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激光三角测量光学系统设计及性能分析

作　者: 卢凤凰
导　师: 罗斌
学　校: 西南交通大学
专　业: 信号与信息处理
关键词: 激光三角测量光学系统系统设计性能分析
分类号: TH744.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 117次
引　用: 1次
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内容摘要

在铁路发展飞速的今天,对于铁路行车安全和旅客的舒适度要求也越来越高,所以针对铁路基础设施的检测就变得尤为的关键,因此,研究简单高效、可应用于铁路领域的检测技术,具有重要意义。激光三角法作为一种传统的非接触式测量方法,相较于直接接触测量对测量物体没有要求,可以在恶劣的环境下进行测量,不仅可用来测量位移、尺寸、角度等几何量,而且具有结构简单、测量速度快、高分辨力、抗干扰能力强和实时处理等优点。本文的主要工作是对激光三角测量光学系统进行分析和设计,并通过实验来验证理论分析的正确性和设计的可行性,主要内容包括：从激光三角测量原理和实际测量要求出发,对直射式激光三角法的光学系统作理论分析。采用半导体激光器作为系统的光源、平凸透镜作为成像透镜、高速线阵CCDTCD1703C作为接收探测器,选择不同的光学系统参数,设计不同测量范围和分辨力的测量系统。在实验室环境下,搭建了激光三角测量系统,其中,高速线阵CCD光电数据利用实验室自行开发的基于USB接口的采集传输系统进行采集。实验中,通过被测物位移变化量与激光光斑成像在线阵CCD像元位置之间的对应关系,对测量系统进行定标。结果表明,在设计的测量量程范围以内,最小分辨力优于20μm,符合理论设计预期。

全文目录

摘要  6-7
Abstract  7-8
目录  8-10
第1章绪论  10-14
  1.1 本课题研究背景及意义  10
  1.2 国内外发展综述  10-12
    1.2.1 国外发展现状  10-11
    1.2.2 国内研究现状  11-12
  1.3 本文的主要工作和结构安排  12-14
第2章激光三角测量原理  14-20
  2.1 直射式激光三角法  14-17
  2.2 斜射式激光三角法  17-19
  2.3 直射式与斜射式特点比较  19
  2.4 本章小结  19-20
第3章光学系统设计  20-34
  3.1 器件选择  20-25
    3.1.1 光源  20
    3.1.2 成像透镜  20-21
    3.1.3 接收探测器  21-25
  3.2 光路设计  25-31
    3.2.1 光学系统分析  25-28
    3.2.2 光学系统参数选择  28-31
  3.3 系统基本构架  31-33
    3.3.1 系统的组成  32
    3.3.2 系统的总体布局  32-33
  3.4 本章小结  33-34
第4章实验验证与系统分析  34-49
  4.1 光斑定位  34-35
  4.2 实验装置与实验步骤  35-36
  4.3 实验数据分析  36-45
    4.3.1 实验数据  37-39
    4.3.2 拟合曲线选择  39-41
    4.3.3 数据处理分析  41-45
  4.4 系统误差分析  45-48
    4.4.1 测量误差  45-47
    4.4.2 误差原因与改进方法  47-48
  4.5 本章小结  48-49
结论与展望  49-51
致谢  51-52
参考文献  52-56
附录原始测量数据  56-61
攻读硕士学位期间发表的论文  61

激光三角测量光学系统设计及性能分析

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