具有参考光束的激光位移传感器制造技术

本发明专利技术提出一种具有参考光束的激光位移传感器，由激光器、发射镜组、半反半透镜、反射镜、外壳、测控电路、电缆、光电器件、接收镜组、滤光片等部分组成，由激光器发出的激光束经过发射镜组和半反半透镜后产生两束激光：一束透过半反半透镜，形成测量光束，投向被测表面并形成测量光斑，再经过接收镜组后在光电器件上成像形成测量波形；另一束经过半反半透镜反射后形成参考光束，经过反射镜后直接投向光电器件，形成参考波形。测控电路对光电器件输出的两个波形进行处理，利用测量波形与参考波形的位置之差作为被测位移值的表征，由此实现位移检测，而且可以消除激光指向性的漂移产生的测量误差。

A laser displacement sensor with a reference beam

The invention provides a reference beam laser displacement sensor, a laser, a reflector group, half mirror, mirror, shell, control circuit, cable, photoelectric device, receiving lens, filters and other components, the laser beam generated by a laser by mirror group and semi lens have two laser beams: a beam through the half mirror, the formation of the measuring beam and on the measured surface and the formation of the measuring spot, after receiving lens group after imaging in optoelectronic devices formed on the measurement waveform; another beam through a semi reflective lens to form a reference beam, through the mirror after directly into the photoelectric device. The formation of the reference waveform. The measurement and control circuit processes the two waveforms of the photoelectric device, and uses the difference between the measured waveforms and the reference waveforms as the representation of the measured displacement values, thereby realizing the displacement detection, and eliminating the measurement errors caused by the laser directivity drift.

【技术实现步骤摘要】
具有参考光束的激光位移传感器
本专利技术涉及的是一种位移测量
的传感器，具体是一种具有参考光束的激光位移传感器。
技术介绍
目前，制造业作对各种在线检测手段也提出了越来越高的要求，除了高精度、非接触、数字化等测量性能要求之外，对于稳定性、通用性、互换性等维护性能的要求也是与日俱增，以期不断降低维护成本，已经成为公认的在线检测领域的未来趋势。其中，位移是一项重要的测量内容，被广泛应用在工业检测的各个领域中。激光三角位移传感器作为光电检测中的一种非接触式测量方法，具有测量速度快、精度高、抗干扰能力强、测量点小、适用范围广等优点，受到越来越广泛的关注。但是目前世界上现有的激光位移传感器基本上都存在一个共同的问题：由于采用半导体激光二极管作为光源，而激光二极管自身存在明显的不稳定性，导致激光二极管发出的激光束的指向性存在漂移。而这种漂移将直接产生测量误差，严重降低位移传感器的测量精度。为了解决上述问题，有些学者提出双CCD技术方案（例如天津大学张伟娜的学位论文《用于橡胶厚度测量的双光路位移传感器的研制》），采用两个CCD对称分布于激光发光平面的两侧，同时接收漫发射光，即在两个CCD上同时获得两个定位结果，通过数据处理可以计算出被测位移值。这种方法可以有效解决激光束指向性漂移。但是，这种方法也存在一定的限制，主要在于同时采用两套光电器件，将导致传感器的电路系统非常复杂、成本大幅度提高、外形体积也显著增加，导致传感器的性价比大幅度下降。因此，这种方法并没有成功应用于传感器产品之中。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有激光位移传感器的激光指向性漂移带来的测量精度下降问题，提出一种具有参考光束的激光位移传感器方法，可有效抑制激光漂移。本专利技术的激光位移传感器在发射镜组前端加入一个半反半透镜，分出一束激光形成参考光束。该参考光束通过一块反射镜反射后投向光电器件之上，形成一个参考波形。这样，在光电器件上可以形成两个波形，通过数据处理不仅可以得到被测位移值，而且还可以有效抑制激光束指向性的漂移对测量精度的影响。本专利技术的激光位移传感器只有一个光电器件、一个接收镜组，电路系统保持不变，系统简单、成本低、性价比高、实用性强。本专利技术是通过以下技术方案实现的：本专利技术的激光位移传感器主要包括：一个激光器、一个发射镜组、一个半反半透镜、一个反射镜、一个接收镜组、一个光电器件、测控电路、外壳和电缆等元件。本专利技术的激光位移传感器的特殊之处在于，在发射镜组前端加入一个半反半透镜，从而产生两束激光：一束透过半反半透镜，形成测量光束；另一束经过半反半透镜后发射，形成参考光束。测量光束照射到被测目标的表面上并形成一个测量光斑，该测量光斑通过接收镜组后成像在光电器件敏感面上，并形成一个测量波形。参考光束经过一个反射镜后也投射到光电器件敏感面上，并形成另一个参考波形。这样，在光电器件上同时得到两个波形，光电器件将两个波形的信号传送到测控电路，测控电路通过一定的算法得到被测物体的位移测量结果，并将位移测量结果形成标准数字信号，通过电缆传送给其他设备。本专利技术的激光器可以采用激光二极管等小型激光器，优先选用半导体激光二极管，要求输出光强稳定，输出光束截面形状为单峰且持续稳定。同时，为了满足测控要求，该激光二极管不仅是可以持续发光的，而且是可以连续调制的，调制频率和脉冲宽度均为连续可调的。本专利技术的发射镜组是同时具有聚焦与准直功能的光学镜组，保证激光束在被测目标表面形成的测量光斑在整个测量量程范围内保持最小，而且基本不变。本专利技术的半反半透镜的特殊之处在于，该半反半透镜的投射反射比例并不是50%:50%的。为了保证测量光束具有足够的强度，同时为了避免参考光束直接投向光电器件产生饱和现象，半反半透镜的投射反射比例应不超过70%:30%。本专利技术的反射镜的特殊之处在于，反射镜的布局需要保证投向光电器件的参考光束方向与接收镜组的光轴平行，从而保证参考波形与测量波形的对称性，以便消除激光指向性漂移的影响。本专利技术的接收镜组的采用低像差平场镜组，减少成像误差。本专利技术的滤光片与接收镜组平行布置，可以有效避免被测目标移动时产生的成像偏差。此外，本专利技术的滤光片采用与激光二极管的波长吻合的窄带滤光片，可以减少环境光的干扰和影响，保持传感器工作的稳定性和可靠性。本专利技术的光电器件可以采用线阵CCD或CMOS，其像素数目可根据测量精度来选用，其采样速度可根据传感器的测量速度要求来选用。光电器件的位置与姿态满足萨氏定律，保证被测目标在全量程范围内满足横聚焦。本专利技术的外壳的作用，一方面是保证各个单元器件之间相互位置关系的准确和稳定，另一方面是具有防水、防尘、防环境光干扰的作用，保证传感器具有更高的可靠性和防护等级。本专利技术的电缆的作用，一方面是为传感器提供所需的电源，另一方面是负责将测控电路形成的标准化数据传送到外部设备，因此，电缆均需要采用防水型器件，并采用标准的通用数字接口。本专利技术提出用于上述激光位移传感器的数据处理方法。具体如下：当激光器发出的激光束经过半反半透镜后产生两束光束-测量光束和参考光束后，两束光分别投向光电器件，并分别形成两个波形-测量波形和参考波形。当被测目标移动时，参考波形保持不动，而测量波形将产生与被测位移同步的移动。因此，可以通过计算测量波形与参考波形之间的距离表征被测位移。每个波形的位置可以采用常规的质心法、加权质心法、曲线拟合等方法来确定，然后利用两个波形的位置之差作为被测位移值的表征，由此实现位移检测。当激光器发出的激光束的指向性出现漂移时，通过发射镜组的光束也随之产生角度偏移。这样，经过半反半透镜之后的测量光束与参考光束均产生同样的角度偏移，两个光束在光电器件上形成的测量波形与参考波形的位置也相应产生偏移，而且偏移的大小与方向一致。因此，当采用两个波形的位置坐标之差作为位移测量结果时，两个波形的偏移量互相抵消，从而实现对激光束指向性漂移的抑制，大幅度提高位移测量的稳定性。附图说明下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明。图1为本专利技术的具有参考光束的激光位移传感器组成示意图；图2为本专利技术的激光位移传感器数据处理方法示意图；图3为本专利技术的激光位移传感器抑制激光指向性漂移的原理示意图；图4为本专利技术的激光位移传感器抑制激光指向性漂移的算法示意图；图中，1为被测目标，2为半反半透镜，3为反射镜，4为发射镜组，5为激光器，6为测控电路，7为外壳，8为电缆，9为光电器件，10为接收镜组，11为滤光片。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的实施例作详细说明：本实施例在以本专利技术技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本专利技术的保护范围不限于下述的实施例。如图1所示，本专利技术的激光位移传感器主要包括：半反半透镜2、反射镜3、发射镜组4、激光器5、测控电路6、外壳7、电缆8、光电器件9、接收镜组10、滤光片11等。本专利技术的激光位移传感器的特殊之处在于，在发射镜组4后面加入一个半反半透镜2，从而产生两束激光：一束透过半反半透镜，形成测量光束；一束经过半反半透镜后发射，形成参考光束。测量光束照射到被测目标1的表面上并形成一个测量光斑，该测量光斑通过接收镜组10后成像在光电器件9的敏感面上，并形成一个测量波形。参考光束经过一个反射镜3后也投射到光电器件9的敏感面本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可抑制激光漂移激光位移传感器，它由激光器、发射镜组、半反半透镜、反射镜、外壳、测控电路、电缆、光电器件、接收镜组、滤光片等部分组成，其特征在于，本专利技术的激光位移传感器发射镜组前端加入一个半反半透镜，从而产生两束激光：一束透过半反半透镜，形成测量光束；另一束经过半反半透镜后发射，形成参考光束。

【技术特征摘要】
1.一种可抑制激光漂移激光位移传感器，它由激光器、发射镜组、半反半透镜、反射镜、外壳、测控电路、电缆、光电器件、接收镜组、滤光片等部分组成，其特征在于，本发明的激光位移传感器发射镜组前端加入一个半反半透镜，从而产生两束激光：一束透过半反半透镜，形成测量光束；另一束经过半反半透镜后发射，形成参考光束。2.根据权利要求1所述的激光位移传感器，其特征是，所述的参考光束经过一个反射镜之后直接投向光电器件，形成参考波形。3.此时光电器件上同时具有两个波形，当激光器的激光束产生指向性漂移时，两个波形的偏移量大小相等、而方向相反。4...

【专利技术属性】
技术研发人员：不公告发明人，
申请(专利权)人：上海砺晟光电技术有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31