激光三角法测距系统的设计与研究

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激光三角测距法作为一种非接触型的测距方法,使用率越来越高,具有精度高、测距实时性好、操作方便等优点。对激光三角法的测距原理进行研究后,设计了一种可以根据温度进行数据补偿的激光三角法测距系统,并对这个系统进行实验和数据分析。首先对激光测距理论进行了分析,将三角法测距理论作为重点研究对象,对激光三角法中的直射型和斜射型这两种测距法进行了对比。直射型激光三角法结构简单,对被测物表面没有太高要求,设计过程比较简便,调试过程也比较方便。最终选用直射型激光三角法作为整个系统的光学测距原理,并选择相关的参数对测距系统的光路进行设计。接着设计硬件电路系统和软件系统。整个硬件电路系统主要由DSP芯片模块、激光发射模块和图像采集模块、通信模块和测温模块组成,对这几个模块的主要芯片的型号进行选择,结合具体的芯片对DSP芯片模块、激光发射模块和图像采集模块、通信模块和测温模块进行电路设计。在软件系统设计方面。利用DSP的BOOT将程序引导到FLASH里面运行;通过比较不同的激光脉冲信号占空比的图像接收效果,确定最佳占空比;根据CMOS芯片和温度测量芯片的时序,设计数据接收程序和温度测量程序;设计模数转换程序与数据发送程序,最后设计上位机的交互界面。搭建试验平台调试软件,使各个模块按预期正常运作,CMOS输出信号可以被采集、存储、传输和显示。根据线阵CMOS数据采集模块所采集数据的噪声特点,比较了几种滤波平滑算法,最终确定对采集的数据用低通滤波和均值滤波的方法进行滤波处理。对几种质心求取方法也进行了对比,最终运用加权平方质心的细化算法求取质心。对系统进行了重复性实验。由于被测表面的不同特性和被测环境对测距系统有所影响,选取了被测物表面的颜色、粗糙度、倾斜角和被测环境中的温度进行了实验,并对数据进行分析,以高精度机台和滑台为基准,得出不同测量值的误差并结合被测表面和环境的影响因素进行误差分析并进行了数据补偿实验。最后提出整个系统存在的误差因素和改进方法。
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