[发明专利]一种基于激光超声融合扫描的无线定位平整度检测系统

说明书

技术领域

本发明涉及平面检测与表面形貌评价领域，尤其是涉及一种基于激光超声融合扫描的无线定位平整度检测系统设计实现方法。

背景技术

大平面工件的平面度检测与表面形貌水平评价在机械制造、造船、钢铁板材成型、土木工程等工业领域具有非常重要的实际意义与应用前景。随着传感器技术与信息技术的不断发展，大尺度平面检测与表面形貌评价的精度要求也日益提高。因此，设计一种面向大尺度平面的平整度检测与表面形貌评价系统是非常有必要的。

目前高精度的平整度检测系统基本都是基于测量位置固定的激光发射装置和移动的高精度线阵光电耦合器件接收靶之间的高程差原理。该方法虽然可以精确的测得被测平面每个测点的平整度，但在测量时无法获得光电耦合接收靶的位置信息。每次需要人工记录高程差和接收靶对应安放的位置，不利于对大平面批量多点测量。

随着嵌入式系统技术与无线传感网络技术的不断发展，基于射频识别的无线定位技术渐趋成熟，其定位精度已达到厘米级。在某些小范围、高网格的情况下，其测量精度甚至可以到达毫米级。因此将射频识别定位技术运用到平整度测量中接收靶的定位上，可以快速定位出接收靶在被测物体表面的具体位置，大大简化测量过程，实现对被测表面的快速扫描式检测，形成三维立体点云。

基于上述分析，本发明将无线射频识别定位技术、无线局域网通信技术、嵌入式控制系统技术、激光扫描测距技术、超声发射技术引入到表面检测与平面评价领域，提出了一种基于激光超声融合扫描的无线定位平整度检测系统设计实现方法。

发明内容

为了克服传统大尺度表面平整度检测系统带来的诸多技术问题，本发明提供一种基于激光超声融合扫描的无线定位平整度检测系统。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种基于激光超声融合扫描的无线定位平整度检测系统，其特征在于，基于超声、激光扫描融合技术，结合多点无线射频定位方法，实现对大平面工件平整度的精确测量；

所述的超声、激光扫描融合技术可分为两个环节：利用超声扫描方法得到激光扫描所需传输路径范围内的高度数据，并作为激光标靶的预调参考高度；在已知高度安装激光发射装置，预调激光标靶高度，发射激光并计算标靶所在位置的高度数据；

所述的多点无线射频定位方法，是在工件表面选择三个已知坐标点安装射频发射结点，通过三点定位方法确定标靶位置的精确坐标；结合标靶位置的高度数据，最终获得所测工件的平面形貌。

一种基于激光超声融合扫描的无线定位平整度检测系统，其特征在于，主要由以下功能模块组成：有限幅宽超声扫描装置、可旋调无线激光发射装置、多目标无线激光标靶、手持便携式无线监控仪器终端、3个或多个射频识别定位发射结点。

所述的有限幅宽超声扫描装置，其特征在于，由超声波发射探头、超声波接收探头、超声波导向装置组成。超声波导向装置与超声波探头相连，限定超声发射范围，防止超声散射；在此基础上，获得激光扫描路径宽度范围内的高度数据，并将其作为激光标靶的预调参考高度，从而避免激光发射装置发射的激光束偏离标靶。

所述的可旋调无线激光发射装置，其特征在于，由可旋调激光测距传感器、无线局域相容通信模块A、伺服电机控制云台与激光发射装置控制模块组成。可旋调激光测距传感器通过高频调制激光发射器，发射高频激光束至被测工件表面，通过激光标靶接收被测物体所反射的激光束；根据发射激光束与接收激光束的相位差计算发射器与标靶的距离，并通过无线局域相容通信模块A发送距离数据到手持便携式无线监控仪器终端；

进一步，所述的可旋调激光测距传感器，具备激光发射方向、横向90度旋转、纵向90度旋转三自由度激光测距；利用伺服电机控制云台调整激光头翻盖范围，并在被测工件表面产生扇形激光扫描区域；

进一步，所述的可旋调激光测距传感器安装在在伺服电机驱动云台上；当传感器接收到监控仪器终端发出的扫描指令后，伺服电机云台根据具体需求调整位置与姿态，激光测距传感器发射的激光束随之旋转，并将所产生扇形的激光面覆盖激光结构标靶；

进一步，所述的无线局域相容通信模块A，采用抗干扰无线通信协议建立与手持便携式无线监控仪器终端之间的数据连接，向监控终端发送被测点高度数据，同时传送监控终端发出的控制指令，完成相应的控制操作；所述的抗干扰无线通信协议优化方法，即根据现场工业干扰信号强度调整数据信号的发射功率强度，适时调整通信频道，并增加重传次数；