一种3D激光位移传感器制造技术

本发明专利技术提供了一种3D激光位移传感器，属于测量传感技术领域，包括竖直设置的激光器、斜置的镜头、相机、驱控电路、外壳和电讯接口，激光器、镜头和相机与所述驱控电路电讯连接，以实现信息采集的开闭控制；激光器包括低热变系数基线，并增加温度传感器，通过非线性补偿模型进行非线性温度补偿；相机及镜头采用多次曝光模式和相机多谢率曝光模式，能很好的满足实际工作场景下对工件材质及环境温度的适应性要求，便于在工业量检测领域推广应用。便于在工业量检测领域推广应用。便于在工业量检测领域推广应用。

【技术实现步骤摘要】
一种3D激光位移传感器


[0001]本专利技术涉及传感器领域，具体涉及一种3D激光位移传感器。

技术介绍

[0002]位移传感器又称为线性传感器，分为电感式位移传感器、电容式位移传感器、光电式位移传感器、超声波式位移传感器、霍尔式位移传感器，根据运动方式分为直线位移传感器和角度位移传感器。其在工业上得到广泛应用。而3D位移传感器基于激光三角测距原理实现对物体表面轮廓的扫描和测量。每次曝光可以对一条线上成百上千个点同时进行深度信息的探测，通过移动扫描，可以获得物体表面形貌的3D点云，对3D点云进行分析处理就可以实现对物体3D几何特征的精确测量，如台阶高度、平面度、曲面轮廓度等。然而，现有的传感器仍存在成像动态范围问题及温度漂移问题，不能满足实际工作场景下对工件材质及环境温度的适应性要求。因此，亟需一款面向工业多场景下的高精高速高性能3D激光位移传感器。

技术实现思路

[0003]为了克服现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种3D激光位移传感器，其能解决上述问题。
[0004]一种3D激光位移传感器，所述3D激光位移传感器包括竖直设置的激光器、斜置的镜头、相机、驱控电路、外壳和电讯接口，所述激光器、镜头、相机和驱控电路内置于所述外壳中，所述电讯接口安装至所述外壳上，其中，所述激光器、镜头和相机与所述驱控电路电讯连接，以实现信息采集的开闭控制；其中，所述激光器包括低热变系数基线，并增加温度传感器，通过非线性补偿模型进行非线性温度补偿。
[0005]进一步的，所述激光器包括激光二极管和激光控制驱动单元，所述激光控制驱动单元与所述驱控电路连接并接收电源与驱控指令。
[0006]进一步的，所述相机的驱动电路与所述区控电路连接并接收电源、成像信息以及驱控指令；所述相机及镜头采用多次曝光模式和相机多谢率曝光模式，实现160dB的动态范围。
[0007]相比现有技术，本专利技术的有益效果在于：使用本专利技术的3D激光位移传感器，通过温度补偿方案解决了温度漂移问题，且多次曝光模提高测速，能很好的满足实际工作场景下对工件材质及环境温度的适应性要求，便于在工业量检测领域推广应用。
附图说明
[0008]图1为本专利技术3D激光位移传感器结构示意图；
[0009]图2为本专利技术3D激光位移传感器的实物图。
[0010]图中：
[0011]1、激光器；11、激光二极管；11、激光控制驱动单元；
[0012]2、斜置的镜头；
[0013]3、相机；
[0014]4、驱控电路；
[0015]5、外壳；
[0016]6、电讯接口。
具体实施方式
[0017]为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，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，所描述的实施例是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通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。
[0018]一种3D激光位移传感器，参见图1和图2，3D激光位移传感器包括竖直设置的激光器1、斜置的镜头2、相机3、驱控电路4、外壳5和电讯接口6。
[0019]布置关系：所述激光器1、镜头2、相机3和驱控电路4内置于所述外壳5中，所述电讯接口6安装至所述外壳5上，其中，所述激光器1、镜头2和相机3与所述驱控电路4电讯连接。
[0020]所述激光器1包括激光二极管11和激光控制驱动单元12，所述激光控制驱动单元12与所述驱控电路4连接并接收电源与驱控指令。
[0021]所述相机3的驱动电路与所述区控电路4连接并接收电源、成像信息以及驱控指令；以实现信息采集的开闭控制。
[0022]其中，激光器1和镜头2按沙姆定律布置成夹角设置。具体示例中，相机3可以采用CMOS或CCD相机，该处优选CMOS。
[0023]在外壳5上对应激光器1和镜头2下方开设激光发射窗(图未示)。
[0024]低温度漂移结构设计与温度补偿技术：所述激光器1包括低热变系数基线，并增加温度传感器(图未示)，通过非线性补偿模型进行非线性温度补偿。软硬件结合的温度补偿方案，以低热膨胀材料制作3D激光位移传感器基线，并以基线为基准进行整机的结构设计，再建立非线性补偿模型，根据基线温度对传感器的测量值进行补偿。低热膨胀的基线使线激光在较大温度范围内仅产生很小的测量值偏移，而非线性补偿模型，可以更加准确的反映系统温度漂移。此处的温度补偿模型及算法采用现有温度补偿技术即可。本方案在硬件上保证了传感器的测量精度，并考虑了光学器件畸变等引入的非线性因素，因此可以在更大的温度范围内得到更高的测量精度。
[0025]高动态成像技术：所述相机3及镜头2采用多次曝光模式和相机多谢率曝光模式，目标实现高达160dB的超高动态范围，而且每个位置的轮廓都在最佳图像中提取，保证轮廓提取的精度。
[0026]具体示例中，激光器1的波长为300nm～500nm、工作距离为25mm～100mm、线宽为15um～50um、线长>5mm。
[0027]根据上述方案获得的预期两款产品参数如下表所示：
[0028]项目号TZLS
‑
1000TZLS
‑
2000X像素数12802048Z像素数10241400
像元尺寸(um)6.6
×
6.66.6
×
6.6Z向测量范围(mm)4050垂直分辨率(um)1.1|1.3|1.51.25参考工作范围(mm)90＞84
[0029]其中，激光二极管11和镜头2的相关参数如下：
[0030]波长：300nm～500nm波长；
[0031]工作距离：25mm～100mm；
[0032]线宽：15um～50um；
[0033]焦深：>
±
1mm；
[0034]线长：>5mm；
[0035]景深：
±1‑
30mm(景深取决于Z方向分辨率和CMOS像元数)；
[0036]扇角：TZLS
‑
1000为15
°
～45
°
；TZLS
‑
4000为21
°
。
[0037]最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本专利技术的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本专利技术进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本专利技术各实施例技术方案的精神和范围。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种3D激光位移传感器，其特征在于：所述3D激光位移传感器包括竖直设置的激光器(1)、斜置的镜头(2)、相机(3)、驱控电路(4)、外壳(5)和电讯接口(6)，所述激光器(1)、镜头(2)、相机(3)和驱控电路(4)内置于所述外壳(5)中，所述电讯接口(6)安装至所述外壳(5)上，其中，所述激光器(1)、镜头(2)和相机(3)与所述驱控电路(4)电讯连接，以实现信息采集的开闭控制；其中，所述激光器(1)包括低热变系数基线，并增加温度传感器，通过非线性补偿模型进行非线性温度补偿。2.根据权利要求1所述的3D激光位移传感器，其特征在于：所述激光器(...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨鹏，骆聪，刘路青，袁春辉，唐磊，杨君，曹葵康，蔡雄飞，
申请(专利权)人：苏州天准科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：