一种独立式全天候在线二维轮廓形状检测仪制造技术

本发明专利技术公开了一种独立式全天候在线二维轮廓形状检测仪，包括第一激光测距探头、第二激光测距探头、电源、MCU控制单元以及上位机；两个激光测距探头间隔一定距离设置在输送带正上方，激光测距探头的激光光源采用一字线光幕，第一激光测距探头探测到待检物体后，MCU控制单元开始计时，当第二激光测距探头探测到待检物体后，MCU控制单元停止计时并计算出输送带速度，由第二激光测距探头继续完成对物体轮廓的扫描。本发明专利技术结构简单、无需输送带配合、测量效率高、覆盖范围广，为自动化生产或检测流水线提供了较好的解决方案。

【技术实现步骤摘要】
一种独立式全天候在线二维轮廓形状检测仪
本专利技术属于激光轮廓检测领域，具体涉及一种独立式全天候在线二维轮廓形状检测仪。
技术介绍
针对未知物体的二维轮廓形状检测，目前国内外的测量方法较多。三坐标测量仪及一般轮廓测量仪可实现未知物体的二维轮廓检测，但其测量原理限制了检测物体的尺寸大小并可能对物体表面造成损伤，且必须由人工操作实现，测量效率较低。激光轮廓扫描仪以高精度电机配合单点激光测距扫描实现为主，测试装置结构复杂，对待测物体形状及待测物体放置位置要求较高，仍需加以人工辅助。效果更好的光学轮廓仪、激光三维扫描仪等结构更为复杂，检测时需将待测物体放在固定位置，每次只可测量一个物体，且由于其必须辅以复杂的处理算法实现，单个物体时间较长，效率较低且价格昂贵，对一般的测量而言性价比极低。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种独立式全天候在线二维轮廓形状检测仪，解决现有技术存在的覆盖范围低、所能测量的工件尺寸或形状有所限制、结构复杂、测量效率低、测量时间较长、价格昂贵问题。实现本专利技术目的的技术方案为：一种独立式全天候在线二维轮廓形状检测仪，包括第一激光测距探头、第二激光测距探头、电源、MCU控制单元以及上位机；所述第一激光测距探头与第二激光测距探头间隔一固定距离安装于检测仪内，检测仪固定在输送带正上方，两激光测距探头垂直对着输送带；所述第一激光测距探头与第二激光测距探头的激光光源采用一字线光幕，覆盖整个输送带宽度；所述第一激光测距探头探测到待检物体后，MCU控制单元开始计时，当第二激光测距探头探测到待检物体后，MCU控制单元停止计时并计算出输送带速度，由所述第二激光测距探头继续完成对物体轮廓的扫描；当物待测体通过扫描平面后，由激光测距探头通过距离信息测得一系列扫描曲线，MCU控制单元对这些数据进行初步处理，将时间信息转为距离信息，并进行平滑滤波，并上传至上位机，上位机完整描绘出物体的二维轮廓。与现有技术相比，本专利技术的显著优点为：(1)本专利技术利用一字线线性光源作为单个激光测距探头的光源，相较于传统点光源，覆盖范围广，不再局限于激光点束所在范围，而扩展至一字线光幕所包含的扇形区域，该激光测距可代替多个传统点状测距仪，节省了成本，为需覆盖流水线输送带整个宽度的大范围测量提供了解决方案，同时避免了单点激光测距在测量不规则物体情况下二维轮廓描绘有误的情况；(2)本专利技术独立式的测量方案，不依赖于输送带或高精度电机的配合，大大减小了仪器成本，且结构简单，安装时无需对已有流水线做任何改动；(3)本专利技术只针对物体进行二维侧轮廓的形状扫描检测，无需采用CCD或多点探测器，故电路简单且无需进行复杂的算法处理，实时性高，为全自动生产或检测流水线提供了便利条件，性价比极高；(4)本专利技术测量效率高，针对自动化生产、检测线在工作环境如光照、温度等易发生剧烈变化的条件下仍需连续工作的特殊性，采用增量式PID算法对探测器增益进行实时补偿，可在无人工辅助的情况下，全天候使用。附图说明图1是自动化生产或检测流水线中使用二维轮廓形状检测仪示意图。图2是本专利技术独立式全天候在线二维轮廓形状检测仪结构示意图。图3是本专利技术一字线生成系统结构分解示意图。图4是本专利技术激光接收系统结构分解示意图。图5是本专利技术增量式PID算法自动补偿APD增益程序流程图。具体实施方式本专利技术由两个相隔固定距离的脉冲激光测距探头构成，安装于生产或检测流水线输送带正上方，探头垂直对着输送带。与传统的点束激光测距不同的是，测距光源改为一字线激光光幕，为需覆盖检测输送带的大范围测量应用及待测物体不规则的应用提供了解决办法。独立式的检测方法，可在不依赖输送带速度配合的条件下，实现对物体二维轮廓形状的高精度在线检测，且安装方便。第一激光测距探头探测到待检物体后，MCU开始计时，当第二激光测距探头探测到待检物体后，MCU停止计时并计算出输送带速度，由第二激光测距探头继续完成对物体轮廓的高速扫描。在得知输送带速度的前提下，可根据采样率得知两采样点间的距离，实现不依赖输送带配合的高精度二维轮廓形状检测。在此基础上，可根据需要实现自动分类、合格率检测等，应用于自动化生产或检测线中。为减小环境光对测量的影响，在激光测距探头的接收光路中增加了特制的狭缝片和滤光片，分别对接收光进行空间滤波和光谱滤波。为保证在实际自动化生产、检测线工作环境如光照、温度等易发生剧烈变化的条件下仍可连续工作，采用增量式PID算法对探测器的工作高压进行实时调整以补偿探测器增益。下面结合附图具体说明本专利技术的技术方案。结合图1、图2，一种独立式全天候在线二维轮廓形状检测仪，包括第一激光测距探头、第二激光测距探头、电源、MCU控制单元以及上位机；所述第一激光测距探头与第二激光测距探头间隔一固定距离安装于检测仪内，检测仪固定在输送带正上方，两激光测距探头垂直对着输送带；所述第一激光测距探头与第二激光测距探头的激光光源采用一字线光幕，覆盖整个输送带宽度；所述第一激光测距探头探测到待检物体后，MCU控制单元开始计时，当第二激光测距探头探测到待检物体后，MCU控制单元停止计时并计算出输送带速度，由所述第二激光测距探头继续完成对物体轮廓的扫描；当物待测体通过扫描平面后，由激光测距探头通过距离信息测得一系列扫描曲线，MCU控制单元对这些数据进行初步处理，将时间信息转为距离信息，并进行平滑滤波，并上传至上位机，上位机完整描绘出物体的二维轮廓。进一步的，所述激光测距探头包括脉冲激光驱动电路、半导体激光二极管、发射光路组件、接收光路组件、探测器、放大电路和整形电路；利用脉冲激光驱动电路驱动半导体激光二极管发射激光，该激光为发散光；发射光路组件依次包括聚焦准直镜和一字线光束整形镜片，首先将发散光通过一聚焦凸透镜，使其成为一能量集中、出射光斑小的激光光束，聚焦效果将直接影响到后面一字线激光光幕的粗细及探测距离；然后将出射的能量集中的激光束再经过一字线光束整形镜片，使激光点光束被扩展成具有一定扇面面积的一字线光幕；接收光路组件依次包括聚焦透镜、狭缝和激光波段对应的窄带滤光片，狭缝和窄带滤光片分别对漫反射的激光进行空间滤波和光谱滤波；探测器与接收光路组件设置在同一接收光光路上；滤波后的返回光信号由光电探测器APD转变成电信号，再进行后续的放大、整形，以捕捉返回时刻。进一步的，上位机根据物体速度与采样时间间隔得到两采样点间距离，若MCU测得物体通过两探头时间为△t，已知两探头距离d，即可计算出对应物体或输送带速度v：由于激光测距探头的采样率f已知，即可计算出两采样点间距离△d：进而，根据第二激光测距探头的高速采样结果描绘出物体的二维轮廓。进一步的，采用增量式PID算法对激光测距探头中探测器的工作高压进行实时调整，以实现探测器增益的自动补偿。MCU对接收信号及驱动信号分别进行频率测量，得出其当前偏差值en，进而通过增量式PID算法得出电压补偿值ΔUn，增量式PID算法公式为：其中en-1与en-2为前两次采样得出的偏差，T为采样周期，TI为积分时间，TD为微分时间，KP为比例系数。进一步的，半导体激光二极管发射激光波长大于760nm。进一步的，所述一字线光束整形镜片为鲍威尔棱镜。相比较现有的二维轮廓形状检测仪而言，所述独立式全天候在线二维轮廓形状检测仪结构简单本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种独立式全天候在线二维轮廓形状检测仪，其特征在于，包括第一激光测距探头、第二激光测距探头、电源、MCU控制单元以及上位机；所述第一激光测距探头与第二激光测距探头间隔一固定距离安装于检测仪内，检测仪固定在输送带正上方，两激光测距探头垂直对着输送带；所述第一激光测距探头与第二激光测距探头的激光光源采用一字线光幕，覆盖整个输送带宽度；所述第一激光测距探头探测到待检物体后，MCU控制单元开始计时，当第二激光测距探头探测到待检物体后，MCU控制单元停止计时并计算出输送带速度，由所述第二激光测距探头继续完成对物体轮廓的扫描；当物待测体通过扫描平面后，由激光测距探头通过距离信息测得一系列扫描曲线，MCU控制单元对这些数据进行初步处理，将时间信息转为距离信息，并进行平滑滤波，并上传至上位机，上位机完整描绘出物体的二维轮廓。

【技术特征摘要】
1.一种独立式全天候在线二维轮廓形状检测仪，其特征在于，包括第一激光测距探头、第二激光测距探头、电源、MCU控制单元以及上位机；所述第一激光测距探头与第二激光测距探头间隔一固定距离安装于检测仪内，检测仪固定在输送带正上方，两激光测距探头垂直对着输送带；所述第一激光测距探头与第二激光测距探头的激光光源采用一字线光幕，覆盖整个输送带宽度；所述第一激光测距探头探测到待检物体后，MCU控制单元开始计时，当第二激光测距探头探测到待检物体后，MCU控制单元停止计时并计算出输送带速度，由所述第二激光测距探头继续完成对物体轮廓的扫描；当物待测体通过扫描平面后，由激光测距探头通过距离信息测得一系列扫描曲线，MCU控制单元对这些数据进行初步处理，将时间信息转为距离信息，并进行平滑滤波，并上传至上位机，上位机完整描绘出物体的二维轮廓。2.根据权利要求1所述的独立式全天候在线二维轮廓形状检测仪，其特征在于：所述激光测距探头包括脉冲激光驱动电路、半导体激光二极管、发射光路组件、接收光路组件、探测器、放大电路和整形电路；利用脉冲激光驱动电路驱动半导体激光二极管发射激光，该激光为发散光；发射光路组件包括第一聚焦凸透镜和一字线光束整形镜片，首先将发散光通过第一聚焦凸透镜，转换为激光光束；然后将出射的能量集中的激光束经过一字线光束整形镜片，使激光点光束被扩展成一字线光幕；接收光路组件依次包括第二聚焦凸透镜、狭缝和激光波段对应的窄带滤光片，狭缝和窄...

【专利技术属性】
技术研发人员：卜雄洙，曹一涵，韩伟，黄泽江，熊佳慧，吴昊，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32