[發明專利]一種光纖傳感器以及物體位置和姿態監測方法

有效

• 申請號: 202010046260.8
• 申請日: 2020-01-16
• 公開（公告）號: CN111208525B
• 公開（公告）日: 2021-10-19
• 發明（設計）人: 趙景山;紀俊杰;魏松濤;徐勝金
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: G01S17/06
• 分類號: G01S17/06;G01S17/02;G01S7/481
• 代理公司: 北京盛詢知識產權代理有限公司 11901
• 代理人: 陳巍

本發明涉及一種光纖傳感器以及應用于所述光纖傳感器的物體位置和姿態監測方法，通過采用多個探頭、多個光功率計和處理器，能夠根據所檢測得到的光強確定物體的位置量和姿態偏移量，在提高物體位置監測精確度的同時，能夠確定傳感器與物體間的姿態偏差，以對物體的姿態變化進行精確監測。并且，整個技術方案不僅具有目前市場上已有的光纖位置傳感器的位置測量功能，而且增加了姿態測量功能，這就能夠進一步彌補當前工業傳感器檢測工作中不能同時進行位置和姿態測量的缺陷。同時，增加了傳感器種類的多樣性，為進一步提高工業產品開發的智能化生產提供了技術支持。

技術領域

本發明涉及光學智能傳感器領域，特別是涉及一種光纖傳感器以及物體位置和姿態監測方法。

背景技術

自上世紀60年代以來，光纖技術迅速發展，不斷開發了基于光纖原理的傳感器并應用于工業自動化領域。在工業流水線生產中，光電開關是其中必不可少的一種監測傳感器。在流水線兩旁布置的光電開關可以敏銳地感知到前方工業產品的運動狀態，并發出指令信號控制流水線針對工業產品進行相應的調整。

但是此時的光電開關僅僅能感知前方物體的有無，而不能獲得物體的準確位置，應用范圍較窄。基于強度調制的光纖位置傳感器能夠使用戶方便快捷地獲得物體的位置信息。且基于強度調制的光纖位置傳感器的精度極高，往往能具有微米級別的位置監測精度。

然而基于強度調制的光纖位置傳感器仍然具有其局限性，當傳感器發出的激光不垂直于物體表面時，其并不能準確獲得物體的位置，同時也不能感知傳感器與前方物體的姿態偏差進而實現對物體姿態信息的監測。

因此，提供一種既能夠提高位置測量準確性，又具有姿態監測功能的光纖傳感器是本領域亟待解決的技術問題。

發明內容

本發明的目的是提供一種光纖傳感器以及物體位置和姿態監測方法，在提高物體位置監測精確度的同時，能夠確定傳感器與物體間的姿態偏差，以對物體的姿態變化進行精確監測。

為實現上述目的，本發明提供了如下方案：

一種光纖傳感器，包括：

激光器，用于發射激光；

多個探頭，均通過發射光纖與所述激光器連接，用于將所述激光發射給物體，并接收所述物體的反射激光；

多個光功率計，分別通過接收光纖與多個所述探頭一一對應連接，用于接收所述反射激光，并根據所述反射激光確定所述反射激光的光強；

處理器，分別通過導線與多個所述光功率計連接，用于接收所述光強，并根據所述光強確定探頭與物體間的距離；所述處理器還用于根據所述物體表面與多個所述探頭構成的面之間的相對位置變化和相對姿態變化，確定所述物體的相對位置量和姿態偏差量。

可選的，所述探頭的數量至少為3個。

可選的，所述探頭為光纖探頭。

一種物體位置和姿態監測方法，應用于上述光纖傳感器；所述物體位置和姿態監測方法包括：

獲取光功率計檢測得到的激光光強；

根據所述激光光強確定探頭與物體間的距離；

以多個探頭中的任意一個探頭的探測端面的中心點為第一坐標原點，以所述第一坐標原點與另一探頭的探測端面的中心點間的向量為X軸，構建第一空間坐標系；

以所述第一坐標原點映射于物體表面的點為第二坐標原點，以所述第二坐標原點與另一探頭的探測端面的中心點映射于物體表面的點間的向量為X軸，構建第二空間坐標系；

根據所述第一空間坐標系和所述第二空間坐標系確定所述第一空間坐標系和第二空間坐標系的旋轉矩陣；