一种激光位移传感器和位移测量的方法与流程

本发明涉及高精度检测，尤其涉及一种激光位移传感器和位移测量的方法。

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，反射回来的光线投射到感光元件矩阵上。根据被测物体表面距离点激光光源的不同，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成像光斑的中心，即可确认被测物体的表面位移。

2、由于位移测量值与成像光斑中心成对应关系，因此测量精度极大地受成像光斑质量的影响。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成像光斑的变形，影响成像光斑中心的计算，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和位移测量的方法，以解决光束在待测物面上的散斑效应，导致感光图像光斑中心的计算精度差，进而影响激光位移传感器测量精度的问题。

2、根据本发明的一方面，提供了一种激光位移传感器，其中包括：

3、点激光光源、反射振镜、弧面反射单元、感光成像元件和控制单元；弧面反射单元包括第一定点、第二定点和弧面反射表面；

4、点激光光源用于出射第一探测光束；

5、反射振镜位于第一探测光束的传播路径上且位于第一定点，且反射振镜与控制单元通信连接；控制单元用于调整反射振镜的振动参数以使第一探测光束经反射振镜反射后形成出射方向不同的多束反射光束；

6、弧面反射表面位于多束反射光束的传播路径上，用于反射多束反射光束至第二定点以使多束反射光束在第二定点聚焦形成第二探测光束；

7、待测物体位于第二探测光束的传播路径上，经待测物体反射后携带待测物体探测信息的第二探测光束入射至感光成像元件；

8、控制单元还与感光成像元件通信连接，用于根据感光成像元件的感光图像确定第二探测光束的光斑中心并根据光斑中心确定待测物体的位移。

9、可选的，振动参数包括振动方向和/或振动频率。

10、可选的，控制单元还与点激光光源通信连接，用于控制第一探测光束的预设出射周期；

11、控制单元还用于根据预设出射周期以及感光成像元件的单帧采集时间确定感光成像元件的采集帧数。

12、可选的，弧面反射单元包括椭圆反射镜或者椭球反射镜。

13、可选的，激光位移传感器还包括聚焦透镜；

14、聚焦透镜设置在点激光光源和反射振镜之间的光路中，用于聚焦第一探测光束。

15、可选的，激光位移传感器还包括成像透镜；

16、成像透镜设置在待测物体和感光成像元件之间的光路中，用于接收第二探测光束并投射第二探测光束至感光成像元件上。

17、可选的，待测物体的表面延长面、成像透镜的延长面和感光成像元件的延长面相交于一条直线。

18、可选的，控制单元包括驱动电路和信息处理器；

19、驱动电路分别与反射振镜通信连接，用于调整反射振镜的振动参数以使第一线性探测光束经反射振镜反射后形成出射方向不同的多束线性光束；信息处理器与感光成像元件通信连接，用于根据感光成像元件的感光图像确定第二探测光束的光斑中心并根据光斑中心确定待测物体的位移。

20、根据本发明的另一方面，提供了一种位移测量的方法，该方法应用于激光位移传感器中，位移测量方法包括：

21、控制反射振镜调整振动参数，以使得点激光光源出射的第一探测光束经反射振镜反射后形成出射方向不同的多束反射光束；多束反射光束经弧面反射表面反射后在第二定点聚焦形成第二探测光束；

22、获取携带待测物体探测信息的第二探测光束在感光成像元件的感光图像；

23、根据感光图像确定第二探测光束的光斑中心；

24、根据光斑中心确定待测物体的位移。

25、可选的，控制单元还与点激光光源通信连接；

26、获取携带待测物体探测信息的第二探测光束在感光成像元件的感光图像，包括：

27、确定感光成像元件单帧图像的采集时间t；

28、控制感光成像元件按照采集时间t采集数据并成像，得到成像图案；

29、确定预设出射周期t内感光图像单元采集的图像帧数n；n满足n＝t/t，n为正整数；

30、根据感光图像确定第二探测光束的光斑中心，包括：

31、获取每帧成像图案中不同子像素的灰阶值并确定n帧成像图案中不同子像素的灰阶加和值；

32、根据每个子像素的灰阶加和值确定第二探测光束的光斑中心。

33、本发明的技术方案中利用点激光光源出射的激光光束经过反射振镜形成多束出射方向不同的反射光束，并聚焦至待测物体表面，在一定程度上抑制了聚焦在待测物体表面上的光斑散斑，提高了感光图像的质量，使得后续计算光斑中心更加精准，以实现更精准的位移测量，提高了激光位移传感器的测量精度。

34、应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本发明的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本发明的范围。本发明的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。

技术特征：

1.一种激光位移传感器，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的激光位移传感器，其特征在于，所述振动参数包括振动方向和/或振动频率。

3.根据权利要求1所述的激光位移传感器，其特征在于，所述控制单元还与所述点激光光源通信连接，用于控制所述第一探测光束的预设出射周期；

4.根据权利要求1所述的激光位移传感器，其特征在于，所述弧面反射单元包括椭圆反射镜或者椭球反射镜。

5.根据权利要求1所述的激光位移传感器，其特征在于，所述激光位移传感器还包括聚焦透镜；

6.根据权利要求1的激光位移传感器，其特征在于，所述激光位移传感器还包括成像透镜；

7.根据权利要求6的激光位移传感器，其特征在于，所述待测物体的表面延长面、所述成像透镜的延长面和所述感光成像元件的延长面相交于一条直线。

8.根据权利要求1的激光位移传感器，其特征在于，所述控制单元包括驱动电路和信息处理器；

9.一种位移测量的方法，其特征在于，应用于权利要求1-8中任一项所述的激光位移传感器中，所述位移测量方法包括：

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述控制单元还与所述点激光光源通信连接；

技术总结
本发明公开了一种激光位移传感器和位移测量的方法。其中，激光位移传感器包括：点激光光源、反射振镜、弧面反射单元、感光成像元件和控制单元；弧面反射单元包括第一定点、第二定点和弧面反射表面；控制单元用于调整反射振镜的振动参数；弧面反射表面用于反射多束反射光束至第二定点以使多束反射光束在第二定点聚焦形成第二探测光束；控制单元还用于根据感光成像元件的感光图像确定第二探测光束的光斑中心并根据光斑中心确定待测物体的位移。本发明的技术方案，提高了感光图像的成像质量，使得后续计算光斑中心更加精准，以实现更精准的位移测量，提高了激光位移传感器的测量精度。

技术研发人员：王威,刘斌,谢本超,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