CN112525081A - 一种基于激光位移的测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及测量技术领域，特别涉及一种基于激光位移的测量方法。包括内部装有CCD线性相机的一维激光位移传感器，通过在待测平台或待测加工件上方悬置一维激光位移传感器，发出激光垂直照射于待测平台的上表面形成照射点，待测平台和/或一维激光位移传感器之间于待测平台的运动平面内持续发生位移，通过接收待测平台表面散射的激光，计算得出待测平台照射点与一维激光位移传感器的距离数据，通过处理计算距离数据得出待测运动平台的运行平行度、或待测加工件的翘曲度，能够非接触且精确地测量被测物体的位置、位移等变化，具备测量精度高、价格低、技术成熟、操作简便等优势，满足多数用户成本低、检测精度高的检测需求。

Description

一种基于激光位移的测量方法

技术领域

本发明涉及测量技术领域，特别涉及一种基于激光位移的测量方法。

背景技术

基于光学的测量方法，可以实现无接触、长距离、无消耗的检测各式各样的机械、平台、仪器，但是由于光学仪器的精度及制造，使得常规的光学仪器售价高昂，如激光干涉仪、光学轮廓检测仪等设备价格介于20-30万。

许多工业制造需求如机械运动的平行度，通常都是使用激光干涉仪进行测量，其昂贵的价格使得许多自动化设备制造公司无法得到良好的测量，而现有人工检测达不到检测精度的要求。

而现有的加工件的翘曲度测量方式一般都是手工利用塞尺进行测量，容易造成人为误差，检测准确率和效率低，同时还增大了刮伤加工件表面的风险。

发明内容

本发明的发明目的在于提供一种基于激光位移的测量方法，本发明提供的技术方案提供了利用一维激光位移传感器，实现检测设备运行的平行度和产品翘曲度，提供以激光位移传感器为主的测量方法。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种基于激光位移的测量方法，测量装置包括内部装有CCD线性相机的一维激光位移传感器，测量步骤如下：

S100：将所述一维激光位移传感器悬置于待测运动平台的上方，且所述一维激光位移传感器发出激光垂直照射于所述待测运动平台的上表面形成照射点。

S200：所述待测运动平台和/或所述一维激光位移传感器之间于所述待测运动平台的运动平面内持续发生位移，所述CCD线性相机按照设定的时间间隔接收经所述待测运动平台表面的照射点所散射的激光，并计算出所述一维激光位移传感器与所述待测运动平台的距离S1,S2,S3,……，SN；

S300：将上述得到的距离数值通过最小二乘法拟合出回归直线方程，再求出所述待测运动平台表面所有的照射点到回归直线方程的距离，在回归直线方程上下两侧分别找出离回归直线方程最远的点，这两点与回归直线方程的距离之和为所述待测运动平台的运行平行度。

优选的，一种基于上述测量方法的运行平行度测量方法，所述测量装置还包括检测量块，在步骤S100中，所述检测量块放置在待测运动平台上，所述一维激光位移传感器发出激光垂直照射于所述检测量块的上表面形成照射点。

优选的，所述检测量块的精度比所述待测运动平台的精度高一个等级。

优选的，一种基于上述测量方法的翘曲度测量方法，用于检测加工件的翘曲度，测量装置还包括XY轴运动平台，所述待测运动平台替换为待测加工件；测量步骤如下：

在步骤S100中，将一维激光位移传感器固定在XY轴运动平台上，将待测加工件水平静止放置于所述一维激光位移传感器下方；

在步骤S200中，启动XY轴运动平台使得所述一维激光位移传感器在待测加工件上方移动，并在待测加工件表面呈“田”字形取A1-A9九个点，通过所述CCD线性相机接收经待测加工件表面所散射的激光，依次计算出所述一维激光位移传感器与每个点的距离，得到A1-A9的九个点的高度值；

原步骤S300替换为：每3个点可以相连成一条线，一共构成8条线将8条线的3个点的高度值依次代入公式“翘曲度＝|2*C-B-D|”的B、C、D中,计算得到8个翘曲度结果，筛选出翘曲度最大的结果则是待测加工件的翘曲度。

由上可知，应用本发明提供的可以得到以下有益效果：通过在待测平台或待测加工件上方悬置一维激光位移传感器，发出激光垂直照射于待测平台的上表面形成照射点，待测平台和/或一维激光位移传感器之间于待测平台的运动平面内持续发生位移，通过接收待测平台表面散射的激光，计算得出待测平台照射点与一维激光位移传感器的距离数据，通过处理计算距离数据得出待测运动平台的运行平行度、或待测加工件的翘曲度，能够非接触且精确地测量被测物体的位置、位移等变化，具备测量精度高、价格低、技术成熟、操作简便等优势，满足多数用户成本低、检测精度高的检测需求。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对本发明实施例或现有技术的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发明的一部分实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例1基于激光位移的测量方法的流程框图；

图2为本发明实施例2翘曲度测量方法的流程框图；

图3为本发明实施例2翘曲度测量方法的取点示意图；

图4为本发明实施例2翘曲度计算示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

本实施例提供一种基于激光位移的测量方法，用于检测运动平台的平行度，测量装置包括内部装有CCD线性相机的一维激光位移传感器和检测量块。

其中，激光位移传感器是由激光器、激光检测器和测量电路组成新型测量仪表，能够精确非接触测量被测物体的位置、位移等变化。一维激光位移传感器具有精度高、价格低、技术成熟等优势。

激光位移传感器工作原理：激光发射器通过镜头将可见红色激光射向被测物体表面，经物体表面散射的激光通过接收器镜头，被内部的CCD线性相机接收，根据不同的距离，CCD线性相机可以在不同的角度下“看见”这个光点。根据这个角度及已知的激光镜头与相机之间的距离，数字信号处理器就能计算出传感器和被测物体之间的距离。

如图1所示，测量步骤如下：

S100：将一维激光位移传感器悬置于待测运动平台的上方，且一维激光位移传感器发出激光垂直照射于待测运动平台的上表面形成照射点；

S200：待测运动平台和/或一维激光位移传感器之间于待测运动平台的运动平面内持续发生位移，CCD线性相机按照设定的时间间隔接收经待测运动平台表面的照射点所散射的激光，并计算出一维激光位移传感器与待测运动平台的距离S1,S2,S3,……，SN；

S300：将得到的距离数值通过最小二乘法拟合出回归直线方程，再求出所述待测运动平台表面所有的照射点到回归直线的距离，在回归直线上下两侧分别找出离回归直线最远的点，这两点与回归直线的距离之和为待测运动平台的运行平行度。

本实施例提供一种基于上述测量方法的运行平行度测量方法，测量步骤如下：

步骤1、将检测量块放置在待测运动平台上，将所述一维激光位移传感器悬置于待测运动平台的上方，且所述一维激光位移传感器发出激光垂直照射于检测量块的上表面形成照射点。

将检测量块放置在待测运动平台上，将一维激光位移传感器固定于待测运动平台的上方，调整一维激光位移传感器的位置，使激光镜头垂直照射于检测量块的上表面，一维激光位移传感器发出的激光垂直照射在检测量块的起点位置上，并在检测量块表面形成红色的照射点。

步骤2、启动待测运动平台使得检测量块持续发生位移，CCD线性相机按照设定的时间间隔接收经检测量块表面的照射点所散射的激光，并计算出所述一维激光位移传感器与检测量块表面的距离S1,S2,S3,S4,……，SN；

启动待测运动平台使得检测量块持续发生位移，期间一维激光位移传感器持续发出激光照射在检测量块上表面，随着检测量块发生位移，激光的照射点处于检测量块上表面的不同位置。从待测运动平台启动到结束期间，一维激光位移传感器内的CCD线性相机按照设定的时间间隔接收经检测量块表面的照射点所散射的激光，通过数字信号处理器计算出一维激光位移传感器与检测量块表面的距离值S1,S2,S3,S4,……，SN。

步骤3、将上述得到的距离数值通过最小二乘法拟合出回归直线方程，再求出检测量块表面所有的照射点到回归直线的距离，在回归直线上下两侧分别找出离回归直线最远的点，这两点与回归直线的距离之和为所述待测运动平台的运行平行度。

将步骤2得到一维激光位移传感器与检测量块表面的每个测量照射点的距离值S1,S2,S3,S4,……，SN，通过最小二乘法拟合出回归直线方程，在待测运动平台的移动过程中，一维激光位移传感器测量出的相对于检测量块的位移变化量，该位移变化量的最大值为待测运动平台的平行度。

进一步的，根据步骤2得到的一维激光位移传感器与检测量块表面的每个测量照射点的距离值S1,S2,S3,S4,……，SN，计算出所有的照射点到回归直线的距离，在回归直线上下两侧分别找出离回归直线最远的点，而这两点与回归直线的距离之和则为待测运动平台的运行平行度。

检测量块的精度比所述待测运动平台的精度高一个等级。待测运动平台的测量精度为0.01mm等级，则检测量块的精度需要达到0.005mm精度。

该平行度的测量方法通过设置一维激光位移传感器与检测量块，实现精准检测运动平台的运行平行度，能够精确非接触测量被运动平台的位移等变化，具备成本低、测量精度高、操作简便的优点。

实施例2

本实施例提供一种基于实施例1所述的基于激光位移的测量方法的翘曲度测量方法，用于对待测加工件进行翘曲度测量，该方法的测量装置包括内部装有CCD线性相机的一维激光位移传感器和可沿XY轴运动平台，如图2所示，测量步骤如下：

A100：将一维激光位移传感器固定在XY轴运动平台上，将待测加工件水平静止放置于一维激光位移传感器下方；

其中，XY轴运动平台可以在一水平面上沿X轴和Y轴移动，一维激光位移传感器固定在XY轴运动平台上，实现通过XY轴运动平台驱动一维激光位移传感器在水平面上移动，将待测加工件水平静止放置于一维激光位移传感器下方，进而一维激光位移传感器在待测加工件上方水平移动。

A200：启动XY轴运动平台使得所述一维激光位移传感器在待测加工件上方移动，并在待测加工件表面呈“田”字形取A1-A9九个点，通过所述CCD线性相机接收经待测加工件表面所散射的激光，依次计算出所述一维激光位移传感器与每个点的距离，得到A1-A9的九个点的高度值；

启动XY轴运动平台，通过XY轴运动平台使得一维激光位移传感器在待测加工件上方呈“田”字形移动，并在待测加工件表面取A1-A9九个点，通过CCD线性相机接收经待测加工件表面所散射的激光，依次计算出一维激光位移传感器与每个点之间的距离，得到A1-A9的九个点的高度值。

A300：每3个点可以相连成一条线，一共构成8条线(A1-A2-A3、A4-A5-A6、A7-A8-A9、A1-A4-A7、A2-A5-A8、A3-A6-A9、A1-A5-A9、A3-A5-A7)，将8条线的3个点的高度依次代入公式“翘曲度＝|2*C-B-D|”的B、C、D中,计算得到8个翘曲度结果，筛选出翘曲度最大的结果则是待测加工件的翘曲度。

如图3-4所示，通过3个点可以相连成一条线，一共可以连成8条直线，分别为A1-A2-A3、A4-A5-A6、A7-A8-A9、A1-A4-A7、A2-A5-A8、A3-A6-A9、A1-A5-A9、A3-A5-A7，其中，如图4所示，假设一条理想直线上有三点BCE，则BCE满足以下等式：由于B-C＝C-E，则E＝2*C-B，则翘曲度＝|E-D|＝|2*C-B-D|。

将8条线的3个点的高度依次代入公式“翘曲度＝|2*C-B-D|”的B、C、D中，计算得到8个翘曲度结果，筛选出翘曲度最大的结果则是待测加工件的翘曲度。

该平行度的测量方法通过设置一维激光位移传感器与XY轴运动平台，实现精准检测待测加工件的翘曲度，能够精确非接触测量加工件的位置变化，具备测量精度高、价格低、技术成熟、操作简便等优势。

以上所述的实施方式，并不构成对该技术方案保护范围的限定。任何在上述实施方式的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在该技术方案的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种基于激光位移的测量方法，用于检测运动平台的平行度，其特征在于：测量装置包括内部装有CCD线性相机的一维激光位移传感器，测量步骤如下：

S100：将所述一维激光位移传感器悬置于待测运动平台的上方，且所述一维激光位移传感器发出激光垂直照射于所述待测运动平台的上表面形成照射点；

S200：所述待测运动平台和/或所述一维激光位移传感器之间于所述待测运动平台的运动平面内持续发生位移，所述CCD线性相机按照设定的时间间隔接收经所述待测运动平台表面的照射点所散射的激光，并计算出所述一维激光位移传感器与所述待测运动平台的距离S1,S2,S3,……，SN；

S300：将上述得到的距离数值通过最小二乘法拟合出回归直线方程，再求出所述待测运动平台表面所有的照射点到回归直线的距离，在回归直线上下两侧分别找出离回归直线最远的点，这两点与回归直线的距离之和为所述待测运动平台的运行平行度。

2.一种基于权利要求1所述的测量方法的运行平行度测量方法，其特征在于：所述测量装置还包括检测量块；

在步骤S100中，所述检测量块放置在待测运动平台上，所述一维激光位移传感器发出激光垂直照射于所述检测量块的上表面形成照射点。

3.根据权利要求2所述的运行平行度测量方法，其特征在于：所述检测量块的精度比所述待测运动平台的精度高一个等级。

4.一种基于权利要求1所述的测量方法的翘曲度测量方法，用于检测加工件的翘曲度，其特征在于：测量装置还包括XY轴运动平台，所述待测运动平台替换为待测加工件；测量步骤如下：

在步骤S100中，将一维激光位移传感器固定在XY轴运动平台上，将待测加工件水平静止放置于所述一维激光位移传感器下方；

在步骤S200中，启动XY轴运动平台使得所述一维激光位移传感器在待测加工件上方移动，并在待测加工件表面呈“田”字形取A1-A9九个点，通过所述CCD线性相机接收经待测加工件表面所散射的激光，依次计算出所述一维激光位移传感器与每个点的距离，得到A1-A9的九个点的高度值；

原步骤S300替换为：每3个点可以相连成一条线，一共构成8条线将8条线的3个点的高度值依次代入公式“翘曲度＝|2*C-B-D|”的B、C、D中,计算得到8个翘曲度结果，筛选出翘曲度最大的结果则是待测加工件的翘曲度。

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