可同时检测透明与不透明物体的激光轮廓传感器及测量方法与流程

    技术2025-01-31  53


    本发明涉及一种激光轮廓传感器和处理方法,具体地,涉及一种可同时检测透明与不透明物体的激光轮廓传感器和测量方法。


    背景技术:

    1、激光轮廓传感器,是一种基于线结构激光实现物体界面轮廓测量的传感器。它具有非接触、高精度、高速度、绝对式等卓越优势,成为近来行业内的热点传感器。常规的激光轮廓传感器,通常都是将线激光垂直照射物体表面,并在物体表面形成一条激光条纹。而在线激光器的一侧,布置有一个镜头和相机,获取激光条纹的图像。该图像送入处理器后,通过数据处理得出被测物体的轮廓信息。

    2、这种常规的激光轮廓传感器,非常适合漫反射表面的不透明被测物体。当线激光垂直入射到表面时,在不同角度都可以观测到激光条纹的反射信号。但是,对于透明的被测物体,其表面注定是强反光的,此时的激光条纹的一部分将被垂直反射回激光器,另一部分将直接入射到被测物体内部。因此,在线激光器一侧的任何角度,都不会观测到激光条纹信号,进而无法实现物体轮廓的测量。

    3、目前行业常规的测量透明物体轮廓的方法,由几下几种:

    4、(1)倾斜入射的线结构激光法:即将线激光器倾斜一定角度,使得线激光以一定角度入射到被测物体的表面。与此同时,镜头相机也是反向倾斜布置,相机与激光器二者与北侧的表面法线的夹角相等。此时,有激光器发出的线激光照射到被测表面之后,直接产生反射,反射光线进而直接进入镜头并到达相机的像面,从而实现物体轮廓的测量。但是,倾斜入式与垂直入射,光路与成像系统完全不同,无法通用,智能二选一。

    5、(2)激光共焦法:采用线激光共焦方法,可以直接实现透明物体的轮廓测量,而且测距精度更高。但是,线激光共焦传感器价格昂贵,控制系统庞大,占用空间多,往往并不适合实际场合的使用。


    技术实现思路

    1、本发明针对目前激光轮廓传感器存在的无法兼顾透明物体与不透明物体测量的缺陷与不足,提出一种可同时检测透明与不透明物体的激光轮廓传感器技术方案。该激光轮廓传感器同时采用两种线激光器和两种入射方式:一个线激光器发出的线激光垂直入射到被测物体表面,用于测量不透明物体的轮廓;另一个线激光器发出的线激光倾斜入射被测物体表面,用于测量透明物体的轮廓。在垂直入射线激光器的另一侧,与倾斜线激光器对称布置有镜头与相机,用于同时捕获垂直入射线激光条纹与倾斜入射线激光条纹。两个线激光器的激光波长并不相同且差距明显,构成双波长技术方案。成像镜同时捕获两种线激光条纹,并成像到光电器件的像面之上,从而同时获得一幅含有两个激光条纹的图像。处理电路对激光条纹图像进行处理,最终得到两种轮廓测量结果,从而实现了两种物体的轮廓测量。

    2、本发明是通过以下技术方案实现的:

    3、本发明提供一种可同时检测透明与不透明物体的激光轮廓传感器,所述的传感器包括有垂直线激光器、倾斜线激光器、滤光片、成像镜、光电器件、处理电路,其中:

    4、所述的垂直线激光器为某一种波长的线激光器,可以是红光或者是蓝光,其发出的线激光垂直入射到被测物体的表面,形成一条激光轮廓线,可用于不透明物体的轮廓测量;

    5、所述的倾斜线激光器为另一种波长的线激光器,可以是红光或者是蓝光,但是其波长必需与垂直线激光器的波长不同,一个是红光,另一个是蓝光;其发出的线激光倾斜入射到被测物体的表面,形成另一条激光轮廓线,可用于透明物体的轮廓测量;

    6、所述的滤光片为双带通滤光片,两个带通的中心波长分别与两个线激光器的激光波长一致,两个带通的带宽应该尽可能窄,以便消除环境光的影响;

    7、所述的成像镜为精密光学镜组,可同时对两条激光轮廓线进行成像,并投射到光电器件的成像面之上;

    8、所述的光电器件为彩色面阵器件,可将含有两条激光轮廓线的一幅图像转换为数字,传送给处理电路进行处理;

    9、所述的处理电路为高性能微处理器,接收来自光电器件的图像数据,通过rgb分量处理,可以同时得到两条激光轮廓信息(r分量和b分量),从而同时实现透明与不透明物体的轮廓测量;与此同时,该处理电路还将分别对两个线激光器进行相应的控制,以适应不同类型被测物体的轮廓测量。

    10、所述的可同时检测透明与不透明物体的激光轮廓传感器,其特征还在于:所述的两个线激光器发出的线激光是平行光,可以有效克服被测物体轮廓遮挡产生的部分轮廓消失,也可以改善透明被测物体的倾斜表面反射造成的测量范围缩小。

    11、本发明提供一种适用于上述的可同时检测透明与不透明物体的激光轮廓传感器的测量方法,具体如下:

    12、(1)对于不透明的被测物体,在处理电路的控制下,仅需打开垂直线激光器,向被测物体的表面垂直投射激光条纹;该激光条纹经过滤光片和成像镜后成像到光电器件的像面之上,形成图像数据并送入处理电路进行处理,最终得到不透明的被测物体的轮廓信息;

    13、(2)对于透明的被测物体,在处理电路的控制下,仅需打开倾斜线激光器,向被测物体的表面倾斜投射激光条纹;该激光条纹经过滤光片和成像镜后成像到光电器件的像面之上,形成图像数据并送入处理电路进行处理,最终得到不透明的被测物体的轮廓信息;

    14、(3)对于既有不透明被测物体、也有透明被测物体的场景,在处理电路的控制下,需要同时打开垂直线激光器和倾斜线激光器,向被测物体的表面分别垂直投射和倾斜投射两条激光条纹;这两条激光条纹经过滤光片和成像镜后,同时成像到光电器件的像面之上,形成图像数据并送入处理电路进行处理,最终可以同时得到透明与不透明两种被测物体的轮廓信息。



    技术特征:

    1.一种可同时检测透明与不透明物体的激光轮廓传感器,所述的传感器包括有垂直线激光器、倾斜线激光器、滤光片、成像镜、光电器件、处理电路,其中:

    2.所述的可同时检测透明与不透明物体的激光轮廓传感器,其特征还在于:所述的两个线激光器发出的线激光是平行光。

    3.本发明提供一种适用于上述的可同时检测透明与不透明物体的激光轮廓传感器的测量方法,具体如下:


    技术总结
    本发明公开提出一种可同时检测透明与不透明物体的激光轮廓传感器技术方案。同时采用两种线激光器,一个线激光垂直入射到被测物体表面,用于测量不透明物体的轮廓;另一个线激光倾斜入射被测物体表面,用于测量透明物体的轮廓。在垂直入射线激光器的另一侧,与倾斜线激光器对称布置有镜头与相机,用于同时捕获垂直入射线激光条纹与倾斜入射线激光条纹。两个线激光器的激光波长并不相同且差距明显,构成双波长技术方案。成像镜同时捕获两种线激光条纹,并成像到光电器件的像面之上,从而同时获得一幅含有两个激光条纹的图像。处理电路对激光条纹图像进行处理,最终得到两种轮廓测量结果,从而实现了两种物体的轮廓测量。

    技术研发人员:赵辉,郝锐
    受保护的技术使用者:上海钊晟传感技术有限公司
    技术研发日:
    技术公布日:2024/10/24
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