Лазерные сканирующие системы контроля геометрических параметров изделий массового производства

• Автор: Тарасов, Виктор Васильевич
• Шифр специальности: 05.11.07
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 1998
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 211 с. : ил.

Введение
СОДЕРЖАНИЕ

Глава 1. Оптические методы контроля геометрических параметров изделий
массового производства
1.1. Краткая классификация известных оптических методов контроля
1.2. Принципиальные особенности наиболее распространенных оптических
методов контроля геометрических параметров и их сравнительный анализ
1.2.1. Фотограмметрические методы
1.2.2. Дифракционные методы
1.2.3. Растровые (муаровые) методы
1.2.4. Триангуляционные мегоды
1.2.5. Проекционные (теневые) методы
1.2.6. Сравнение различных методов
1.3. Заключение по главе 1
Глава 2. Схемы построения лазерных сканирующих систем для контроля
геометрических параметров изделий массового производства
2.1. Основные оптические характеристики лазерных сканирующих систем
2.2. Способы формирования пучков в контрольно-измерительных оптических
и оптико-электронных системах
2.2.1. Фокусирование излучения
2.2.2. Коллимирование лазерного излучения
2.2.3. Формирование пучка с заданным размером перетяжки
в определенной плоскости
2.2.4. Комбинированное формирование лазерного излучения
2.3. Краткий обзор и сравнительный анализ различных типов сканирующих
систем
2.4. Особенности оптической лазерной системы при использовании триангуляционного метода измерений
2.5. Триангуляционная схема сканирования лазерным пучком с
синхронизацией
2.6. Краткий обзор систем контроля, использующих проекционный (теневой)
метод
2.7. Специфика контроля объемных изделий, осуществляемого проекционным методом. Способы борьбы с непостоянством скорости перемещения
лазерного пучка по измерительному пространству
2.8. К учету явления дифракции при анализе информационного сигнала
2.9. Заключение по главе
Глава 3. Основные источники погрешностей и пути повышения точности лазерных сканирующих систем для контроля геометрических параметров изделий
3 .1. Информационный сигнал при контроле размеров плоского изделия
3.2. Влияние конфигурации и отражающих свойств объемного контролируемого изделия на погрешность измерений
3.3. Анализ влияния искажений энергетического профиля лазерного пучка
на погрешность измерений
3.4. Оценка влияния непостоянства скорости перемещения лазерного пучка
3.5. Анализ влияния остаточной сферической аберрации объектива
3.6. Анализ влияния дефокусировки, вносимой сканирующим элементом
3.7. Анализ возможности рационального согласования параметров первичного измерительного преобразователя и устройства преобразования информации
3.8. Заключение по главе
Глава 4. Разработка методик расчета и проектирования лазерных сканирующих систем контроля геометрических параметров изделий
4.1. Методика габаритного расчета однокомпонентных и двухкомпонентных оптических систем с использованием вариансов
4.2. Методика габаритного расчета трехкомпонентных оптических систем лазерных сканирующих систем с использованием конфокального параметра
4.3. Коррекция аберраций объективов устройств телецентрического сканирования
4.4. Расчет основных параметров вращающихся оптико-механических сканаторов
4.5. Метод динамической автокалибровки лазерных сканирующих систем контроля
4.6. Обобщенная методика проектирования лазерных сканирующих систем контроля геометрических параметров изделий
4.7. Заключение по главе
Глава 5. Экспериментальные исследования и результаты внесения лазерных сканирующих систем контроля геометрических'ббъекгов
5.1. Лазерная сканирующая система контроля изделий «СПАРК»
5.2. Одно- и двухкоординатные лазерные сканирующие системы контроля геометрии стеклянного волокна «Скан-1» и «Скан-2»
5.3. Лазерная сканирующая система записи / считывания результатов физического эксперимента «Сателлит»

5.4. Сканирующий лазерный измеритель геометрических параметров - СЛИГП
5.5. Заключение по главе
Общее заключение
Список литературы
Приложение 1. Разработка метода и устройства экспериментального
определения диаметра пучка лазерного излучения
Приложение 2. Ввод поправки за отклонение реальной траектории
сканирования от идеальной
Приложение 3. Акты о внедрении разработанных и изготовленных систем

В современных сканирующих системах в качестве источника излучения часто используются лазеры. Монохроматичность и когерентность лазерного излучения позволяют получить изображение, размер которого ограничивается практически только дифракцией, а следовательно, получить предельно достижимое пространственное разрешение.
Достижимые размеры сфокусированного лазерного пучка могут составить 0,5... 1 мкм. Правда, это требует определенных жестко контролируемых условий. Типичным же размером является 2... 10 мкм, для достижения чего необходимо обеспечить достаточно высокую точность и стабильность аппаратуры. Очевидно, что монохроматичность излучения лазера снимает проблему хроматической коррекции оптической системы.
Дифракционно ограниченные параметры излучения можно получить с использованием гауссова пучка основной моды ТЕМоо. Гауссов пучок генерируется многими типами лазеров с устойчивыми резонаторами, поэтому имеется большой выбор лазеров по мощности излучения, длине волны, режиму работы, габаритам и т.п. Необходимо отметить, что хотя излучение на основной моде гауссова пучка имеет минимальную мощность, генерирование мод более высокого порядка приводит к увеличению размера пучка и расходимости, нестабильности пространственноэнергетических характеристик излучения, что не способствует решению поставленных контрольно-измерительных задач.
В наибольшей степени требованиям по монохроматичности, когерентности и стабильности излучения отвечают газовые гелий-неоновые лазеры. В настоящее время все большую конкуренцию газовым лазерам составляют полупроводниковые лазеры, которые также могут работать на основной моде, т.е. генерировать гауссов пучок. Модель излучения полупроводниковых лазеров отличается от модели излучения газовых лазеров. В ней отсутствуют понятия конфокального параметра, перетяжки, ближней и дальней зоны излучения. Преимущества и недостатки полупроводниковых лазеров хорошо известны. Основным недостатком, препятствующим их применению в контрольно-измерительных системах, является нестабильность параметров излучения [ 1, 6, 11, 15, 16, 19, 21, 24] и зависимость основных параметров излучения (мощности, длины волны, расходимости) от температуры. Кроме того, требуется значительно более сложная и дорогая оптическая система для формирования излучения полупроводниковых лазеров. Все это свидетельствует о том, что замена газовых лазеров на полупроводниковые в контрольно-измерительных системах требует еще тщательного