什么叫光学测头?

2018-08-22

光学测头的分类方法有很多,种类更是繁复。从测量原理上通常可以分为共轴测量和三角测量;从光源属性上可以分为主动光源和被动光源;从光源维度上可以分为点光源、线光源和面光源;从光源色谱上又可以单色光源和白光源。共轴测量中常见的方法有两种。其一是干涉法,它利用了光的波长特性,将一束光通过平面分光镜(半透半反)分成两束。一束由镜面反射至参考平面,另一束则透射至被测物体表面。两束光经叠加后产生干涉条纹,干涉条纹的形式取决于物体的距离与物体表面的几何特征。另一种是共焦法,从一个点光源发射的探测光通过透镜聚焦到被测物体上,如果物体恰在焦点上,那么反射光通过原透镜应当汇聚回到光源,这就是所谓的共焦。在反射光的光路上加上了一块半反半透镜,将反射光折向带有小孔的挡板,小孔位置相当于光源。光度计测量小孔处的反射光强度,强度最大时物体即位于透镜焦点平面,这样即可测得物点的位置。三角测量则是利用了光源、像点和物点之间的三角关系来求得物点的距离。微信图片_20180523092942.png

光源向物体发射一个光点,光点到达物体后经过反射在传感器上得到一个像点;光源、物点和像点形成了一定的三角关系,其中光源和传感器上的像点的位置是已知的,由此可以计算得出物点的位置所在。有的测头以线光源来替代点光源,将一条由若干光点组成的光条纹投射到物体表面,传感器上接收到的则是二维畸变光线图像,光线的畸变形状取决于每个物点的位置,这样的线光源测头可以大幅提高采点的速度11.png

测头用光栅将一束光分散并编码,形成一定模式的结构光光源

目前,各种光学测头采用的光源种类主要有激光和白光。激光作为一种准直、相干的单色光,广泛地作为点测头和线测头的光源。而白光则是由各种波长的光组成,因此颜色呈白色,目前较多地作为结构光光源。由于白光的物理特性,白光点测头也逐渐应用于测量领域中。激光和白光的最大区别在于,激光是一种单色光,因此拥有高度相干性,有些测头正是利用了激光的相干性来实现其功能;而白光是由各种波长的光组成,所以相干性相当微弱。如前所述,利用单色光的高度相干性可以根据某些原理进行测量,但事物的两面性同时说明,在有些地方相干性也会干扰测量。举例说明,激光测头利用物体表面的反射光进行三角测量时,照射到物体表面的激光会呈现颗粒状的结构,这种颗粒状的结构称为“散斑”,而这种现象称为“散斑效应”。散斑效应的产生,是由于激光照射在粗糙表面经反射造成的。大多数物体的表面与激光的波长相比都是粗糙的,因此当光波从物体表面反射时,表面各点都发出一束高度相干的子波,子波叠加的结果就形成了物体表面呈随机分布的散斑

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