一种基于三角测量法的彩色三角位移传感器及其测量方法技术

本发明专利技术提供了一种基于三角测量法的彩色三角位移传感器及其测量方法，采用复色点光源为入射光线，实现了用像面能量最高点的位置来表征被测物体高度信息的方法，由于采用复色点光源代替现有技术中的激光点光源，因此彩色三角位移传感器可以具有更高的分辨率，同时利用圆孔对被测物体表面非聚焦波长的反射光线进行过滤，使得仅仅聚焦在被测物体表面上的特定波长的反射光线可以传输到线型探测器，从而使得彩色三角位移传感器具有更高的信噪比，因此本实施例所提供的彩色三角位移传感器及其测量方法，有效的提高了信噪比，可获取到更为准确的物体表面高度信息。

A color triangle displacement sensor and its measurement method based on triangle measurement

【技术实现步骤摘要】
一种基于三角测量法的彩色三角位移传感器及其测量方法
本专利技术涉及高精度测量
，尤其涉及的是一种基于三角测量法的彩色三角位移传感器及其测量方法。
技术介绍
随着工业技术发展，技术人员对测量精度的要求也越来越高，激光三角位移法作为一种高精度的无损检测方式，已广泛应用于物体的厚度、形状等物理量的测量。激光三角位移法实现了线阵或面阵感光元件上信号波峰的位置和被测物体表面的高度信息直接对应，通过提取线阵或面阵感光元件上采集到的信号波峰位置来表征出被测物体的高度信息，但对于被测物体表面形状较为复杂的区域，激光三角位移传感器接收到的信号往往会出现波峰位置偏移或者出现多个波峰的问题，从而导致被测物体表面高度信息不准确。因此，现有技术有待于进一步的改进。
技术实现思路
鉴于上述现有技术中的不足之处，本专利技术提供了一种基于三角测量法的彩色三角位移传感器及其测量方法，克服了现有技术中的激光三角位移传感器测量表面形状较复杂区域的物体表面高度时准确度低的缺陷。第一方面，本实施例公开了一种基于三角测量法的彩色三角位移传感器，其中，包括：复色点光源、第一色散透镜组、第二色散透镜组，滤光器、聚焦透镜组、线阵探测器和处理器；所述复色点光源，用于发出复色光；所述第一色散透镜组，用于对所述复色光进行轴向色散，并将色散出的含有不同波长的光线聚焦到被测物体表面上；所述第二色散透镜组，用于接收所述被测物体表面反射的反射光束，并将所述反射光束投射到滤光器；所述滤光器，位于所述第二色散透镜组的焦平面上，用于接收所述第二色散透镜组透射的反射光束，并过滤出特定波长范围的反射光束；其中，特定波长范围为聚焦在所述被测物体表面上光线的波长范围；聚焦透镜组，用于接收所述滤光器过滤出的反射光束，并将所述反射光束聚焦到线阵探测器上；所述线阵探测器，用于接收反射光束，获取所述反射光束像点的位置信息，并将获取的所述位置信息传输至处理器；所述处理器，用于根据所述位置信息得到被测物体表面的高度信息。可选的，所述复色点光源包括：白光LED和用于对所述白光LED发出的白光进行整形的整形镜片组。可选的，所述第一色散透镜组和第二色散透镜组结构对称。可选的，所述第一色散透镜组或第二色散透镜组包括至少一个球面透镜。可选的，所述滤光器为圆孔，所述圆孔设置在所述第二色散透镜组的焦平面上，用于滤除被测物体表面反射出的非聚焦波长的光线。可选的，所述线阵探测器为线阵CCD或CMOS。第二方面，一种彩色三角位移传感器的测量方法，其中，包括：利用第一色散透镜组对复色光进行色散，并将色散出的含有不同波长的光线聚焦到被测物体表面上；利用线阵探测器获取所述被测物体表面反射的反射光束像点的位置信息，并将所述位置信息发送至处理器；所述处理器根据所述位置信息得到被测物体的高度信息。可选的，所述对复色光进行色散的步骤之前，包括：利用白光LED发出白光，并将所述白光入射到整形镜片组，通过所述整形镜片组对所述白光进行整形后发出。可选的，所述利用线阵探测器获取所述被测物体表面反射的反射光束像点的位置信息的步骤之前，还包括：利用第二色散透镜组接收被测物体表面上反射的反射光束，并将所述反射光束出射到滤光器上，利用所述滤光器对所述反射光束进行过滤，过滤出特定波长范围的反射光束；将过滤后的所述反射光束聚焦到线阵探测器上；可选的，所述滤光器为圆孔，并且所述圆孔设置在所述第二色散透镜组的焦平面上。与现有技术相比，本专利技术实施例具有以下优点：根据本专利技术实施方式提供的方法，采用复色点光源为入射光源，实现了用像面能量最高点的位置来表征被测物体高度信息的方法，由于采用复色点光源代替现有技术中的激光点光源，因此彩色三角位移传感器可以具有更高的分辨率，同时利用圆孔对被测物体表面反射的非聚焦波长光线进行过滤，使得仅聚焦在被测物体表面上的特定波长的反射光线可以传输到线型探测器内，从而使得彩色三角位移传感器具有更高的信噪比，因此本实施例所提供的彩色三角位移传感器及其测量方法，具有更高的信噪比，可以更准确的获取物体表面的高度信息。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术中记载的一些实施例，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的附图。图1是本专利技术实施例中一种基于三角测量法的彩色三角位移传感器的结构示意图；图2是本专利技术实施例中点光源的整形示意图；图3是本专利技术实施例中第一色散透镜组中光线的色散示意图；图4是本专利技术实施例中第二色散透镜组中光线的示意图；图5是本专利技术实施例中基于三角测量法的彩色三角位移传感器的测量方法步骤流程图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本专利技术进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。专利技术人发现现有技术中的激光三角位移传感器在测量形状复杂表面时，易出现采集到的信号出现波形变形或者多个波峰问题，无法获取到较为准确的测量结果，为了克服现有技术中激光三角位移传感器测量数据准确度低的缺陷，本专利技术提供了一种基于三角测量法的彩色三角位移传感器及其测量方法。本实施例所提供彩色三角位移传感器工作原理为：使用点光源发出复色光，由点光源发出的复色光经过第一色散透镜组会发生色散，色散使复色光中不同波长的光线具有不同高度的焦点，不同波长的光线聚焦到被测物体表面的不同高度处；被测物体表面对接收到的入射光线进行反射，形成反射光线，所述反射光线依次经过第二色散透镜组，滤光器和聚焦透镜组，最后聚焦到线阵探测器上，所述线阵探测器获取所述反射光线像点的位置信息，并将所述位置信息传输至处理器，所述处理器根据接收到的位置信息得到所述被测物体表面上的高度信息。下面结合具体实施例，对本实施例所公开的传感器及其测量方法做进一步的说明。实施例1本实施例公开了一种基于三角测量法的彩色三角位移传感器，如图1所示，包括：复色点光源10、第一色散透镜组20、第二色散透镜组40，滤光器50、聚焦透镜组60、线阵探测器70和处理器；所述复色点光源10，用于发出复色光。所述第一色散透镜组20，用于接收所述复色光，对所述复色光进行轴向色散，并将色散出的含有不同波长的光线聚焦到被测物体30表面上。第一色散透镜组20由1个或者1个以上的镜片组成，通过优化各镜片的光焦度和它们的空气间隔等参数，使第一色散透镜组有很小的球差，较大的轴上色差。复色光经过第一色散透镜组20后，不同波长的光在光轴上有不同的焦点，由于存在较大的轴上色差，所以复色光会在轴上有较大的色散范围。在实际测量中，第一色散透镜组20以一定的角度本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于三角测量法的彩色三角位移传感器，其特征在于，包括：复色点光源、第一色散透镜组、第二色散透镜组，滤光器、聚焦透镜组、线阵探测器和处理器；/n所述复色点光源，用于发出复色光；/n所述第一色散透镜组，用于对所述复色光进行轴向色散，并将色散出的含有不同波长的光线聚焦到被测物体表面上；/n所述第二色散透镜组，用于接收所述被测物体表面反射的反射光束，并将所述反射光束投射到滤光器；/n所述滤光器，位于所述第二色散透镜组的焦平面上，用于接收所述第二色散透镜组透射的反射光束，并过滤出特定波长范围的反射光束；其中，特定波长范围为聚焦在所述被测物体表面上光线的波长范围；/n聚焦透镜组，用于接收所述滤光器过滤出的反射光束，并将所述反射光束聚焦到线阵探测器上；/n所述线阵探测器，用于接收反射光束，获取所述反射光束像点的位置信息，并将获取的所述位置信息传输至处理器；/n所述处理器，用于根据所述位置信息得到被测物体表面的高度信息。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于三角测量法的彩色三角位移传感器，其特征在于，包括：复色点光源、第一色散透镜组、第二色散透镜组，滤光器、聚焦透镜组、线阵探测器和处理器；
所述复色点光源，用于发出复色光；
所述第一色散透镜组，用于对所述复色光进行轴向色散，并将色散出的含有不同波长的光线聚焦到被测物体表面上；
所述第二色散透镜组，用于接收所述被测物体表面反射的反射光束，并将所述反射光束投射到滤光器；
所述滤光器，位于所述第二色散透镜组的焦平面上，用于接收所述第二色散透镜组透射的反射光束，并过滤出特定波长范围的反射光束；其中，特定波长范围为聚焦在所述被测物体表面上光线的波长范围；
聚焦透镜组，用于接收所述滤光器过滤出的反射光束，并将所述反射光束聚焦到线阵探测器上；
所述线阵探测器，用于接收反射光束，获取所述反射光束像点的位置信息，并将获取的所述位置信息传输至处理器；
所述处理器，用于根据所述位置信息得到被测物体表面的高度信息。


2.根据权利要求1所述的基于三角测量法的彩色三角位移传感器，其特征在于，所述复色点光源包括：白光LED和用于对所述白光LED发出的白光进行整形的整形镜片组。


3.根据权利要求1所述的基于三角测量法的彩色三角位移传感器，其特征在于，所述第一色散透镜组和第二色散透镜组结构对称。


4.根据权利要求3所述的基于三角测量法的彩色三角位移传感器，其特征在于，所述第一色散透镜组或第二色散透镜组包括至少一个球面透镜。


5.根据权利要求1-4任一项...

【专利技术属性】
技术研发人员：王前程，王国安，郑泽鹏，黄碧华，周飞，吴伟锋，孙久春，
申请(专利权)人：海伯森技术深圳有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44