一种激光测距方法及激光测距仪技术

本发明专利技术实施例属于激光测距技术领域，涉及一种激光测距方法及激光测距仪，所述方法包括将第一激光束和第二激光束以一定的入射角度θ照射至被测物体表面，所述第一激光束和第二激光束经所述被测物体表面反射后在面阵图像传感器上形成两个反射光斑，获取被测物体运动前后所述两个反射光斑在所述光敏面上的位置坐标，并根据所述位置坐标得到所述两个反射光斑的相对距离d1和d2；根据所述入射角度θ及所述相对距离d1和相对距离d2获取所述被测物体在所述旋转轴的轴向上的位移大小；所述激光测距仪用于实施前述方法。根据本发明专利技术实施例提供的技术方案，通过增加测量点数可以提高面阵图像传感器的抗干扰性，进而提高测量精度。

A Laser Ranging Method and Laser Ranging Instrument

The embodiment of the invention belongs to the technical field of laser ranging, and relates to a laser ranging method and a laser ranging instrument. The method includes irradiating the first laser beam and the second laser beam at a certain incident angle theta to the surface of the measured object, forming two reflecting spots on the area array image sensor after the first laser beam and the second laser beam are reflected on the surface of the measured object, and acquiring two reflecting spots. The position coordinates of the two reflected light spots on the light sensitive surface before and after the movement of the measured object are obtained, and the relative distances D1 and D2 of the two reflected light spots are obtained according to the position coordinates; the displacement of the measured object on the axis of the rotation axis is obtained according to the incident angle theta and the relative distances D1 and d2; and the laser rangefinder is used to implement the said method. Law. According to the technical scheme provided by the embodiment of the present invention, the anti-interference ability of the area array image sensor can be improved by increasing the number of measuring points, thereby improving the measurement accuracy.

【技术实现步骤摘要】
一种激光测距方法及激光测距仪
本专利技术实施例属于激光测距
，尤其涉及一种激光测距方法及激光测距仪。
技术介绍
目前在位移或距离测量领域，测量方式主要分为接触式测量和非接触式测量，其中激光测量位移或距离属于非接触式测量中最常见的一种，在激光测距领域较常采用计时和相位原理测量位移或距离，或采用三角法原理测量位移或距离。比如采用三角法原理测量位移，图1为采用三角法原理测量位移的示意图，首先由激光头发射一束激光，经聚焦透镜聚焦到被测物体表面，最后反射光线通过接收透镜，射到面图像传感器当中形成反射光斑，当物体垂直于入射光线产生移动时，面阵图像传感器上的反射光斑也会随之移动，因此通过特定的比例关系，可以由面阵图像传感器中的反射光斑位移计算出被测物体的实际移动距离，具体地可采用如下的公式得到被测物体的位移大小：其中，其中S为物体的实际位移，S′为面阵图像传感器上反射光斑的位移，a和b为常量，与不同型号的面阵图像传感器的结构设计有关，α和为角度，参阅图1中的标识，当基准面固定时，α和为常量。专利技术人在实现本专利技术的过程中发现，现有技术至少存在下述问题：上述三角法原理测量位移的缺点在于，一方面，面阵图像传感器是一个将光信号转换成电信号的仪器，其存在一定噪声，由于噪声的存在，就会使光斑中心点产生随机的小范围摆动，如图2所示，而这些噪声会一直参与反射光斑位移的计算，从而影响最终测量结果的精准度；另一方面，由于被测物体的表面材质、安放位置不同，外界光线环境不同，会造成面阵图像传感器件采集到的图像不一致，从而使反射光斑的位置、明暗度、形状等不一致，进而导致反射光斑中心点在面阵图像传感器上左右摆动，最终导致计算的被测物体的实际位移时出现波动。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术实施例一种激光测距方法及激光测距仪，以三角法原理为基础，采用差分设计思路，以对面阵图像传感器中的噪声进行抑制，从而实现更高精度，更稳定的位移测量。本专利技术实施例采用的具体的技术方案如下：第一方面，本专利技术实施例提供一种激光测距方法，包括：将第一激光束和第二激光束以一定的入射角度θ照射至被测物体表面，所述第一激光束和第二激光束经所述被测物体表面反射和经过光学接收组件的倍率缩放后在面阵图像传感器的光敏面上形成两个反射光斑，其中，所述入射角度θ为预设的常量，所述第一激光束沿着特定的旋转轴旋转一定的角度可与所述第二激光束重合，所述旋转轴与所述被测物体表面垂直；获取所述两个反射光斑在所述光敏面上的位置坐标，并根据所述位置坐标得到所述两个反射光斑的相对距离d1；当所述被测物体在所述旋转轴的轴向上发生位移，所述两个反射光斑在所述面阵图像传感器的光敏面上的位置相应发生变化，获取在所述被测物体发生位移后所述两个反射光斑在所述光敏面上的位置坐标，并根据变化后的位置坐标得到所述两个反射光斑的相对距离d2；根据所述入射角度θ及所述相对距离d1和相对距离d2获取所述被测物体在所述旋转轴的轴向上的位移大小。进一步地，当被测物体在所述旋转轴的轴向上发生位移时，所述两个反射光斑在所述面阵图像传感器的光敏面上的光斑运动轨迹无重叠且互相平行。进一步地，通过两个激光发射器分别发生入射角度为θ的所述第一激光束和第二激光束，或通过一个激光发射器发射一束激光，再通过分光装置形成入射角度为θ的所述第一激光束和第二激光束。进一步地，所述方法还包括：调整所述面阵图像传感器和所述光学接收部件的相对位置和角度，以调整激光测量仪的测量量程。进一步地，所述方法还包括：调整所述入射角度θ，使得当所述被测物体在调整后的测量量程内发生位移时，所述两个反射光斑在所述面阵图像传感器的光敏面上的位置不超出所述光敏面的边界。进一步地，当所述被测物体在所述旋转轴的轴向上发生位移后，所述方法还包括：获取所述两个反射光斑在所述面阵图像传感器的光敏面上的移动距离，当所述两个反射光斑的移动距离的差的绝对值值大于预设阈值时，根据所述两个反射光斑的移动距离校正所述两个反射光斑的相对距离，否则不校正所述两个反射光斑的相对距离。第二方面，本专利技术实施例还提供一种激光测距仪，包括激光发射装置、光学接收组件、面阵图像传感器和处理单元，所述激光发射装置、面阵图像传感器和光学接收组件从上至下依次设置，所述面阵图像传感器与处理单元电性连接；所述激光发射装置用于发射第一激光束和第二激光束，使所述第一激光束和第二激光束以一定的入射角度照射至被测物体表面；所述光学接收组件用于将所述第一激光束和第二激光束经被测物体表面反射的激光进行倍率缩放后透射至所述面阵图像传感器的光敏面上，并在所述光敏面上形成两个反射光斑；所述处理单元用于获取所述被测物体移动前后所述两个反射光斑的相对距离，并根据所述入射角度及所述被测物体移动前后所述两个反射光斑的相对距离获取所述被测物体的位移大小。可选的，所述激光发射装置包括两个激光发射器，所述两个激光发射器用于发射第一激光束和第二激光束，使所述第一激光束和第二激光束以一定的入射角度照射至被测物体表面。可选的，所述激光发射装置包括从上至下依次设置的一个激光发射器和分光装置，所述分光装置用于将所述激光发射器发射的激光进行分光处理，形成第一激光束和第二激光束，并使所述第一激光束和第二激光束以一定的入射角度照射至被测物体表面。进一步地，所述面阵图像传感器的光敏面大小与所述光学接收组件的缩放倍率相适配。进一步地，所述面阵图像传感器与所述光学接收组件采用非垂直的方式设置。根据本专利技术实施例提供的激光测距方法及激光测距仪，将单一测量激光束改为双光束，通过将两束激光投射在被测物体表面，从而在面阵图像传感器上形成两个反射光斑，当被测物体移动时，再通过获取两个反射光斑的差分相对位置来进一步获得被测物体的实际位移，这种方式通过增加测量点数可以提高面阵图像传感器的抗干扰性，进而提高测量精度。附图说明为了更清楚地说明本专利技术或现有技术中的方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一个简单介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例提供的现有激光测距的原理图；图2为本专利技术实施例提供的现有激光测距过程反射光斑抖动示意图；图3为本专利技术实施例提供的激光测距仪的结构示意图；图4为本专利技术实施例提供的激光测距仪的一种实施例的结构示意图；图5为本专利技术实施例提供的激光测距仪的另一种实施例的结构示意图；图6为本专利技术实施例提供的分光装置的一种结构示意图；图7为本专利技术实施例提供的面阵图像传感器与光学接收组件的设置方式；图8为本专利技术实施例提供的激光测距方法的流程图；图9为本专利技术实施例提供的激光测量仪的激光光路示意图；图10为本专利技术实施例提供的激光测量仪工作原理示意图；图11为本专利技术实施例提供的两个反射光斑的运动轨迹在同一直线时的示意图；图12为本专利技术实施例提供的两个反射光斑的运动轨迹平行时的示意图；图13为本专利技术实施例提供的两个反射光斑的运动轨迹在同一直线时的另一示意图；图14为本专利技术实施例提供的两个反射光斑的运动轨迹平行时的另一示意图；图15为本专利技术实施例提供的反射光斑抖动示意图。具体实施方式为了使本
的人员更好地理解本专利技术方案，下面将结合本专利技术实施例中的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种激光测距方法，其特征在于，包括：将第一激光束和第二激光束以一定的入射角度θ照射至被测物体表面，所述第一激光束和第二激光束经所述被测物体表面反射和经过光学接收组件的倍率缩放后在面阵图像传感器的光敏面上形成两个反射光斑，其中，所述入射角度θ为预设的常量，所述第一激光束沿着特定的旋转轴旋转一定的角度可与所述第二激光束重合，所述旋转轴与所述被测物体表面垂直；获取所述两个反射光斑在所述光敏面上的位置坐标，并根据所述位置坐标得到所述两个反射光斑的相对距离d1；当所述被测物体在所述旋转轴的轴向上发生位移，所述两个反射光斑在所述面阵图像传感器的光敏面上的位置相应发生变化，获取在所述被测物体发生位移后所述两个反射光斑在所述光敏面上的位置坐标，并根据变化后的位置坐标得到所述两个反射光斑的相对距离d2；根据所述入射角度θ及所述相对距离d1和相对距离d2获取所述被测物体在所述旋转轴的轴向上的位移大小。

【技术特征摘要】
1.一种激光测距方法，其特征在于，包括：将第一激光束和第二激光束以一定的入射角度θ照射至被测物体表面，所述第一激光束和第二激光束经所述被测物体表面反射和经过光学接收组件的倍率缩放后在面阵图像传感器的光敏面上形成两个反射光斑，其中，所述入射角度θ为预设的常量，所述第一激光束沿着特定的旋转轴旋转一定的角度可与所述第二激光束重合，所述旋转轴与所述被测物体表面垂直；获取所述两个反射光斑在所述光敏面上的位置坐标，并根据所述位置坐标得到所述两个反射光斑的相对距离d1；当所述被测物体在所述旋转轴的轴向上发生位移，所述两个反射光斑在所述面阵图像传感器的光敏面上的位置相应发生变化，获取在所述被测物体发生位移后所述两个反射光斑在所述光敏面上的位置坐标，并根据变化后的位置坐标得到所述两个反射光斑的相对距离d2；根据所述入射角度θ及所述相对距离d1和相对距离d2获取所述被测物体在所述旋转轴的轴向上的位移大小。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当被测物体在所述旋转轴的轴向上发生位移时，所述两个反射光斑在所述面阵图像传感器的光敏面上的光斑运动轨迹无重叠且互相平行。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过两个激光发射器分别发生入射角度为θ的所述第一激光束和第二激光束，或通过一个激光发射器发射一束激光，再通过分光装置形成入射角度为θ的所述第一激光束和第二激光束。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：调整所述面阵图像传感器和所述光学接收部件的相对位置和角度，以调整激光测量仪的测量量程。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：调整所述入射角度θ，使得当所述被测物体在调整后的测量量程内发生位移时，所述两个反射光斑在所述面阵图像传感器的光敏面上的位置不超出所述光敏面的边界。6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当所述被测物体在所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘继汉，丁兵，张伟，吴荣波，高云峰，
申请(专利权)人：大族激光科技产业集团股份有限公司，深圳市大族思特科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44