[發明專利]嵌入式激光位移傳感器及其歸一化處理方法

在審

• 申請號: 201210558395.8
• 申請日: 2012-12-20
• 公開（公告）號: CN103884284A
• 公開（公告）日: 2014-06-25
• 發明（設計）人: 不公告發明人
• 申請（專利權）人: 上海礪晟光電技術有限公司
• 主分類號: G01B11/02
• 分類號: G01B11/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及的是一種位移測量技術領域的傳感器，具體是一種嵌入式激光位移傳感器及歸一化方法。

背景技術

目前，制造業作對各種在線檢測手段也提出了越來越高的要求，除了高精度、非接觸、數字化等測量性能要求之外，對于穩定性、通用性、互換性等維護性能的要求也是與日俱增，以期不斷降低維護成本，已經成為公認的在線檢測領域的未來趨勢。其中，位移是一項重要的測量內容，被廣泛應用在工業檢測的各個領域中。激光三角位移傳感器作為光電檢測中的一種非接觸式測量方法，具有測量速度快、精度高、抗干擾能力強、測量點小、適用范圍廣等優點，受到越來越廣泛的關注。其中最具代表性的是日本Keyence、德國米銥、美國Banner、美國MTI、日本0mron等生產高精度測量儀器公司，都將其列為重要高技術產品，并已推出系列化的激光位移傳感器。

但是目前世界上現有的激光位移傳感器通常都是由測頭及電箱兩個部分組成，通過電纜相連，結構比較復雜，體積(特別是電箱的體積)大，成本高。在使用過程中，需要額外安裝電箱及其顯示環節，對有些場合并不適合，操作不夠方便。特別是，由于現場使用過程中，測頭的損壞概率和損壞程度均遠遠高于電箱，因此經常需要更換測頭。但是現有各種激光位移傳感器的測頭與電箱經過出廠前的仔細標定與校準，是一一對應的，測頭的數據為各自特有形式化規格的數據，同一廠商不同傳感器的測頭與電箱之間不能互換。因此，無法滿足嵌入式測控系統的要求。

德國米依首先提出一體化激光位移傳感器概念，并先后推出ILD1400和ILD1700兩個系列的處理電路的一體化集成激光位移傳感器。但是這種一體化傳感器處理電路的處理結果僅僅是光斑成像在線陣CCD上的位置信息，而不是真正的位移值。需要在上位機進一步的處理，并對原理上存在的非線性進行校準，才能最終得到被測位移值。這不僅增加了上位機的運算工作量，而且無法滿足即插即用和免運算的嵌入式按照要求。

另一方面，現有的激光位移傳感器在測量不同目標時，由于目標表面特性的不同(例如顏色、粗糙度、紋理等)，一般會造成接收信號波形質量的不同甚至大幅度下降，因此帶來很大的測量誤差，甚至導致傳感器無法工作。這也是此類激光位移傳感器的共同缺陷所在。

發明內容

本發明的目的在于針對現有激光位移傳感器存在的上述問題，提出一種可實現嵌入式安裝的激光位移傳感器。該激光位移傳感器的組成只有一個測頭和電纜，將傳感器的數據采集、數據處理、標定校準等全部功能集成在傳感器測頭之中，并采用標準的數字接口輸出，輸出結果為規格化、標準化數據。同時輔以獨特的歸一化激光控制方法和歸一化數據處理方法，在保證傳統激光傳感器的原有功能和精度的同時，使整個傳感器系統的結構更加簡單，集成度更高，體積更加小，而且可以實現100％互換和嵌入式安裝，測量和維護更加方便靈活，使用范圍更加廣泛。

本發明是通過以下技術方案實現的：

本發明的激光位移傳感器主要包括：發射濾光片、發射鏡組、激光器、外殼、處理電路、插座、電纜、光電器件、接收鏡組、接收濾光片。整個系統的工作流程是：激光器發射的激光束通過發射鏡組準直和聚焦之后，照射到被測目標的表面并形成一個光斑，該光斑通過接收鏡組成像在光電器件上，光電器件將成像位置信號轉換成數字信號并傳送到處理電路，處理電路通過一定的算法得到被測物體的位移測量結果，并將位移測量結果形成標準數字信號，通過電纜傳送給其他設備。

本發明的激光器是一種小型激光器件，優先選用半導體激光器，要求輸出光強和光束截面形狀的持續穩定。同時，為了滿足測控要求，該激光器不僅是可以持續發光的，而且是可以連續調制的，調制頻率和脈沖寬度均為連續可調的。

本發明的光電器件可以采用線陣CCD，其像素數目可根據測量精度來選用，其采樣速度可根據傳感器的測量速度要求來選用。

本發明的激光位移傳感器有兩組鏡組：發射鏡組和接收鏡組。發射鏡組是產生光強分布均勻、尺寸合適的光斑，接收鏡組將物體表面的光斑成像在光電元件上。

本發明的發射濾光片和接收濾光片的作用，主要是濾除其他環境雜散光，減少環境光的干擾和影響，一個傳感器工作的穩定性和可靠性。

本發明的外殼的作用，一方面是保證各個單元器件之間相互位置關系的準確和穩定，另一方面是具有防水、防塵、防環境光干擾的作用，保證傳感器具有更高的可靠性和防護等級。

本發明的插座和電纜的作用，一方面是為測頭提供所需的電源，另一方面是負責將處理電路形成的標準化的數據傳送到外部設備，因此，插座和電纜均需要采用防水型器件，并采用標準的通用數字接口。