高测量精度。同步为了提高测量精度，和θ必要满足沙姆
(Seheimpflug)条件，即，如图2.6所示[5]:

图2.6物一像位移轨迹图
图中d0为基准点物距,di为基准点象距，O’为O经成像透镜像点,A、B分别为a、b经成像透镜像点,θ为光入射角， 为成像角,l为成像透镜,焦距为F。
当激光光束照射到a点时，由图3.7可知:

(2.4)
(2.3)
由相似三角形△ao1l△l得：

(2.6)
(2.5)

令 则由式(2.3)，(2.4)可化简为
(2.8)
(2.7)

(2.10)
(2.9)
同理可推得,当物面由O至b时
综合上面可得，
(2.12)
式中,符号“+”相应于图2.6由o移至b,符号“─ ”相应物面由o移至a。
(2.11)
式中,符号“+”相应于图2.6由o移至a,符号“─ ”相应物面由o移至b。
由Z-I关系公式可得Z-I关系曲线，图2.7所示。从图中可以看出I该曲线为非线性曲线，只有当物面在O点附近较小范畴移动时，上述曲线可近似按线性关系解决。
图2.7 ZI非线性关系曲线
§2.4 Scheimpflug Condition(沙姆条件)
被测物表面,镜头平面和影像平面在一种共同点上相交光学状态称沙姆条件,即在直射型激光扫描测量中,当入射光斑沿激光束方向位移时,其成像点在像平面内沿直线轨迹移动,则激光束轴线!成像透镜主面及CCD像平面三者交于一点,满足高斯条件,这是激光三角测量传感器实现精密测量前提条件。
§2.5测量模型及方案论证
本课题采用直射式三角法，测量模型基本构成有激光器、聚焦物镜、成像物镜及光敏阵列线阵。CCD其测量原理为激光器发出光轴线与聚焦物镜主平面两者同处一种平面上，并与CCD垂直。当激光器发出一束平行光，经由聚焦物镜聚焦在待测物表面，产生散射光通过成像透镜成像在CCD光敏面上。CCD将像信号转换为电信号测出其像点位置。当被测物体沿着法线方向移动时，其表面上光斑会随着聚焦物镜位置变化而发生变化，相应地，像点在光敏器件CCD上位置也要发生变化，精准地测量像点在CCD上位移x，就可以得到被测物体位移量。由于是绝对测量，因此采用激光上下表面双三角法，精确测量运动物体厚度。如下图5.1所示，图中a为散射光接受角，θ是成像角，d0为参照点处物距，di为像距，d为上下两参照面之间距离，x是物位移，x’为像位移。
图2.8 激光三角法测厚原理图[2]
(2.13)
由上图可得光学关系式：
式中 β一一成像透镜放大倍数
上、下物面相对移动距离为x1和x2，两CCD上像点移动至x’11和x’21，像点移动距离 ，。依照几何关系，有

则

因而，
(2.14)

(2.15)
由于上下探头完全对称,同理可得
其中

在探头参数拟定后,C1与C2为定值,当上下探测头测得像点位移量后,按公式(2.14)、(2.15)式计算便可得到物件位移量x1、x2,物件厚度为

第三章 光学系统设计
§3.1总体构造布局
3.1.1系统构成
系统由如下几大某些构成：激光发射器，光三角位移检测系统，计算机数据解决系统，工作台。
图3.1 测量系统方框图
1.激光测头某些
由激光发射器构成光源系统、聚焦光源准直系统、接受光信号激光成像系统构成，由于本设计测量为绝对厚度，因此咱们采用两个激光探测头。
2.光三角位移检测系统
本文采用激光三角法原理设计测厚系统,用线阵CCD作为光电接受器件，通过物面位移由此检测出在感光面上成像点位移,通过计算得出厚度。
3.计算机、实时数据解决与控制系统
计算机数据解决系统是将接受到光信息转化为数据输入计算机，通过计算机内部编程构造计算出所求厚度,并显示出测量成果、存贮及打印。
4.工作台
对所测物件进行固定，并使其可按照一定规律、方向、有速度平稳运动。这种系统重要是由基座、滑台、导向、传动、定位与夹紧构造等构成。
2.3.2总体构造布局
基于激光三角法原理设计测厚系统,是通过上述激光探头系统发出光源,照射在被测物体上,通过光三角位移系统作为信息载体,接受并反馈出所需信息,并通过计算机控制系统进行数据拟定,对工件进行测量,则被测工件绝对厚度可以拟定了。依照系统构成,总体构造布局如下图3.1
图3.1总体构造布局
§3.2 光源
当前,激光作为一种新型能源[6],具备单色性好,光亮度极高,方向性强等长处,它在测量,加工等各种领域均有很广泛应用。在众多激光器中,氦氖气体激光器和半导体激光器应用尤为广泛。其中氦氖气体激光器具备持续输出激光能力、构造简朴,但体积较大,而半导体激光器具备体积较小、效率较高、驱动功率小等长处,特别合用于测距。于是为了本设计规定，本文选用了半导体激光器。半导体激光器发出激光,由于空间相干性好,投射点也相应变得很小,辐射能量就越小,辨别率就越高,能量密度也随之增大。文中选用是波长为688nm半导体激光器。在实验中发现,由于选用激光器发出激光光强较大,使投射到光电探测器CCD上像点光斑也随之增大,影响测量系统辨别率。解决办法是在聚焦透镜背面放置一块偏振片,通过调节偏振片,变化其旋转方向,对激光器所发出线偏振光进行过滤,使光束中心光强较强光束通过过滤,滤除边沿较弱光,使光束细化,则CCD上像点光斑减小,提高仪器测量精度。
§3.3聚焦系统及成像系统
在光路设计中,聚焦系统和成像系统是本设计中核心环节。整个系统可靠性在很大限度上取决于聚焦系统和成像系统精确性。
3.3.1聚焦透镜
激光器光源发出光尽管光束较细,发散角较小,但仍存在一定直径,在CCD光敏面上形成是一种小光斑,测量精度会由于覆盖光敏面上光敏元离散而受到影响。此外,当物体表面随法线方向进行移动,位移发生变化时,像点在CCD光敏面上也作出相应位置移动,如果像点过大,而CCD光敏面量程一定会影响测量效果,则应尽量缩小投射在CCD光敏面上像点直径,减小孔径,使像差较小。在本系统中,聚焦透镜设计不是本文研究重要重点,则设计中咱们采用了构造相对简朴、准直效果较好单透镜聚焦系统。
3.3.2成像透镜
本系统成像透镜是依照测量系统辨别率、测量范畴、工作距离等规定光电转换器件CCD自身特性进行设计。系统测量范畴很大时,规定散射光在CCD面上成像点不能过大。如果测量范畴很大,当被测物体移动到测量范畴边沿时,光强会随移动而逐渐衰减,因此要依照实际状况调节放大倍率刀大小。

第四章 误差与精度分析
§4.1误差分析
基于激光三角法厚度绝对测量实验系统是一种由机械、光学、电子和计算机构成一种有机整体,因而在测量实验中所得到成果中所包括误差也是由各种误差因素引起。在这些误差中,有些通过详细计算就可以得到,而有些则需要通过实验标定办法来进行估算,并且在某些状况下只能求出误差变动范畴,这就是误差极限值。这里重要简介光学系统误差分析[4]。
4.1.1光学系统误差分析
在本测量系统中,光学系统误差重要是指采用激光器、光学透镜产生,从测量原理上看,光源方面咱们需要采用一种体积小、驱动功率小、使用以便光源发生器,同步还需要光源空间相干性好,这样才可以使投射到测量物体上光斑小,光斑越小辨别率就越高,但是如果光斑非常小,辐射能量就不会很大,导致接受敏捷度就要减少。因此,为了在通过光学系统聚焦后产生较高能量密度,系统采用了半导体激光器作为光源,这样才干使探头小型化。但是半导体激光器自身也会产生误差[7]。
(l)激光束输出功率不稳定及噪声影响。激光功率不稳定将导致光强分布不稳定及激光线宽;噪声影响有诸多因素,直接影响测量精度。
(2)激光投影质量影响。由于被测物体表面特性、测量环境等因素影响,激光投影质量也会产生误差。在光学元件方面,被测物体方向与成像系统光轴存在一定夹角,虽然在实际装调过程中调节,但并不能达到抱负角度,因此会产生各种象差(彗差、像散、畸变等轴外像差)使实际成像点偏离抱负成像点而产生误差。
4.1.2随机误差分析
基于激光三角法厚度绝对测量实验系统随机误差可以重要归纳为如下几种方面:
(l)测量装置方面因素:测量装置采用CCD探测器在采集信号及电信号解决时会导致随机噪声,在重复测量过程中,会产生离散化采样误差、每次测量时量块装夹位置也不一致。
(2)测量环境方面因素:测量主机所在平台会有外界所带来轻微低频震动;仪器所在实验室气流和温度会有波动,以及空气中尘埃漂浮等。
(3)操作人员方面因素:尽管仪器自动采集与解决数据,但测量原则样件是由操作人员装夹并调节操作,会使被采集图像辨别质量差、导致较大离散化采样误差;以及工作人员可以被当做热源引起气流扰动。
随机误差是一种随机变量,它具备随机变量固有记录分布规律。设被测量值真值为x0,各次测量值为xi,若xi中不具有系统误差,则依照对随机误差δi定义有：
δi = xi - x0
对于一组测量数据,往往用原则差来表述这组数据分散性。如果这组数据是来自于某测量总体一种样本,则该组数据原则差是对总体原则差一种预计,称其为样本原则差。
其中该公式中Vi = Xi−X0定义为残存物差即残差。
§4.2精度分析
本系统采用是精度很高传感器,但理论上,仪器内部还会存在测量误差。这里同样重要简介光学系统方面[3]。
1.测量系统方面
(1)光学系统像差会使物体上任一点发出光束通过光学系统后,不能汇聚在同一点,而是形成一种弥散斑并不能体现出原物形状。相应改进办法是在接受透镜设计中要考虑像差因素。
(2)光信号输入与电信号输出之间呈非线性,相应改进办法是采用较优标定办法,之后得到详细物体位移值。
2.被测物体方面
(l)被测表面粗糙会对测量精度产生影响,相应改进办法是多选用几块原则量块进行多次测量,对于有时被测表面产生阴影和死区,采用两个激光探头发出激光从相对两个方向同步对被测物进行扫面,使用单光源、双检测器,最后通过计算融合数据。
(2)由于被测物不总是原则量块,表面会有孔或者缝,使得传感器不能较好接受反射光。相应改进办法是采用对称性光学三角传感器。
(3)被测表面会有材料、光学性质差别，如透明物体，物体对光反射或吸取限度会不同于半透明物体,也不同于不透光物体,反射率与折射率等因素会引起成像光斑有像差。改进办法是使传感器入射透镜和接受透镜光轴所成平面与待测表面平行,接受足够光强,这有助于提高测量辨别率。如果是高度镜面反射则需要采用线偏振光作为光源,运用线偏振光参数随镜面反射变化。
3.环境影响方面
在温度方面,只能人为保持周边环境温度稳定,在使用仪器时进行预热;在气流运动方面,使用保护罩保护测量头或者使用电扇更强搅动测量某些与工件之间空气;同步在灰尘与污物方面,采用小心清洁。为了减小环境对系统影响,要在接受物镜和线阵CCD之间安顿一滤光片(激光器发出红光波长为650nm,其透过率可达百分之九十多,而其他波段光几乎可以所有滤掉)。同步在激光器和聚光镜之间安顿孔径光阑,以减小光斑直径。本系统采用上下探头同步测量,可以消除测量过程中盲区浮现。当被测面有一定倾斜角,也可以通过两个探头对测量进行补偿,这种测量办法就可明显提高传感器测量精度。
第五章 总结
激光三角法是本系统采用基本办法,在当代工业发展今天,激光三角法是非接触测量中最惯用办法,具备很广应用范畴。应用此种办法可对各种类型物体进行诸如物体表面形貌、厚度、三维等微位移测量。由于激光三角法具备构造简朴、测试速度快、实时解决能力强、使用灵活以便等长处，因此在这里咱们将激光三角法作为本系统所采用基本办法对钢板进行非接触式在线测量进行光学系统设计，同步对光学系统在测量过程中也许产生误差进行了表述，并对某些也许影响测量精度问题提出了修改办法和意见。
局限性之处，由于时间急迫并没有搭建实验装置进行模仿测量，并对测量数据进行误差分析，提出改进方案。并没有通过Zemax等软件设计对光学系统聚焦透镜和成像透镜进行模仿光路设计。
体会：光学仪器设计在设计时需要整体构造考虑，不能只是一味进行光学系统设计，在仪器设计中通过模仿软件或装置模仿搭建来获取数据进行误差分析也是光学系统中非常重要一某些，通过对测量数据误差分析咱们还需要进一步对所设计仪器装置，系统部件参数选取进行优化，以更好实现设计任务规定。在设计时咱们要因地制宜，对要设计加工对象，作业环境，操作流程特点进行分析，这样才干使咱们所设计系统更具备实用性，高精度和高稳定性等特点。

参照文献

[1] 章小兵.激光三角法测厚研究.中华人民共和国科学院安徽光学精密机械研究所研究生学位论文,1999
[2] 王晓嘉.高隽.王璐.激光三角法综述.仪器仪表学报,
[3] 王军红.江虹.毛久兵.一种提高激光三角法薄板在线厚度测量精度办法,
[4] 黄战华.蔡怀宇.李贺桥.张以谟.三角法激光测量系统误差分析及消除办法,
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