一种直线运动激光导航测量装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种直线运动激光导航测量装置，包括激光光源，激光光源的发射端连接有光学准直系统，光学准直系统的照射区设置有二维ＰＳＤ，二维ＰＳＤ安装在控制电机驱动的工作台上，工作台安装在小车上，二维ＰＳＤ与信号调理电路连接，信号调理电路与Ａ／Ｄ转换器连接，Ａ／Ｄ转换器通过Ａ／Ｄ转换器与单片机连接，单片机再与控制电机连接。其中的信号调理电路又包括电流／电压放大器、差动放大器、采样／保持器依次连接。本实用新型专利技术以激光光束为导引基准，利用光电传感器对该基准做非接触测量，并通过单片机进行数据处理，控制电机引导小车回到正确位置。本实用新型专利技术实现了非接触自动导向功能，广泛应用于物流配送等行业的自动导向小车的导向系统中。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

Linear motion laser navigation measuring device

The utility model discloses a linear motion laser navigation measurement device includes a laser light source, laser light source of the transmitter is connected with a collimating optical system, the exposure area collimating optical system equipped with 2D PSD, 2D PSD installation work drive motor in the control on the worktable is mounted on a vehicle, connected with 2D PSD signal conditioning circuit, signal conditioning circuit is connected with the A / D converter, A / D converter through A / D converter connected with the MCU, microcontroller connected with motor control. The signal conditioning circuit includes current / voltage amplifier, differential amplifier and sample / hold device in turn. The utility model takes the laser beam as the guiding standard, uses the photoelectric sensor to do non-contact measurement of the reference, and processes data through a single chip microcomputer to control the motor to lead the trolley back to the correct position. The utility model realizes the non-contact automatic guiding function, and is widely used in the guiding system of an automatic guiding car in the logistics and distribution industries.

【技术实现步骤摘要】

本技术属于激光导航测量
，涉及一种直线运动激光导航测 量装置。
技术介绍
运动导引系统广泛存在于有确定性运动需要的系统中。导引系统中常用 的导向方式是机械导轨式，这种导向方式的优点是精度易于保证，并且随着 导轨加工装配精度的不同，可以满足不同运动精度的需求；其缺点是不宜挪 动，并且加工装配成本随着运动范围的扩大而提高。随着技术的不断发展， 新的导向方式不断出现，如电磁感应导向、惯性导向、红外线导向、激光导 向、光学导向、示教型导向等，这些导向方式的优点是可实现非接触自动导 向功能，广泛应用于物流配送等行业的自动导向小车的导向系统中。随着人们对遥测和非接触式位置测量的旺盛需求，促进了 PSD技术的 发展。PSD如今已渗透到现代科技的方方面面，例如集成电路生产中的步长 控制仪、导弹的精密制导、形状检测等。随着它理论的成熟和产品的多样化， 在其所具有的非接触性的基础上也在向着小型化、集成化、数字化、智能化 等方面发展，它必将以其优异的性能在测量
获得广泛的应用。PSD 测量系统的发展方向主要在两个方面， 一是PSD器件性能的提高，近年来 PSD器件的研究已有进展，分辨力大大提高，已有分辨力高达0.2 ，的PSD， 线性度和稳定度也有改善。二是计算机及新的信号处理技术的研究与应用， 利用微机可简化电路设计，使系统设计更灵活，且可实现各种非理想因素(如非线性)的补偿，大大提高测量精度，使各种信号处理算法容易实现，信号 采集速度高，可大大提高测量速度。现有的光电感光器件用于做非接触测量，PSD接收光源的光信号而输出 的电流信号很微弱，并且背景光的存在也对有用信号造成干扰，影响了测量 精度，整个测量装置的线性度和稳定度还不够。
技术实现思路
本技术的目的是提供一种直线运动激光导航测量装置，解决了现有技术中存在的PSD接收光源的光信号而输出的电流信号很微弱，并且背景 光的存在也对有用信号造成干扰，整个测量装置的测量精度、线性度和稳定 度还不够的问题。本技术所采用的技术方案是， 一种直线运动激光导航测量装置，包 括激光光源，激光光源的发射端连接有光学准直系统，光学准直系统的照射 区设置有二维PSD， 二维PSD安装在控制电机驱动的工作台上，工作台安装 在小车上，二维PSD与信号调理电路连接，信号调理电路通过A/D转换器 与单片机连接，单片机再与控制电机连接，控制电机安装在工作台上。信号调理电路包括电流/电压放大器、差动放大器、采样/保持器依次 连接。A/D转换器选用ADC0809。 激光光源选用氦氖激光器。本技术的有益效果是，解决了 PSD接收光源的光信号而输出的电 流信号很微弱，并且背景光的存在也对有用信号造成干扰的问题，整个测量 装置的测量精度、线性度和稳定度都明显提高，并且结构简单，操作方便， 制作成本降低。附图说明图1是本技术的工作原理示意图2是本技术的一个实施例示意图3是图2实施例的电流/电压放大器原理图4是图2实施例的差动放大器电路图。图屮，1、激光光源，2、光学准直系统，3、 二维PSD， 4、工作台，5、 单片机，6、控制电机，7、信号调理电路，8、 A/D转换器。具体实施方式以下结合附图和具体实施方式对本技术进行详细说明。 激光导航系统利用激光准直原理进行定向控制，当需定向的小车装有光 电接收器时，通过自动控制系统控制电机对二维工作台进行调整，以满足小 车直线运动的需要。依据这一测量要求，利用PSD的光斑定位原理进行二维 位置检测。激光光束作为测量基准，由激光器发出后，通过光学准直系统， 在PSD光敏面上形成光斑。PSD将光斑的位置信息转换成电流信号输出，但 电流信号很微弱且伴有噪声，需经过信号调理电路进行信号处理。A/D转换 器把模拟信号转换成数字信号，以便计算机对数据进行进一步的运算，计算 出小车偏离激光光束的位置。然后，计算机向小车发出偏差信号，以使小车 回到光束中心。本技术包括激光光源1，激光光源1的发射端连接有光学准直系统 2，光学准直系统2的照射区设置有二维PSD3， 二维PSD3安装在控制电机驱 动的工作台上，工作台安装在小车上，二维PSD3与信号调理电路7连接， 信号调理电路7与A/D转换器8连接，A/D转换器8与单片机5连接，单 片机5再与控制电机6连接，控制电机6安装在工作台4上。信号调理电路7包括电流/电压放大器、差动放大器、采样/保持器依 次连接。如图1所示，本技术的工作过程是，激光光源l发出的光束经过光学准直系统2的准直，照射到二维PSD3上，小车带着工作台向前运动，工 作台上的二维PSD3将得到的光电信号输入信号调理电路7，再经过A / D转 换器8的进一步处理后输入单片机5，单片机5再根据数据的处理结果向控 制电机发出指令，控制电机工作，将工作台修正到正确的轴线上，保证工作 台的直线运动。PSD接收光源的光信号而输出的电流信号很微弱，并且背景光的存在也 对有用信号造成干扰，所以由信号调理电路进行信号处理，使输出信号能够 精确地反映被测对象的位置信息。根据PSD的位置解算公式进一步进行除法 运算，得到小车的位置参数，以便进行自动控制。PSD工作原理基于横向光点效应。PSD属于大面积的PN结敏感器，在PN 结的四周设有电极，当PSD的敏感面受到光斑局部非均匀照射时，在其敏感 面上将建立与光斑位置相关的平行于敏感面的横向电动势，如果光斑持续照 射，并在PSD的电极上接有外电路，则将形成向四周电极流动的电流，电流 的大小与光斑的位置有关，从而根据电流的大小可计算出光斑的位置，这就 是PSD的光斑定位机理的简单描述。要获得随动点的位置信息，必须对PSD的各信号电极输出的电流信号进 行处理。根据PSD原理及光点位置(x， y)的表达式，转换电路首先应对PSD 输出的光电流进行电流一电压转换并放大，再按转换公式的要求，通过加、 减运算放大器进行预置相加和相减运算，最后通过模拟除法器相除，得到与 光能大小无关的位置信号。因此每个电路都主要包括电流/电压放大器、加法器、减法器、除法器 等几个部分。其中对于两面分流型二维PSD，由于没有公共电极引出，反偏 电压是通过底面信号电极加上去的。同时，由于其暗电流较大，故在处理电 路中加入了调零电路。如图2所示，是本技术的一个实施例示意图，激光光源l选用氦氖激光器，氦氖激光器是放电激励的具有连续输出特性的原子气体激光器，它在可见和红外波段可产生多条激光谱线，其中最强的是632.8,、 u^附和3-39戶三条谱线，632.8"附(红光)谱线应用最多。这种激光器的输出只有毫瓦级，1 2m长的放电管可到几十毫瓦，最大可达1瓦。光束质量好，发散角小(1 2mrad)，单色性好，加之有可见光输出，当输出为基(横)模(^M。。) 时其光强按高斯曲线分布有利于提高测量灵敏度等原因，在激光准直应用中 普遍采用这种激光管。利用激光方向性好的特点，将激光束通过望远镜系统 射出，在需要准直的点上用光电探测器接受。'A/D转换器8选用ADC0809，与采样一保持器的精度相匹配。ADC0809 的核心是一个逐次逼近式的A/D转换电路，能采集8路0 5V的电压信号， 由逐次逼近逻辑将多路转移器输出的模拟电压转换本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种直线运动激光导航测量装置，其特征在于，包括激光光源（１），激光光源（１）的发射端连接有光学准直系统（２），光学准直系统（２）的照射区设置有二维ＰＳＤ（３），二维ＰＳＤ（３）安装在控制电机驱动的工作台上，工作台安装在小车上，二维ＰＳＤ（３）与信号调理电路（７）连接，信号调理电路（７）通过Ａ／Ｄ转换器（８）与单片机（５）连接，单片机（５）再与控制电机（６）连接，控制电机（６）安装在工作台（４）上。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：乔卫东，马薇，于殿泓，
申请(专利权)人：西安理工大学，
类型：实用新型
国别省市：87[中国|西安]