探究激光在线测量信号的特性及甄别方法

卢奇

（汉口学院，湖北 武汉 430212）

探究激光在线测量信号的特性及甄别方法

卢奇

（汉口学院，湖北 武汉 430212）

文章主要从建立偏心运动模型、光学和电学信号处理的方式及其甄别方法等方面对新型激光校准技术进行阐述，进而建立相关校准系统的平台,并对激光在线测量信号特性及甄别方法进行了相关研究和思考，以期帮助我国新型激光校准技术取得进一步的发展。

在线测量；激光；信号特性；甄别方法

1 光电校准技术

光电信息科学存在众多分支，其中重要分支之一便是光电校准技术。光电校准技术结合众多领域的特点，自身有一定的综合性，主要包含光学、信号处理、通信技术和传感器等众多学科，有着相对复杂的基础理论和广泛的工程理论。其中光源分为两类，被动式和主动式。主动式，顾名思义人为控制即为主动式，被动式则是经物体反射的光源。信息载体完成被测物几何特征的检测，其原理主要是利用光的属性变化，较为常见的有光谱衍射、光强度和光通量。光电传感器的原理为光电效应，主要包括光敏二极管、光电池和CMOS等等。光电检测系统中的信号处理是该系统的关键部分，但目前光电检测系统无法对光电信号的特点进行有效的甄别和快速的分析。

由于高精度非接触类光电检测设备的使用通常在生产条件下，因此对设备的强度提出了一定的要求，设备无法承受恶劣的生产环境和高强度的生产任务自然是要被淘汰的。鉴于激光技术所具备的特点，激光在线测量不仅能够较好地适应于当下的生产环境，还能达到当下所要求的测量精度。较之常规测量技术，激光在线测量具备以下五个优点：①有较高的测量精度，主要适用于对分辨力有较高精度要求的几何量检测；②较快的测量速度，主要适合完成生产线的实时检测，并降低生产加工对测量的影响；③激光在线测量有着良好的电磁兼容性；④测量过程不仅不需要与被测对象产生直接接触，而且对测量对象的属性也不会产生任何影响，方便对一些高温物理和高速旋转的对象进行实时检测；⑤激光在线测量还具备较强的方向灵敏度，可同时进行一维、二维、三维的测量，满足测量对象对维数的要求。

光电检测技术能够针对不同的环境、精度采取不同的检测方法，具备十分灵活的检测方式。采取不同的光源，如采取激光、普通光、可见光和不可见光等；采取不同的测量原理，常用的有差动测量法、激光扫描测量法、干涉衍射法等。针对不同情况，变换不同方法是光电检测技术灵活性的重要表现。

2 系统分析建模

（1）物理模型。在数控机床中，所检测的对象是圆形旋转体，自转和径向旋转是刀具主要的运动状态。那么在光束和旋转体相互接触时，可以将其看做是两个垂直相交的柱体。在刀具的旋转过程中，刀具自身不仅旋转还在向前进，在这一过程中激光束拥有不同的遮挡程度，其光电传感器的光通量随着旋转角度的不同呈现出不同的变化。而重点分析的对象便是这个不断变化的光通量信号，并通过信号的变化来分析测量旋转体直径等一系列几何特征。

（2）模型仿真。根据旋转体光通量的变化建立相关物理模型，并对检测数据进行相关计算和分析，进而能够直观地显示出检测对象的旋转过程，并完成对光束的宽度、平移速度和偏心量这类重要几何量的检测，进而完成整个系统的检测。文章主要对模型仿真中的静态仿真和偏心仿真进行阐述。首先，进行静态仿真，当检测对象进行旋转时，如果偏心现象并不存在，即被检测对象除了平移运动外并不存在其他运动，进一步说便是偏心量的信号变化并不存在，是一个稳定值。经过对旋转体的静态仿真，不仅能够完成运动过程的简化，还能使整个运动过程的分析变得简单，从而帮助工作人员直观的取得光束宽度、刀具尺寸这两者与平移速度之间的数量比例关系。偏心量是一类用来描述圆度测量误差的物理量。其中，圆度误差指的是包容同一正截面实际轮廓且半径差为最小的两同心圆的距离。偏心量具有径向性，主要反映在圆周的半径上；另外，偏心量具有一定的周期性变化。圆度误差在刀具这类旋转工件中是非常低的，然而由于安装过程中会存在一定的安装偏心量误差，当这类测量误差超过一定的阙值时会影响整个工件的加工精度。另外，在刀具的实际工作中，其旋转和工作必然导致刀具的磨损和变形，进而导致反馈的信号产生更为复杂的变化。

（3）系统设计与信号分析。对于系统设计与信号分析，主要针对高速加工中心被检测对象的激光在线系统来进行设计，根据测量仪器具有的便携式和小型化特点，以及机床自身所具备的工作要求，设计方案主要采取固定式激光扫描法完成对刀具信号的测量。将光波与被测信号加载到仪器，通过对光通量的调制完成信号的检测。被测信号的调制过程则主要利用出射光的光通量的变化来进行监测，将光通量变化转变为电信号，即完成光电信号的转化，最后由解调电路将电信号中所携带的信息进行解码。这类校准方式十分简单，而且具有较强的抗干扰能力，对高速加工中心尤其适合。该测量过程的主要原理如图1所示，其主要由光源、光学调制信道、被测物、光电检测器和光电信号处理单元等组成。

Research on Characteristics of Laser Online M easurement Signal and Screening M ethod

LU Qi
（Hankou College，Wuhan，Hubei 430212，China）

Thearticlemainly expoundsnew laser calibration technology from the establishmentofeccentricmotionmode，opticaland electrical signal processingway and the screeningmethod,and thenmakes a research and thinking on establishing the relevant calibration system platform，characteristics of laser onlinemeasurementsignal and screeningmethod，aiming to help the furtherdevelopmentofnew laser calibration technology in our country.

onlinemeasurement；laser；signalcharacteristics；screeningmethod

TN247

A

2095-980X（2016）11-0023-01

2016-10-07

卢奇（1993-），男，湖北赤壁人，大学本科，主要研究方向：机电工程。