第三章 激光测试技术(课堂PPT)
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激光检测技术PPT课件
实现泵浦的方法有很多，通常采用以下几种： (1) 光泵浦 (2) 电泵浦 (3) 化学反应
3. 谐振腔的共振作用与激光的形成
在增益介质的两端安装两块相互平行的反射镜，一块为全反射镜（反射 率近似为1），另一块为部分反射镜（反射率必须大于某一值），构成一 个光学共振腔（又称谐振腔）。谐振腔对光的模式有选择作用，即对光的 频率、相位、偏振及传播方向有严格的选择。
和。
.
5
二、激光的特性与用途
1. 激光的高方向性：根据这一特性可制成激光准直仪； 2. 激光的高亮度：利用激光能量高度集中的特性，进行
精密焊接、打孔及切割 ； 3. 激光的高单色性 ：在小孔、细丝、狭缝等小尺寸的衍
射测量中得到了广泛的应用； 4. 激光的高相干性：全息摄影就是利用了激光相干性好
的这一特征。
.
8
四、应用举例
1. 激光的载波测温技术
激光载波测温原理方框图
.
9
激光载波测温的发射部分
RT-热敏电阻；V1-单结晶体管；V2-晶闸管； T1，T2-脉冲变压器
.
f
1
RT CT
ln
1 1
脉冲调频波
10
调频波解调原理
(a) LC谐振电路；（b）谐振曲线；（c）调频波及调幅波
.
11
2. 激光准直测量技术
8. ● 其他激光器 X射线、薄膜、光纤激光器等
.
7
2. 激光器的结构与工作原理
以氦氖激光器为例
除激励电源之外，氦氖激光器通常包括放电管、电极和谐振腔等基 本组成部分。根据放电管和组成谐振腔的两块反射镜的连接方式，可将 氦氖激光器分为内腔式、半内腔式（半外腔式）和外腔式三种结构型 式。在放电管中按一定比例和压力充上氦氖混合气体。
3. 谐振腔的共振作用与激光的形成
在增益介质的两端安装两块相互平行的反射镜，一块为全反射镜（反射 率近似为1），另一块为部分反射镜（反射率必须大于某一值），构成一 个光学共振腔（又称谐振腔）。谐振腔对光的模式有选择作用，即对光的 频率、相位、偏振及传播方向有严格的选择。
和。
.
5
二、激光的特性与用途
1. 激光的高方向性：根据这一特性可制成激光准直仪； 2. 激光的高亮度：利用激光能量高度集中的特性，进行
精密焊接、打孔及切割 ； 3. 激光的高单色性 ：在小孔、细丝、狭缝等小尺寸的衍
射测量中得到了广泛的应用； 4. 激光的高相干性：全息摄影就是利用了激光相干性好
的这一特征。
.
8
四、应用举例
1. 激光的载波测温技术
激光载波测温原理方框图
.
9
激光载波测温的发射部分
RT-热敏电阻；V1-单结晶体管；V2-晶闸管； T1，T2-脉冲变压器
.
f
1
RT CT
ln
1 1
脉冲调频波
10
调频波解调原理
(a) LC谐振电路；（b）谐振曲线；（c）调频波及调幅波
.
11
2. 激光准直测量技术
8. ● 其他激光器 X射线、薄膜、光纤激光器等
.
7
2. 激光器的结构与工作原理
以氦氖激光器为例
除激励电源之外，氦氖激光器通常包括放电管、电极和谐振腔等基 本组成部分。根据放电管和组成谐振腔的两块反射镜的连接方式，可将 氦氖激光器分为内腔式、半内腔式（半外腔式）和外腔式三种结构型 式。在放电管中按一定比例和压力充上氦氖混合气体。
激光测径技术.ppt
Байду номын сангаас用
• 结束语
利用本系统对组件进行试验，并在信号采集部分 和软件算法上采取特殊措施可知该检测方法精度可达 3µm。试验中通过对组件的弯曲、扭曲、倾斜三大变 形分类及其评价，激光束动态扫描投影原理和分层切 片扫描技术的分析，可知该方法是可行的。
应用
• 结束语
由于本系统是一个集光、机、电于一体的系统，目 前还没有达到系统联机调试阶段，为保证系统的最终测 量精度，在结构设计和安装调试方面还得解决好以下四 个问题：
应用
• 测量原理
图5的下半部分为光电管处输出的电脉冲信号波形图， 其中遮光区是由光路系统产生的：因为从八棱镜反射出去的 光束只有一部分能够经过透镜，在透镜有效接收范围外的光 束存在时间就是遮光区宽度，这个宽度值在光路系统各部件 及其相互位置关系确定好之后，就不会再发生变化。其他光 束存在时间则构成了透光区宽度，这也是本测量系统的有效 测试范围，其中的四个低电平脉冲对应四排燃料帮的组合轮 廓投影。由于图5中测量的结果只是一个截面轮廓，为了得 到组件的完整轮廓形貌和整体变形，采用步进电机驱动测头 沿组件轴线做上下扫描运动，采用这种“切片”的方法最后 通过重组就会得到完整的组件轮廓。为减小空间测量误差， 在激光束出射方选用特殊的f·θ透镜，使得激光束从上向下以 一个相对恒定的速度扫描组件，其前提是八棱镜的转速相对 稳定。
,2006.03(2). [9] 马登极,朱善安,王长军,线阵CCD在高精度测径系统中的应用,计算机测量
与控制,2006.04(2).
报告结束 谢谢关注
[2] 杨杰,王毅,激光扫描测径技术原理,试验与研究,2003.04(2).
[3] E.Liangpanich, N.Akiyama, M.Yoshida and K.Kuwabara, Department of
激光检测技术课件硕士
B 1 2 ：受激吸收跃迁爱因斯坦系数
只与原子本身性质有关
激光检测技术课件硕士
受激辐射
E2
h
h h
E1
发光前
发光后
h E2 E1
当外来光子的频率满足 hE时2，E使1 原子中处于高能级
的电子在外来光子的激发下向低能级跃迁而发光。
受激辐射跃迁几率： W21 B21
与原子本身性质和辐射场能量密度有关
B 2 1 ：受激辐射跃迁爱因斯坦系数
激光检测技术课件硕士
光的颜色取决于光的波长，通常把亮度为最大亮度一半的两 个波长间的宽度定义为这条光谱线的宽度，谱线宽度越小， 光的单色性越好。可见光部分的颜色有七色，每种颜色的谱 线宽度为40-50nm，激光的单色性远远好于普通光源，如氦氖激光器输出的红色激光谱线宽度只有10-8nm。激光良好的 单色性使激光在测量上优势极为明显。
激光检测技术课件硕士
Laser －“激光” Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation
“通过受激辐射实现光放大”
形象的音译为“镭射”，在1964年，根据钱学森的建议，将其改 称为“激光”。这也就是我们目前最常见的称呼了。
激光检测技术课件硕士
激光检测技术课件硕士
激光的高相干性：有很好的时间相干性和空间相干性。当激 光束分成两束进行迭加时，产生的干涉条纹非常清晰。 全息摄影就是利用了激光相干性好的这一特征。
激光检测技术课件硕士
时间相干性高——谱线窄，单色性好； 空间相干性好——波前上各点都是相干的。 即一方面激光是定向强光束，另一面是单色的相干光束。
激光技术发展史
1.1917年：爱因斯坦在《关于辐射的量子力学»一文预言了 原子受激辐射发光的可能性，即存在激光的可能性;
只与原子本身性质有关
激光检测技术课件硕士
受激辐射
E2
h
h h
E1
发光前
发光后
h E2 E1
当外来光子的频率满足 hE时2，E使1 原子中处于高能级
的电子在外来光子的激发下向低能级跃迁而发光。
受激辐射跃迁几率： W21 B21
与原子本身性质和辐射场能量密度有关
B 2 1 ：受激辐射跃迁爱因斯坦系数
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光的颜色取决于光的波长，通常把亮度为最大亮度一半的两 个波长间的宽度定义为这条光谱线的宽度，谱线宽度越小， 光的单色性越好。可见光部分的颜色有七色，每种颜色的谱 线宽度为40-50nm，激光的单色性远远好于普通光源，如氦氖激光器输出的红色激光谱线宽度只有10-8nm。激光良好的 单色性使激光在测量上优势极为明显。
激光检测技术课件硕士
Laser －“激光” Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation
“通过受激辐射实现光放大”
形象的音译为“镭射”，在1964年，根据钱学森的建议，将其改 称为“激光”。这也就是我们目前最常见的称呼了。
激光检测技术课件硕士
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激光的高相干性：有很好的时间相干性和空间相干性。当激 光束分成两束进行迭加时，产生的干涉条纹非常清晰。 全息摄影就是利用了激光相干性好的这一特征。
激光检测技术课件硕士
时间相干性高——谱线窄，单色性好； 空间相干性好——波前上各点都是相干的。 即一方面激光是定向强光束，另一面是单色的相干光束。
激光技术发展史
1.1917年：爱因斯坦在《关于辐射的量子力学»一文预言了 原子受激辐射发光的可能性，即存在激光的可能性;
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激光光谱学PPT课件PPT课件
会计学
1
激光光谱学参考书： 《激光光谱学原理和方法》黄世华 编著 其它参考书目： 1．《激光光谱学的基础和技术》W. Demtroder（戴姆特瑞德）著；黄潮 译 Chap. 1－3。 2．《光的量子理论》R. Loudon 著；于良 等译 Chap. 1，3，8，9。 3.《近代量子光学导论》彭金生 李高翔 著 Part. I Chap. 1，2；Part. II, Chap.1 4．《量子力学》 曾谨言 编著 Chap. 11，量子跃迁 5．《光学》 赵凯华 钟锡华 著 Chap. 2，4，5，8，9 6．《超短脉冲激光器原理及应用》 J. 赫尔曼；B. 威廉 著 Chap.1－4，8，9 7.《激光物理学》 邹英华 编著 Chap. 1，4，6－10 8．《 Laser and Electro-Optics 》Christophor C. Davis Chap. 1，2，6，23， 9.《概率论与数理统计》 10.《电动力学》 曹昌淇 著 11.《Electricity and Magnetism》Berkeley Physics Course Vol.2, E. M. Purcell Chapter. 6，7，9，10。
Wif
2π
|
f
| H | i |2 δ
(E f
Ei )
第14页/共74页
根据d 函数的性质，上式也可以写为：
Wif
2π 2
|
f
| H | i |2δ
(ω
ω fi )； δ (ω ) 1δ (ω )
式中设微扰是由能量的光子引起的， fi = (Ef - Ei)/
(1) 吸收：i fi f , 吸收引起终态 f 布居N f 变化
会计学
1
激光光谱学参考书： 《激光光谱学原理和方法》黄世华 编著 其它参考书目： 1．《激光光谱学的基础和技术》W. Demtroder（戴姆特瑞德）著；黄潮 译 Chap. 1－3。 2．《光的量子理论》R. Loudon 著；于良 等译 Chap. 1，3，8，9。 3.《近代量子光学导论》彭金生 李高翔 著 Part. I Chap. 1，2；Part. II, Chap.1 4．《量子力学》 曾谨言 编著 Chap. 11，量子跃迁 5．《光学》 赵凯华 钟锡华 著 Chap. 2，4，5，8，9 6．《超短脉冲激光器原理及应用》 J. 赫尔曼；B. 威廉 著 Chap.1－4，8，9 7.《激光物理学》 邹英华 编著 Chap. 1，4，6－10 8．《 Laser and Electro-Optics 》Christophor C. Davis Chap. 1，2，6，23， 9.《概率论与数理统计》 10.《电动力学》 曹昌淇 著 11.《Electricity and Magnetism》Berkeley Physics Course Vol.2, E. M. Purcell Chapter. 6，7，9，10。
Wif
2π
|
f
| H | i |2 δ
(E f
Ei )
第14页/共74页
根据d 函数的性质，上式也可以写为：
Wif
2π 2
|
f
| H | i |2δ
(ω
ω fi )； δ (ω ) 1δ (ω )
式中设微扰是由能量的光子引起的， fi = (Ef - Ei)/
(1) 吸收：i fi f , 吸收引起终态 f 布居N f 变化
《激光检测技术》PPT课件
激光光电检测技术
•激光基本原理 •激光器件 •激光干涉测量 •激光干涉在测量中的应用 •激光衍射测量及应用 •激光在其他方面的应用 •固体摄像器件及其应用
参考书：激光光电检测 激光检测技术
国防科技大学出版社 校编教材
1
激光光电检测
1960年第一台激光器问世。 在检测方面的应用：主要应用于精密仪器测量尺寸，如测长、测厚、直径；干 涉测量、衍射测量 、准直测量、小角度测量、激光全息干涉测量等。 激光器的种类（按工作物质分） ： 固体：红宝石、钕玻璃、掺钕钇铝石榴石（YAG) 功率大；用于对产品的加工、军事。 气体：氦氖、CO2 等,输出功率比固体小，单色性好。光谱线从紫外区～远红外区。 He-Ne ：频率和功率稳定，用于精密计量。 CO2
3
激光的方向性比普通光源发出的光好得多。
§1-1 激光的基本特性
2. 亮度 一个发光面积为 D S的光源，在时间 D t 内向着法线方向上的立体角 范围内发 射的辐射能量为 D E ，则光源表面在该方向上的亮度 B 等于
B
E P S t S
（瓦／米2 ·球面度）
红宝石巨脉冲激光器：每cm2输出功率达1kMW,
发散角接近1 mrad
亮度比高压脉冲氙灯要高37亿倍.
4 激光能量在空间和时间上的高度集中，才使得激光具有普通光所达不到的高亮度。
二、激光的单色性和时间相干性 (一) 激光的单色性
§1-1 激光的基本特性
同种原子从高能级E2自发向低能级E1作辐射跃迁时, 将发射一条中心频率为
(c：光速)
的关系：
c
和 越窄，光的单色性就越好。
与
求出
1 g max (v) 2
•激光基本原理 •激光器件 •激光干涉测量 •激光干涉在测量中的应用 •激光衍射测量及应用 •激光在其他方面的应用 •固体摄像器件及其应用
参考书：激光光电检测 激光检测技术
国防科技大学出版社 校编教材
1
激光光电检测
1960年第一台激光器问世。 在检测方面的应用：主要应用于精密仪器测量尺寸，如测长、测厚、直径；干 涉测量、衍射测量 、准直测量、小角度测量、激光全息干涉测量等。 激光器的种类（按工作物质分） ： 固体：红宝石、钕玻璃、掺钕钇铝石榴石（YAG) 功率大；用于对产品的加工、军事。 气体：氦氖、CO2 等,输出功率比固体小，单色性好。光谱线从紫外区～远红外区。 He-Ne ：频率和功率稳定，用于精密计量。 CO2
3
激光的方向性比普通光源发出的光好得多。
§1-1 激光的基本特性
2. 亮度 一个发光面积为 D S的光源，在时间 D t 内向着法线方向上的立体角 范围内发 射的辐射能量为 D E ，则光源表面在该方向上的亮度 B 等于
B
E P S t S
（瓦／米2 ·球面度）
红宝石巨脉冲激光器：每cm2输出功率达1kMW,
发散角接近1 mrad
亮度比高压脉冲氙灯要高37亿倍.
4 激光能量在空间和时间上的高度集中，才使得激光具有普通光所达不到的高亮度。
二、激光的单色性和时间相干性 (一) 激光的单色性
§1-1 激光的基本特性
同种原子从高能级E2自发向低能级E1作辐射跃迁时, 将发射一条中心频率为
(c：光速)
的关系：
c
和 越窄，光的单色性就越好。
与
求出
1 g max (v) 2
激光原理与技术PPT(很全面)
04
激光与物质相互作用
激光与物质相互作用的基本过程
激光束在物质中的传播
包括反射、折射、吸收和散射等现象。
激光与物质相互作用的机理
包括光热作用、光电效应、光化学效应等。
激光与物质相互作用的特点
如高能量密度、高亮度、高方向性等。
激光加工原理及应用
1 2
激光加工的基本原理
通过高能激光束对材料进行加热、熔化、汽化或 达到其他物理或化学变化，以实现加工目的。
应用领域
适用于气体、液体和固体等多种介质的流速测量，如风速测量、 血流速度测量等。
激光光谱分析技术
光谱原理
不同物质具有不同的光谱特征，通过测量物质的光谱信息可以分析 其成分和性质。
分析方法
包括激光拉曼光谱分析、激光荧光光谱分析等，可用于物质的定性、 定量分析。
应用领域
广泛应用于化学、生物、医学、环境等领域，如药物分析、环境监测 等。
液体激光器
染料激光器
使用有机染料作为增益介质，通过 泵浦光激发染料分子产生激光，具 有宽调谐范围和短脉冲输出能力。
液体激光核聚变
利用高功率激光束照射含有氘、氚 等聚变燃料的靶丸，实现核聚变反 应，是惯性约束聚变研究的重要手 段。
半导体激光器
边发射半导体激光器
电流注入半导体PN结，电子与空穴复 合释放能量形成激光输出，具有体积 小、效率高、寿命长等优点。
特性
方向性好，亮度高，单色 性好，相干性好。
应用领域
激光加工、激光测距、激 光雷达、激光通信、激光 治疗等。
02
激光器类型及技术
固体激光器
晶体激光器
使用掺杂稀土元素的晶体 作为增益介质，如Nd:YAG 激光器。
激光技术PPT精选课件
13
14
8.5光纤中的非线性效应 ―光纤孤子
8.5.1光学孤子的物理概念 8.5.2色散介质中的双曲方程 8.5.3非线性薛定谔方程
15
8.5.1 光学孤子的物理概念
光孤子的物理概念 ： 孤子在早期称为孤立波。 简单的说，光孤子是能量或物质的特定的一种传播形式， 是一种特殊的电磁波，可以长距离地无畸变传输，而且 互相碰撞之后各自保持独立。 光纤中光孤子产生的机理： 光纤色散与光纤自相位 调制（SPM）两种因素制约的结果。色散效应使一个 脉冲波形散开，该波形的不同频率分量的传播速度不同； 而光纤的非线性效应又使脉冲的前沿变慢、后沿变快。 二者相互制约，就可能使脉冲波形保持不变的传播，形 成光学孤子。
单模光纤的偏振和双折射
.1 单模光纤的偏振特性 .2 单模光纤的双折射 .3 偏振型单模光纤
1
.1单模光纤的偏振特性
理想单模光纤的模式是HE11模，它是线偏振的，偏振方 向为光纤的径向。在光纤截面上建立x-y直角坐标后， 任一径向的偏振可用两个独立的偏振分量HEx11和HEy11来 表示。在理想条件下，这两个偏振分量的传播常量相等， 即终合∆β成=为β原x-β来y的=0径。向在偏传振播状中态两。个也分就量是始说终，保H持Ex同11和向H，Ey始11 模是简并的，如图-1所示。由于两个模是独立的，所以 互光向不纤激影中励响不HE。会11例出模如现，，H则E在y光11光纤模纤，中端反始面之终只亦存沿然在。着x轴如H激E果x1励1沿和H轴EHxE1之y11模1间模时的，，方它 们的幅值比沿光纤不变。
ห้องสมุดไป่ตู้16
现考虑一个脉冲在光纤中的传播，如图8.5-1（a）所示。 由于非线性光学克尔效应，光纤的折射率可写成
n=n1+n2I
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8.5光纤中的非线性效应 ―光纤孤子
8.5.1光学孤子的物理概念 8.5.2色散介质中的双曲方程 8.5.3非线性薛定谔方程
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8.5.1 光学孤子的物理概念
光孤子的物理概念 ： 孤子在早期称为孤立波。 简单的说，光孤子是能量或物质的特定的一种传播形式， 是一种特殊的电磁波，可以长距离地无畸变传输，而且 互相碰撞之后各自保持独立。 光纤中光孤子产生的机理： 光纤色散与光纤自相位 调制（SPM）两种因素制约的结果。色散效应使一个 脉冲波形散开，该波形的不同频率分量的传播速度不同； 而光纤的非线性效应又使脉冲的前沿变慢、后沿变快。 二者相互制约，就可能使脉冲波形保持不变的传播，形 成光学孤子。
单模光纤的偏振和双折射
.1 单模光纤的偏振特性 .2 单模光纤的双折射 .3 偏振型单模光纤
1
.1单模光纤的偏振特性
理想单模光纤的模式是HE11模，它是线偏振的，偏振方 向为光纤的径向。在光纤截面上建立x-y直角坐标后， 任一径向的偏振可用两个独立的偏振分量HEx11和HEy11来 表示。在理想条件下，这两个偏振分量的传播常量相等， 即终合∆β成=为β原x-β来y的=0径。向在偏传振播状中态两。个也分就量是始说终，保H持Ex同11和向H，Ey始11 模是简并的，如图-1所示。由于两个模是独立的，所以 互光向不纤激影中励响不HE。会11例出模如现，，H则E在y光11光纤模纤，中端反始面之终只亦存沿然在。着x轴如H激E果x1励1沿和H轴EHxE1之y11模1间模时的，，方它 们的幅值比沿光纤不变。
ห้องสมุดไป่ตู้16
现考虑一个脉冲在光纤中的传播，如图8.5-1（a）所示。 由于非线性光学克尔效应，光纤的折射率可写成
n=n1+n2I
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入心射 做于 整管 周内 回壁转某，一使点光上点， 沿传 管感 内壁器表有面一转输动出扫值描。，若这被样测就管可内测壁量尺出寸管沿内径壁向某有
一截个 面变 径化 向量 的，尺即寸入。射小光车点 在从 管内B点沿变轴化向到移B动’点，，传此感时器激的光转三角角和位轴移向传位感移器可的由输 出步值 进反 电映 机了 发该出变的化脉量冲。数求出，这样就完成整个管内壁三维形貌测量。
激光三角法测量原理；激光视觉测量的基 本原理；激光视觉三维测量技术的应用
4、其它激光测量技术
激光多普勒测速技术；激光扫描测径技 术；激光测距技术
2020/4/24
2
3、激光视觉三维测量系统
人类的大部分信息是通过视觉系统来获取的。研究了 利用计算机等现代化工具来实现视觉功能，以增加对 三维世界的理解，由此形成了一门崭新的学科―计算 机视觉（Computer vision)，又称机器视觉（Machine Vision）。
近年来，计算机技术及电子技术的不断进步及CCD等光 电器件的完善和发展，推动了计算机视觉技术的快速 发展。
2020/4/24
3
3、激光视觉三维测量系统
目前，计算机视觉技术已被广泛地应用于航空航天、 生物医疗、物体识别、工业自动检测等领域。
计 算 机 视 觉 理 论 基 础 上 发 展 起 来 的 视 觉 检 测 （ Vision Inspection）技术具有非接触、速度快、精度适中、可 实现在线等优点，已广泛地应用于工业产品的在线检 测。
斜射式三角位移传感器有日本Keyence公司的LD系列，而直 射式有Renishaw公司生产的OP2、Keyence生产的LC系列和LB 系列等多种型号。其中美国MEDAR公司生产的2101型及 Renishow公司生产的0P2型是专门配置在三坐标测量机上用 于测量物休三维形貌。
2020/4/24
10
2020/4/24
9
激光三角法
3、激光视觉三维测量系统
激光三角位移传感器
根据三角法测量原理制成的仪器被称为激光三角位移传感器。 一般采用半导体激光器（LD）作光源，功率在5mw左右，光 电位置探测器可采用PSD或CCD。PSD属于非分割型位置探测
器，分辨力高，动态响应快，后续处理电路简单，但线性差， 需要精确标定。
激光三角法
3、激光视觉三维测量系统
激光三角位移传感器
厂家
型号
MEDAR KEYENCE KEYENCE REISHAW PANASONIC
2101 LC-220 LB72
OP2 3ALA75
工作距离 （mm）
25 30 40 20 75
测量范围 （mm）
±2.5 ±3 ±10 ±2 ±25
分辨力 （微米）
x
ax cosθ1
b sin(θ1 θ2 ) x cos(θ1 θ2 )
式中，θ1为激光束光轴和被测面法线的夹角； θ2为成像透镜光轴和被测面法线的夹角。
2020/4/24
8
3、激光视觉三维测量系统
激光三角法
单点式激光三角法测量常采用直射式和斜射式两种结构。
测量原理
直射式和斜射式有如下特点： 1）斜射式可接收来自被测物体的正反射光，当被测物表 面为镜面时，不会由于散射光过弱而导致光电探测器输出 信号太小，使测量无法进行：直射式由于其接收散射光的 特点，适合于测量散射性能好的表面。 2）在被测物体表面发生位移x时，斜射式入射光光点照射 在物体不同的点上。因此，无法知道被测物体某点的位移 情况，而直射式却可以。 3）斜射式传感器分辨力高于直射式，但它测量范围小、 体积大。
2020/4/24
12
激光三角法
2020/4/24
3、光视觉三维测量系统
激光三角位移传感器应用
Cyclop超精密激光三角反射位移传感器 线性精度高达0.015%激光位移传感器： 量程：20 /38 /70 /130mm；量程中点：90 /90/ 160 /340mm； 线性：3 /5 /10 /20µm；重复性：2 /2 /3 /5µm ； 频响：<14KHZ；输出：RS422以太网（可 选模拟输出）
点到接收透镜前主面的距离；b为接收透镜
后主面到成像面中心点的距离；θ为激光束
光轴与接收透镜光轴之间的夹角。
2020/4/24
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3、激光视觉三维测量系统
激光三角法
测量原理
单点式激光三角法测量常采用直射式和斜射式两种结构。 斜射式三角法
若光点的像在探测器敏感面上移 动x'，则物体表面沿法线方向的 移动距离
激光具有方向性好、高亮度等优点，利用激光做光源 来获取结构光的主动视觉检测，称之为激光视觉检测 技术。本章主要讲述激光视觉检测的原理及应用。
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激光三角法
3、激光视觉三维测量系统
激光三角法是激光视觉检测技术的基础。
激光三角法早期使用He-Ne激光器作光源，体积庞大。 近年来，随着半导体激光器、光电位置探测器PSD和CCD 的出现及性能的不断完善，三角法在位移和物体表面的 测量中得以广泛应用。
2 0.2 2 1 50
线性 （微米）
1.5 3 ±1% 10 ±1%
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激光三角法
3、激光视觉三维测量系统
应用激光三角位移传感器测量管内壁形貌原理
激为光 了三 获角 得位 管移内传壁感的器整固周定 信在 息管 ，内 步行 进走 电的 机小3带车动上激，光使三传角感位器移发传出感的器光绕束管垂中直
第四章 激光测试技术
4/24/2020
参考文献：《激光测量技术》
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内容提要
1、激光原理及技术
激光原理概述；激光的基本物理性质； 高斯光束；稳频技术；激光调制技术
2、激光准直及多自由度测量
激光准直测量盘原理；激光准直仪的组 成；大气扰动及激光束漂移；激光准直 测量的应用；激光多自由度测量技术
3、激光视觉三维测量技术
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3、激光视觉三维测量系统
视觉检测技术根据照明方式和几何结构关系的不同分 为被动视觉（Passive VIsion）检测和主动视觉（Active Vision）检测两大类。被动视觉采用非结构光照明，它 是根据被测空间点在不同像面上的相关匹配关系，来 获得空间点的三维坐标。主动视觉是采用结构光照明， 通过结构光在被测物体上的精确定位来获取被测信息。
下面以单点式激光三角法为例讲述激光三角法测量原理。
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3、激光视觉三维测量系统
激光三角法
测量原理
单点式激光三角法测量常采用直射式和斜射式两种结构。 直射式三角法
若光点在成像面上的位移为x， 按下式可求出被测面的位移:
x
ax
b sin θ xcosθ
式中，a为激光束光轴和接收透镜光轴的交
一截个 面变 径化 向量 的，尺即寸入。射小光车点 在从 管内B点沿变轴化向到移B动’点，，传此感时器激的光转三角角和位轴移向传位感移器可的由输 出步值 进反 电映 机了 发该出变的化脉量冲。数求出，这样就完成整个管内壁三维形貌测量。
激光三角法测量原理；激光视觉测量的基 本原理；激光视觉三维测量技术的应用
4、其它激光测量技术
激光多普勒测速技术；激光扫描测径技 术；激光测距技术
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3、激光视觉三维测量系统
人类的大部分信息是通过视觉系统来获取的。研究了 利用计算机等现代化工具来实现视觉功能，以增加对 三维世界的理解，由此形成了一门崭新的学科―计算 机视觉（Computer vision)，又称机器视觉（Machine Vision）。
近年来，计算机技术及电子技术的不断进步及CCD等光 电器件的完善和发展，推动了计算机视觉技术的快速 发展。
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3、激光视觉三维测量系统
目前，计算机视觉技术已被广泛地应用于航空航天、 生物医疗、物体识别、工业自动检测等领域。
计 算 机 视 觉 理 论 基 础 上 发 展 起 来 的 视 觉 检 测 （ Vision Inspection）技术具有非接触、速度快、精度适中、可 实现在线等优点，已广泛地应用于工业产品的在线检 测。
斜射式三角位移传感器有日本Keyence公司的LD系列，而直 射式有Renishaw公司生产的OP2、Keyence生产的LC系列和LB 系列等多种型号。其中美国MEDAR公司生产的2101型及 Renishow公司生产的0P2型是专门配置在三坐标测量机上用 于测量物休三维形貌。
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激光三角法
3、激光视觉三维测量系统
激光三角位移传感器
根据三角法测量原理制成的仪器被称为激光三角位移传感器。 一般采用半导体激光器（LD）作光源，功率在5mw左右，光 电位置探测器可采用PSD或CCD。PSD属于非分割型位置探测
器，分辨力高，动态响应快，后续处理电路简单，但线性差， 需要精确标定。
激光三角法
3、激光视觉三维测量系统
激光三角位移传感器
厂家
型号
MEDAR KEYENCE KEYENCE REISHAW PANASONIC
2101 LC-220 LB72
OP2 3ALA75
工作距离 （mm）
25 30 40 20 75
测量范围 （mm）
±2.5 ±3 ±10 ±2 ±25
分辨力 （微米）
x
ax cosθ1
b sin(θ1 θ2 ) x cos(θ1 θ2 )
式中，θ1为激光束光轴和被测面法线的夹角； θ2为成像透镜光轴和被测面法线的夹角。
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3、激光视觉三维测量系统
激光三角法
单点式激光三角法测量常采用直射式和斜射式两种结构。
测量原理
直射式和斜射式有如下特点： 1）斜射式可接收来自被测物体的正反射光，当被测物表 面为镜面时，不会由于散射光过弱而导致光电探测器输出 信号太小，使测量无法进行：直射式由于其接收散射光的 特点，适合于测量散射性能好的表面。 2）在被测物体表面发生位移x时，斜射式入射光光点照射 在物体不同的点上。因此，无法知道被测物体某点的位移 情况，而直射式却可以。 3）斜射式传感器分辨力高于直射式，但它测量范围小、 体积大。
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激光三角法
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3、光视觉三维测量系统
激光三角位移传感器应用
Cyclop超精密激光三角反射位移传感器 线性精度高达0.015%激光位移传感器： 量程：20 /38 /70 /130mm；量程中点：90 /90/ 160 /340mm； 线性：3 /5 /10 /20µm；重复性：2 /2 /3 /5µm ； 频响：<14KHZ；输出：RS422以太网（可 选模拟输出）
点到接收透镜前主面的距离；b为接收透镜
后主面到成像面中心点的距离；θ为激光束
光轴与接收透镜光轴之间的夹角。
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激光三角法
测量原理
单点式激光三角法测量常采用直射式和斜射式两种结构。 斜射式三角法
若光点的像在探测器敏感面上移 动x'，则物体表面沿法线方向的 移动距离
激光具有方向性好、高亮度等优点，利用激光做光源 来获取结构光的主动视觉检测，称之为激光视觉检测 技术。本章主要讲述激光视觉检测的原理及应用。
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激光三角法
3、激光视觉三维测量系统
激光三角法是激光视觉检测技术的基础。
激光三角法早期使用He-Ne激光器作光源，体积庞大。 近年来，随着半导体激光器、光电位置探测器PSD和CCD 的出现及性能的不断完善，三角法在位移和物体表面的 测量中得以广泛应用。
2 0.2 2 1 50
线性 （微米）
1.5 3 ±1% 10 ±1%
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激光三角法
3、激光视觉三维测量系统
应用激光三角位移传感器测量管内壁形貌原理
激为光 了三 获角 得位 管移内传壁感的器整固周定 信在 息管 ，内 步行 进走 电的 机小3带车动上激，光使三传角感位器移发传出感的器光绕束管垂中直
第四章 激光测试技术
4/24/2020
参考文献：《激光测量技术》
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内容提要
1、激光原理及技术
激光原理概述；激光的基本物理性质； 高斯光束；稳频技术；激光调制技术
2、激光准直及多自由度测量
激光准直测量盘原理；激光准直仪的组 成；大气扰动及激光束漂移；激光准直 测量的应用；激光多自由度测量技术
3、激光视觉三维测量技术
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3、激光视觉三维测量系统
视觉检测技术根据照明方式和几何结构关系的不同分 为被动视觉（Passive VIsion）检测和主动视觉（Active Vision）检测两大类。被动视觉采用非结构光照明，它 是根据被测空间点在不同像面上的相关匹配关系，来 获得空间点的三维坐标。主动视觉是采用结构光照明， 通过结构光在被测物体上的精确定位来获取被测信息。
下面以单点式激光三角法为例讲述激光三角法测量原理。
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3、激光视觉三维测量系统
激光三角法
测量原理
单点式激光三角法测量常采用直射式和斜射式两种结构。 直射式三角法
若光点在成像面上的位移为x， 按下式可求出被测面的位移:
x
ax
b sin θ xcosθ
式中，a为激光束光轴和接收透镜光轴的交