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解析光学测头的运用趋势

2013-04-10 17:28
苏子言岁月
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  在光学测量当中经常会对物体做一些表面处理,例如对物体表面喷涂白垩涂层以改善特性。这样做的目的之一就是减轻散斑效应。在喷涂白垩涂层之后,对激光而言散斑效应会得到相当大的改善,而白光的光斑品质可以得到进一步的提高(图8)。无论如何,覆盖物体表面的白垩涂层都有一定厚度,使得物点的位置增加了一定的误差,这是测量过程中所不希望见到的。但有的时候,不对物体表面进行喷涂处理带来的问题不仅仅是散斑效应,还有光的镜面反射问题。有的物体表面经过特定的机械加工后,例如钢经过磨削加工之后,表面会变得十分光亮,这就给特定类型的测头带来另一个问题。当入射光与物体表面成一定夹角时,物体表面的反射光正好投射在传感器上,此时传感器上的信号强度太大;而当入射光与物体间的夹角稍微发生变化时,反射光又几乎全部偏移出传感器范围,造成传感器上信号强度过于微弱或根本没有信号。一般来说,测头的光源强度和传感器灵敏度都可以进行调节,以使得信号的强弱达到一个最适合的水平。但这样的调节方法局限性在于,它不是对所有测头都是行之有效的。对于线光源和面光源来说,它们实际上都是由若干个点光源组成,每个点光源发射的光线与物体成的夹角都是不相同的,因此调节光源和传感器的方法不可能使得所有的反射光点都达到期望的状态。因此,对线光源和面光源来说,物体表面的反射光太强或太弱的根本原因是不可调和的。这也是需要对物体进行表面处理的第二个重要原因。与之相反,点光源测头就不存在这样的问题,因为光源强度和传感器灵敏度只需对一个点进行匹配,因此,总能找到合适的光源强度和传感器灵敏度,让传感器上的像点足够清晰。

  光学测量中经常会遇到的另一个问题就是光线和物体表面成的夹角范围。一般来说,在测量过程中应尽量保持入射光和反射光能够与物体表面垂直,根据测头类型的不同,允许的光线与物体表面夹角也不尽相同。可以肯定的是,相比线光源和面光源测头,点光源测头允许的夹角范围肯定要大得多。原因如前所述,对于点光源来说,调节光源强度和传感器灵敏度仍旧是一个有效的方法。因此有的点光源测头甚至可以做到与物体表面。综上所述,虽然各种光学测头采用的都是非接触式测量,但它们还是根据自身的结构特点和测量原理适用于不同的领域。对于三角测量法来说,由于散斑效应的影响,白光的总体性能要高于激光。因此,如果想要选择光学测头替代传统接触式测头进行较高精度的测量,尤其是微小物体的测量,那么白光点光源测头是个较为合适的选择;如果想要选择光学测头来生成点云,以便进一步与CAD模型做比对或者进行逆向工程,那么激光线光源或者白光面光源测头因其采点速度快,且精度要求相对较低而较为适合。

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