一种激光位移传感器及其控制方法与流程

本发明实施例涉及高精度检测，尤其涉及一种激光位移传感器及其控制方法。

背景技术：

1、目前，激光位移传感器普遍应用三角反射法的原理，即激光二极管发出的激光束照射到被测物体表面，反射回来的光线通过一组透镜，投射到感光元件矩阵上。根据被测物体表面距离激光光源的不同，在感光元件矩阵上的成像位置也会有差异，通过计算感光元件矩阵上感光图像的中心，即可确认被测物体的表面位移。

2、本技术的位移测量值与感光图像的中心成对应关系，因此测量精度极大地受感光图像质量的影响。但因为激光为相干光源，故不可避免地带来激光散斑效应，即相干光照射被测物体时，不同的面元对入射相干光的反射或散射会引起不同的光程差，反射或散射的光波动在空间相遇时会发生干涉现象，会在被测物体表面形成随机、不规则的光强分布的斑点。激光散斑效应会造成感光图像的变形，影响感光图像的中心的计算，进而影响激光位移传感器的测量精度。

技术实现思路

1、本发明提供了一种激光位移传感器及其控制方法，具有结构紧凑，便于集成与批量生产的优势，同时可以抑制激光散斑效应，大幅提高激光位移传感器的测量精度。

2、第一方面，本申请提供了一种激光位移传感器，包括照明模块、感光成像模块和控制处理模块；

3、所述照明模块包括激光出射组件、光斑整形组件和光路调制组件；所述激光出射组件用于出射激光探测光束；所述光斑整形组件和所述光路调制组件依次位于所述激光探测光束的光轴上；所述光斑整形组件用于调整所述激光探测光束的光斑形状，使其至少在第一方向上具备预设尺寸；

4、所述光路调制组件包括光栅结构和驱动器件，所述光栅结构包括多条光栅狭缝，多条所述光栅狭缝沿所述第一方向排列；所述驱动器件分别与所述光栅结构和所述控制处理模块连接，用于根据所述控制处理模块的控制信号驱动所述光栅结构沿所述第一方向往复移动；所述光栅结构用于调制所述激光探测光束形成沿所述第一方向排列的激光探测光斑；

5、所述感光成像模块位于被测物体反射的所述激光探测光束的传播路径上，用于接收所述激光探测光斑并根据所述激光探测光斑得到所述被测物体的感光图像；

6、所述控制处理模块与所述感光成像模块连接；所述控制处理模块用于根据所述感光图像确定所述激光探测光束的光斑中心，并根据所述激光探测光束的光斑中心确定所述被测物体的位移。

7、可选的，所述光斑整形组件包括照明透镜和柱面镜；

8、所述照明透镜和所述柱面镜依次位于所述激光探测光束的传播路径上。

9、可选的，所述光栅结构的规格为长条形；

10、沿所述第一方向，所述光栅结构的尺寸大于所述激光探测光束的光斑尺寸。

11、可选的，所述驱动器件包括微机电系统或者机械马达。

12、可选的，所述感光成像模块包括成像透镜和感光元件；所述成像透镜和所述感光元件依次位于被测物体反射的所述激光探测光束的传播路径上；

13、所述成像透镜用于接收所述激光探测光斑并投射所述激光探测光斑至所述感光元件上；

14、所述感光元件用于接收所述激光探测光斑，并根据所述激光探测光斑得到所述被测物体表面的感光图像。

15、可选的，所述感光元件的感光面在所述第一方向上的尺寸大于所述光栅结构在所述第一方向上的尺寸。

16、可选的，所述被测物体的表面、所述成像透镜和所述感光元件的感光面交于同一条直线。

17、可选的，所述控制处理模块包括驱动电路和信息处理器；

18、所述驱动电路与所述驱动器件通信连接，用于向所述驱动器件输出控制信号以控制所述驱动器件驱动所述光栅结构沿所述第一方向往复移动；

19、所述信息处理器与所述感光元件通信连接，用于根据所述感光元件的感光图像确定多个所述激光探测光斑的光斑中心并根据所述光斑中心确定待测物体的位移。

20、第二方面，本申请实施例还提供了一种激光位移传感器的控制方法，用于控制第一方面提供的激光位移传感器，所述控制方法包括：

21、控制所述驱动器件带动光栅结构在所述第一方向往复移动，以使得所述激光探测光束经所述光栅结构透射后形成多组不同的激光探测光斑；

22、获取携带被测物体探测信息的所述激光探测光斑在所述感光元件的感光图像；

23、根据所述感光图像确定所述激光探测光斑的光斑中心；

24、根据所述光斑中心确定待测物体的位移。

25、可选的，根据所述感光图像确定所述激光探测光斑的光斑中心，包括：

26、在单帧曝光时间内，根据所述感光图像确定所述激光探测光斑的光斑中心；

27、或者，在预设探测时间内，根据多个单帧曝光时间获取的多个所述感光图像，确定多个感光图像的光斑中心均值；

28、根据所述光斑中心均值确定所述激光探测光斑的光斑中心。

29、综上，本申请提供的激光位移传感器，通过在激光出射组件出光路径上设置光斑整形组件和光栅结构，再通过驱动器件驱动光栅结构沿着光栅狭缝排列方向往复移动，在感光成像模块的曝光时间内，不同时刻透过光栅结构的光斑散斑特性不同且随机，从而减小反射或者散射光线的干涉作用，可以起到抑制激光散斑效应的作用，从而可以实现散斑颗粒的平滑，提高激光位移传感器的测量精度，并且本发明实施例提供的激光位移传感器具有结构紧凑，便于集成与批量生产的优势。

技术特征：

1.一种激光位移传感器，其特征在于，包括照明模块、感光成像模块和控制处理模块；

2.根据权利要求1所述的激光位移传感器，其特征在于，所述光斑整形组件包括照明透镜和柱面镜；

3.根据权利要求1所述的激光位移传感器，其特征在于，所述光栅结构的规格为长条形；

4.根据权利要求1所述的激光位移传感器，其特征在于，所述驱动器件包括微机电系统或者机械马达。

5.根据权利要求1所述的激光位移传感器，其特征在于，所述感光成像模块包括成像透镜和感光元件；所述成像透镜和所述感光元件依次位于被测物体反射的所述激光探测光斑的传播路径上；

6.根据权利要求5所述的激光位移传感器，其特征在于，所述感光元件的感光面在所述第一方向上的尺寸大于所述光栅结构在所述第一方向上的尺寸。

7.根据权利要求6所述的激光位移传感器，其特征在于，所述被测物体的表面、所述成像透镜和所述感光元件的感光面交于同一条直线。

8.根据权利要求5所述的激光位移传感器，其特征在于，所述控制处理模块包括驱动电路和信息处理器；

9.一种激光位移传感器的控制方法，其特征在于，用于控制权利要求1-8任一项所述的激光位移传感器，所述控制方法包括：

10.根据权利要求9所述的控制方法，其特征在于，确定所述感光图像的中心，包括：

技术总结
本发明公开了一种激光位移传感器及其控制方法，激光位移传感器包括照明模块、感光成像模块和控制处理模块；照明模块的激光出射组件用于出射激光探测光束；光斑整形组件和光栅结构依次位于激光探测光束的光轴上，光斑整形组件用于调整激光探测光束的光斑形状，驱动器件与光栅结构连接，用于驱动所述光栅结构沿光栅狭缝的排列方向震动；感光成像模块用于采集被测物体的感光图像；控制处理模块基于感光图像的中心，确定被测物体的位移。本申请通过驱动器件驱动光栅结构振动，抑制激光散斑效应，从而实现散斑颗粒的平滑，提高了激光位移传感器的测量精度，具有结构紧凑，便于集成与批量生产的优势。

技术研发人员：王威,姚文政
受保护的技术使用者：光子（深圳）精密科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16