激光测微仪的研制及其最新进展

　　1概述

　　激光测微仪是一种非接触测量几何量的仪器，自从70年代末SELCOM公司制造并销售第一批激光测微仪(也可称激光测距仪、激光位移计等)以来，由于其对工厂自动化中的非接触测量位移、形状、厚度、振动、检查尺寸的特有作用:高精度、高速、非接触相隔距离较大、被测目标点可以很小，因而生产该仪器的公司在不断增加，激光测微仪的性能在不断改进，开发应用领域也更加广泛;成为继电感、电容、涡流、超声、光纤等传感器之后非接触位移传感器的一个重要分支。国际上除了SELCOM以外，ZAMBACH、日本安立、日本无线、三菱电机OMRON等许多生产高精度测量仪器公司都将其列为重要高技术产品，通过各种传媒宣传，以便在市场上推广。

　　笔者研究室在国内率先开发的JW系列型激光测微仪就是跟踪国际高科技产品，促进国内工厂自动化以及其它应用的科研成果。

　　2结构原理

　　JW系列激光测微仪分为测头部分和信号处理显示箱两部分，两者之间有屏蔽电缆连接。

　　测头外形有两类(见图1):一类为作为光源的半导体激光器(LD)射出的光束与被测面垂直，接收器件(PsD或CCD)接收到的是散射及漫反射光;

　　另一类则光束与被测面倾斜，接收器件接收的是正反射光。显然这两种测头各有不同的功能。a种测头用于散射及漫反射为主，表面粗糙度不太高的被测面，而b种测头用于表面粗糙度近乎镜面，表面粗糙度较高的被测面。无论哪种测头都采用光学三角法的测量原理，图2为测量原理图。

　　以a种测头为例，JW系列激光测微仪使用的光源为功率smw或lomw，波长780nm的半导体激光器(简称LD)，按一定的驱动脉冲频率发光，发出的光经透镜1聚焦后在被测面上形成一个。0.smm的光点，该光点的漫反射光又经过透镜2，在作为接收元件的半导体光电位敏探测器(简称PSD)上形成一相应光点。由该光点重心位置所决定，从PSD两端产生与重心位置有关的光电流I1和I2，其关系为:

　　(1₁一1₂一/(1₁+1₂)=y/L(1)

　　式中:l₁，1₂一PSD两端输出的光电流，mA;

　　y一光点距光敏面中心距离，mm;

　　L一光敏面全长的二分之一，mm。由上式可知，y与(I₁一1₂)/(1₁+1₂)成线性关系

　　为了使象点弥散斑较小，PSD面与透镜2的主平面必须相交于人射光轴上，此时的PSD面所有象点聚焦一致，即符合Sehiempflug条件。为简化设计，JW系列激光测微仪按图2配置光敏面，此时被测面移动距离x与光点在PSD上移动距离y又按照三角法测量原理，有如下关系: