对称光桥式自稳激光测径系统及其标定方法、测量方法技术方案

本发明专利技术涉及一种对称光桥式自稳激光测径系统及其标定方法、测量方法，该对称光桥式自稳激光测径系统包括平行激光源、对称角反射镜、两个聚光镜及两个光电探测器，平行激光源产生的平行激光被对称角反射镜分为两部分，分别反射至一个聚光镜，每个光电探测器检测聚光镜所会聚的激光的强度。本发明专利技术所述系统及方法，测量精度不受扫描速度影响，因此测量精度更高，而且测径系统的结构也更简单，成本更低。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及直径测量
，特别涉及一种对称光桥式自稳激光测径系统及其标定方法、测量方法。
技术介绍
激光测径技术是上世纪70年代出现的一种动态在线测量技术，一般是激光、机械、电子、计算机相结合的新型测试技术。随着光电子学的迅猛发展，激光测径技术也逐渐走向成熟，目前常见的激光测径仪有激光多普勒测径仪、激光衍射测径仪、激光扫描测径仪和投影成像测径仪等，其中，激光扫描测径和CCD投影测径是目前较为常用的直径测量方法。如图1所示，目前常用的激光扫描测径系统包括激光器、准直系统、反光镜、扫描棱镜、同步电机、两个透镜及光电探测器，由激光器产生的光束，经聚焦准直系统整形后，经反光镜反射到扫描棱镜上，扫描棱镜由同步电机带动以恒定角速度旋转，形成扫描光束，扫描光束通过透镜1后，形成于匀速的、且光轴平行的扫描光束，并扫过待测件，然后光束经过透镜2聚焦后被光电探测器接收，光电探测器将光信号转换为电信号，产生一个随时间变化的光电信号输出，当扫描光束被待测件挡住时产生低电平，当扫描光束没有被待测件挡住时产生高电平，因此，测得挡光时间T，再根据扫描棱镜的回转速度ω，即可求出被测件的直径。但是，在实际工作中，激光经过旋转的扫描棱镜反射后，其扫描光束的扫描速度并不是定值，因此其测量精度受扫描速度变化的影响，精度不够高，不适用于测量精度要求较高的场合。在CCD投影测径系统中，平行光束照射在被测物体上，在物体后方的CCD上产生阴影，通过测量该阴影区域的宽度，从而求出被测物体的直径。该系统原理简单，无机械转动部件，结构紧凑，但测量范围取决于CCD尺寸，无法测量大尺寸物体的直径，测量精度也受限于CCD像素大小。
技术实现思路
本专利技术的目的在于改善现有技术中所存在的测量精度不高的不足，提供一种对称光桥式自稳激光测径系统及其标定方法、测量方法。为了实现上述专利技术目的，本专利技术实施例提供了以下技术方案：一种对称光桥式自稳激光测径系统，包括：平行激光源，用于产生平行激光；具有两个反射面的对称角反射镜，用于将入射的平行激光分为两部分，分别反射至一个聚光镜；两个所述聚光镜，每个所述聚光镜用于将反射进来的平行激光会聚至一个光电探测器；两个所述光电探测器，分别位于一个聚光镜的后焦面，用于检测接收到的激光的强度。上述对称光桥式自稳激光测径系统的标定方法，定义所述的对称光桥式自稳激光测径系统中的两个光电探测器分别为第一光电探测器和第二光电探测器，所述方法包括以下步骤：调整平行激光源与对称角反射镜的相对位置，使得对称角反射镜将入射的平行激光平均分为两部分，且对称角反射镜的两个反射面与入射的平行激光的夹角相等；控制平行激光源按照恒定的输出功率输出平行激光；沿着垂直于平行激光的方向调整对称角反射镜的位置，分别读取第一光电探测器和第二光电探测器的测量值，当第一光电探测器和第二光电探测器的测量值相同时，记录此时的测量值，两个测量值之和作为标定功率P0，固定对称角反射镜的位置；控制遮光板沿着垂直于平行激光的方向向前移动，当第一光电探测器的测量值最小时，记录此时遮光板的位置，将该位置作为系统标定的参考零点；控制遮光板按照相同的位移量继续向前移动，每移动一个位移量记录一次第二光电探测器的测量值，直到第二光电探测器的测量值最小；控制遮光板向后运动，返回至所述系统标定的参考零点；控制遮光板按照相同的位移量继续向后移动，每移动一个位移量记录一次光第一电探测器的测量值，直到第一光电探测器的测量值最大；对标定过程中第一光电探测器的测量值与遮光板的位移量进行数据拟合，得到第一光电探测器的位移-光强表达式；对标定过程中第二光电探测器的测量值与遮光板的位移量进行数据拟合，得到第二光电探测器的位移-光强表达式。基于上述对称光桥式自稳激光测径系统的测量方法，定义所述的对称光桥式自稳激光测径系统中的两个光电探测器分别为第一光电探测器和第二光电探测器，所述方法包括以下步骤：控制平行激光源按照恒定的输出功率输出平行激光；控制待测工件沿着垂直于平行激光的方向向前移动，分别读取第一光电探测器和第二光电探测器的测量值，当第一光电探测器和第二光电探测器的测量值相同时，记录此时的测量值；沿着垂直于平行激光的方向继续向前移动待测工件，当第二光电探测器的测量值最大时，分别记录此时第一光电探测器和第二光电探测器的测量值，将该两个测量值之和作为测量激光功率P1；将第一光电探测器的测量值乘以测量修正系数P1/P0后，代入第一光电探测器的位移-光强表达式中，计算得到第一位移值，将第二光电探测器的测量值乘以测量修正系数P1/P0后，代入第二光电探测器的位移-光强表达式中，计算得到第二位移值，第二位移值与第一位移值的差值即为待测工件的直径。如果测量时对称光桥式自稳激光测径系统中的平行激光源与对称角反射镜的位置不合适，那么上述测量方法中，在所述控制平行激光源按照恒定的输出功率输出平行激光步骤之前，还包括步骤：调整平行激光源与对称角反射镜的相对位置，使得对称角反射镜将入射的平行激光平均分为两部分，且对称角反射镜的两个反射面与入射的平行激光的夹角相等。与现有技术相比，本专利技术实施例提供的对称光桥式自稳激光测径系统及其方法，由于测量精度不受扫描速度影响，因此测量精度更高，且测量方法简单；此外，整个测径系统的结构也更简单，成本更低。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本专利技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。图1为现有技术中激光扫描测径系统的结构示意图。图2为本专利技术实施例中对称光桥式自稳激光测径系统的结构示意图。图3为本专利技术实施例中对称光桥式自稳激光测径系统的标定过程示意图。图中标记：平行激光源11；待测工件12；对称角反射镜13；第一聚光镜14；第一光电探测器15；第二聚光镜16；第二光电探测器17；遮光板18；位移平台19。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本专利技术实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本专利技术的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本专利技术的范围，而是仅仅表示本专利技术的选定实施例。基于本专利技术的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本专利技术的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。请参阅图2，本实施例中提供的对称光桥式自稳激光测径系统，包括平行激光源11，对称角反射镜13，两个聚光镜及两个光电探测器，本实施例中，定义两个聚光镜分别为第一聚光镜14和第二聚光镜16，定义两个光电探测器分别为第一光电探测器15和第二光电探测器17。其中，平行激光源11用于产生平行激光。对称角反射镜13具有两个反射面，且两个反射面之间本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种对称光桥式自稳激光测径系统，其特征在于，包括：平行激光源，用于产生平行激光；具有两个反射面的对称角反射镜，用于将入射的平行激光分为两部分，分别反射至一个聚光镜；两个所述聚光镜，每个所述聚光镜用于将反射进来的平行激光会聚至一个光电探测器；两个所述光电探测器，分别位于一个聚光镜的后焦面，用于检测接收到的激光的强度。

【技术特征摘要】
1.一种对称光桥式自稳激光测径系统，其特征在于，包括：平行激光源，用于产生平行激光；具有两个反射面的对称角反射镜，用于将入射的平行激光分为两部分，分别反射至一个聚光镜；两个所述聚光镜，每个所述聚光镜用于将反射进来的平行激光会聚至一个光电探测器；两个所述光电探测器，分别位于一个聚光镜的后焦面，用于检测接收到的激光的强度。2.根据权利要求1所述的对称光桥式自稳激光测径系统，其特征在于，所述对称角反射镜的两个反射面与入射的平行激光的夹角相等，且所述对称角反射镜将平行激光平均分为两部分。3.权利要求1所述的对称光桥式自稳激光测径系统的标定方法，其特征在于，定义所述的对称光桥式自稳激光测径系统中的两个光电探测器分别为第一光电探测器和第二光电探测器，所述方法包括以下步骤：调整平行激光源与对称角反射镜的相对位置，使得对称角反射镜将入射的平行激光平均分为两部分，且对称角反射镜的两个反射面与入射的平行激光的夹角相等；控制平行激光源按照恒定的输出功率输出平行激光；沿着垂直于平行激光的方向调整对称角反射镜的位置，分别读取第一光电探测器和第二光电探测器的测量值，当第一光电探测器和第二光电探测器的测量值相同时，记录此时的测量值，两个测量值之和作为标定功率P0，固定对称角反射镜的位置；控制遮光板沿着垂直于平行激光的方向向前移动，当第一光电探测器的测量值最小时，记录此时遮光板的位置，将该位置作为系统标定的参考零点；控制遮光板按照相同的位移量继续向前移动，每移动一个位移量记录一次第二光电探测器的测量值，直到第二光电探测器的测量值最小；控制遮光板向后运动，返回至所述系统标定的参考零点；控制遮光板按照相同的位移量继续向后移动，每移动一...

【专利技术属性】
技术研发人员：王丽，陈科，康学亮，张白，
申请(专利权)人：合肥工业大学，北方民族大学，
类型：发明
国别省市：安徽;34