[发明专利]可变量程的位移测量方法、装置及系统

说明书

本发明提供一种可变量程的位移测量方法、装置及系统，其中，所述可变量程的位移测量方法包括如下步骤：判断被测物体是否位于初始量程范围内；如在初始量程范围内，则采集被测物体移动过程中的第一参数，计算被测物体的位移x；否则，调节变焦镜头的焦距，使得变焦镜头能够对焦于被测物体，采集被测物体移动过程中的第二参数，计算被测物体的位移y。本发明可变量程的位移测量方法通过自动对焦的方式，扩大了位移测量的量程，且不必引入机械误差，且响应速度快，进而克服了现有技术中采用几组焦距固定的透镜组构成的镜头组所带的缺陷。同时，解决了工作距离变化导致的光源模组与镜头夹角改变，导致光线无法进入镜头的问题。

技术领域

本发明涉及位移测量技术领域，尤其涉及一种可变量程的位移测量方法、装置以及系统。

背景技术

基于激光三角测量法的激光位移传感器在位移测量中具有非接触、高精度、高效率等优点，可以测量工件的偏移、厚度、平整度、倾斜度、直径等参数，因此被广泛应用于工业自动化加工、产品在线检测及质量控制等领域。

当被测物体超出当前激光位移传感器量程时，需要更换大量程的激光位移传感器。然而，面对存在两种不同位移检测的需求时，大量程的激光位移传感器能满足测量范围的需求，但分辨率低、精度差；同时使用两种不同量程的传感器，也会带来产能降低、成本增加等一系列问题。

为了解决激光位移传感器在测量物体时量程适用性差的问题，需要使用由几组焦距固定的透镜组构成的镜头组，进而通过调节空间凸轮等机械装置改变定焦透镜组的相对位置来达到变调焦的目的。

然而，上述镜头组造价昂贵，结构复杂，尺寸较大，无法适用于激光位移传感器。基于三角测距原理，在镜头位置不改变的情况下改变工作距离，必然导致镜头与激光的夹角发生改变，当夹角超过镜头的主光线角，光线无法进入镜头内，系统同样无法进行测量。因此，针对上述问题，有必要提出进一步地解决方案。

发明内容

本发明旨在提供一种可变量程的位移测量方法、装置以及系统，以克服现有技术中存在的不足。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：

一种可变量程的位移测量方法，其包括如下步骤：

判断被测物体是否位于初始量程范围内；

如在初始量程范围内，则采集被测物体移动过程中的第一参数，计算被测物体的位移x；否则，调节变焦镜头的焦距，使得变焦镜头能够对焦于被测物体，采集被测物体移动过程中的第二参数，计算被测物体的位移y。

作为本发明的可变量程的位移测量方法的改进，所述第一参数包括：光斑质心在感光元件上的偏移量x’，入射光线与变焦镜头光轴之间的夹角α，感光元件与变焦镜头光轴的夹角β，物距OM，像距OQ；则被测物体的位移x为：

作为本发明的可变量程的位移测量方法的改进，所述第二参数包括：光斑质心在感光元件上的偏移量y’，入射光线与变焦镜头光轴之间的夹角θ，感光元件与变焦镜头光轴的夹角γ，物距ON，像距OP；则被测物体的位移y为：

作为本发明的可变量程的位移测量方法的改进，通过调节所述变焦镜头的电压，改变所述变焦镜头的曲率半径，使得变焦镜头能够对焦于被测物体。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：

一种可变量程的位移测量装置，其包括：光源、第一镜片、变焦镜头以及感光元件；

所述第一镜片位于所述光源的光路上，所述光源发出的光线经所述第一镜片形成平行光，所述变焦镜头通过改变自身焦距能够接收来自被测物体的反射光线，所述感光元件位于所述变焦镜头的下游，并能够接收来自所述变焦镜头的透射光线。