反射式随动扫描直径测量的设计
综上所诉,我决定使用光路对称结构形式.为实现回转体零件同一截面两个相互垂直方向的直径以及该截面椭圆等参数的测量而研究双向随动扫描检测系统,总体结构如图2-7所示,可实现回转体直径非接触自动测量。
影响测量精度的因素有电机转速的稳定性、扫描透镜焦距的精度、计数值的精度等等。为保证测量精度，随动扫描测量系统必须满足以下三个基本条件:
1. 物面上扫描光束主光线应当与轴线平行;
2. 扫描光束在物面上的扫描线速度保持恒定;
3. 必须准确测量出被测管的扫描时间。
为满足这三个基本要求，光学设计方面应采取以下几项措施:
1. 设计高线性度的fθ扫描透镜，实现对被测件的线性扫描;
2. 以高频晶振作为计数时间标准，保证扫描时间的测量精度;
3. 使扫描光束入射多面体扫描的扫描点和fθ透镜的前焦点重合，形成像方远心光路，保证扫描主光线和物面垂直，光电接收器位于系统的出瞳处;
4. 用单片机计数采集反映同步电机转速特征量波形的两个波峰之间宽度 ， 由此来求得反应被测量的脉冲计数值，这样能消除同步电机转速不稳定的影响，保证测量精度;
光路对称结构,从半导体激光器1发出的激光经准直,整形光学系统2,入射到扫描转镜3上,从扫描转镜反射出的扫描光束经前置扫描光学系统4,12和转向反射镜5,11后将扫描光束旋转90°照射到被测件6,投射光经扫描接收光学系统7,10后,被光电接收器8,9接收,经光电变换,电子学系统和微机实时数据处理,控制器显示被测回转体直径.此对称结构中,所用光器件少,简单,容易实现,采用整体密封结构,可减少灰尘等杂物的干扰,并可较大程度的保证X,Y两个方向在同一平面内。
激光光源与普通光源相比，因具有能量集中、方向性好、单色性好和相干性好等优点，己成为高精度测量的理想光源。早期的随动扫描检测系统均采用氦氖(He-Ne)激光器作为光源。氦氖激光器属于气体激光器，工作物质是氦气与氖气，在用硬质玻璃或石英玻璃制成的激光管电极间施加几千伏电压，使气体放电。在适当放电条件下，氦氖气体成为激活介质，经过反射腔就可获得激光输出。该激光束的特点是:单色性好，发散角小于2mrad，光束直径为φ0.5- lmm。可直接用于随动扫描检测系统，但其体积大，且由于极易产生慢漏气，阴极溅射，工作气体吸附等情况，其使用寿命只有2000-5000小时，另外由于使用高压电源，激光器正电极易与附近导体产生放电现象，使激光器损坏，从而使随动扫描检测系统出现故障.
近些年来，随着半导体激光器技术的迅速发展，它因具有体积小、重量轻、结构简单低电压直流电源供电、转换效率高，可高速直接调制、调制频率高、可靠性高、使用寿命长等优点而得到广泛的应用。半导体激光器工作物质是半导体材料，常用材料是砷化镓，其结构原理与发光二极管类似.本系统就采用半导体激光器作为扫描系统光源。半导体激光器作为检测系统的光源通常要求光源偷出光强的稳定性好，引起激光光强变化的因素有激光器电源稳定性的好坏、激光器的结构微小几何量变化以及它随工作时间的变化而产生的热变形与应力等。所以，激光器需采用稳压电源。
