6.1 主程序设计 .............................. 错误！未定义书签。 6.2 数据通讯模块设计 ........................ 错误！未定义书签。 6.3步进电机驱动模块设计 ..................... 错误！未定义书签。 6.4 软件抗干扰模块设计 ...................... 错误！未定义书签。 6.5 系统仿真调试 ............................ 错误！未定义书签。 7 仪器误差分析 .............................. 错误！未定义书签。 7.1基本参数对测量精度的影响 ................. 错误！未定义书签。 7.2 误差分析 ................................ 错误！未定义书签。 7.3改进方案 ................................. 错误！未定义书签。 结束语 .................................. 错误！未定义书签。
参考文献 ................................ 错误！未定义书签。 附录一 .................................. 错误！未定义书签。 附录二 .................................. 错误！未定义书签。 致谢 .......................................... 错误！未定义书签。
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1 绪 论
1.1前言
随着现代科学技术以及复杂的自动化控制系统和信息处理理论技术的提高，光电信号变换与检测技术的不断涌现，综合性的自动化、智能化的光电系统得到了进一步发展，形成了包括光学、精密机械、电子学和计算机科学技术的高度知识集中的新学科—光学精密机械电子学(Optomecharonics )。这种跨学科的边缘技术就是光电技术，现在己经广泛应用于工业、农业、国防、科研以及家庭生活等各个领域。
光电检测技术[1]是光电技术的核心和重要组成部分，它是一种非接触式测量的高新技术，以激光、红外、光纤等现代光电器件为基础，通过对载有被检测物体信息的光辐射进行检测，即通过光电检测器件接受光辐射并转换为电信号，由输入电路、放大滤波等检测电路提取有用信息，输入到单片机中运算、处理，最后显示或打印输出所需检测物体的几何量或物理量等参数。光电检测技术是现代检测技术最重要的手段和方法之一，是计量检测技术的一个重要发展方向。光电检测技术作为现代测试技术的一种最具代表性的高新技术，它具有某些其它检测技术无法比拟的特点。
现代生产要求具有柔性、非接触性、高速度和高精度的检测技术，而光电检测技术由于与计算机和新型传感器的紧密结合，恰好能满足现代生产的要求。目前，国内对回转体零件同一截面不同方向直径的检测多数采用接触式方法进行测量。为确保生产出的回转体零件合乎要求并达到高精度在线检测的目的，迫切需要研制一种用于回转体零件同一截面多个方向的径向尺寸和椭圆度等参数尺寸的快速自动检测设备，从而有必要进行多向激光扫描检测系统的研究。
1.2 激光扫描测径仪的背景及国内外的发展状况
目前，高新技术产业逐渐向技术密集型转轨，测试技术面临着越来越多的复杂问题，不但要有较高的测量速度及可靠性，而且还要向自动化、数字化、智能化方向发展。这势必将使原有的静态、接触测量转向动态、非接触、在线测量.激光扫描尺寸检测技术作为一种非常有效的非接触检测方法在国
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外被广泛地应用于工件尺寸的在线检测[2].
在单向激光扫描方面，日本Kenyence公司生产的产品，扫描式Ls-7000系列其测量范围为0.3mm～30mm,测量精度为±3um，外型尺寸为325.5x91x38mm，取样速度为2400次/s，当测量范围为0. 04-6mm时，测量精度达±O.5um，重复性精度为±0.06um。
美国BetaLaserMike公司为了满足不同用户的使用要求，设计了不同测量范围和测量精度的单向激光扫描产品，如型号510-195，其测量范围为0. 38-5 O mm，重复性精度0. OOO5mm，如图1-1所示;英国Scantron Industrial Products Ltd也有多种激光扫描产品，如表1-1所示。
图1.1 510-195型激光扫描仪
美国TSI公司研制了一种新的检测仪表SA5050，其测量范围为1.0-48. 0mm，测量速度达1167次/秒/轴，重复性精度为土0.76um,线性度达到0. 0l%。其采用了全息激光扫描技术以快速精确地测量物体的尺寸。其核心部件是专利号为4, 329, 326的全息光碟。全息光碟里包含了许多全息光单元(HOE )，每一个HOE单元都起一个折射透镜的作用。激光束通过光碟和HOE产生折射，第一束折射光以大约22°离轴角折射，当光碟旋转时，HOE形成的栅角也同时旋转，使光束从测量域的一边扫描到另一边。
这种仪器的测量基本原理与激光扫描系统基本一致，同样采用激光二极管，产生激光束并投射到全息光碟上，产生扫描光束。扫描光束通过校准透镜，产生测量域，最后由聚焦透镜聚焦并被接收器件接收。光接收器接收的光信号转变为电信号并进行数模转换，并通过复杂的边缘探测法的分析，从而测得每一次扫描时物体的确切位置。
在双向激光扫描方面，美国BetaLaserMike公司的直径测量仪器达到了
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当今激光扫描的最高水平之一，测量范围为0-25mm时，测量精度为1lum，外型尺寸为380x360x80mm。美国TS工公司现在制造出了名叫holix量具的双直径激光扫描器，其所采用的全息激光扫描检测技术处于世界领先水平，使这种仪器成为世界上最好的直径测量量具，而不受已存在技术的限制，这种量具能达到每轴每秒2833次测量，采用这种专利技术，holix量具可以在每次扫描时提供如今所能达到的最高精度。而其它量具必须在平均多次测量之后才能得出一个精确的量值。
图1.2 双向激光测径仪
我国在光电检测技术研究方面起步较晚，但发展迅速，从八十年代末、九十年代初国内一些单位开始研究激光扫描直径测量技术，到目前为止，北京、上海、南京等地的一些单位均采用激光扫描法研制出测量直径的设备。如河北激光研究所研制的JCJ-1激光测径仪[3]，其测量范我国对一些关键技术已取得进展，并研制了多种激光、光电检测仪器和设备。
激光扫描测径仪的研究代表了非接触测量的发展方向。近年来利用光学原理设计的测量仪器非常多，随着大量非接触测量仪器的出现，21世纪测量技术的发展方向大致如下随着标准化体制的确立。
总之，测量技术必须实现高精度化，同时也要求实现高速化和高效率化，因此，非接触测量和高效率测量也就必然成为新世纪精密测量技术的重要发展方向。而激光扫描测径仪的发展正适合了这种新的趋势。
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1.3 研究的目的和意义
在查阅分析国内外多种直径在线检测方法的基础上，提出了激光扫描法检测直径的方案，解决了许多生过程中工件需要在线测量的问题。 ………………………………………………
2.1激光扫描测径仪基本原理
激光扫描测径系统是集激光技术、光学技术、计算机技术、精密机械技术、电子技术于一体光机电系统。由激光器，棱镜，反射镜f?透镜，光电接收器，信号处理电路，单片机，键盘，数码显示组成。直径测量大都是接触测量，而其非接触测量主要是基于计算机视觉的测量。但对于小直径、非回转工件的直径检测，例如:采用拉制技术生产的电线电缆类等，这些测量技术就不能解决了。
图 2.1 激光扫描法测径系统原理
1.半导体激光器 2. 反射棱镜 3.八面体反射棱镜 4.前透镜 5.聚焦透镜 6.光电二极管
从激光器1发出的激光光束，经反射镜2射向扫描转镜3，再经扫描转镜3的反射面反射经过准直透镜4后，光束成为平行于光轴的平行光束对工件7进
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