[发明专利]可抑制激光漂移和表面倾斜的对称式激光位移传感器

说明书

本发明提出一种可抑制激光漂移和表面倾斜的对称式激光位移传感器，它由发射镜组、激光二极管、外壳、处理电路、电缆、光电器件、反射镜、接收镜组、滤光片等部分组成。该激光位移传感器具有两个接收镜组，将一个测量光斑形成两个成像，再通过两个反射镜投向同一个光电器件上，同时产生两个成像波形。采用两个成像波形相对于光电器件中点的位置的平均值作为位移测量结果，可以消除激光指向性的漂移或被测目标表面倾斜产生的位置偏移量。

技术领域

本发明涉及的是一种位移测量技术领域的传感器，具体是一种可抑制激光漂移和表面倾斜的对称式激光位移传感器。

背景技术

目前，制造业作对各种在线检测手段也提出了越来越高的要求，除了高精度、非接触、数字化等测量性能要求之外，对于稳定性、通用性、互换性等维护性能的要求也是与日俱增，以期不断降低维护成本，已经成为公认的在线检测领域的未来趋势。其中，位移是一项重要的测量内容，被广泛应用在工业检测的各个领域中。激光三角位移传感器作为光电检测中的一种非接触式测量方法，具有测量速度快、精度高、抗干扰能力强、测量点小、适用范围广等优点，受到越来越广泛的关注。

但是目前世界上现有的激光位移传感器基本上都存在两个共同的问题：其一，由于采用半导体激光二极管作为光源，而激光二极管自身存在明显的不稳定性，导致激光二极管发出的激光束的指向性存在漂移。而这种漂移将直接产生测量误差，严重降低位移传感器的测量精度。其二，当被测目标表面出现一定倾斜时，在光电器件上讲不可避免地产生波形的变化，从而导致定位误差，降低位移测量精度。

为了解决上述问题，有些学者提出双CCD技术方案（例如天津大学张伟娜的学位论文《用于橡胶厚度测量的双光路位移传感器的研制》），采用两个CCD对称分布于激光发光平面的两侧，同时接收漫发射光，即在两个CCD上同时获得两个定位结果，通过数据处理可以计算出被测位移值。这种方法可以有效解决激光束指向性漂移和被测目标表面倾斜产生的测量误差。但是，这种方法也存在一定的限制，主要在于同时采用两套光电器件，将导致传感器的电路系统非常复杂、成本大幅度提高、外形体积也显著增加，导致传感器的性价比大幅度下降。因此，这种方法并没有成功应用于传感器产品之中。

发明内容

本发明的目的在于针对现有激光位移传感器的激光指向性漂移和被测表面倾斜带来的测量精度下降问题，提出一种可抑制激光漂移的对称式激光位移传感器方法。该激光位移传感器采用一个发射镜组、两个接收镜组和一个光电器件实现位移测量，两个接收镜组对称分布于发射镜组的两侧，同时接收测量光斑的漫反射光，并同时将测量光斑成像到同一个光电器件之上，形成两个波形，通过数据处理可以得到被测位移值。这种传感器可以有效抑制激光束指向性的漂移和被测表面的倾斜对测量精度的影响，而且只有一个光电器件，电路系统保持不变，系统简单、成本低、性价比高、实用性强。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明的激光位移传感器主要包括：发射镜组、激光二极管、外壳、处理电路、电缆、光电器件、反射镜、接收镜组、滤光片等。本发明的激光位移传感器的特殊之处在于，传感器具有两个接收镜组和两个反射镜，对称布置于发射镜组的两侧。

整个系统的工作流程是：由激光二极管发射的激光束通过发射镜组准直和聚焦之后，照射到被测目标的表面并形成一个测量光斑，该测量光斑分别通过左右两个接收镜组和反射镜后同时成像在光电器件敏感面上，并形成两个测量成像波形，该波形信号有光电器件传送到处理电路，处理电路通过一定的算法得到被测物体的位移测量结果，并将位移测量结果形成标准数字信号，通过电缆传送给其他设备。

本发明的激光二极管是一种小型激光二极管件，优先选用半导体激光二极管，要求输出光强稳定，输出光束截面形状为单峰且持续稳定。同时，为了满足测控要求，该激光二极管不仅是可以持续发光的，而且是可以连续调制的，调制频率和脉冲宽度均为连续可调的。