[发明专利]一种具有角度漂移检测的激光三角位移测量装置及方法

说明书

本发明是一种具有角度漂移检测的激光三角位移测量装置及方法，该装置包括激光二极管、准直镜组、焦距调整镜组、分束镜、位移测量感光元件、角漂测量感光元件、底板温度传感器和驱动处理电路；所述分束镜、焦距调整镜组、角漂测量感光元件三者实现对发射光角度漂移的测量，解决了单纯通过温度系数补偿难以消除角漂干扰的问题，结合温度传感器读数和温度系数的标定，可有效抑制传感器的温漂和长期工作中由于发射镜组与光源的相对位置变化造成的测量误差。该装置可广泛用于需要在宽工作温度下保持高精度的非接触测量场合。

技术领域

本发明涉及激光三角测量技术领域，具体涉及一种具有角度漂移检测的激光三角位移测量装置及方法。

背景技术

激光三角法位移传感器的工作环境常常不具有恒温条件，且传感器内部的电子器件是热源，工作时有温升现象，这使得温漂成为这类传感器在实际应用中面临的突出问题，目前市面上的传感器温漂系数一般在0.01%-0.03% F.S./℃，还不足以满足一些精密测量场合的需求。

激光三角测量中，探头温度变化造成的测量误差成因主要可以分为以下3类：1)安装底板和内部各元件的热胀冷缩，产生了相对位置或角度的变化，改变了原有测量光路的几何关系；2)激光二极管的温度特性引起模式跳跃或发射波长变化造成的发射光角度漂移；3)接收端光敏元件在不同的温度下，特性发生变化。

其中各元件的热胀冷缩可视作与温度成线性关系，因此第1类成因可以通过测量关键元件的温度乘以一温度系数加以补偿。现有的激光三角法位移传感器感光元件一般是线阵CCD或CMOS，且结合了较可靠的光斑提取和亚像素定位算法获得测量结果，因此第3类成因的影响已经非常小。而第2类成因除环境温度外，还受激光二极管工作电流等因素影响，难以通过温度系数补偿实现完全消除。

现有系统中，抑制温漂主要的方案一是从探头材料入手，选用低热膨胀系数的材料，但这可能带来制造难度、成本和重量的增加；二是用温度修正系数加以补偿，但根据上述讨论，该方法对出射光角度漂移造成的误差效果有限；三是用保护壳等方式控制探头温度，该方案一般需要循环水源或其它温度控制手段，增加了系统的复杂度。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的问题，提供一种具有角度漂移检测的激光三角位移测量装置及方法。

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：

一种具有角度漂移检测的激光三角位移测量装置，包括安装底板、以及设置在所述安装底板上激光二极管、发射镜组、接收镜组、位移测量感光元件和驱动处理电路，所述激光二极管、发射镜组与被测物位于同一轴线上，使得经激光二极管发射的激光由发射镜组聚焦后在被测物表面汇聚于一点，所述接收镜组位于被测物表面散射或反射的光路上，所述位移测量感光元件与接收镜组的后端相对，便于被测物表面散射或反射的光线经接收镜组聚焦后在位移测量感光元件上成实像，所述驱动处理电路分别电连接激光二极管和位移测量感光元件，用于驱动激光二极管发射激光以及接收处理位移测量感光元件的成像数据。

进一步的，在所述发射镜组与被测物之间设有一分束镜，用于将经过发射镜组的发射光束分为互相垂直的两束，并使其中一束聚焦到被测物表面，另一束由一焦距调整镜组调整焦点并经过一中性密度滤光片衰减后在角漂测量感光元件上成实像，所述焦距调整镜组、中性密度滤光片和角漂测量感光元件在安装底板上同轴线设置，所述角漂测量感光元件电连接驱动处理电路，用于将成像数据传输至驱动处理电路中处理。

进一步的，所述发射镜组、接收镜组和焦距调整镜组的光轴共面设置。

进一步的，所述安装底板上设有底板温度传感器，用于测量安装底板温度，所述位移测量感光元件的安装电路板上设有感光元件温度传感器，用于位移测量感光元件的温度，所述底板温度传感器和感光元件温度传感器分别电连接驱动处理电路，用于将温度数据传输至驱动处理电路中。

进一步的，所述位移测量感光元件和角漂测量感光元件为CCD或CMOS型线阵感光元器件。