線激光3D相機(jī)的主要問題及相應(yīng)的解決方法

（引用自《儀器儀表學(xué)報》2004年8月第25卷第4期增刊《激光三角法綜述》)

線激光掃描在工業(yè)視覺檢測中應(yīng)用廣泛，比方說連接器Pin針檢測、平整度檢測、直線度檢測等，但是線激光掃描的3D相機(jī)也存在它自身的一些問題，以下就這些主要問題及相應(yīng)的解決方法做簡要描述：

1.  在傳感器系統(tǒng)方面:

(1) 入射光束的焦深限制: 一般的高斯光束聚焦為入射光時, 會出現(xiàn)光斑尺寸隨測量范圍變大而離焦變大的情況, 使系統(tǒng)很難滿足高分辨率和大測量范圍的要求（不過目前如德國SICK等已經(jīng)有成熟的沙姆測量及標(biāo)定方法，可以很好的解決離焦問題）。當(dāng)采用CCD 為檢測器時, 相應(yīng)的改進(jìn)方法是采用重心法取CCD 輸出矩形脈沖的中心位置; 而采用PSD為檢測器時可以較好的避免光斑形狀的影響, 但仍會影響系統(tǒng)的分辨率。在部分文獻(xiàn)中提出采用無衍射光束作為光源解決這個問題。

(2) 光學(xué)系統(tǒng)的像差使得物體上任一點(diǎn)發(fā)出的光束通過光學(xué)系統(tǒng)后, 不能匯聚于一點(diǎn), 而是形成一個彌散斑或者使像不能嚴(yán)格表現(xiàn)出原物的形狀。相應(yīng)的改進(jìn)方法是在接收透鏡的設(shè)計(jì)中考慮像差的因素。

(3) 非線性的輸入和輸出之間的關(guān)系。改進(jìn)的方法有, 通過較優(yōu)的標(biāo)定方法制作查找表, 之后在測量過程中查表得到具體的物體位移值。

2.  在待測物體方面:

(1) 由于被測表面傾斜產(chǎn)生的陰影和死區(qū)對測量產(chǎn)生的影響, 相應(yīng)的方法有,采用聲光調(diào)制器(AOD) 發(fā)出的衍射光從兩個方向?qū)Ρ粶y物進(jìn)行掃描的雙向掃描三角測量法, 使用單光源, 雙檢測器, 最后進(jìn)行數(shù)據(jù)融合的激光雙三角法。

(2) 由于被測表面的階越, 比如孔或者縫, 使得傳感器無法接受到反射或漫反射光。解決方法有采用旋轉(zhuǎn)對稱性的光學(xué)三角傳感器。

(3) 被測面由于顏色、材料、粗糙度、光學(xué)性質(zhì)以及表面形狀等方面的差異導(dǎo)致同一光源入射時, 物體表面對光的反射和吸收程度不同, 特別是由于物體表面的粗糙度和折射率等因素引起的成像光斑或光條有像差。改進(jìn)的方法有, 使測量工作平面(由傳感器的入射透鏡和接收透鏡的光軸決定的平面) 平行于待測表面的紋理, 可接受到足夠的光強(qiáng), 有利于提高測量分辨率。

(4) 高度鏡面反射使得像點(diǎn)會被散斑噪聲腐蝕。解決方法, 1) 在金屬表面噴上一層不光滑的涂料降低金屬表面的反射率; 2) 采用線性偏振光作為光源, 利用了線性偏振光的參數(shù)隨著金屬表面的鏡面反射改變的現(xiàn)象。

3.  在外界環(huán)境影響方面:

(1) 溫度, 濕度和機(jī)械振動等環(huán)境噪聲, 會影響三角測量法中的系統(tǒng)參數(shù)。除了通過較好的標(biāo)定方法提高系統(tǒng)的精度, 還可以采用雙無衍射光束作為光源提高系統(tǒng)的抗噪性; 采用完全對稱雙面雙光路系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

(2) 外界和環(huán)境光線的干擾, 解決方法有采用PSD檢測器時使用調(diào)制法電路; 使用偏振光為光源; 使用窄帶濾光片隔離環(huán)境光。

根據(jù)激光三角法的問題以及改進(jìn), 作者認(rèn)為激光三角測量的發(fā)展趨勢主要可以概括為以下幾個方面:

(1) 通過引入新的光學(xué)器件、先進(jìn)的傳感器技術(shù)以及精確的測量算法, 不斷提高其測量精度和測量速度, 同時進(jìn)一步增強(qiáng)測量系統(tǒng)的穩(wěn)健性; (2) 改進(jìn)系統(tǒng)的硬件架構(gòu), 如采用多傳感器信息融合, 通過多光源,多傳感器的信息融合, 更好的實(shí)現(xiàn)深度信息獲取; (3) 通過和智能控制系統(tǒng)的聯(lián)合, 同時開發(fā)更好更快的處理算法, 以求最大程度的實(shí)現(xiàn)光電三角法的柔性(Flexibility) 測量。