28845

امكان سنجي و طراحي و ساخت سامانه فاصله يابي بر پايه ليزر به كمك حسگر آرايه اي

كارشناسي ارشد

مهندسي برق الكترونيك ديجيتال

1399

1402/06/21

دكتر ستار ميرزاكوچكي

دكتر ستار ميرزاكوچكي

برق

اندازه¬¬گيري فاصله يك حوزه تحقيقاتي با تنوعي از كاربردهاي مختلف است. در ميان روش‌هاي مختلف، فاصله‌سنج هندسي يك روش دقيق و آزموده شده براساس روابط و محاسبات هندسي براي بدست آوردن فاصله تا جسمي مشخص است. مزاياي اين روش، ساده و كم هزينه بودن در نصب و راه¬اندازي، انعطاف پذيري و همچنين قابليت دست پيدا كردن به داده‌هاي باصحت و دقت بالا در فواصل كوتاه مي‌باشد. در اين پژوهش، امكان سنجي و ساخت حسگر براي فاصله‌سنجي در يك-بعد مورد نظر است. براي برپايي فاصله‌سنج هندسي از يك حسگر آرايه‌اي خطي با امكان ارتباط سريال و مبدل آنالوگ به ديجيتال داخلي و يك پردازنده مركزي مبتني برهسته ARM و از خانواده STM32 استفاده شد. همچنين يك ليزر با طول موج 660nm و عدسي مناسب در ناحيه طول موجي nm700~400 مورد بهره‌برداري قرار گرفت. به منظور ثبت داده‌ها و تحليل مستقل نتايج، ارتباط سريال TTL به RS-232 و تراشه ST-232 براي اتصال به رايانه مورد استفاده قرار گرفت. در نهايت براي راه‌اندازي تراشه برنامه پذير، كدنويسي در محيط نرم‌افزار Keil µVision و با بهره‌گيري از كتابخانه‌هاي راه انداز اوليه سخت افزار CubeMXصورت پذيرفت. با توجه به روابط نسبتاً پيچيده هندسي حاكم بر چينش هندسي شايم-فلوگ، ابتدا شبيه‌سازي اپتيكي در محيط نرم‌افزار Zemax Optic Studio انجام شد. براي اين كار، ابتدا محاسبات عددي اوليه منطبق بر عدسي‌هاي در دسترس صورت گرفت، سپس عدسي مناسب در نرم‌افزار تعريف شده و متغيرهاي هندسي به كمك بهينه‌سازي درون برنامه، محاسبه شد. در نهايت چينش اپتيكي به كمك متغيرهاي بدست آمده و ادوات نوري برپاشد. پس از بهينه سازي تجربي چينش اپتيكي، يك سطح مرجع براي فاصله سنجي به جابجاگر دستي مجهز به پيچ ميكرومتري متصل شد و در نهايت داده‌هاي خروجي حسگر به كمك برازش بر مقادير مشاهده شده روي جابجاگر و همچنين يك ريزسنج با دقت صدم ميلي‌متر به عنوان سنجه شاهد منطبق شد. براي بررسي صحت عملكرد حسگر، خروجي برازش شده در واحد ميلي‌متر با داده‌هاي حسگر صنعتي مشابه مقايسه شد. در محدوده ده ميلي‌متر حداكثر 50µ± خطا ثبت شد. اين خطا با توجه به اقتصادي بودن حسگر و هزينه پايين چينش اپتيكي، قابل قبول بوده و در مقايسه با نمونه‌هاي صنعتي روز، نمونه‌اي رقابتي محسوب مي‌شود.

1402/07/18

Feasibility study, design and construction of distance measurement system based on laser triangulation with the help of array sensor

9/11/2024 12:00:00 AM

Distance measurement is a research field with a variety of different applications. Among different methods, geometric distance measurement is a precise and well-tested approach based on geometric relationships and calculations to determine the distance to a specific object. The advantages of this method are its simplicity, low cost in installation and setup, flexibility, and the ability to obtain highly accurate and precise data at short distances. In this research, the feasibility and construction of a sensor for one-dimensional distance measurement are considered. For the implementation of geometric distance measurement, a linear array sensor with serial communication capability and built-in analog-to-digital converter, plus an ARM-based STM32 microcontroller were used. Additionally, a 660nm laser and a suitable lens in visible range was employed. In order to record and analyze the results, an ST-232 UART to RS-232 converter were used for connection to a computer. Finally, programming was done in the Keil µVision software, utilizing hardware initialization libraries from CubeMX. Considering the relatively complex geometric relationships of the Scheimpflug geometric arrangement, optical simulation was first performed using Zemax Optic Studio software. For this purpose, numerical calculations consistent with available lenses were carried out, followed by defining an appropriate lens in the software and calculating the geometric variables through program optimization. Ultimately, the optical arrangement was constructed using the obtained variables and optical components. After the experimental optimization of the optical arrangement, a reference surface was connected to a manually translation stage equipped with a micrometer screw, and the sensor's output data were compared to the observed values on the translation stage and a vernier caliper with 0.01 millimeter accuracy serving as a reference. To assess the accuracy of the sensor's performance, the fitted output was compared to the readings of similar industrial sensors. A maximum error of 50µ± was recorded within a ten millimeter range. This error is acceptable considering the cost-effectiveness of the sensor and the low cost of the optical arrangement, making it a competitive specimen compared to similar industrial sensors.

فاصله سنج ليزري

Laser Distance measuring

Seyed Mohammad Amin Hosseini

Dr. Sattar Mirzakuchaki