一种基于半导体激光准直的反射式垂直度检测系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及一种基于半导体激光准直的反射式垂直度检测系统及方法，其包括钻孔器，钻孔器采用轴中空的倒T型结构，其端部对应于圆弧物体表面，与端部垂直的延伸部内设置有半导体激光器和半透半反镜；位于延伸部侧壁设置有一通孔，该通孔的圆心与半透半反镜的中心位于同一水平线；半导体激光器发射出的激光光束传输至半透半反镜后，分为第一透射光和第一反射光；第一透射光经透明介质垂直照射在圆弧物体表面上后，反射回半透半反镜，经半透半反镜再次分束成第二透射光和第二反射光；第二反射光穿过通孔照射在位于钻孔器外部的镜面全反射镜，镜面全反射镜与通孔位置对应设置；第二反射光经镜面全反射镜后反射至CCD。本发明专利技术能实现对圆弧面物体进行垂直度检测、定位。

A reflective verticality detection system and method based on semiconductor laser collimation

The invention relates to a reflective verticality detection system and method of laser collimation based on which comprises a drill, drill the axis inverted T type hollow structure, the end part corresponding to the arc surface of the object, and the end part of the vertical extension part is arranged in a semiconductor laser and a semi transparent mirror is located in the extension; part of the side wall is provided with a through hole, the through hole in the center and half mirror center is located in the same horizontal line; emitting semiconductor laser laser beam to the semi transparent mirror, divided into the first transmitted light and the first reflected light; the first transmission of light through the transparent medium in the vertical light circular on the object surface, reflected a semi transparent mirror, the semi transparent again splitting into second light and second light reflection mirror; second reflected light passes through the through hole in the irradiation drill external mirror mirror, The mirror mirror is set with the position of the through hole, and the second reflected light is reflected to CCD after the mirror full mirror. The invention can detect and locate the perpendicularity of the circular arc surface object.

【技术实现步骤摘要】
一种基于半导体激光准直的反射式垂直度检测系统及方法
本专利技术涉及一种垂直度检测系统及方法，特别是关于一种在工业领域中应用的基于半导体激光准直的反射式垂直度检测系统及方法。
技术介绍
现阶段对具有圆弧面物体的垂直度检测基本上是凭借工人的经验或者使用图像处理的方式对具有漫反射的圆弧物体进行垂直度检测并对其定点打孔。前者需要工人大量的临床实践经验，对工人经验以及当时身体状况要求较高；而后者由于应用涉及图像处理等一系列昂贵的组成器件(高清CCD摄像头、传导光纤、PC、定位器件等)，成本较高，且操作较为不便。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术的目的是提供一种基于半导体激光准直的反射式垂直度检测系统及方法，其能对具有反射特性的圆弧面物体进行垂直度检测、定位，降低生产成本和生产难度，提高操作的便利性。为实现上述目的，本专利技术采取以下技术方案：一种基于半导体激光准直的反射式垂直度检测系统，其特征在于：该系统包括半导体激光器、半透半反镜、镜面全反射镜、CCD和钻孔器；所述钻孔器采用轴中空的倒T型结构，其端部对应于圆弧物体表面，与端部垂直的延伸部内设置有所述半导体激光器和半透半反镜；位于所述延伸部侧壁设置有一通孔，该通孔的圆心与所述半透半反镜的中心位于同一水平线；所述半导体激光器发射出的激光光束传输至所述半透半反镜后，分为第一透射光和第一反射光；所述第一透射光经透明介质垂直照射在所述圆弧物体表面上后，反射回所述半透半反镜，经所述半透半反镜再次分束成第二透射光和第二反射光；所述第二反射光穿过所述通孔照射在位于所述钻孔器外部的所述镜面全反射镜，所述镜面全反射镜与所述通孔位置对应设置；所述第二反射光经所述镜面全反射镜后反射至所述CCD。进一步，所述半导体激光器发射出的激光光束与所述钻孔器同轴。进一步，所述半透半反镜的分光比为50:50。进一步，所述半透半反镜呈倾斜设置在所述钻孔器的延伸部内，所述半透半反镜与所述半导体激光器发射出的准直激光光束夹角为45°。为实现上述目的，本专利技术还采取另一种技术方案：一种基于半导体激光准直的反射式垂直度检测方法，其特征在于包括以下步骤：1)设置一包括半导体激光器、半透半反镜、镜面全反射镜、CCD和钻孔器的检测系统，半导体激光器和半透半反镜设置在钻孔器内部，镜面全反射镜和CCD设置在钻孔器外部；2)半导体激光器发射出高斯激光光斑打到半透半反镜后分为第一透射光和第一反射光；3)第一透射光垂直打到圆弧物体表面并反射回半透半反镜；4)半透半反镜将反射光再次分束成第二透射光和第二反射光；5)第二反射光经过镜面全反射镜反射到CCD；6)通过CCD实时读取高斯激光光斑图像信息，利用相应的算法计算高斯激光光斑中心与CCD中心位置距离；7)通过调整钻孔器的位置，直到读取的高斯激光光斑中心与CCD中心重合，则钻孔器轴中心延长线与圆弧物体表面的交点即为其垂直点。进一步，所述相应的算法为：6.1)光斑打到CCD后，从CCD读取的图像是一个近似圆的亮斑；6.2)通过对CCD图像进行读取并对其进行图像的二值化、霍夫变换，最后求出亮斑的圆心坐标；6.3)通过两点间距离公式求出实际接收光斑图像的圆心坐标与CCD中心位置的距离。本专利技术由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本专利技术利用非接触式激光对物体表面进行垂直度检测，降低生产成本和生产难度，提高操作的便利性。2、本专利技术通过采用半透半反镜、镜面全反射镜和CCD对圆弧面物体进行垂直度检测，其操作方便，定位准确。附图说明图1是本专利技术的整体结构示意图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术进行详细的描述。如图1所示，本专利技术提供一种基于半导体激光准直的反射式垂直度检测系统，其包括半导体激光器1、半透半反镜2、镜面全反射镜3、CCD4和钻孔器5；其中半透半反镜2的分光比为50:50。钻孔器5采用轴中空的倒T型结构，其端部对应于圆弧物体表面6，与端部垂直的延伸部内设置有半导体激光器1和半透半反镜2；位于延伸部侧壁设置有一通孔，该通孔的圆心与半透半反镜2的中心位于同一水平线。半导体激光器1发射出的激光光束传输至半透半反镜2后，分为第一透射光和第一反射光；第一透射光经空气等透明介质垂直照射在圆弧物体表面6上后反射，根据反射原理，若激光束垂直入射，那么反射光将按原路反射到50:50半透半反镜2。第一透射光经圆弧物体表面6后反射回半透半反镜2，经半透半反镜2再次分束成第二透射光和第二反射光；第二反射光穿过通孔照射在位于钻孔器5外部的镜面全反射镜3，镜面全反射镜3与通孔位置对应设置。第二反射光经镜面全反射镜3后反射至CCD4，若圆弧物体表面6与半导体激光器1发射出的激光光束夹角垂直，则CCD4将接收到回波光斑，实现垂直度检测。上述实施例中，半导体激光器1发射出的激光光束与钻孔器5同轴。上述各实施例中，半导体激光器1发射出的激光光束为530nm波长的高斯激光光斑。上述各实施例中，半透半反镜2呈倾斜设置在钻孔器5的延伸部内，半透半反镜2与半导体激光器1发射出的准直激光光束夹角为45°。本专利技术还提供一种基于半导体激光准直的反射式垂直度检测方法，其包括以下步骤：1)半导体激光器1发射出高斯激光光斑打到半透半反镜2后分为第一透射光和第一反射光。2)第一透射光垂直打到圆弧物体表面6并反射回半透半反镜2。3)半透半反镜2将反射光再次分束成第二透射光和第二反射光。4)第二反射光经过镜面全反射镜3反射到CCD4。5)通过CCD4实时读取高斯激光光斑图像信息，利用相应的算法计算高斯激光光斑中心与CCD4中心位置距离。相应的算法为：5.1)光斑打到CCD4后，从CCD4读取的图像是一个近似圆的亮斑。5.2)通过对CCD图像进行读取并对其进行图像的二值化、霍夫变换，最后求出亮斑的圆心坐标(在CCD的二维坐标系里，例如[300,200])。例如CCD的像素640*480，它的中心点为(320,240)。5.3)通过两点间距离公式求出实际接收光斑图像的圆心坐标与CCD中心位置的距离。6)通过调整钻孔器5的位置，直到读取的高斯激光光斑中心与CCD中心重合，则钻孔器5轴中心延长线与圆弧物体表面6的交点即为其垂直点。上述各实施例仅用于说明本专利技术，各部件的结构、尺寸、设置位置及形状都是可以有所变化的，在本专利技术技术方案的基础上，凡根据本专利技术原理对个别部件进行的改进和等同变换，均不应排除在本专利技术的保护范围之外。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于半导体激光准直的反射式垂直度检测系统，其特征在于：该系统包括半导体激光器、半透半反镜、镜面全反射镜、CCD和钻孔器；所述钻孔器采用轴中空的倒T型结构，其端部对应于圆弧物体表面，与端部垂直的延伸部内设置有所述半导体激光器和半透半反镜；位于所述延伸部侧壁设置有一通孔，该通孔的圆心与所述半透半反镜的中心位于同一水平线；所述半导体激光器发射出的激光光束传输至所述半透半反镜后，分为第一透射光和第一反射光；所述第一透射光经透明介质垂直照射在所述圆弧物体表面上后，反射回所述半透半反镜，经所述半透半反镜再次分束成第二透射光和第二反射光；所述第二反射光穿过所述通孔照射在位于所述钻孔器外部的所述镜面全反射镜，所述镜面全反射镜与所述通孔位置对应设置；所述第二反射光经所述镜面全反射镜后反射至所述CCD。

【技术特征摘要】
1.一种基于半导体激光准直的反射式垂直度检测系统，其特征在于：该系统包括半导体激光器、半透半反镜、镜面全反射镜、CCD和钻孔器；所述钻孔器采用轴中空的倒T型结构，其端部对应于圆弧物体表面，与端部垂直的延伸部内设置有所述半导体激光器和半透半反镜；位于所述延伸部侧壁设置有一通孔，该通孔的圆心与所述半透半反镜的中心位于同一水平线；所述半导体激光器发射出的激光光束传输至所述半透半反镜后，分为第一透射光和第一反射光；所述第一透射光经透明介质垂直照射在所述圆弧物体表面上后，反射回所述半透半反镜，经所述半透半反镜再次分束成第二透射光和第二反射光；所述第二反射光穿过所述通孔照射在位于所述钻孔器外部的所述镜面全反射镜，所述镜面全反射镜与所述通孔位置对应设置；所述第二反射光经所述镜面全反射镜后反射至所述CCD。2.如权利要求1所述的一种基于半导体激光准直的反射式垂直度检测系统，其特征在于：所述半导体激光器发射出的激光光束与所述钻孔器同轴。3.如权利要求1所述的一种基于半导体激光准直的反射式垂直度检测系统，其特征在于：所述半透半反镜的分光比为50:50。4.如权利要求1或2或3所述的一种基于半导体激光准直的反射式垂直度检测系统，其特征在于：所述半透半反镜呈倾斜设置在所述钻孔器的延伸部内，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：莫蔚靖，龙忠杰，徐小力，
申请(专利权)人：北京信息科技大学，
类型：发明
国别省市：北京,11