基于线激光扫描的齿轮三维轮廓测量系统设计及实现(2)
在生活中，齿轮传动应用无处不在。在航海、汽车、航空、工程机械、军事、冶金机械、各种机床及仪器以及仪表工业中被广泛地用来传递任意两轴之间的运动和动力 [ ]。
齿轮作为航空航天工业和机械装备制造业中的关键基础传动部件，在提升我国装备制造业核心竞争力方面具有重要作用[ ]。其质量的好差直接影响所在产品的性能，因此，对齿轮各参数的测量以确定其合格度显得尤为重要。但由于齿轮形状复杂，测量参数较多，测量技术难度大，因此其测量一直是几何测量中的难点，需要继续解决。
1.2 齿轮测量技术的发展状况
虽然齿轮的应用历史悠久，但齿轮测量技术及其仪器的研究是近百年来才发展起来的。一般来说，齿轮测量分为：以齿廓、螺旋线和齿距测量为基础的分析式测量；以综合测量（双面啮合、单面啮合测量）为基础的功能式测量；将单项和综合集成于一体的齿轮整体误差测量 [ ]。
综合齿轮测量技术的发展历程，主要表现为：在测量原理方面，实现了由“比较测量”到“啮合运动测量”，直至“模型化测量”的发展；在实现测量原理的技术手段上，历经了“以机械为主”到“机电结合”。直至当今的“光-机-电”与“信息技术”综合集成的演变；在测量结果的表述与利用方面，历经了“指示表加肉眼读取”到“记录器记录加人工研判”。直至“计算机自动分析并将测量结果反馈到制造系统”的飞跃 [3] 。
1.3 三文轮廓测量技术的发展状况
三文轮廓测量方法主要包括接触式和非接触式两大类。接触式测量主要为机械三文坐标测量，而非接触式测量方法较多，主要有声学、光学和电磁学方法。
接触式三文轮廓测量的发展已有几十年，其机械结构和电子系统是比较成熟的，具有较高的准确性和可靠性，但是其缺点也是显而易见的，主要表现为：测量头和测量物体间存在接触压力，使测量存在误差；同时，接触式测量容易损坏测量物体表面，特别是高精度表面，也会造成测量头的损坏；其次，接触式测量为逐点测量，测量速度慢，耗时长。
而非接触式三文测量因为不与待测物接触，所以对待测物体不会造成破坏。其中，随着电子技术、微电子技术的发展及各种新型器件的出现，光学非接触式测量逐渐成为非接触式测量的主要方法。
目前，三文轮廓测量广泛应用于各领域。在工业生产中，有时还需要实时监测物体的三文形状来确保产品的质量。随着科学技术的发展，在各种新的测量方法中，光学轮廓测量技术由于其非接触、高精度和高效率的特点，得到了迅猛发展。对于齿轮来说，基于各种光学原理的非接触式齿轮测量技术也得到了一定的发展。
实现光学三文轮廓测量的方法有很多，常见的有飞行时间法、激光扫描法、莫尔法、干涉法和结构光法等。
1.3.1 飞行时间法
飞行时间法测量形状是利用测量激光或其他光源脉冲的飞行时间来实现的。在测量过程中，一个被物体反射回来的脉冲和一个经过光纤的参考脉冲都被传感器接收。这两个脉冲的时间差即可转换为距离差。该方法的测量精度主要受接收通道的带宽、起止激光脉冲的鉴别和时间间隔测量的影响，这其中，时间间隔的精确测量则是影响精度的主要因素。图1.1为其原理图，由此可知：S=vt/2。
1.1 飞行时间法原理图
1.2 3D TOF深度相机
1.2为以飞行时间法为主要测量原理的实际应用。飞行时间法的主要优点是：共轴的光源和反射波光束保证不存在阴影和盲区，不需要图像处理，适合大范围测量。主要缺点是：分辨率比较低，通常在毫米级。