[发明专利]一种倍频差分激光三角测距装置及方法

说明书

本发明属于光学测量技术及应用领域，具体涉及一种倍频差分激光三角测距装置及方法。为解决在复杂测量环境中应用时会因杂散光干扰而导致测量精度降低的问题，本装置包括半导体激光器、与激光器紧配合的温度探头、导热块、与导热块紧配合的半导体制冷片、与半导体制冷片另一侧紧配合的散热片、导热块与散热片夹层的隔热层、与温度探头输出端和半导体制冷片输入端相连接的控温模块；导热块完全包裹激光器和温度探头；出射光轴上依次为第一聚焦透镜组、反射镜、第二聚焦透镜组、线阵相机；信号发生器的信号输出端与激光器的信号输入端连接，且和倍频器的信号输入端连接，倍频器的信号输出端与线阵相机的触发端连接；信号处理装置与线阵相机输出端连接。

技术领域

本发明属于光学测量技术及应用领域，具体涉及一种倍频差分激光三角测距装置及方法。

背景技术

基于三角测距原理的激光测距传感器，具有非接触、精度高、速度快、易于智能化集成等优良特性，能被广泛应用于航空、机械制造、工业自动化生产等领域。激光三角测距法的原理是，一束激光以一定的入射角度照射被测目标，再在另一角度用透镜对从被测目标表面反射的激光光斑进行汇聚并成像于CCD上，当被测目标沿激光方向发生移动时，光斑在CCD上的成像位置也会产生移动，由此可依据几何三角定理及光斑位移计算出被测目标与基线的距离值。但该方法在收集发射光斑信号时，不可避免地会受环境杂散光干扰，使得成像光斑的清晰度大幅下降，测距误差变大。通常抑制环境杂散光的方法有：(1)窄带滤波片法，即在CCD前放置中心波长对应于激光波长的窄带滤波片，从而滤除其它波长杂散光的干扰。但限于滤光片的带宽和透过率曲线，该方法无法滤除激光波长附近的杂散光，且无法完全滤除其它波长的光；(2)滤波器算法，即通过多种滤波算法来滤掉杂散光信号，但该方法无法消除低频或恒定外界光源的噪声干扰；(3)阈值算法，即通过阈值上限设置去除强度低、散乱、分布广的噪声光信号，但该方法会降低对信号光斑的图像分割精度。

经过对现有技术的检索发现，现有技术中对激光三角测距装置结构进行过研究和改进，包括：专利公告号102147234B的中国发明专利申请公开激光三角测距传感器，在接收透镜组部分加入了非轴对称镜片，从原理上修正激光三角测距传感器的非线性，解决了分辨率不均匀的问题。专利公告号110118971B的中国发明专利公开了一种激光三角测距装置，利用多级衍射光接力成像，实现用有限像元数的CCD在扩大的量程上进行分段复用，保持精度不变且无需借助运动机构，可实现大量程高速绝对距离的测量。上述技术均对激光三角测距的实用性能有了提升，但均存在因环境杂散光干扰而测量精度降低的问题。

发明内容

本发明为解决目前在复杂测量环境中应用时会因杂散光干扰而导致测量精度降低的技术问题，提供一种倍频差分激光三角测距装置及方法。

为了达到上述目的，本发明采用了下列技术方案：

一种倍频差分激光三角测距装置，包括半导体激光器、温度探头、导热块、半导体制冷片、隔热层、散热片盒体、第一聚焦透镜组、被测物体表面、电源、控温模块、信号发生器、倍频器、线阵相机、信号处理装置、第二聚焦透镜组、反射镜；

所述半导体激光器的外表面上设置有温度探头，所述半导体激光器和温度探头包裹在导热块中，所述导热块的外表面设置有半导体制冷片，所述导热块设置在散热片盒体中，在所述散热片盒体内填充有隔热层，使导热块与散热片盒体避免接触，且半导体制冷片与散热片盒体的内壁紧密贴合，所述温度探头的输出端与控温模块的输入端连接，所述控温模块的输出端与半导体制冷片连接，所述电源与半导体激光器的电源接口连接；

所述半导体激光器的出射光依次经过第一聚焦透镜组、待测物体表面、反射镜、第二聚焦透镜组、线阵相机，所述信号发生器的输出端分为两路，一路与半导体激光器的信号输入端连接，另一路与倍频器的信号输入端连接，所述倍频器的信号输出端与线阵相机的触发端连接，所述线阵相机的输出端与信号处理装置连接。信号处理装置为计算机、FPGA或DSP。