粗糙表面散射特性对基于PSD的激光位移传感器测量精度的影响

激光位移传感器的测量是基于目标表面的散射效应,表面的粗糙度特性直接影响散射测量光斑的光强。为研究粗糙表面对成像光斑光强的影响,通过构建粗糙表面的散射几何模型,利用基尔霍夫标量散射的解析理论,结合遮蔽函数统计模型,获得被测表面的粗糙特性与成像光斑光强的函数关系。根据传感器中位置敏感探测器(PSD)的检测原理,感光面上成像光斑光强大小将直接影响传感器的测量精度。实验分析了基于PSD的位移传感器对标准粗糙度样块的测量数据,结果表明不同的表面粗糙度将产生不同的测量误差,表面粗糙度Rq值越大散射光斑光强越大,但伴随遮蔽系数的显著增强,光斑光强将逐渐被削弱,而测量误差大小与光强的变化趋势相同,其中对Rq=0.8 μm左右的粗糙表面的测量误差最小。