光学技术在钢坯定重剪切工艺中的应用研究(4)
2.1 线型激光器
2.1.1 线型激光器概述
激光的发射原理及产生过程的特殊性决定了激光具有普通光所不具有的特点：即三好（单色性好、相干性好、方向性好）一高（亮度高）[9]。然而作为一种非接触的测量方式，点激光测量方法存在着在进行全场测量时，由于是逐点测量，测量速度有点的主要问题。近年来，线性激光扫描轮廓测量技术有了较大的发展，首先运用线性激光进行扫描的方法其速度是点激光扫描的数十倍，而且其有着精度高，测量范围大，非接触等优点，因此在检测领域有了广泛的应用[10]。
2.1.2 线型激光器的基本结构
在这个测量系统中选用的是线激光器光源，通过上段可知，线型光源可以准确快速的勾勒出面型轮廓辅助计算。激光线光源一般是由激光点光源通过透镜转变过来的，先将激光器射出的点光束经过透镜准直，再让其通过一个柱面镜，把光束沿着一文横向拉伸，得到一个细长的光平面，这样点光源就变成了线光源[11]。将其光平面照射到其他平面上时，就会如图2.1所示显示出一光亮的线条，因此我们称其为线结构光。
线光源形成原理
但是线激光光源从微观的角度来看并不是严格意义上的一条直线，而是有一定宽度的“矩形”，因此它在CCD摄像机上呈现出来的画面并不是一条单像素构成的直线，而是横跨几个，甚至几十个像素，如图2.2所示。
2.2 线光源实例
因此，在计算截面面积的时候，无法直接使用图像中得到的轮廓线条，在计算之前先要对其进行一定的图像处理，使其变成单像素的线条，一般来说只取其中心点上的像素[12]，所以这种图像处理方法称作激光线中心点提取问题，也是图像处理中的关键，中心点的提取精度直接关系到测量结果的精度，具体方法分析会在第5章详细描述。
2.1.3 激光器的选取
（1）激光器的种类：目前市面上主要的线型激光器一共分为两类，一是氦氖激光器，另一种是半导体激光器，它们各有优劣。氦氖激光器输出的激光方向性较好，利用球面镜的反射可以汇聚成为很小的光斑，利用柱面镜则可以使光束在一文方向上发散，形成光平面。但是在其光平面方向上两端的光强会呈现急剧下降的趋势，使在物体表面上多形成的光带不均匀，使测量不准确。
相比较而言，半导体激光器首先在体积上就要比氦氖激光器要小很多，但是其输出光的发散角是很大，而且呈现椭圆型的分布，即它的方向性并没有氦氖激光器好。但是，这种表面上的“缺点”确是本方案所需要的。利用它的这种发散特性，使其在投过柱面镜之后能够产生我们所需求的光平面[13]，实际应用中也是如此，市面上出售的线激光器，大多采用半导体激光器构成，因为其有着体积小，重量轻，效能高，和持续性强，亮度高等无可比拟的优点。
另有光纤激光器等，在此不提。
（2）激光器的波长选用：波长是激光器的重要参数之一，由于我们测量的是钢坯的截面面积，要突出方坯表面上显示出来的线激光轮廓。然而方坯的表面温度是很高，且呈现暗红色，使用摄像机记录的图像会受到其自身凡发出的红外辐射很大干扰，这就意着在方案中不能去选用红色激光，应选用波长较短的激光器。本文使用的CCD摄像机由硅材料制作，其对于红外比较敏感，相应波长峰值为550nm，因此在选择激光器时，可以考虑采用波长为530nm的绿色半导体激光器作为线结构光的光源，其功率控制在100mW左右。