空間二自由度測量距離保持恒定的調(diào)整方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于光學(xué)測量技術(shù)領(lǐng)域，主要應(yīng)用在光學(xué)分析法測量物體性質(zhì)，本發(fā)明涉及高精度光學(xué)測量儀器。
【背景技術(shù)】
[0002]光學(xué)測量儀器中，通過光學(xué)法對(duì)物體進(jìn)行檢測的傳統(tǒng)方法是將被測量物體放置于固定位置進(jìn)行物體測量，需要大量的人工操作或機(jī)械輔助操作，非常不方便。光學(xué)檢測設(shè)備相對(duì)比較固定，不能在被測物體位置升降變化時(shí)對(duì)被測物體進(jìn)行實(shí)時(shí)測量，大大限制了光學(xué)檢測方法的應(yīng)用范圍。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是解決傳統(tǒng)光學(xué)檢測方法不能在被測物體位置升降變化時(shí)對(duì)被檢測物體進(jìn)行實(shí)時(shí)測量的問題，提供一種空間二自由度測量距離調(diào)整方法。該方法是光學(xué)檢測設(shè)備在檢測運(yùn)動(dòng)物體時(shí)的一種檢測距離調(diào)整方法，可提高檢測精度。
[0004]本發(fā)明提供的空間二自由度測量距離保持恒定的調(diào)整方法，該方法涉及的測量裝置主要包括發(fā)射光管和檢測光管，具體步驟包括:
[0005]第1、通過調(diào)整發(fā)射光管角度變化，調(diào)整發(fā)射光束照射到被測物體表面的光束角度，光束照射至被測物體形成散射光，由檢測光管檢測散射光強(qiáng)，通過對(duì)比不同光束角度形成的散射光強(qiáng)度值，得出散射光強(qiáng)最大值點(diǎn)對(duì)應(yīng)的發(fā)射光管的光束照射角度，進(jìn)而得出檢測光管與被測物體間的距離；
[0006]第2、當(dāng)被測物體位置發(fā)生移動(dòng)時(shí)，檢測光管檢測到的散射光強(qiáng)發(fā)生變化，從新調(diào)整發(fā)射光管的發(fā)射光束角度，使檢測光管再次檢測到散射光強(qiáng)的最大值點(diǎn)，根據(jù)散射光強(qiáng)最大值點(diǎn)對(duì)應(yīng)的光束角度變化量，確定被測物體垂直移動(dòng)方向和移動(dòng)距離；
[0007]第3、調(diào)整測量裝置中的發(fā)射光管和檢測光管同步向第2步確定的被測物體移動(dòng)方向移動(dòng)相同的距離，從而實(shí)現(xiàn)測量裝置與被測物體距離的相對(duì)恒定。
[0008]所述發(fā)射光管發(fā)射的檢測光是可見光或非可見光。檢測光線方法是散射光檢測、漫反射光檢測。
[0009]所述發(fā)射光管的角度調(diào)整通過發(fā)射光管轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)。所述測量裝置中的發(fā)射光管和檢測光管的移動(dòng)通過運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌由電機(jī)控制進(jìn)行。
[0010]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和有益效果:
[0011]I)本發(fā)明采用了空間二自由度控制方法，使檢測設(shè)備與被測物體位置保持快速實(shí)現(xiàn)。通過保持被測物體在最佳測量距離的方法，實(shí)現(xiàn)測量值的精確測量。
[0012]2)由直線運(yùn)動(dòng)與旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)方法完成位置保持，大大減小了系統(tǒng)設(shè)計(jì)的復(fù)雜度。
[0013]3)本發(fā)明的相對(duì)距離保持方法，可應(yīng)用于動(dòng)態(tài)測量環(huán)境，為動(dòng)態(tài)測量提供了有效的解決方法。【附圖說明】:
[0014]圖1是本發(fā)明空間二自由度動(dòng)態(tài)測量距離保持系統(tǒng)原理框圖。
[0015]圖中:1:檢測光管，2:光學(xué)透鏡，3:發(fā)射光管，4:電機(jī)，5:直線導(dǎo)軌，6:滑動(dòng)背板，7:發(fā)射光束，8:散射光束，L1:被檢測物體初始位置，L2:被檢測物體下降到達(dá)位置。
[0016]圖2是本發(fā)明相對(duì)位移變化、角度變化參量原理圖。
[0017]符號(hào)說明:
[0018]點(diǎn)S:發(fā)射光管旋轉(zhuǎn)中心點(diǎn)，
[0019]點(diǎn)R:過點(diǎn)S平行于水平方向與接收管中心線直線PQR的交點(diǎn)，
[0020]點(diǎn)Q:檢測光管光學(xué)透鏡焦點(diǎn)，
[0021]點(diǎn)P:發(fā)射光管旋轉(zhuǎn)一定角度后，發(fā)射光束與檢測光管中心線交點(diǎn)，
[0022]L1:被檢測物體初始水平位置，
[0023]L2:被檢測物體向下移動(dòng)后所到達(dá)的水平位置，
[0024]點(diǎn)T:過點(diǎn)R垂直于LI的直線與LI交點(diǎn)，
[0025]點(diǎn)U:過點(diǎn)R垂直于LI的直線與L2交點(diǎn)，
[0026]ml:邊RS的長度，
[0027]m2:邊RQ的長度，
[0028]m3:邊SQ的長度，
[0029]m4:邊PQ的長度，
[0030]h1:邊RT的長度，
[0031]h2:邊TU的長度，
[0032]nl:邊QT的長度，
[0033]角A、角B、角C、角D、角E、角F為如圖所示夾角。
【具體實(shí)施方式】
[0034]實(shí)施例1
[0035]如圖1所示，本發(fā)明提供的空間二自由度測量距離調(diào)整方法涉及的硬件系統(tǒng)包括:發(fā)射光管、準(zhǔn)直透鏡、發(fā)射光管旋轉(zhuǎn)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、檢測光管、直線導(dǎo)軌、電機(jī)和控制器；具體測量方法包括:
[0036]第1、通過調(diào)整發(fā)射光管角度變化，調(diào)整發(fā)射光束照射到被測物體表面的光束角度，光束照射至被測物體形成散射光，由檢測光管檢測散射光強(qiáng)，通過對(duì)比不同光束角度形成的散射光強(qiáng)度值，得出散射光強(qiáng)最大值點(diǎn)對(duì)應(yīng)的發(fā)射光管的光束照射角度，進(jìn)而得出檢測光管與被測物體間的距離；
[0037]參見圖2，發(fā)射光管的旋轉(zhuǎn)中心點(diǎn)為S，過S平行于被測物體表面的直線與檢測光管中心線的交點(diǎn)為R，三角形邊RS的長度值為ml。直線PQR為檢測光管的中心線，檢測光管的中心線與垂直方向的夾角為C，中心線與水平方向的夾角為B。RQ長度值為m2，m2為接收管鏡頭焦聚。點(diǎn)Q為檢測光管的焦點(diǎn)，QS的長度值為m3，三角形邊QS與RS夾角為D。在產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)，集聚長度值m2、RS長度值ml，角B，角D，角F，m3的值都為已知。LI為水平被測物體表面，Q為檢測光管焦點(diǎn)與LI平面的交點(diǎn)。此時(shí)的LI平面位置為最佳測量位置。
[0038]第2、當(dāng)被測物體位置發(fā)生移動(dòng)時(shí)，檢測光管檢測到的散射光強(qiáng)發(fā)生變化，從新調(diào)整發(fā)射光管的發(fā)射光束角度，使檢測光管再次檢測到散射光強(qiáng)的最大值點(diǎn)，根據(jù)散射光強(qiáng)最大值點(diǎn)對(duì)應(yīng)的光束角度變化量，確定被測物體垂直移動(dòng)方向和移動(dòng)距離；
[0039]參見圖2，當(dāng)被測物體表面處于L2位置時(shí)，檢測光管中線PQR與L2交點(diǎn)為點(diǎn)P。點(diǎn)P、點(diǎn)S、點(diǎn)Q構(gòu)成三角形PQS。
[0040]當(dāng)光束由SQ方向，轉(zhuǎn)動(dòng)至SP方向時(shí)，檢測光管可接收到P點(diǎn)的散射光強(qiáng)度最大，此時(shí)通過發(fā)射光管電機(jī)旋轉(zhuǎn)角度可知，邊SQ與邊SP的夾角A的值。角E為邊PQ與PS夾角，已知角F減已知角A得角E。根據(jù)正弦定理，由角A、角E、m3值可計(jì)算出PQ邊長m4的值。
[0041]由RS平行于PU，可得角UPQ等于角B。由m4與角UPQ可得UT長度h2的值。h2即為被測物體與最佳測量位置LI的相對(duì)距離。
[0042]第3、調(diào)整測量裝置中的發(fā)射光管和檢測光管同步向第2步確定的被測物體移動(dòng)方向移動(dòng)相同的距離，從而實(shí)現(xiàn)測量裝置與被測物體距離的相對(duì)恒定。
[0043]通過發(fā)射光管旋轉(zhuǎn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向，可知發(fā)射光束SP沿點(diǎn)S的旋轉(zhuǎn)方向?yàn)槟鏁r(shí)針旋轉(zhuǎn)角A。
[0044]通過直線導(dǎo)軌電機(jī)控制測量組件向被測物體移動(dòng)h2距離，將光束角度向順時(shí)針旋轉(zhuǎn)角A，即調(diào)整Q點(diǎn)移動(dòng)至P點(diǎn)位置，此時(shí)進(jìn)行測量，可以得到測量結(jié)果。
[0045]基本原理為
[0046]參見圖1，發(fā)射光管3發(fā)射光信號(hào)，光信號(hào)通過準(zhǔn)直透鏡2聚束為平行光，平行光以一定角度照射到被測物體上，通過被測物體的散射或漫反射，與檢測光管I角度一致的光線被檢測光管檢測到，當(dāng)發(fā)射光管旋轉(zhuǎn)過程中，光束角度隨之變化，導(dǎo)致能夠進(jìn)入檢測光管的光強(qiáng)度會(huì)隨發(fā)射光管發(fā)射光束角度的變化而變化。通過檢測光管檢測得到的光信號(hào)強(qiáng)度可以確定強(qiáng)度最大值點(diǎn)與檢測光管軸線重合，通過電機(jī)角度計(jì)算可得到此時(shí)發(fā)射光管的角度。
[0047]發(fā)射光管由步進(jìn)電機(jī)控制旋轉(zhuǎn)角度和旋轉(zhuǎn)方向，因此當(dāng)發(fā)射光管進(jìn)行掃描檢測得到的最大散射光強(qiáng)位置P點(diǎn)時(shí)，發(fā)射光管的旋轉(zhuǎn)方向和旋轉(zhuǎn)角度A是已知量。
[0048]通過發(fā)射光管旋轉(zhuǎn)角度變化值和已知量ml、m2、m3、角A、角F、角B計(jì)算出被測物體L2相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)位置LI的位置關(guān)系。調(diào)整測量裝置上下移動(dòng)，使測量裝置與被測物體的測量距離為hi。保證被測物體表面與檢測光管焦點(diǎn)Q相交。
[0049]本發(fā)明方法的特點(diǎn):
[0050]I)光學(xué)檢測設(shè)備與被檢測物體之間的檢測距離通過系統(tǒng)控制自動(dòng)保持恒定，提高檢測精度。
[0051 ] 2)反射旋轉(zhuǎn)鏡轉(zhuǎn)動(dòng)改變光束照射方向，對(duì)被測物體進(jìn)行光束掃描獲得被測光強(qiáng)度最大值，確定最大值點(diǎn)在接收光管中心線上。
[0052]3)通過發(fā)射光管角度信息計(jì)算檢測設(shè)備需要移動(dòng)方向與距離，通過控制器實(shí)現(xiàn)距離自動(dòng)控制，保證測量距離恒定。
[0053]本發(fā)明空間二自由度動(dòng)態(tài)測量距離保持方法，參照?qǐng)D2實(shí)施具體步驟為:
[0054]I)根據(jù)測量設(shè)備結(jié)構(gòu)圖確定ml值，角度B，焦聚m2。
[0055]2)經(jīng)過計(jì)算得出角度D，算出角度F。
[0056]3)將發(fā)射光管轉(zhuǎn)動(dòng)至角度D處，準(zhǔn)備對(duì)被測物體檢測。
[0057]4)對(duì)被檢測物體進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)光束掃描，獲得最大值點(diǎn)，計(jì)算出角度A，與初始發(fā)射光管位置對(duì)比可得出發(fā)射光管轉(zhuǎn)動(dòng)方向，同時(shí)判斷出物體運(yùn)動(dòng)方向。
[0058]5)由角度A計(jì)算出m4值，經(jīng)m4與角度B計(jì)算得出h2值。
[0059]6)由控制系統(tǒng)控制運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌向被測物體運(yùn)動(dòng)方向移動(dòng)h2值。
[0060]7)將發(fā)射光管轉(zhuǎn)動(dòng)角度A返回到初始位置，進(jìn)行數(shù)據(jù)測量。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.空間二自由度測量距離保持恒定的調(diào)整方法，其特征在于該方法涉及的測量裝置主要包括發(fā)射光管和檢測光管，具體步驟包括: 第1、通過調(diào)整發(fā)射光管角度變化，調(diào)整發(fā)射光束照射到被測物體表面的光束角度，光束照射至被測物體形成散射光，由檢測光管檢測散射光強(qiáng)，通過對(duì)比不同光束角度形成的散射光強(qiáng)度值，得出散射光強(qiáng)最大值點(diǎn)對(duì)應(yīng)的發(fā)射光管的光束照射角度，進(jìn)而得出檢測光管與被測物體間的距離； 第2、當(dāng)被測物體位置發(fā)生移動(dòng)時(shí)，檢測光管檢測到的散射光強(qiáng)發(fā)生變化，從新調(diào)整發(fā)射光管的發(fā)射光束角度，使檢測光管再次檢測到散射光強(qiáng)的最大值點(diǎn)，根據(jù)散射光強(qiáng)最大值點(diǎn)對(duì)應(yīng)的光束角度變化量，確定被測物體垂直移動(dòng)方向和移動(dòng)距離； 第3、調(diào)整測量裝置中的發(fā)射光管和檢測光管同步向第2步確定的被測物體移動(dòng)方向移動(dòng)相同的距離，從而實(shí)現(xiàn)測量裝置與被測物體距離的相對(duì)恒定。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述方法，其特征在于所述發(fā)射光管發(fā)射的檢測光是可見光或非可見光。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述方法，其特征在于檢測光線方法是散射光檢測、漫反射光檢測。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述發(fā)射光管的角度調(diào)整通過發(fā)射光管旋轉(zhuǎn)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述方法，其特征在于所述測量裝置中的發(fā)射光管和檢測光管的移動(dòng)通過運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌由電機(jī)控制進(jìn)行。
【專利摘要】空間二自由度測量距離保持恒定的調(diào)整方法，本發(fā)明采用高精度電機(jī)控制系統(tǒng)控制發(fā)射光管旋轉(zhuǎn)進(jìn)行光束方向調(diào)整，發(fā)射光管發(fā)出的光束照射到被測物體形成散射光，散射光傳輸至檢測光管，經(jīng)過檢測光管檢測不同光束照射角度形成散色光的光強(qiáng)，比較得出散射光強(qiáng)最大值點(diǎn)，取最大值點(diǎn)光束發(fā)射角度，通過光強(qiáng)最大值點(diǎn)發(fā)射光管角度與發(fā)射光管初始角度進(jìn)行對(duì)比，計(jì)算得出被測物體運(yùn)動(dòng)方向，調(diào)整檢測裝置向物體運(yùn)動(dòng)方向移動(dòng)計(jì)算得出的距離，實(shí)現(xiàn)測量裝置與被測物體間的測量距離保持恒定。本發(fā)明主要應(yīng)用于光學(xué)測量領(lǐng)域，提高了被測物體在運(yùn)動(dòng)狀態(tài)光學(xué)測量檢測時(shí)的檢測精度，保證測量條件的一致性，使測量結(jié)果更精確。
【IPC分類】G05D3/12, G01N21/01
【公開號(hào)】CN104950923
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510377149
【發(fā)明人】鐘鐳, 寇立冬
【申請(qǐng)人】天津市視訊軟件開發(fā)有限公司
【公開日】2015年9月30日
【申請(qǐng)日】2015年7月1日