激光測振的聚焦掃描系統設計范文

本站小編為你精心準備了激光測振的聚焦掃描系統設計參考范文，愿這些范文能點燃您思維的火花，激發您的寫作靈感。歡迎深入閱讀并收藏。

《計測技術雜志》2015年第二期

1光路的設計

本系統中的光路需要經過聚焦系統與掃描系統，考慮到整體的美觀性與光的出射位置，在聚焦系統與掃描系統中加了一塊反射鏡，不僅方便了光路的調試也使系統的整體布局更加合理。根據激光的走向，可以設計出反射結構的具體模型，如圖2所示。激光器與反射鏡之間的位置用來放置聚焦系統，此系統不會改變激光的走向。在圖2所示的反射結構的光路圖中，激光從激光器射出，第一個反射鏡的角度可以調節，從而改變光的出射角度，使其能夠經過兩個電機軸的軸線位置。此部分結構的設計需要保證光線的高度，為了和單點式激光測振儀配合，設計的光線高度為47mm，與單點式激光測振儀的激光高度等高，在設計步進電機支撐座時使其垂直度在0.04mm內，以保證電機軸的水平度。

2聚焦結構的設計

本文所設計的聚焦系統聚焦范圍大于等于0.3m。系統的聚焦部分由一個凹透鏡和一個凸透鏡組成的透鏡組來構成，如圖3所示。透鏡1選擇直徑為12.7mm、焦距為－50.8mm的凹透鏡;透鏡2和透鏡1之間的最近距離設為a，透鏡2能夠在導軌上移動。對于透鏡移動部分的設計如圖4所示。此部分依靠步進電機來實現，步進電機的轉動帶動與聯軸器相連的絲杠轉動，從而帶動滑塊部分做水平運動。由于滑動部分是直線移動，因此對絲杠與導軌之間的平行度要求較高，保證平行度在0.04mm內。整個聚焦部分的驅動是靠步進電機帶動絲杠轉動產生的，圖4中深色部分為移動部分，根據絲杠的轉動而移動，在動鏡座當中放置所選透鏡，透鏡移動使焦距發生變化。

3總體結構的設計

將所應用的掃描方式和設計的聚焦結構相結合，給出了聚焦掃描系統的總體結構設計方案，如圖5所示。5V的電源用于對電路進行供電，12V的電源用于對步進電機控制器進行供電，總共有三個步進電機控制器分別控制三個步進電機，步進電機依靠固定裝置固定在底座上，固定裝置所用材料為45號鋼。本系統的總體尺寸為292mm×182mm×131mm。設計總體結構時，選擇了128細分的步進電機控制器，可以使步進電機運行一步的轉動角度為0.84''，在測量距離較近(小于3m)的情況下，可以看做能夠對測量范圍內每一點的振動進行測量。

4掃描步驟

用聚集掃描系統掃描的同時需要保證能夠聚焦，因此在使用軟件控制時需至少確定三個點，通過三次選擇光點位置并聚焦來確定掃描平面及其平面方程。其掃描步驟如圖6所示。根據三點確定平面方程并通過求解方程得到當控制光點位置的電機移動時控制焦距的電機相應移動的步數，在掃描時光點每移動一次同時調節焦距，這樣能夠在進行掃描的同時達到聚焦。

5實驗

5.1焦距的測量圖7為驗證聚焦范圍的裝置，實驗選用JDSU的He-Ne激光器，其激光束直徑為3mm，近似準直光，對測定的實驗結果影響微弱。在進行實驗時調節透鏡2的位置，當光束聚集時，用光束分析儀測量光斑直徑為50μm，動鏡再往任何一個方向移動光斑都會變大，根據此方法可以確定本裝置的聚焦范圍大于等于0.3m。

5.2掃描速度的測量本系統的掃描速度指標為20點/s。實驗采用的方法是根據多次測量掃描總體時間來計算其掃描速度。多次測量的情況如表2所示。在編寫的程序中設定的掃描點數為橫軸和縱軸各40個點，總共一次掃描1600個點。根據表2可以得出掃描速度平均為20.3點/s，因此能夠達到提出的20點/s的指標。

5.3與單點式激光測振儀配合測量本系統主要應用于單點式激光測振儀，因此需要與激光測振儀配合進行實驗。圖8所示為搭建的實驗裝置，其中主要包括單點式激光測振儀、聚焦掃描系統、示波器和反射鏡。實驗中用反射鏡模擬被測物，把它分別放在不同距離的各個位置，在距離系統0.1，0.3，0.5m的位置進行測量，都可以得到如圖9所示的波形，且經過一定的調整之后可以調節到與之接近的幅值。此即為單點式激光測振儀接收到的波形，其幅值表示接收到的信號強度，測振儀出射的激光頻率為40MHz，在經過物體表面反射后，根據被測物的振動速度接收到的光頻會發生相應變化，再通過解調系統便可以得出物體的振動參數。

6結論

通過對聚焦掃描系統的分析和設計，構建了一套完整的用于激光測振的聚焦掃描系統;設計了系統機械構架，通過預留尺寸和手動調整保證光路在經過聚焦系統時的直線度，并通過實驗驗證了該系統的可行性。本文設計的聚焦掃描系統成本低、操作簡便，能夠改變入射測振光光線的角度并聚焦，具有很好的實用性。

作者：婁鑫鑫李華豐單位：中航工業北京長城計量測試技術研究所計量與校準技術重點實驗室