激光源非接触式位移测量技术研究与实现

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工业生产线上的板材、纸张、布匹等材料在生产过程中需要实时检测其长度,目前工业领域常用的测速测长方式可分为接触式测量和非接触式测量两大类。前者以滚轮式测长仪为代表,该方法利用滚轮和被测物之间的摩擦力带动滚轮转动计数,原理简单,应用方便且成本低,受到多数生产厂家的青睐。但是,该方法很容易出现打滑现象,造成计数不准,误差较大。此外,靠摩擦力带动滚轮测量容易对被测物造成磨损。后者以激光测速仪最为常见,该方法利用激光多普勒原理进行测量,测量精度很高,但其对应用场合和被测物性质有特殊要求,而且成本较高,很难大规模的在生产线上得到普遍应用。  利用光电检测、数字图像处理等技术也可以实现非接触式测量的目的。为了提高纺织行业布匹长度计量的检测精度,通过研究生产线上布匹的外形、尺寸等特点,设计了一个基于像素灰度匹配的非接触式位移测量系统。该系统利用高亮度激光光源、图像传感器、光学透镜组获取被测物体的运动图像,然后利用数字处理器对测得的帧图像进行匹配运算得出物体的运动参数。  然后,本文对测量系统的测量精度进行了着重分析,找出了影响系统测量精度的各个因素。实验表明,系统的测量误差主要来源于图像撷取模块,图像撷取模块的工作原理误差,光学透镜组件的设计、安装误差,激光器的安装角度、激光光源的亮度等因素都会给测量结果带来误差。前两种因素会使得被测物图像形状发生改变,带来测量误差,后两种因素则会影响图像成像清晰度,加大图像匹配难度,带来计算误差。此外,被测物的材质、纹理、颜色也会对测量数据结果造成影响。最后,通过分析各种测量误差的特点,给出了改进方案,通过在软件中加入标定程序的方法,提高了系统的测量精度。实验表明,改进后的测量系统可在15cm的高度上进行测量,平均误差仅有0.208%,能很好的实现非接触式测量的目的,满足布匹测量的精度要求。
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