[实用新型]一种激光三角位移传感器

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种激光三角位移传感器，属于光电测量技术领域。

背景技术

基于激光三角测距原理的位移传感器，具有非接触、高精度、高可靠性等明显优势。目前，国内对激光三角测距方法进行了很多的探索，如中国专利CN201180015367.5、CN200610149518.7和CN200820151430.3，都采用了垂直物体表面照射，从侧面接收的形式进行测量，对表面散射特性良好的物体的位移可以精准测量，而对镜面反射很强的物体的位移不能精准测量。

传统激光三角测量法中，光电探测器上的光斑中心位置变化和物体位移并非线性关系，非线性误差较大，以往的设计对非线性误差进行了补偿，包括查表法和公式法，需要反复进行大量计算和实验，补偿效果不明显。由于此种光学系统本身固有的非线性和不对称性，加上被测物体在光电探测器上的放大倍率不相同，不可避免的存在非线性误差，表现为分辨率在量程范围内不均匀。

经过检索发现，有专利对上述问题进行了研究，包括中国专利CN200810070652.7，公开了一种离轴旋转对称激光三角位移传感器；以及中国专利CN201510774687.9，公开了可抑制激光漂移和表面倾斜的对称式激光位移传感器；两者均采用了对称结构来抵消非线性误差，提高检测精度。中国专利CN201110004063.0，公开了激光三角测距传感器，其采用了非轴对称镜片对激光三角测距传感器的非线性误差进行了补偿；但是上述方法均存在分辨力均匀性补偿不足、成本太高，难以加工、装配等问题。

实用新型内容

为解决上述技术问题，本实用新型提出了一种简单且便于实现的激光三角位移传感器，可从原理上修正分辨率不均匀的问题，且不用增加制造和装配成本。

为了达到上述目的，本实用新型的技术方案如下：一种激光三角位移传感器，包括半导体激光器、发射透镜组、接收透镜组、光电探测器和信号处理电路；所述半导体激光器与发射透镜组以共轴方式依次排列，位于被测物体的前端，形成发射端；所述接收透镜组、光电探测器设置于反射端，反射端与发射端处于同一平面内，且信号处理电路与光电探测器相连，所述半导体激光器发射的激光束经过发射透镜组聚焦后，斜射入被测物体的三个位置A₀、B₀和C₀，且位置A₀、B₀和C₀反射和散射的光线经过接收透镜组接收后，照射在光电探测器上相对应的光斑位置A₁、B₁和C₁。

作为优选，所述发射透镜组由共轴的若干片透镜和滤光片A组成，在本专利实施过程中，所述发射透镜组由准直透镜、聚焦透镜和滤光片A组成，当然也可以根据实际应用的具体情况和使用需要，发射透镜组可采用其它数量的透镜组成。

作为优选，所述接收透镜组包括由滤光片B、反光镜和若干片球面或者非球面透镜呈非轴对称依次排列；

作为优选，所述接收透镜组中的若干片球面或者非球面的透镜相对于主光轴baˊ倾斜或者偏心设置；本专利中接收透镜组中的一片球面或者非球面的透镜相对于主光轴baˊ倾斜或偏心设置，这样的设置分别等效于增加若干柱面镜和棱镜，有益效果是，将变形的椭圆形光斑校正为对称的圆形光斑，从而达到修正非线性误差的目的。

作为优选，所述发射透镜组的主光轴aaˊ、接收透镜组的主光轴baˊ分别与被测物体相交，其夹角α＝αˊ。

作为优选，所述光电探测器为线阵感光元件或者面阵感光元件，本实用新型中采用的感光元件，其体积小，重量轻而且性能好。

作为优选，所述信号处理电路用于对光电探测器接收的电信号进行处理并得到被测物体的位移，其具体包括FPGA/CPLD处理器、信号调理单元、模拟数字转换单元、串/并转换传输单元；所述信号调理单元和光电探测器连接以接收光电探测器的电信号，其输出端和模拟数字转换单元连接用以输出数字信号，FPGA/CPLD处理器用于对上述信号进行处理并得到被测物体的位移。

同时，本实用新型还提供了一种激光三角位移传感器的非线性误差的修正方法，包括以下步骤：