第八章光学扫描检测技术与系统§8.1概述§8.2光学扫描系统§8.3光学扫描技术§8.4光学扫描技术的应用主要内容§8.1概述光学系统的光束传播方向随时间变化而变化，这种光学系统称为光学扫描系统。扫描技术是70年代中期以后出现的一种新的动态检测测试技术。它主要利用白光或激光形成对被测对象的扫描运动，配合光电器件，电子技术与计算机，构成各种精密测试方法。这种技术适合于作精密自动检测与远距离检测，特别适宜于对弹性体、柔性体、高温物体作精密测量。近年来这种光扫描技术发展很快，其主要原因是：（1）激光器的商品化，即价格大幅度降低，寿命大大增加，在产品上完全可能应用（2）光电子技术的迅猛发展。数字显示，微计算机的大批量生产与应用（3）体积小，作业效率高光学扫描系统物镜扫描系统物镜前扫描系统物镜后扫描系统§8.2光学扫描系统8.2.1物镜扫描系统原理物镜L的焦距为f，一束平行光于物镜L的光轴入射，且平行光束的中心距物镜光轴为x，当物镜L严格校正像差后，平行光通过物镜L后一定聚焦于焦面上光轴处。若物镜L绕平行光束的中心轴线转动时，则平行光束的聚焦点在物镜的焦平面上扫描半径为x的圆，只要调整物镜光轴和平行光束中心轴线间的距离，任意半径的扫描圆均可得到。当然所得的扫描圆的最大直径小于物镜L的直径。其原理图如图8-1所示图8-1物镜扫描系统原理图§8.2光学扫描系统8.2.2物镜后扫描系统原理在物镜后扫描系统中，扫描反射镜位于物镜之后，其优点是物镜口径小，扫描物镜只要求校正轴上点像差即可。物镜后扫描系统的缺点是扫描象面为一曲面，因此不利于图像的接收与转换。其原理图如图8-2所示LφRLD图8-2物镜后扫描系统原理图§8.2光学扫描系统8.2.3物镜前扫描系统原理fL扫描反射镜位于物镜的前方，只要物镜严格的校正轴上点和轴外点像差，即可得到很好的扫描成像质量，又可使扫描象面成一平面，因此一般的光学扫描系统多采用物镜前扫描形式。原理图如图8-3所示图8-3物镜前扫描系统原理图为了保证物镜前扫描系统在扫描象面上得到均匀的象面照度和尺寸一致的扫描象点，扫描物镜一般设计成象方远心光路，使其象方主光线始终垂直扫描象平面，这种扫描系统又称作远心扫描系统。若要保证远心扫描特性，除扫描物镜本身作设计上的要求外，对提供给扫描物镜光束也必须满足象方远心系统的成像要求，即只有扫描反射镜的转动轴心与扫描物镜的物方焦点重合，才能使轴外扫描光束的中心线（主光线）通过物镜的物方焦点，构成象方远心光学系统，如图8-3所示。§8.2光学扫描系统若扫描反射镜的转动轴心不在这一正确位置，对扫描物镜来说，扫描反射镜提供的轴外光束均不能构成象方远心光学系统的成像光束，例如扫描反射镜的转动轴心位于物镜的物方焦点F之右，且在光轴的下方，如图8-4所示，则上半视场的扫描光束中心光线与物镜光轴相交在物方焦点F的右边z1点，且随着扫描角的变化，z1点的位置也不断的改变。图8-4扫描反射镜位置变换图§8.2.3物镜前扫描系统原理光束的扫描形式可以有多种方法得到，但不管其扫描形式如何，表征扫描系统的特性只有三个参数，即扫描系统孔径的大小D、扫描系统孔径的形状因子和最大扫描角。根据瑞利衍射极限理论，扫描系统的衍射极限分辨角为θθΔ由此可见孔径大小D和形状因子决定了扫描系统的极限分辨角，即决定了扫描系统的扫描光点大小和成像质量。ααθΔsinDλθθαΔ≈Δ=（8-1）§8.3光学扫描技术光学扫描技术激光扫描检测技术相位调制扫描技术光扫描定位技术表面特征检测扫描技术8.3.1激光扫描检测技术激光扫描检测的原理主要是利用激光束的扫描运动来检测物体的几何尺寸，具体来说就是利用激光束的方向性和高能量密度，把扫描的时间转换成物体尺寸。如图8-5所示。图中1－激光器，2－扫描反射镜。当2按一定频率作摆动时，形成激光束的扫描运动，扫描光束通过物镜3后形成平行光，扫描被测工件4，然后由接收物镜5，光电器件6将扫描光信号转变成电信号，经放大器7，信号处理器8处理后，用显示器9显示被测物体4的尺寸。图8-5激光扫描计量原理§8.3光学扫描技术1、扫描检测原理tωθ21=()ωθθfdtdfdtfddtdhv222====tftdtdhvtDω...
