线激光3D相机的主要问题及相应的解决方法  

 （引用自《仪器仪表学报》2004年8月第25卷第4期增刊《激光三角法综述》)

    线激光扫描      在     工业视觉检测      中应用广泛，比方说     连接器Pin针检测      、     平整度检测    、     直线度检测    等，但是线激光扫描的3D相机也存在它自身的一些问题，以下就这些主要问题及相应的解决方法做简要描述：

 1.  在传感器系统方面:

 (1) 入射光束的焦深限制: 一般的高斯光束聚焦为入射光时, 会出现光斑尺寸随测量范围变大而离焦变大的情况, 使系统很难满足高分辨率和大测量范围的要求（不过目前如德国SICK等已经有成熟的沙姆测量及标定方法，可以很好的解决离焦问题）。当采用CCD 为检测器时, 相应的改进方法是采用重心法取CCD 输出矩形脉冲的中心位置; 而采用PSD为检测器时可以较好的避免光斑形状的影响, 但仍会影响系统的分辨率。在部分文献中提出采用无衍射光束作为光源解决这个问题。

 (2) 光学系统的像差使得物体上任一点发出的光束通过光学系统后, 不能汇聚于一点, 而是形成一个弥散斑或者使像不能严格表现出原物的形状。相应的改进方法是在接收透镜的设计中考虑像差的因素。

 (3) 非线性的输入和输出之间的关系。改进的方法有, 通过较优的标定方法制作查找表, 之后在测量过程中查表得到具体的物体位移值。

 2.  在待测物体方面:

 (1) 由于被测表面倾斜产生的阴影和死区对测量产生的影响, 相应的方法有,采用声光调制器(AOD) 发出的衍射光从两个方向对被测物进行扫描的双向扫描三角测量法, 使用单光源, 双检测器, 最后进行数据融合的激光双三角法。

 (2) 由于被测表面的阶越, 比如孔或者缝, 使得传感器无法接受到反射或漫反射光。解决方法有采用旋转对称性的光学三角传感器。

 (3) 被测面由于颜色、材料、粗糙度、光学性质以及表面形状等方面的差异导致同一光源入射时, 物体表面对光的反射和吸收程度不同, 特别是由于物体表面的粗糙度和折射率等因素引起的成像光斑或光条有像差。改进的方法有, 使测量工作平面(由传感器的入射透镜和接收透镜的光轴决定的平面) 平行于待测表面的纹理, 可接受到足够的光强, 有利于提高测量分辨率。

 (4) 高度镜面反射使得像点会被散斑噪声腐蚀。解决方法, 1) 在金属表面喷上一层不光滑的涂料降低金属表面的反射率; 2) 采用线性偏振光作为光源, 利用了线性偏振光的参数随着金属表面的镜面反射改变的现象。

 3.  在外界环境影响方面:

 (1) 温度, 湿度和机械振动等环境噪声, 会影响三角测量法中的系统参数。除了通过较好的标定方法提高系统的精度, 还可以采用双无衍射光束作为光源提高系统的抗噪性; 采用完全对称双面双光路系统设计。

 (2) 外界和环境光线的干扰, 解决方法有采用PSD检测器时使用调制法电路; 使用偏振光为光源; 使用窄带滤光片隔离环境光。

 根据     激光三角法    的问题以及改进, 作者认为     激光三角测量    的发展趋势主要可以概括为以下几个方面:

 (1) 通过引入新的光学器件、先进的传感器技术以及精确的测量算法, 不断提高其测量精度和测量速度, 同时进一步增强测量系统的稳健性; (2) 改进系统的硬件架构, 如采用多传感器信息融合, 通过多光源,多传感器的信息融合, 更好的实现深度信息获取; (3) 通过和智能控制系统的联合, 同时开发更好更快的处理算法, 以求最大程度的实现光电三角法的柔性(Flexibility) 测量。