[发明专利]一种工作距离可调的激光位移传感器及测距方法

说明书

本发明是一种工作距离可调的激光位移传感器及测距方法，激光器射出激光，经过发射镜组后投射在被测表面，表面散射光经过一组反射镜调整接收角度后，通过变焦接收镜组成像于光敏器件，通过音圈电机调节发射镜组与激光器之间的相对位置，将激光束准确地在不同工作距离的平面聚焦，光敏器件上的光斑位置和反射镜的偏转角度则反映了被测物体的距离。本发明可切换设置多个量程档位，通过控制驱动发射镜组、转动反射镜、变焦接收镜组和光敏器件运动到特定位置，实现另一个工作距离及对应的测量量程的切换，不需要测量系统中额外的设备进行补偿，实现工作距离和测量量程的自动化无缝切换。

技术领域

本发明涉及光学测量设备技术领域，具体涉及一种工作距离可调的激光位移传感器及测距方法。

背景技术

由于激光位移传感器具有结构简单、非接触、高精度、测量速度快、可实时处理等优点，被广泛应用于各种几何参数检测、表面形貌测量和三维建模等场合。

激光位移传感器往往具有特定的量程，在产品系列中每种型号对应于一个特定的量程。由于激光位移传感器的量程与测量精度是一对矛盾关系，单个传感器不能满足实际生产中出现的大尺度高精度的测量需求，目前主要的解决方案有：

（1）.与高精度运动平台配合进行跟踪测量，将激光位移传感器安装在运动平台上，即将超出量程时利用高精度运动平台移动激光位移传感器，使其重新回到量程中心，利用平台精确的空间移动和定位功能补偿激光位移传感器的量程。

（2）.机器视觉引导，首先通过三维形貌测量设备对被测表面进行扫描获得粗糙的全局模型，并利用此模型为激光位移传感器规划测量路径，配合运动平台进行扫描测量。

（3）.采用机械变量程式的传感器，如专利CN2018102458559“一种多量程集成的激光测头装置及其使用方法”和专利CN2018102599415“双量程复合的激光测头装置及其表面测量方法”提到，通过改变激光发射模块和接收模块之间的距离来改变传感器的测量量程。

上述方法中，方法（1）需要高精度的运动平台进行补偿和精度保证，大幅度提高了系统成本；方法（2）同样需要采用价格相对较高的三维形貌测量设备，并且从三维点云数据获得面型到产生引导测量路径，目前还没有比较成熟的处理工具；方法（3）需要进行不同量程模块的切换安装，引入机械安装误差，降低测量系统的自动化程度，并且改变量程后激光打在被测表面的不同位置，对同一位置测量需要重新校准，使用复杂。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的问题，提供一种工作距离可调的激光位移传感器。

为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：

一种工作距离可调的激光位移传感器，包括壳体、以及设置在所述壳体内的激光器、发射镜组、音圈电机、光敏器件、变焦接收镜组、中心处理电路、固定反射镜和转动反射镜，其中：

所述激光器设置于发射镜组的上方，并且所述发射镜组与激光器的光轴重合且垂直于被测表面，所述音圈电机由环形线圈定子和安装在环形线圈定子内圈的动子组成，所述发射镜组连接在音圈电机的动子上，所述音圈电机的动子带动发射镜组沿其环形线圈定子的轴向方向上下移动从而调节发射镜组与激光器之间的轴向距离，以实现发射激光在不同工作距离的聚焦；

所述转动反射镜转动地设置在壳体内，用于旋转调整接收角度接收不同量程下被测表面的反射光，所述固定反射镜与转动反射镜相对设置，用于将转动反射镜反射来的光再反射至变焦接收镜组，所述变焦接收镜组变焦移动将光射至光敏器件上；

所述光敏器件转动地设置在壳体内，用于旋转调整接收变焦接收镜组变焦移动后的反射光，实现在此工作距离对应的量程范围内的清晰成像；

所述中心处理电路根据当前的量程档位和光敏器件上的光斑位置分布得到被测表面到壳体的距离，并且所述中心处理电路连接并控制驱动音圈电机带动发射镜组、转动反射镜的旋转、变焦接收镜组的变焦移动、以及光敏器件的旋转，用于切换不同工作距离对应的量程测量。