一种非接触式位移测量系统技术方案

本实用新型专利技术提供了一种非接触式位移测量系统，包括图像传感器、半导体激光器、光学透镜组、数字运算器、控制芯片、电源；使用所述半导体激光器作为光源，使激光照射在被测物体表面；所述光学透镜组将经被测物体表面反射后的激光束聚焦在所述图像传感器上形成帧图像，所述数字运算器将所述帧图像通过相关匹配算法进行运算，得到被测物体在采样周期内的运动信息并输出给所述控制芯片，所述控制芯片对所述运动信息进行处理运算后即可得出被测物体的实际位移。所述一种非接触式位移测量系统具有非接触、准确、简单、稳定性好、不需要增加补偿电路等特点，具有广泛的应用空间。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
一种非接触式位移测量系统
本技术涉及一种位移测量的技术，尤其设计一种采用图像处理检测位移量的技术。
技术介绍
在科技迅速发展、竞争日益激烈的今天，特别是经历过金融风暴的洗礼后，如何提高经济效益，实现生产体制的调整是各行各业面临的一个迫切问题。实现工业生产的全自动化，提高生产效率是工业改革的必然趋势，检测技术作为工业生产中的一个重要组成部分，检测水平的提高具有重要意义。在现代制造系统中，控制产品质量的手段已经从传统的“被动”、“静态”检测已经加工好的产品，扩展到检测和监控整个生产系统的运行过程，进而实现全面的、最佳的自适应调整和控制。生产过程中的在线自动测量是实现现代制造过程最优控制的前提条件。随着科技水平的迅猛发展，近年来，基于图像处理技术的动态监测系统已经被广泛的应用在生产的各个领域；例如，在产品的质量检测中用来监测零部件内部的缺损、焊缝质量;在工业自动控制领域使用机器视觉技术进行港口的监测调度、交通管理、生产流水线的自动控制等。在动态目标的监测与跟踪中一部分内容可以归结为物体运动位移的测量，因此实现运动物体的动态自动测量在某些工业生产场合具有广泛的应用前景；例如，在工业应用过程中，有时需要检测物体间的相对运动状态包括运动方向和运动速度等，如起吊设备的运行速度监测，海底油田的深度探测等。此外，某些工业生产流水线上产品长度的实时检测也可归结为运动物体的移动长度检测问题，如钢轨、板材长度的在线切割，纺织行业里对卷布机卷绕布匹长度的实时测量等。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种位移测量系统，实现运动物体的动态自动测量，在某些工业生产场合具有广泛的应用前景。为了解决上述的技术问题，本技术提供的一种非接触式位移测量系统，包括图像传感器、半导体激光器、光学透镜组、数字运算器、控制芯片、电源；使用所述半导体激光器作为光源，使激光照射在被测物体表面；所述光学透镜组将经被测物体表面反射后的激光束聚焦在所述图像传感器上形成帧图像，所述数字运算器将所述帧图像通过相关匹配算法进行运算，得到被测物体在采样周期内的运动信息并输出给所述控制芯片，所述控制芯片对所述运动信息进行处理运算后即可得出被测物体的实际位移。作为优选，所述图像传感器为CMOS图像传感器，所述CMOS图像传感器型号为ADNS-9500ο作为优选，所述型号为ADNS-9500的CMOS图像传感器自带所述数字运算器。作为优选，所述半导体激光器为波长650nm的可见红光半导体激光器。作为优选，所述光学透镜组包括汇聚透镜和聚焦透镜，所述聚焦透镜为组合透镜。作为优选，所述图像传感器的中心与所述半导体激光器的中心在同一直线上。作为优选，所述电源中包含有续流二极管，所述续流二极管选用肖特基二极管，型号为 1N5824。作为优选，所述电感的大小为lOOuH。作为优选，所述滤波电容的规格为1000Uf/16V。作为优选，所述控制芯片选用AVR系列单片机ATmegal6。本技术利用图像传感技术设计了一种激光源非接触式位移测量系统，该测量系统利用高亮度激光源作为照明光源照射在被测物表面上，在被测物表面发生反射后的光束经过光学透镜组会聚在图像传感器上，传感器获得被测物体表面的帧图像，并利用相关匹配算法进行运算计算出物体在此次采样周期内的运动信息并输出给控制单元，控制器对位移数据进行处理运算后即可得出被测物体的实际位移。本技术提供的一种非接触式位移测量系统稳定性好，不易受外部噪声干扰，对测量电路无特殊要求。被测布匹的运动状态采集和检测由光电系统完成，具有非接触、准确、简单、稳定性好、不需要增加补偿电路等特点，在一定的速度范围内，能够满足纺织行业对布匹长度的实时性检测需求。此外，该测量系统采用激光源作为照明光源，激光光源单一性好、方向性好、方向性好以及高亮度的特点使得该测量系统也适用于板材、硬纸、钢材的长度测量场合，具有广泛的应用空间。【附图说明】图1为本技术优选实施例的系统结构图；图2为本技术优选实施例中光学透镜组示意图；图3为本实用图像优选实施例中的光路图；图4为本技术优选实施例中图像传感器电路图；图5为本技术优选实施例中控制模块电路图；图6为本技术优选实施例中电源的电路图。【具体实施方式】下面结合附图和实施例对本技术作进一步说明。参见图1，一种非接触式位移测量系统，包括撷取模块、控制模块、显示输出模块、电源。所述图像撷取模块由型号为ADNS-9500的COMS图像传感器、波长650nm的可见红光半导体激光器、光学透镜组三部分构成。所述图像撷取模块完成被测物体表面图像的采集和图像匹配运算，得出物体的运动参数，控制模块完成位移数据计算和其他控制功能，显示输出模块完成人机交换及位移数据的显示。参考图2，使用所述波长650nm的可见红光半导体激光器3作为光源，使激光照射在被测物体I表面；所述光学透镜组将经被测物体I表面反射后的激光束聚焦在所述图像传感器2上形成帧图像。由于经被测物体I表面反射作用后变得比较分散，这些分散的反射光束首先经过汇聚透镜的作用进行汇聚，集中在主光轴两侧，然后经过聚焦透镜作用聚焦在传感器2上，为了减少透镜球差引起的像差，利用组合透镜代替传统的凸透镜进行聚焦。进一步参考图3，所述图像传感器2要想获得清晰的图像要求入射激光经过被测物的反射后能准确地投射到所述图像传感器2上，这就要求:首先，所述图像传感器2的中心和所述半导体激光器3的中心在同一直线上，避免光斑射偏；其次，入射激光束的入射角限定在一定范围内，角过大或过小都会使得反射激光无法投射到所述图像传感器2上造成无法成像。在相同激光强度下由于入射角越大，反射光束越分散，会聚到所述图像传感器中光线强度越小，成像质量就越差，因此为了保证传感器获得清晰的图像要求入射角在一定范围内越小越好。参考图4，所述型号为ADNS-9500的COMS图像传感器在COMS图像传感器的基础上加入数字运算器，利用基于灰度相关的图像匹配算法对所述图像传感器获得的帧图像进行匹配运算，计算出每个采样周期内物体的运动参数后进行输出。其中，NCS、M0S1、MIS0、SCLK, MOTION构成与单片机通信的接口，用来传输数据以及命令。+VCSEL、-VCSEL, LASER_LEN,XYLASER与MOS管构成此模块的保护电路。当在LASER_LEN管脚发生短路或者其他故障时，可能会导致激光的输出功率过高，ADNS-9500可以自动检测此故障，并且会将激光驱动源关闭，将LASER_LEN管脚置高。通过与外部的MOS管配合就可以保护XYLASER管脚。所述数字运算器计算出的采样周期内物体的运动参数输出至所述控制模块，本实施例中所述控制I旲块中的控制芯片优选为AVR系列单片机ATmegal6。所述控制t旲块电路如图5所示，包括时钟、按键和各IO 口的功能分配。ATmegal6可以采用内部RC时钟或者由外部提供，但内部RC时钟误差比较大，为了系统稳定性，本设计采用外接12M的石英晶体，其跟C7和C8以及芯片内部时钟模块组成电容三点式振荡器。C7与C8推荐使用12pF-22pF，不能选用太大，否则不能起振。NCS、M0S1、MIS0、SCLK、M0T10N构成图像撷取模块接口，和所述图像撷取本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种非接触式位移测量系统，其特征在于，包括图像传感器、半导体激光器、光学透镜组、数字运算器、控制芯片、电源； 使用所述半导体激光器作为光源，使激光照射在被测物体表面；所述光学透镜组将经被测物体表面反射后的激光束聚焦在所述图像传感器上形成帧图像，所述数字运算器将所述帧图像通过相关匹配算法进行运算，得到被测物体在采样周期内的运动信息并输出给所述控制芯片，所述控制芯片对所述运动信息进行处理运算后即可得出被测物体的实际位移； 所述图像传感器为CMOS图像传感器，所述CMOS图像传感器型号为ADNS‑9500，所述型号为ADNS‑9500的CMOS图像传感器自带所述数字运算器。

【技术特征摘要】
1.一种非接触式位移测量系统，其特征在于，包括图像传感器、半导体激光器、光学透镜组、数字运算器、控制芯片、电源； 使用所述半导体激光器作为光源，使激光照射在被测物体表面；所述光学透镜组将经被测物体表面反射后的激光束聚焦在所述图像传感器上形成帧图像，所述数字运算器将所述帧图像通过相关匹配算法进行运算，得到被测物体在采样周期内的运动信息并输出给所述控制芯片，所述控制芯片对所述运动信息进行处理运算后即可得出被测物体的实际位移； 所述图像传感器为CMOS图像传感器，所述CMOS图像传感器型号为ADNS-9500，所述型号为ADNS-9500的CMOS图像传感器自带所述数字运算器。2.根据权利要求1所述的一种非接触式位移测量系统，其特征在于，所述半导体激光器为波长650nm的可见红光半导体激光器。3.根据权利要求1所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈文芗，庞尔江，王新峰，单晓宇，黄金池，
申请(专利权)人：厦门大学，
类型：新型
国别省市：福建;35