[發明專利]大量程線陣光電池光斑定位跟蹤傳感器及光斑定位方法

有效

• 申請號: 201410027547.0
• 申請日: 2014-01-21
• 公開（公告）號: CN103777547A
• 公開（公告）日: 2014-05-07
• 發明（設計）人: 賀安之;賀寧;賀斌
• 申請（專利權）人: 南京理工技術轉移中心有限公司
• 主分類號: G05B19/042
• 分類號: G05B19/042;G01B11/00
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 朱顯國

技術領域

本發明涉及精密測量與自動控制技術領域，具體而言涉及一種大量程線陣光電池光斑定位跟蹤傳感器及光斑定位方法。

背景技術

激光具有優良的方向性和高亮度，可作為直線與掃描平面基準，已廣泛用于大地測量與建設工程的直線或水平線測量基準，作為公路鋪路、河道、隧道開通、機場、廣場建筑保證直線度與平面度的基準，進而實現按激光平面進行自動加工，在這些測量與控制工程中最重要的關鍵技術和設備就是準直激光或掃描激光的探測與跟蹤傳感與控制，定量實時給出待測量和待加工的平面離基準線和平面的差值，以保證待測量平面的高程形貌，或為保證待加工平面的平面度或直線度所需要的進刀量，以實現自動跟蹤控制。

CCD光斑位置探測、PSD（Position?Sensitive?Device）光斑位置探測傳感器都是測量和定位領域中常用的探測技術，而兩象限或四象限光電池因其結構簡單價格低且光敏面大而在光束導引和跟蹤工程和光斑位置靶中也得到有大量應用，因此研制一種精度與CCD和PSD相當而價格低得多，特別是量程或動態范圍有大得多的光電傳感器是很有必要的。

作為直線度與平面度測量和控制系統對光電探測技術的要求是高精度與大量程，特別是在復雜工作面的跟蹤控制要求大的動態范圍和量程，而現有的用于定位的探測傳感器精度皆達0.01mm級，可滿足要求，但由于受到CCD和PSD芯片尺寸的限制，量程都在10毫米級，較大尺度價格很高，在很需要大長度的跟蹤測量不得不用多個線CCD或PSD拼接，但存在拼接間隔，坐標統一校正困難，光電池作為光斑位置探測與自動跟蹤傳感器遠比CCD等價格低，兩象限光電池也常用于精密測量，特別是跟蹤控制工程中，但工作區也僅局限于象象限和光斑大小尺度，因此研制既有高精度又具有幾十厘米的動態測量與跟蹤范圍的光電探測與跟蹤傳感器是迫切需要的。

發明內容

針對現有技術存在的缺陷或不足，本發明旨在提供一種大量程線陣光電池光斑定位跟蹤傳感器及光斑定位方法。

為達成上述目的，本發明所采用的技術方案如下：

一種大量程線陣光電池光斑定位跟蹤傳感器，包括：

由N個矩形光電池連接形成的光電池組，其中每個矩形光電池彼此電性絕緣；

N路探測信號預處理模塊，包括N個預處理支路模塊，分別對所述N個矩形光電池輸出的光電池信號進行放大處理，得到模擬信號；

AD轉換模塊，連接至所述每一路預處理支路模塊的輸出端，將每一路預處理支路模塊輸出的模擬信號轉換成數字信號；以及

計算機信號處理系統，連接至所述AD轉換模塊的輸出端，對依次編序輸入的數字信號進行處理，計算光斑位置，其中：

由光斑覆蓋的連續矩形光電池組成自適應的局域二象限坐標系，得到光斑在該自適應局域二象限坐標系中的位置，再基于所述光電池組的固定結構參數，計算出光斑在所述光電池組所形成坐標系中的位置。

進一步的實施例中，所述N個矩形光電池的正極相連形成為一極引出，所述N個矩形光電池的負極分別引出并與所述N路探測信號預處理模塊的N個預處理支路模塊連接。

進一步的實施例中，所述計算機信號處理系統包括一單片機，其運行有用于對依次編序輸入的數字信號進行處理和計算光斑位置的程序。

進一步的實施例中，所述計算機信號處理系統包括一個數字信號處理器，用于對依次編序輸入的數字信號進行處理和計算光斑位置。

進一步的實施例中，所述N個矩形光電池實際輸出的光電池信號經過放大處理和AD轉換后，得到n個數字信號，n≤N，n個數字信號依次編序輸入所述計算機信號處理系統并按序建立光電池坐標，其中：

基坐標為X₀-Y₀，各分界坐標為Y_n-X_n，其中：

Y₀-X₀，Y₁-X₁，Y₂-X₂，Y₃-X₃…Y_m-X_m…Y_n-X_n，其中X_m為第m個矩形光電池與第m+1個矩形光電池的分界；

光斑覆蓋區域為從第m到第n元矩形光電池時，其中值位于光斑覆蓋區域的強度中心。

進一步的實施例中，光斑覆蓋區域為從第m到第n元矩形光電池時，其中值k滿足：

k=(n-(m-1))/2+(m-1)，