高精度激光位移测量关键技术和装置研究

对高精度激光位移测量关键技术和装置进行立项研究，可以提高中国工程物理研究院有关产品的制造、装配、检测等环节中的位移检测水平，从而提高产品的质量和生产效率；此项研究将提升我国在该领域的科技水平，测量装置可应用于其他工业领域。.本项目将研究高精度激光三角法测量的结构设计，分析测量头及光学系统参数和质量对测量性能的影响；消除散斑和反射像斑畸变造成的误差，研究强散射情况下的散斑相关法测量技术；分析不同反射特性材料对测量精度的影响，研究适应不同反射特性材料的激光源发光强度控制方法；研究以线阵CCD为核心的驱动与高速数据采集处理系统；研究以USB2.0为接口的数据输出和控制技术。.研究成果除提交专利和论文外，还将提交高精度激光位移测量装置，其测量工作距离35mm，测量范围±7mm，测量分辨率1μm，在满量程内线性度不大于±0.1%，温漂不大于±0.02%/ C，且测量精度不受工件表面反射特性影响。

本项目分析测量头及光学系统参数和质量对测量性能的影响，对高精度激光三角法测量的结构进行了优化设计；研究了重心法和激光散斑相关法两种测量位移的关键算法，为消除散斑和反射像斑畸变造成的误差，在强散射情况下采用散斑相关法测量技术；为了消除温漂的影响，对激光器进行了ADRC温度控制；分析不同反射特性材料对测量精度的影响，为适应不同反射特性材料的激光源发光强度控制，基于FPGA进行自适应发光强度控制；采用模糊控制策略，对CCD接受的光强进行综合控制；研制了以线阵CCD为核心的驱动与高速数据采集处理系统，以USB2.0为接口的数据输出和计算机监控软件；对传感器进行了硬软件集成，搭建了测量演示系统和采集标定系统。. 开展了多方面的实验工作。比较了重心法、散斑相关法在不同情形下的测量效果；开展了不同物体表面：颜色、粗糙度、光泽、倾斜度、材料等差异时候，激光位移测量的效果。全面分析了系统误差及产生的原因，提出了改进措施。高精度激光位移测量装置，其测量工作距离35mm，测量范围±7mm，测量分辨率4µm，在满量程内线性度不大于±0.1%，温漂不大于±0.02%/°C，且测量精度不受工件表面反射特性影响。. 申请了1项发明专利，发表了1篇SCI论文，2篇EI论文，3篇中文核心期刊论文。培养了6名硕士研究生和2名中物体院参研青年。