环境光自适应位移测量装置及其测量方法制造方法及图纸

一种环境光自适应位移测量装置及其测量方法，涉及精密检测技术领域，所解决的是提高检测精度的技术问题。该装置包括光发射器件、光学镜组、光接收器件和数据处理单元；所述数据处理单元内设有曝光时间调整模块和光强调整模块；所述曝光时间调整模块用于检测光斑像中环境光的平均强度；所述光强调整模块用于检测光斑像的光强峰值；测量时，先由光发射器件向被测物体表面发射一束光束使被测物体表面产生光斑，该光斑的反射光线经光学镜组聚焦后由光接收器件接收并送至曝光时间调整模块和光强调整模块分析，然后根据分析结果自适应调节光接收器件的曝光时间及光发射器件的发射光束强度。本发明专利技术提供的装置，检测精度高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及精密检测的技术，特别是涉及一种环境光自适应位移测量装置及其测 量方法的技术。
技术介绍
基于激光三角的位移测量方法因为其非接触、适用范围广，得到越来越广泛的应 用，常见基于激光三角的位移测量方法的基本原理是，光源(例如LED、激光等)通过透镜发 出一条检测光束，照射到被测物体表面形成光斑，该光斑通过单个透镜或一个接收镜组在 光接收器件装置上的对应位置处成像，物体位移与光斑像在光接收器件上的位置相对应， 通过识别光斑像在光接收器件上的位置，即可得到被测物体的位移。现有的基于激光三角的位移测量方法中，往往采用PSD作为光斑像定位元件，由 于PSD无法调节曝光时间，需要通过加滤光片等方法从光路本身减弱环境光产生的信号噪 声，信号的调节往往采用调节发射光束的强度和发射时间的方法。目前还有一种方法是采 用(XD/CM0S作为光斑像定位元件，这种方法在环境光干扰过大的情况下会产生大量的噪 声，带来较大的位移误差，因此其检测精度也较低。
技术实现思路
针对上述现有技术中存在的缺陷，本专利技术所要解决的技术问题是提供一种检测精 度高的。为了解决上述技术问题，本专利技术所提供的一种环境光自适应位移测量装置，包括 光发射器件、光学镜组、光接收器件和数据处理单元；所述光发射器件用于向被测物体表面 发射光束使被测物体表面产生光斑，所述光学镜组用于接收被测物体表面光斑的反射光线 并聚焦成像，所述光接收器用于接收光学镜组的成像，并将成像转换为采样数据，所述数据 处理单元电气连接光接收器件及光发射器件，其特征在于所述数据处理单元内设有曝光 时间调整模块和光强调整模块；所述曝光时间调整模块包括三个比较器、一个计数器、一个累加器、一个除法器和 一个逻辑门芯片；所述三个比较器分别为第一比较器、第二比较器和第三比较器；所述光强调整模块包括第四比较器和锁存器；所述光接收器件连接并输出数据至第一比较器、第四比较器和锁存器；所述第一比较器分别连接并输出数据至计数器、累加器，所述计数器连接并输出 数据至第二比较器、除法器，所述累加器连接并输出数据至除法器，所述除法器连接并输出 数据至第三比较器，所述第二、第三比较器连接并输出数据至逻辑门芯片，所述逻辑门芯片 连接并控制光接收器件的曝光时间；所述第四比较器连接并输出数据至锁存器，所述锁存器的输出分两路，一路连接 并输出数据至第四比较器，另一路连接并控制光发射器件的发射光束强度。进一步的，还包括一个脉冲信号发生器，所述脉冲信号发生器连接并控制光接收器件、光发射器件同步运行。进一步的，所述光接收器件是(XD。本专利技术所提供的环境光自适应位移测量装置的位移测量方法，其特征在于，具体 步骤如下A、设定第一比较器中的环境光信号阈值，第二比较器中的环境光数量阈值，第三 比较器中的环境光过弱阈值和环境光过强阈值，光发射器件中的光束强度过弱阈值和光束 强度过强阈值；B、先由光发射器件向被测物体表面发射一束光束使被测物体表面产生光斑，被测 物体表面光斑的反射光线经光学镜组聚焦为光斑像后由光接收器件接收；C、光接收器件将光斑像分别送至曝光时间调整模块和光强调整模块分析；所述步骤C中，曝光时间调整模块分析光斑像的具体步骤如下1)将计数器和累加器清零；2)光接收器件将一帧光斑像转换为串行数据传送给第一比较器；3)第一比较器将所接收到的数据与环境光信号阈值逐一比较，直至该帧光斑像的 数据比较完毕；其中，当第一比较器检测到数据值低于环境光信号阈值时，即将该数据值认定为 环境光信号，随即将该数据送入累加器中与累加器中的数据进行累加，同时使计数器中的 环境光数量加1 ；4)计数器将计数结果送至第二比较器和除法器，累加器将累加结果送至除法器；5)除法器将累加器中的数据与计数器中的环境光数量相除，得到环境光的平均强 度后送至第三比较器；6)第二比较器将环境光数量与环境光数量阈值进行比较，并将比较结果送至逻辑 门芯片；其中，当环境光数量低于环境光数量阈值时，认定为环境光数量太少，此时第二比 较器输出0，反之则认定为环境光数量较多，此时第二比较器输出1 ；7)第三比较器将环境光的平均强度与环境光过弱阈值、环境光过强阈值分别比 较，并将比较结果分别送至逻辑门芯片；其中，环境光的平均强度与环境光过弱阈值比较时，若环境光的平均强度值低于 环境光过弱阈值，则认定为曝光时间过短，此时第三比较器输出0，反之则输出1 ；其中，环境光的平均强度与环境光过强阈值比较时，若环境光的平均强度值高于 环境光过强阈值，则认定为曝光时间过长，此时第三比较器输出0，反之则输出1 ；8)逻辑门芯片对第二比较器的比较结果和第三比较器的两个比较结果进行逻辑 运算，并根据运算结果调整光接收器件的曝光时间；其中，当第二比较器的比较结果为环境光数量太少时，逻辑门芯片将光接收器件 的曝光时间延长；其中，当第三比较器的比较结果为环境光数量较多，而且第三比较器的比较结果 为曝光时间过短时，逻辑门芯片将光接收器件的曝光时间延长；其中，当第三比较器的比较结果为环境光数量较多，而且第三比较器的比较结果 为曝光时间过长时，逻辑门芯片将光接收器件的曝光时间缩短；所述步骤C中，光强调整模块分析光斑像的具体步骤如下1)将锁存器清零；2)光接收器件将一帧光斑像转换为串行数据传送给第四比较器和锁存器；3)第四比较器将所接收到的光斑像的数据与锁存器的输出数据逐一比较，直至该 帧光斑像的数据比较完毕后找出该帧光斑像的串行数据峰值，找出的串行数据峰值由锁存 器发送至光发射器件；其中，当第四比较器检测到输入的数据值高于锁存器的输出数据值时，即向锁存 器输出一个锁存信号，锁存器收到锁存信号后将输入的数据值保存到输出端，使其输出端 输出的数据值更新为当前输入的数据值；4)光发射器件将锁存器送来的光斑像的串行数据峰值，与设定的光束强度过弱阈 值和光束强度过强阈值进行比较；其中，当光斑像的串行数据峰值低于光束强度过弱阈值时，则对当前光束的强度 信号进行增加调节；其中，当光斑像的串行数据峰值高于光束强度过强阈值时，则对当前光束的强度 信号进行减小调节。本专利技术提供的，通过曝光时间调整模块 检测光接收器件接收到的光斑像中环境光的平均强度，通过光强调整模块检测光接收器件 接收到的光斑像的光强峰值，并根据曝光时间调整模块和光强调整模块的检测结果调整光 接收器件的曝光时间及光发射器件的发射光束强度，因此能根据环境光的变化自适应调节 曝光时间及发射光束强度，减少环境光的影响，其检测精度较高。附图说明图1是本专利技术实施例的环境光自适应位移测量装置的光路及结构示意图；图2是本专利技术实施例的环境光自适应位移测量装置中的曝光时间调整模块和光 强调整模块的结构示意图；图3是本专利技术实施例的环境光自适应位移测量装置的工作时序图。 具体实施例方式以下结合附图说明对本专利技术的实施例作进一步详细描述，但本实施例并不用于限 制本专利技术，凡是采用本专利技术的相似结构及其相似变化，均应列入本专利技术的保护范围。如图1所示，本专利技术实施例所提供的一种环境光自适应位移测量装置，包括光发 射器件10、光学镜组13、光接收器件14和数据处理单元15 ；所述光发射器件10用于向被 测物体12表面发射光束使被测物体12表面产生光斑，所述光学镜组13用于接收被测物体 12表面光本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种环境光自适应位移测量装置，包括光发射器件、光学镜组、光接收器件和数据处理单元；所述光发射器件用于向被测物体表面发射光束使被测物体表面产生光斑，所述光学镜组用于接收被测物体表面光斑的反射光线并聚焦成像，所述光接收器用于接收光学镜组的成像，并将成像转换为采样数据，所述数据处理单元电气连接光接收器件及光发射器件，其特征在于：所述数据处理单元内设有曝光时间调整模块和光强调整模块；所述曝光时间调整模块包括三个比较器、一个计数器、一个累加器、一个除法器和一个逻辑门芯片；所述三个比较器分别为第一比较器、第二比较器和第三比较器；所述光强调整模块包括第四比较器和锁存器；所述光接收器件连接并输出数据至第一比较器、第四比较器和锁存器；所述第一比较器分别连接并输出数据至计数器、累加器，所述计数器连接并输出数据至第二比较器、除法器，所述累加器连接并输出数据至除法器，所述除法器连接并输出数据至第三比较器，所述第二、第三比较器连接并输出数据至逻辑门芯片，所述逻辑门芯片连接并控制光接收器件的曝光时间；所述第四比较器连接并输出数据至锁存器，所述锁存器的输出分两路，一路连接并输出数据至第四比较器，另一路连接并控制光发射器件的发射光束强度。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张磊，赵辉，刘伟文，陶卫，
申请(专利权)人：上海雷尼威尔测量技术有限公司，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]