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激光扫描测微仪姓名：小头爸爸学号：20112011激光扫描测微仪简介•激光扫描尺寸测量是1972年Zygo公司发展起来的一种技术，随着科学技术的提高，激光扫描测量技术也得到了长足的发展。•是一种典型的光电检测技术，具有精度高、速度快、不接触、自动化程度高等优点。主要应用•激光扫描测微仪适用于直径、间缝和位置等多种尺寸测量场合，特别是适用于对热、辐射和易脆物体的测量和生产线上在线尺寸测量与控制应用。•在实际应用中，以线缆生产应用较多，例如漆包线、光纤生产和电缆外皮涂敷，还可用于轴类零件的测量与筛选等质量控制中。测外径测外径和距离测宽度测边界位置激光扫描测微仪可以在各种加工噪声中工作；能适应实时的数据处理与对加工进行主动控制。基本原理基本原理•利用激光束的方向性和高能量密度的特点，通过多面转镜光学扫描系统进行光束扫描，在测量区域形成“光幕”，被测物体在“光幕”中遮挡光线产生“阴影”，通过对此“阴影”的计时，就把被测物体的空间尺寸或位置转换成电信号的时间序列，再由扫描速度和“阴影”时间相乘得到被测尺寸。优点•非接触、高精度及快速响应•相比于成象方法、衍射方法的测量范围大，分辨能力高原理与性能分析•多面转镜由扫描电机驱动以恒定角速度旋转，扫描光束经过K-Theta透镜后形成以恒定线速度扫描的平行光束。•这部分是激光扫描测微仪的关键技术之一，它直接决定了测量区域扫描光束的线速度v的稳定性、光束的平行和准直特性，也就决定了仪器的测量精度。原理与性能分析•扫描电机的速度稳定性、轴向和径向跳动，以及多面转镜的面形误差影响扫描光束的线速度v的跳动，决定了仪器的重复性和稳定性。•K-Theta透镜，将匀角速度扫描的光束变换为象方匀线速度扫描的平行光束，它不但影响扫描线速度v随垂直位置变化而变化的特性，决定仪器的线性指标，而且还影响扫描光束的平行和准直特性，决定仪器的水平测量有效范围指标。光学系统分析激光扫描测微仪系统图激光扫描测微仪的光学扫描系统由激光器系统、多面转镜和K-Theta透镜组成半导体激光器作为系统光源为仪器提供光强稳定的准直细光束多面转镜由扫描电机驱动以恒定的角速度旋转K-Theta透镜将匀角速度扫描的光束变换成匀线速度扫描的平行光束光学扫描系统激光扫描测微仪光学扫描系统示意图测量频率和扫描速度都是衡量仪器动态性能的关键指标，扫描速度越高，系统对测量环境和被测物体的振动越不敏感。多面转镜以恒定的角速度ω旋转，多面转镜由N个镜面组成，电机转速为n(rpm)扫描频率转镜的角速度光束的扫描角速度光束的扫描线速度K-Theta透镜光路K-Theta透镜分析K-Theta透镜分析•K-Theta透镜是为激光扫描尺寸测量应用而专门设计的透镜，K-Theta透镜克服了常规聚焦透镜、照相透镜和F-Theta透镜的若干不合适的缺点。•有一个外部的孔径光栏，并置于物镜的前焦点，构成象方远心系统，有利于缩小扫描器尺寸和改进其动态特性。扫描高度H与扫描角度θ和透镜焦距f的乘积成正比，这种特性成为K-Theta特性K-Theta特性使经过一个具有恒定角速度ω扫描器反射的光线，经透镜后有一个均匀线性的速度1为正常畸变校正透镜；2为K-Theta透镜；3为F-Theta透镜；4为傅立叶透镜。H=kfθv=dHdt=𝑑𝑘𝑓𝜃𝑑𝑡=𝑘𝑓𝑑𝜃𝑑𝑡=2𝑘𝑓𝜔Kθ透镜结构形式•Kθ透镜的光路如前图所示，它是具有一定的扫描视场的小相对孔径的象方远心系统。•Kθ透镜实质上是一种消除光栏球差同时具有一定光栏慧差的透镜。如果把原光栏看成物面，把物面看成光栏，则它就是普通的消除球差但同时具有一定慧差，即偏离正弦条件的透镜。•选择双分离的结构形式，引入必要的光栏慧差并使双分离的正负透镜的间隔分离加大，并正确地控制r2，r3值，这样就可以达到我们的使用要求。误差来源•对准误差：测量外径时，扫描线和圆柱表面不垂直•运动误差：物体进行运动测量时，一运动分量和扫描方向一致引入的误差•激光漂移：光斑形状、光束方向变化、振幅噪声。•机械误差：如应力、振动等。误差来源•电子部件误差：时钟精度和信号处理电路的误差等•光学扫描系统误差：K-Theta透镜的不理想，扫描电机的速度稳定性和跳动，多面转镜几何误差以上所列的误差源中，对仪器测量影响最大的就是光学扫描系统误差，其中K-Theta透镜不理想导致的非线性误差是主要误差。发展方向•激光光源：早期一般用的是He-Ne激光器，体积较大不易集成。半导体激光器技术发展，体积可以大大缩小。•扫描电机：早期使用同步电机，而随微电子与控制技术的进步，现在的扫描电机多用无刷直流电机，采用锁相环控制，电机寿命长，体积小，控制精度高。发展方向•光学系统：光学材料和光学加工工艺和技术的发展，特别是非球面光学加工技术发展，会使K-Theta透镜的性能提高，成本下降。•电子与计算机电子与计算机技术的发展，使激光扫描测量中对阴影的计时更加准确，保证了测量数据的实时处理。