激光位移传感器的控制系统和方法技术方案

本发明专利技术公开了一种激光位移传感器的控制系统和方法，其中，该系统包括光学头模块和控制模块，光学头模块包括FPGA处理芯片、激光器驱动电路、第一通信接口；控制模块包括处理器和第二通信接口，处理器与FPGA处理芯片之间通过第一通信接口和第二通信接口进行通信；其中，FPGA处理芯片用于根据来自图像传感器的图像信号确定位移值，并将确定的位移值发送至处理器；以及用于在处理器的控制下，将激光器控制信号输出至激光器驱动电路；激光器驱动电路用于根据激光器控制信号对激光器的工作参数进行控制；处理器用于控制FPGA处理芯片输出激光器控制信号，以及接收来自FPGA处理芯片的位移值。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及激光测量领域，并且特别地，涉及一种激光位移传感器的控制系统和方法。
技术介绍
位移传感器是用于测量物体位置发生变化并以数字或模拟信号将测量结果输出的组件。根据工作原理，位移传感器可分为电感式位移传感器、电容式位移传感器、光电式位移传感器、超声波式位移传感器以及霍尔式位移传感器等。激光位移传感器以其卓越的测量性能，能够实现非接触在线测量位移、三维尺寸、厚度、表面轮廓、物体形变、振动、液位等参数，能够为工件分拣、各种大型构件的安装提供有效支持(例如，可以协助实现桥梁、飞机和舰船骨架、机床导轨等的定位安装)，而且还能够动态监测重要构件在承载时发生微量变形。进年来，随着现代光电技术的不断发展，激光位移传感器已经逐渐成为光电非接触检测的主流产品。在当今信息化、网络化的发展趋势下，激光位移传感器作为工业自动化技术工具的自动化仪表及装置，也向数字化、智能化、网络化发展。在公告号为CN 204807990 U的技术专利中，公开了一种材料试验机控制器，该方案采用了FPGA和ARM组成的架构，有FPGA测量数据，之后发送至ARM处理器。该专利所公开的方案虽然实现了自动化的数据采集和处理，得到了位移值等参数。但是，在该方案中，对于如何控制FPGA的工作模式，该专利并没有涉及。因此，该专利所公开的方案存在以下缺陷：不论是ARM还是FPGA，都没有与测量设备进行交互，仅被动接收和处理数据，无法对测量设备进行控制，如果测量设备当前的工作状态实际测量环境不符，将会影响测量的结果，在大规模生产监控的场景中应用时效果较差。针对上述问题，目前尚未提出有效的解决方案。专利技术内容针对相关技术中的问题，本专利技术提出一种激光位移传感器的控制系统和方法，能够在完成测量的同时，对测量设备进行控制。根据本专利技术的一个方面，提供了一种激光位移传感器的控制系统。根据本专利技术的激光位移传感器的控制系统包括光学头模块和控制模块，光学头模块包括FPGA处理芯片、激光器驱动电路、第一通信接口；控制模块包括处理器和第二通信接口，处理器与FPGA处理芯片之间通过第一通信接口和第二通信接口进行通信；其中，FPGA处理芯片用于根据来自图像传感器的图像信号确定位移值，并将确定的位移值发送至处理器；以及用于在处理器的控制下，将激光器控制信号输出至激光器驱动电路；激光器驱动电路用于根据激光器控制信号对激光器的工作参数进行控制；处理器用于控制FPGA处理芯片输出激光器控制信号，以及接收来自FPGA处理芯片的位移值。其中，激光器驱动电路包括加法器电路，FPGA处理芯片连接至加法器电路的第一输入端，且FPGA处理芯片在处理器的控制下将激光器控制信号输出至第一输入端；加法器电路的第二输入端连接至基准电平信号，加法器电路的输出端连接至激光器；其中，基准电平信号为恒定信号。进一步地，在处理器控制FPGA处理芯片输出激光器控制信号时，处理器可以将激光器的工作模式通知给FPGA处理芯片，工作模式包括固定参数模式以及可变参数模式；其中，在固定参数模式下，FPGA处理芯片停止输出激光器控制信号；在可变参数模式下，FPGA处理芯片对来自图像传感器的图像信号进行分析，根据分析结果输出激光器控制信号。具体而言，加法器电路可用于将来自第一输入端和第二输入端的信号进行加和操作得到加和结果信号，并通过输出端输出加和结果信号至激光器，其中，加和结果信号用于调整激光器的光强；在固定参数模式下，加法器电路输出的加和结果信号为基准电平信号；在可变参数模式下，在FPGA处理芯片对图像信号进行分析时，得到反光物体的表面特性和/或激光器与反光物体之间的距离，并根据表面特性和/或距离生成激光器控制信号；加法器电路用于将激光器控制信号与基准电平信号进行加和操作并输出加和结果信号。进一步地，上述控制模块还可以包括通信模块，处理器用于通过通信模块将接收的位移值上报至管理设备；并且，根据本专利技术的控制系统可以进一步包括：显示器，用于显示当前的工作模式、位移值和/或处理器上报位移值的方式；输入设备，用于接收输入的指令；并且，处理器用于根据输入的指令对工作模式和/或处理器上报位移值的方式进行调整，其中，处理器上报位移值的方式包括单次上报和集中上报。此外，上述光学头模块可以进一步包括：温度传感模块，用于测量温度，并将温度测量结果提供给FPGA处理芯片；并且，FPGA处理芯片还用于根据温度测量结果以及预定补偿规则对确定的位移值进行调整；在发送位移值时，FPGA处理芯片将调整后的位移值发送至处理器，其中，预定补偿规则中包括多个温度值/温度值范围以及相应的位移值变化量。此外，可选地，上述第一通信接口和第二通信接口为模拟电压信号传输接口，光学头模块进一步包括数模转换模块，数模转换模块对确定的位移值进行转换后，通过第一通信接口发送至处理器的第二通信接口；和/或上述第一通信接口和第二通信接口为RS232通信接口。此外，在图像传感器为线阵图像传感器的情况下，上述光学头模块可以进一步包括低通滤波器，低通滤波器对来自线阵图像传感器的图像信号进行低通滤波；并且，在FPGA处理芯片确定位移值时，FPGA处理芯片用于基于低通滤波后的图像信号确定图像轮廓的中心点位置，并根据中心点位置与预设参考点的位置确定位移值。进一步地，FPGA处理芯片用于通过以下方式中的至少之一确定图像轮廓的中心点位置：确定低通滤波后的图像信号的峰值点，在该峰值点两侧选择图像信号的多个点并根据峰值点和选择的点确定图像轮廓的中心点；根据低通滤波后的图像信号的峰值以及预先配置的下限值与峰值之间的比例关系确定下限值，选择位于峰值与下限值之间的图像信号，并根据所选择的图像信号确定图像轮廓的中心点；对低通滤波后的图像信号的波形进行曲线拟合，根据拟合得到的曲线的峰值点确定图像轮廓的中心点。此外，上述FPGA处理芯片还可以用于根据来自图像传感器的图像信号确定反光物体的表面特性，并根据表面特性调整图像传感器的曝光时间。可选地，上述处理器可以为ARM处理器。根据本专利技术的另一方面，提供了一种激光位移传感器的控制方法。根据本专利技术的激光位移传感器的控制方法包括：FPGA处理芯片根据来自图像传感器的图像信号确定位移值，并将确定的位移值发送至处理器，其中，FPGA处理芯片在处理器的控制下，将激光器控制信号输出至激光器驱动电路，并且，激光器驱动电路根据激光器控制信号对激光器的工作参数进行控制；处理器接收来自FPGA处理芯片的位移值。其中，激光器驱动电路包括加法器电路，FPGA处理芯片连接至加法器电路的第一输入端，且FPGA处理芯片在处理器的控制下将激光器控制信号输出至第一输入端；加法器电路的第二输入端连接至基准电平信号，加法器电路的输出端连接至激光器；其中，基准电平信号为恒定信号。进一步地，在处理器控制FPGA处理芯片输出激光器控制信号时，处理器将激光器的工作模式通知给FPGA处理芯片，工作模式包括固定参数模式以及可变参数模式；其中，在固定参数模式下，FPGA处理芯片停止输出激光器控制信号；在可变参数模式下，FPGA处理芯片对来自图像传感器的图像信号进行分析，根据分析结果输出激光器控制信号。具体而言，在对激光器的工作参数进行控制时，加法器电路将来自第一输入端和第二输入端的信号进行加和操本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种激光位移传感器的控制系统，其特征在于，包括光学头模块和控制模块，所述光学头模块包括FPGA处理芯片、激光器驱动电路、第一通信接口；所述控制模块包括处理器和第二通信接口，所述处理器与所述FPGA处理芯片之间通过所述第一通信接口和所述第二通信接口进行通信；其中，所述FPGA处理芯片用于根据来自图像传感器的图像信号确定位移值，并将确定的所述位移值发送至所述处理器；以及用于在所述处理器的控制下，将激光器控制信号输出至所述激光器驱动电路；所述激光器驱动电路用于根据所述激光器控制信号对激光器的工作参数进行控制；所述处理器用于控制所述FPGA处理芯片输出所述激光器控制信号，以及接收来自所述FPGA处理芯片的所述位移值。

【技术特征摘要】
1.一种激光位移传感器的控制系统，其特征在于，包括光学头模块和控制模块，所述光学头模块包括FPGA处理芯片、激光器驱动电路、第一通信接口；所述控制模块包括处理器和第二通信接口，所述处理器与所述FPGA处理芯片之间通过所述第一通信接口和所述第二通信接口进行通信；其中，所述FPGA处理芯片用于根据来自图像传感器的图像信号确定位移值，并将确定的所述位移值发送至所述处理器；以及用于在所述处理器的控制下，将激光器控制信号输出至所述激光器驱动电路；所述激光器驱动电路用于根据所述激光器控制信号对激光器的工作参数进行控制；所述处理器用于控制所述FPGA处理芯片输出所述激光器控制信号，以及接收来自所述FPGA处理芯片的所述位移值。2.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述激光器驱动电路包括加法器电路，所述FPGA处理芯片连接至所述加法器电路的第一输入端，且所述FPGA处理芯片在所述处理器的控制下将激光器控制信号输出至所述第一输入端；所述加法器电路的第二输入端连接至基准电平信号，所述加法器电路的输出端连接至所述激光器；其中，所述基准电平信号为恒定信号。3.根据权利要求2所述的控制系统，其特征在于，在所述处理器控制所述FPGA处理芯片输出所述激光器控制信号时，所述处理器将激光器的工作模式通知给所述FPGA处理芯片，所述工作模式包括固定参数模式以及可变参数模式；其中，在所述固定参数模式下，所述FPGA处理芯片停止输出所述激光器控制信号；在所述可变参数模式下，所述FPGA处理芯片对来自所述图像传感器的所述图像信号进行分析，根据分析结果输出激光器控制信号。4.根据权利要求3所述的控制系统，其特征在于，所述加法器电路用于将来自所述第一输入端和所述第二输入端的信号进行加和操作得到加和结果信号，并通过所述输出端输出加和结果信号至所述激光器，其中，所述加和结果信号用于调整激光器的光强；在所述固定参数模式下，所述加法器电路输出的加和结果信号为所述基准电平信号；在所述可变参数模式下，在所述FPGA处理芯片对所述图像信号进行分析时，得到反光物体的表面特性和/或所述激光器与所述反光物体之间的距离，并根据所述表面特性和/或所述距离生成所述激光器控制信号；所述加法器电路用于将所述激光器控制信号与所述基准电平信号进行加和操作并输出加和结果信号。5.根据权利要求4所述的控制系统，其特征在于，所述控制模块进一步包括通信模块，所述处理器还用于通过所述通信模块将接收的所述位移值上报至管理设备；所述控制系统进一步包括：显示器，用于显示当前的工作模式、所述位移值和/或所述处理器上报所述位移值的方式；输入设备，用于接收输入的指令；并且，所述处理器用于根据输入的所述指令对工作模式和/或所述处理器上报所述位移值的方式进行调整，其中，所述处理器上报所述位移值的方式包括单次上报和集中上报。6.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述光学头模块进一步包括：温度传感模块，用于测量温度，并将温度测量结果提供给所述FPGA处理芯片；并且，所述FPGA处理芯片还用于根据所述温度测量结果以及预定补偿规则对确定的所述位移值进行调整；在发送位移值时，所述FPGA处理芯片将调整后的所述位移值发送至所述处理器，其中，所述预定补偿规则中包括多个温度值/温度值范围以及相应的位移值变化量。7.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述第一通信接口和所述第二通信接口为模拟电压信号传输接口，所述光学头模块进一步包括数模转换模块，所述数模转换模块对确定的所述位移值进行转换后，通过所述第一通信接口发送至所述处理器的第二通信接口；和/或所述第一通信接口和所述第二通信接口为RS232通信接口。8.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，在所述图像传感器为线阵图像传感器的情况下，所述光学头模块进一步包括低通滤波器，所述低通滤波器对来自所述线阵图像传感器的图像信号进行低通滤波；并且，在所述FPGA处理芯片确定位移值时，所述FPGA处理芯片用于基于低通滤波后的图像信号确定图像轮廓的中心点位置，并根据所述中心点位置与预设参考点的位置确定位移值。9.根据权利要求8所述的控制系统，其特征在于，所述FPGA处理芯片用于通过以下方式中的至少之一确定图像轮廓的中心点位置：确定低通滤波后的所述图像信号的峰值点，在该峰值点两侧选择所述图像信号的多个点并根据所述峰值点和选择的点确定图像轮廓的中心点；根据低通滤波后的所述图像信号的峰值以及预先配置的下限值与峰值之间的比例关系确定下限值，选择位于所述峰值与所述下限值之间的图像信号，并根据所选择的图像信号确定图像轮廓的中心点；对低通滤波后的所述图像信号的波形进行曲线拟合，根据拟合得到的曲线的峰值点确定图像轮廓的中心点。10.根据权利要求1所述的控制系统，...

【专利技术属性】
技术研发人员：李颖锋，苏庆杰，
申请(专利权)人：宁波舜宇智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33