CN102062579A - 一种用线阵ccd测量激光束位置与线宽的检测方法及其装置 - Google Patents

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孙建华
袁科
何先灯
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Abstract

本发明涉及一种用线阵CCD测量激光束位置与线宽的检测方法及其装置。所述方法包括以下步骤：1)获取入射激光线束的高斯曲线；2)根据高斯曲线对激光束的位置与线宽进行检测。本发明可以对激光线束的绝对和相对位置进行检测，以及线束的线宽检测等；可以转化为对位移、长度、角位移等的测量；如应用此方法进行平台的变形和振幅检测，对一字线激光进行线直度测量，激光仪器的综合检测等。

Description

一种用线阵CCD测量激光束位置与线宽的检测方法及其装置 
技术领域
本发明涉及一种激光束位置与线宽的检测方法及其装置，尤其涉及一种用线阵CCD测量激光束位置与线宽的检测方法及其装置。 
背景技术
目前做激光线束的位置测量目前主要利用面阵CCD作为信号采集元件，通过面阵CCD来对激光线束进行成像，通过图像采集、数字图像处理，提取激光线束在CCD上的投影位置信息，从而得出激光束的位置和线宽。或通过已开发好面阵CCD对，如监视器等，对激光线束采用摄像方法后人眼观测进行测量。前者开发和应用复杂，而且测量精度较低，只能作为静态检测；后者测量精度很低，人工读数不利于推广和应用。 
线阵CCD具有结构简单，成本较低，并且由于其单排感光单元的数目可以做得很多，在同等测量精度的前提下，其测量范围可以做的较大，并且由于线阵CCD实时传输光电变换信号和自扫描速度快、频率响应高，能够实现动态测量，并能在低照度下工作，所以线阵CCD广泛地应用，目前在产品尺寸测量和分类、非接触尺寸测量、条形码等许多领域应用较多。 
发明内容
为了解决背景技术中存在的上述技术问题，本发明提供了一种用线阵CCD测量激光束位置与线宽的检测方法及其装置。本发明是对线阵CCD在激光位置测量领域的一个新的拓展，及应用线阵CCD测量激光束位置与线宽信息后；可以转化为对位移、长度、角位移等的测量；如应用此方法进行平台的变形和振幅检测，对一字线激光进行线弯曲度检测(如激光线束检测仪)，激光仪器的综合检测，光学不平行度检测，轨道直线度检测、轨道变化量检测等等。 
本发明的技术解决方案是：本发明提供了一种用线阵CCD测量激光束位置与线宽的检测方法，其特殊之处在于：所述方法包括以下步骤： 
1)获取入射激光线束的高斯曲线； 
2)根据高斯曲线对激光束的位置与线宽进行检测。 
上述步骤1)的具体实现方式是： 
1.1)激光线束入射到线阵CCD的感光面上； 
1.2)获取入射激光线束在CCD感光面上的每一象元点的高斯曲线。 
上述步骤2)的具体实现方式是： 
2.1)用每一象元点的高斯曲线所形成的包络的两边沿做激光线束的边缘，并取两边沿内像元点的个数； 
2.2)取两边沿内像元点的个数为激光的相对线宽； 
2.3)取相对线宽的中心作为激光线束的位置中心，以相对线宽的中心对应的象元点的绝对位置为激光线束的位置。 
本发明还提供一种用线阵CCD测量激光束位置与线宽的检测装置，其特殊之处在于：所述装置包括FPGA处理***和线阵CCD以及电源管理***；所述线阵CCD与FPGA处理***连接。 
上述装置还包括放大电路和A/D转换电路，所述线阵CCD通过依次放大电路和A/D转换电路与FPGA处理***连接。 
上述装置还包括MCU处理***，所述FPGA处理***和MCU处理***连接。 
上述装置还包括电源管理***，所述电源管理***分别给FPGA处理***、线阵CCD、放大电路、A/D转换电路以及MCU处理***提供电源。 
上述线阵CCD是采用ilx575k器件的线阵CCD，所述FPGA处理***的芯片为EP1C3T144。 
上述放大电路是采用高速运放LM359的放大电路。 
上述A/D转换电路是采用了tlc5510芯片的A/D转换电路。 
本发提供的一种用线阵CCD测量激光束位置与线宽的检测方法及其装置，通过可编程数字逻辑器件或其它电子器件对线阵CCD驱动，通过测量入射到线阵CCD感光面的位置与线宽的判断，从而得到激光在CCD感光面的绝对位置的光电检测方法。本发明是对线阵CCD在激光位置测量领域的一个新的拓展，及运用这一方法对激光线束的绝对和相对位置检测，以及线束的线宽检测等等；可以转化为对位移、长度、角位移等的测量；如应用此方法进行平台的变形和 振幅检测，对一字线激光进行线直度测量(如激光线束检测仪)，激光仪器的综合检测等等。 
附图说明
图1是本发明基于用线阵CCD测量激光束位置与线宽的检测方法所获取的高斯曲线示意图； 
图2是本发明所提供的用线阵CCD测量激光束位置与线宽的检测装置的结构示意图。 
具体实施方式
本发明的目的是提供一种通过用线阵CCD判断激光线束在CCD感光面的线宽与位置的方法，来确定激光线束在CCD感光面的绝对位置。利用线阵CCD器件，通过可编程数字逻辑器件或其它电子器件对线阵CCD驱动，以获取入射激光线束的高斯曲线，其具体方法如下： 
1)获取入射激光线束的高斯曲线； 
1.1)激光线束入射到线阵CCD的感光面上； 
1.2)获取入射激光线束在CCD感光面上的每一象元点的高斯曲线。 
2)根据高斯曲线对激光束的位置与线宽进行检测。 
2.1)用每一象元点的高斯曲线所形成的包络的两边沿做激光线束的边缘，并取两边沿内像元点的个数； 
2.2)取两边沿内像元点的个数为激光的相对线宽； 
2.3)取相对线宽的中心作为激光线束的位置中心，以相对线宽的中心对应的象元点的绝对位置为激光线束的位置。 
参见图1所示，用高斯曲线的两边沿做激光线束的边缘判断，取两边沿内像元点的个数为激光的相对线宽。可以取相对线宽的中心作为激光线束的位置中心。 
在实际应用中由于强激光照射到CCD器件上，会引起CCD输出信号的失真，导致位置提取的偏差很大；并且单色线阵CCD不能很好对红绿蓝等颜色激光进行检测，特别是绿光和蓝光。可以采用三基色线阵CCD器件，利用其对红蓝绿三路光的感应特性，对不同颜色的单色激光的衰减不同，实现了大范围光强下 的线状激光信号的中心位置的准确提取。通过可编程数字逻辑器件程序，实现了对三种光路的识别，并且从三路光路中选择一路最适合于计算光线中心的光路，进行自动的增益调整，使该光路特性达到最佳的计算条件，从而使得中心位置计算变的更精确。并且可以通过光学衰减片对激光进行衰减以达到理想效果。 
并且在实际应用中由于激光其存在干涉现象，边缘处会存在抖动，可通过滑动窗的方式准确的提取了线状激光的边缘信号，降低了干扰。为使***输出更稳定，还可对所得到的光激光线束的位置中心进行了求平均计算。 
参见图2，本发明提供的线阵CCD测量激光束位置与线宽的检测装置在使用时，通过数字逻辑芯片(FPGA处理***)发出驱动信号，驱动线阵CCD(光信号采集***)工作；线阵CCD对打在其感光面上的的激光光信号转化为电信号输出；电信号通过放大电路进行信号的放大；放大后的信号通过A/D转换电路，将模拟信号转换为数字信号；将此数字信号送入FPGA处理***进行计算，得出线宽和位置信息。 
FPGA处理***通过MAX485芯片可将得出的线宽和位置信息传送给其它***，如：MCU处理***，其它***可以灵活使用此信息，也可通过数码管/液晶等显示***直接显示。电源***给线阵CCD提供12V供电，给放大电路、RS-485通讯电路提供5V供电，给FPGA***提供3.3V和1.5V供电。 
线阵CCD采用了ilx575k器件；放大电路采用了高速运放LM359；A/D转换电路采用了tlc5510芯片；实串行传输时使用了max485芯片；本***选用的FPGA芯片为EP1C3T144，围绕着硬件设计程序，实现了ilx575k驱动，三路5510驱动，以及max485芯片的驱动设计。 

Claims (10)

1.一种用线阵CCD测量激光束位置与线宽的检测方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：
1)获取入射激光线束的高斯曲线；
2)根据高斯曲线对激光束的位置与线宽进行检测。
2.根据权利要求1所述的用线阵CCD测量激光束位置与线宽的检测方法，其特征在于：所述步骤1)的具体实现方式是：
1.1)激光线束入射到线阵CCD的感光面上；
1.2)获取入射激光线束在CCD感光面上的每一象元点的高斯曲线。
3.根据权利要求2所述的用线阵CCD测量激光束位置与线宽的检测方法，其特征在于：所述步骤2)的具体实现方式是：
2.1)用每一象元点的高斯曲线所形成的包络的两边沿做激光线束的边缘，并取两边沿内像元点的个数；
2.2)取两边沿内像元点的个数为激光的相对线宽；
2.3)取相对线宽的中心作为激光线束的位置中心，以相对线宽的中心对应的象元点的绝对位置为激光线束的位置。
4.一种用线阵CCD测量激光束位置与线宽的检测装置，其特征在于：所述装置包括FPGA处理***和线阵CCD以及电源管理***；所述线阵CCD与FPGA处理***连接。
5.根据权利要求4所述的用线阵CCD测量激光束位置与线宽的检测装置，其特征在于：所述装置还包括放大电路和A/D转换电路，所述线阵CCD通过依次放大电路和A/D转换电路与FPGA处理***连接。
6.根据权利要求5所述的用线阵CCD测量激光束位置与线宽的检测装置，其特征在于：所述装置还包括MCU处理***，所述FPGA处理***和MCU处理***连接。
7.根据权利要求6所述的用线阵CCD测量激光束位置与线宽的检测装置，其特征在于：所述装置还包括电源管理***，所述电源管理***分别给FPGA处理***、线阵CCD、放大电路、A/D转换电路以及MCU处理***提供电源。
8.根据权利要求4或5或6或7所述的用线阵CCD测量激光束位置与线宽的检测装置，其特征在于：所述线阵CCD是采用ilx575k器件的线阵CCD，所述FPGA处理***的芯片为EPlC3T144。
9.根据权利要求5所述的用线阵CCD测量激光束位置与线宽的检测装置，其特征在于：所述放大电路是采用高速运放LM359的放大电路。
10.根据权利要求5所述的用线阵CCD测量激光束位置与线宽的检测装置，其特征在于：所述A/D转换电路是采用了tlc5510芯片的A/D转换电路。
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