[发明专利]光电式双向位移量测方法

权利要求书

1.一种光电式双向位移量测方法，其特征在于：

参考点(1)上设置成像靶面Ⅰ(4)，测点(2)上设置成像靶面Ⅱ(5)，在参考点(1)与测点(2)之间的连线范围外设置中间点(3)，中间点(3)上设置两组激光发射器(6)，两组激光发射器(6)分别对应成像靶面Ⅰ(4)和成像靶面Ⅱ(5)发射激光束，两组激光发射器(6)射出的激光束之间夹角为固定值，且两激光束分别在成像靶面Ⅰ(4)和成像靶面Ⅱ(5)上形成光斑；

分别通过成像光电器件获取成像靶面Ⅰ(4)和成像靶面Ⅱ(5)上的光斑信息，光斑信息并经信号处理单元通过图形处理算法找出光斑的中心点在对应的成像靶面Ⅰ、Ⅱ上的坐标位置；

当成像靶面Ⅰ、Ⅱ上光斑中心点的坐标位置反生变化时，根据成像靶面Ⅰ、Ⅱ上光斑中心点的坐标位置变化信息，结合已知的初始时成像靶面Ⅰ(4)和成像靶面Ⅱ(5)相对位置关系，得出测点(2)相对于参考点(1)发生的位移变化值。

2.根据权利要求1所述的光电式双向位移量测方法，其特征在于：所述图形处理算法采用斑点坐标平均法、斑点分布椭圆形拟合法或斑点包络矩形法。

3.根据权利要求2所述的光电式双向位移量测方法，其特征在于：所述斑点坐标平均法为：

给定一个光斑像素阈值，对椭圆形内的每一个像素，求得横纵坐标的平均值：

式中，(x_i，y_i)为激光光斑边缘点坐标。

4.根据权利要求2所述的光电式双向位移量测方法，其特征在于：所述斑点分布椭圆形拟合法为：

在对光斑边缘信息获取的基础上，再经拟合计算便可得到光斑椭圆及光斑中心的亚像素位置坐标，基于椭圆拟合的激光光斑中心检测算法是根据最小二乘原理用椭圆来逼近激光光斑轮廓，椭圆方程的一般方程为：

Ax²+Bxy+Cy²+Dx+Ey+l＝0

其残差平方和函数为：

式中，(x_i,y_i)为激光光斑边缘点坐标；

根据最小二乘原理，应有：

由此可以得到包含5个方程和5个未知数的方程组，如下：

通过求解该方程组便可以得到五个参数的值，进而求出椭圆中心坐标，即：

5.根据权利要求2所述的光电式双向位移量测方法，其特征在于：所述斑点外包络矩形法为：

对光斑的灰度图像进行二值化，对光斑边缘信息获取的基础上，用矩形去外切斑点，根据矩形四个点的坐标(x₁，y₁)、(x₂，y₂)、(x₃，y₃)、(x₄，y₄)，

求出中心坐标：

6.根据权利要求1所述的光电式双向位移量测方法，其特征在于：采用成像透镜将激光发射器(6)射出的激光束聚焦成光斑像后成像在相应的成像靶面Ⅰ、Ⅱ上。

7.根据权利要求1所述的光电式双向位移量测方法，其特征在于：所述成像光电器件为CCD或CMOS光电转换器件。

8.根据权利要求1所述的光电式双向位移量测方法，其特征在于：所述信号处理单元采用FPGA芯片处理图像信息。