CN112880560A - 一种激光位置检测装置及设备 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种激光位置检测装置及设备。激光位置检测装置包括：成像模块、图像采集模块和处理模块；成像模块设置有坐标，坐标包括x轴坐标；成像模块用于根据激光发射模块发射出的线性激光，形成线性光斑；图像采集模块用于采集成像模块上的线性光斑，以形成线性光斑图像；处理模块用于将线性光斑图像进行处理，求取线性光斑图像的中心线，并根据中心线和y轴坐标确定线性激光的光斑位置。本发明实施例提供的激光位置检测装置，以实现位置检测精度较高，且结构简单，便于携带和安装的效果。

Description

一种激光位置检测装置及设备

技术领域

本发明实施例涉及激光技术领域，尤其涉及一种激光位置检测装置及设备。

背景技术

激光测量技术是位置测量应用领域使用最多的技术，是利用激光的单色性好、相干性好、方向性好、亮度高的特点实现的一种距离或者位置测量方法。

在现有的位置测量技术中，多使用单色的线性激光水平仪，将激光投影在被测量的物体表面，然后进行人眼辨别激光在物体上的位置，从而判断物体安装和预计位置是否存在误差。在这种测量方法中往往会存在人眼造成的主观测量误差，精度较低。目前也有部分激光水平仪传感器被发明，即使用n个光敏器件作为光接收传感器，通过数据采集模块采集激光打到光敏器件后输出的电压来检测激光位置，由于使用的是n个类似光敏电阻的器件，导致传感器单位面积的感光信号会很少，精度误差普遍较高，通常都在2mm以上，从而达不到高精度的位置测量。

发明内容

本发明实施例提供一种激光位置检测装置及设备，能够有效的解决现有技术中位置测量精度较低的问题。

第一方面，本发明实施例提供了一种激光位置检测装置，该激光位置检测装置包括：成像模块、图像采集模块和处理模块；所述成像模块设置有坐标，所述坐标包括y轴坐标；

所述成像模块用于根据激光发射模块发射出的线性激光，形成线性光斑；

所述图像采集模块用于采集所述成像模块上的线性光斑，以形成线性光斑图像；

所述处理模块用于对所述线性光斑图像进行处理，求取线性光斑图像的中心线，并根据所述中心线和所述y轴坐标确定所述线性激光的光斑位置。

可选的，所述坐标还包括与y轴坐标垂直的x轴坐标，所述处理模块还用于根据所述中心线和所述x轴坐标确定所述中心线和所述x轴坐标的水平倾角以及对所述成像模块上的所述线性光斑的像素值进行统计处理确定所述线性光斑的光强数据。

可选的，所述处理模块用于对线性光斑图像进行图像增强，且对增强后的线性光斑图像进行二值化，并利用预设算法提取所述线性光斑图像的中心线。

可选的，还包括外壳，所述成像模块、图像采集模块和处理模块设置于所述外壳。

可选的，所述外壳包括目镜成像筒和基座；所述目镜成像筒设置于所述基座；

所述目镜成像筒包括第一端和第二端；所述第二端位于所述第一端靠近所述基座的一侧；

所述图像采集模块位于所述第二端；

所述成像模块位于所述第一端；

所述处理模块位于所述基座内。

可选的，还包括衰减片，位于所述第一端，且位于所述成像模块靠近所述第一端的一侧。

可选的，还包括滤光片，位于所述第一端，且位于所述成像模块靠近所述第一端的一侧。

可选的，所述成像模块包括投影膜。

可选的，所述图像采集模块包括驱动模块和摄像头；

所述驱动模块用于提供驱动信号至所述摄像头，以使所述摄像头根据所述驱动信号采集所述成像模块上的线性光斑。

可选的，所述处理模块包括图像数据处理单元、通信单元和电源电路单元；

所述图像处理单元用于将所述线性光斑图像进行处理，以确定所述线性激光的光斑位置；

所述通信单元用于将所述光斑位置传输至外部控制模块；

所述电源电路单元用于为所述图像数据处理单元和所述通信单元提供电源输入。

可选的，所述目镜成像筒的目镜镜头的直径为D，其中，11cm≤D≤13cm。

第二方面，本发明实施例还提供了一种设备，该设备包括第一方面所述的激光位置检测装置。

可选的，所述设备包括机器人或机械臂。

本发明实施例提供的激光位置检测装置包括成像模块和图像采集模块，其中，成像模块设置有x轴坐标和y轴坐标；激光发射模块发射出的线性激光投影到成像模块，在成像模块上形成线性光斑，图像采集模块获取成像模块上的线性光斑图像，处理模块根据线性光斑图像求取线性光斑图像的中心线，并根据中心线和y轴坐标确定线性激光的光斑位置，即基于图像算法确定的光斑位置，相比于现有技术，本实施例提供的激光位置检测装置抗干扰能力强，对于常见的环境光干扰能够很好的通过图像算法滤掉，位置检测精度较高；且确定线性激光的光斑位置方法简单。此外，本实施例提供的激光位置检测装置结构简单，便于携带和安装。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种激光位置检测装置的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的一种投影膜的结构示意图；

图3是本发明实施例提供的一种位置数据计算示意图；

图4是本发明实施例提供的又一种激光位置检测装置的结构示意图；

图5是本发明实施例提供的一种激光位置检测装置的立体结构示意图；

图6是本发明实施例提供的一种设备的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

图1是本发明实施例提供的一种激光位置检测装置的结构示意图，如图1所示，本发明实施例提供的激光位置检测装置包括：成像模块10、图像采集模块20和处理模块30；成像模块10设置有坐标，坐标包括y轴坐标；成像模块10用于根据激光发射模块发射出的线性激光，形成线性光斑；图像采集模块20用于采集成像模块10上的线性光斑，以形成线性光斑图像；处理模块30用于对线性光斑图像进行处理，求取线性光斑图像的中心线，并根据中心线和y轴坐标确定线性激光的光斑位置。

其中，成像模块10例如可以包括投影膜。设置投影膜的好处在于，可以实现清晰的激光投影。可选的，投影膜包括灰色投影膜、魔镜投影膜、镜面投影膜或幻影投影膜等。需要说明的是，本实施例不对投影膜的类型进行限定，本领域技术人员可以根据激光位置检测装置的实际需求进行选择或设置。下面以成像模块10为投影膜为例对线性激光的光斑位置的确定进行说明。

示例性的，首先将激光发射模块，例如为激光扫平仪，固定到标准的水平面上，接着将本发明实施例提供的激光位置检测装置安装到待测量的设备上或者物件上，安装位置要能够较好的接收到激光为最佳。激光扫平仪发射出的线性激光，投影到投影膜上；其中，图2是本发明实施例提供的一种投影膜的结构示意图，如图2所示，投影膜设置有坐标，坐标包括y轴坐标。图像采集模块20采集投影膜上的线性光斑，以形成线性光斑图像。处理模块30将线性光斑图像进行处理，求取线性光斑图像的中心线。可选例如可以通过首先对图像进行简单的图像增强，包括对比度增强和图像锐化，然后对图像进行二值化，最后利用直线检测算法及其他的算法提取激光的中心线位置。然后根据中心线和y轴坐标确定线性激光的光斑位置。示例性的，图3是本发明实施例提供的一种位置数据计算示意图，如图3所示，通过中心线和y轴坐标相交的值H确定，假设光斑位置表示单位为P，则P的值可以表示为：P＝H，其中P的值可能为正数，也有可能为负数。基于此得到的光斑位置检测精度很高，理论上可以达到0.003mm。

此外，考虑到一些应用场景除了对激光位置数据精度有要求外，往往还需要检测建筑场景的墙砖是否存在倾斜，和/或，线性激光的光强数据。而现有的位置检测方法不能同时进行位置检测、水平倾角检测和光强检测。

基于此，可选的，坐标还包括与y轴坐标垂直的x轴坐标，本实施例提供的处理模块还用于根据所中心线和所述x轴坐标确定所述中心线和所述x轴坐标的水平倾角以及对所述成像模块上的所述线性光斑的像素值进行统计处理确定所述线性光斑的光强数据。即本实施例提供的处理模块30不仅可以基于线性光斑图像确定线性激光的光斑位置，同时还可以基于该线性光斑图像确定线性激光的水平倾角和光强数据。也就是说，相比于现有技术中通过人眼辨别激光在物体上的位置，从而判断物体安装和预计位置；或者通过n个光敏器件作为光接收传感器，通过数据采集模块采集激光打到光敏器件后输出的电压来检测激光位置，本实施例提供的激光位置检测装置由于设置的图像采集模块20可以采集成像模块10上的线性光斑图像，所以还可以基于线性光斑图像确定线性激光的水平倾角和光强数据，且水平倾角精度很高，理论上能达到0.03度；以及光强的检测灵敏度较高。

示例性的，继续参见图3，坐标还包括与y轴坐标垂直的x轴坐标，由中心线可以得出激光在x轴上投影的长度值w和中心线在y轴上的投影长度值h，通过余弦距离公式得到倾角θ。如果由w、h边组成的三角形斜边为c，则c的计算公式可以表示为：

于是可以通过余弦公式计算得到倾角θ的计算公式：

如此，转换得到激光的水平倾角数据。

本发明实施例的光强数据例如可以通过滤波、均值等算法来实现激光的光强数据转换，首先是对光强像素值进行排序，然后去掉首位20％的像素，然后对中间的80％像素值求平均值，于是可以得到平均像素值大小，即为光强I值，假设采集到的图像中经过排序后的像素值共有k个,每个像素分别对应像素值为S(i)，光强为I，于是光强的计算公式可以表示为：

也就是说，本发明实施例利用线性激光投影在投影膜上，根据投影膜成像在图像上的不同位置，来检测被测物体的位置、倾斜角度，利用投影成像的像素值来求解当前光线的光强数据，方法简单，易于实施。

综上所述，本发明实施例提供的激光位置检测装置包括成像模块和图像采集模块，其中，成像模块设置有x轴坐标和y轴坐标；激光发射模块发射出的线性激光投影到成像模块，在成像模块上形成线性光斑，图像采集模块获取成像模块上的线性光斑图像，处理模块根据线性光斑图像求取线性光斑图像的中心线，并根据中心线和y轴坐标确定线性激光的光斑位置，即基于图像算法确定的光斑位置，相比于现有技术，本实施例提供的激光位置检测装置抗干扰能力强，对于常见的环境光干扰能够很好的通过图像算法滤掉，位置检测精度较高；且确定线性激光的光斑位置方法简单。此外，本实施例提供的激光位置检测装置结构简单，便于携带和安装。此外，本实施例提供的激光位置检测装置不仅可以基于线性光斑图像确定线性激光的光斑位置，同时还可以基于该线性光斑图像确定线性激光的水平倾角和光强数据，适用于多场景的应用。

图4是本发明实施例提供的又一种激光位置检测装置的结构示意图，图5是本发明实施例提供的一种激光位置检测装置的立体结构示意图，如图4和图5所示，本发明实施例提供的激光位置检测装置还包括外壳40，成像模块10、图像采集模块20和处理模块30设置于外壳。通过外壳40固定以及保护成像模块10、图像采集模块20和处理模块30。

可选的，继续参见图4，外壳40包括目镜成像筒41和基座42；目镜成像筒41设置于基座42；目镜成像筒41包括第一端和第二端；第二端位于第一端靠近基座42的一侧；图像采集模块20位于第二端；成像模块10位于第一端；处理模块30位于基座42内。可选的，目镜成像筒41的目镜镜头的直径D满足，11cm≤D≤13cm。示例性的，本发明实施例提供的目镜成像筒41的目镜镜头的直径为12cm，即测量范围是正负6cm的范围。且测量的倾角范围为正负90度。也就是说，本发明实施例的测量量程比较宽广，这在一般的建筑平整度测量应用环境已经能足够满足需求了。

在上述各实施例的基础上，可选的，继续参见图4和图5，本发明实施例提供的激光位置检测装置还包括衰减片50，衰减片50位于目镜成像筒41的第一端，且位于成像模块10靠近第一端的一侧，例如位于目镜成像筒41相对于基座42的另一面最外部。本技术方案中，衰减片50在目镜成像筒41相对于基座42的另一面最外部，在线性激光投影到成像模块20之前，衰减片50对激光光源进行衰减，解决室外环境中曝光太强带来的问题。

在上述各实施例的基础上，可选的，继续参见图4和图5，本发明实施例提供的激光位置检测装置还包括滤光片60，位于目镜成像筒41的第一端处，且位于成像模块10靠近第一端的一侧。可选的，当激光位置检测装置还包括衰减片50时，滤光片60位于衰减片50和成像模块20之间。本实施例提供的滤光片60主要用于滤除激光光源中的的其他光线的干扰，使得激光位置检测装置受环境干扰小，进而提高位置检测精度。

在上述各实施例的基础上，可选的，继续参见图4，图像采集模块20包括驱动模块21和摄像头22；驱动模块21用于提供驱动信号至摄像头22，以使摄像头22根据驱动信号采集成像模块10上的线性光斑。

具体的，摄像头22采集成像模块10上的线性光斑，以形成线性光斑图像，驱动模块21给摄像头22提供稳定的电压和相机驱动信号，摄像头22采集的线性光斑图像经过驱动模块21后传送给处理模块。

在上述各实施例的基础上，可选的，继续参见图6，处理模块30包括图像数据处理单元31、通信单元32和电源电路单元33；图像处理单元31用于将线性光斑图像进行处理，以确定线性激光的光斑位置，图像处理单元31还可用于将线性光斑图像进行处理，以确定线性激光的水平倾角和光强数据；通信单元32用于将光斑位置、水平倾角和光强数据传输至外部控制模块，其中，外部控制模块例如可以包括上位机或者机器人设备；电源电路单元33用于为图像数据处理单元31和通信单元32以及整个系统提供稳定的电源输入。

示例性的，处理模块30例如可以为FPGA组成的数据处理单元31、通信单元32和电源电路单元33。通信单元32例如可以为RS485模块。RS485模块将图像处理单元31处理后的光斑位置、水平倾角和光强数据例如经过Modbus协议传输至上位机或者机器人设备，其中，RS485模块将图像数据处理单元31的rs232数据转换成485输出。

可选的，本发明的输入电压大小例如为12V，485通信协议使用的Modbus主从协议，数据上报分为主动式数据输出和指令读取两种数据输出模式。

上述各实施例提供的激光位置检测装置可以应用于建筑中，例如可以用于贴地砖的整平度检测，卫浴地砖倾斜角铺贴检测，建筑的墙体倾角检测以及其他建筑场景的其他整平检测等，操作方便，检测精度高，且受环境干扰小。

上述各实施例提供的激光位置检测装置还可以安装在机器人或者用于自动化的生产线上来规划机器的运动位置等。还可以安装在机械臂上来规划机械臂的运动或者机械臂的辅助定位。

基于同样的发明构思，本发明实施例还提供了一种设备，图6是本发明实施例提供的一种设备的结构示意图。如图6所示，设备100包括上述实施例中的激光位置检测装置101，因此本发明实施例提供的设备100也具备上述实施例所描述的有益效果，此处不再赘述。示例性的，设备100可以包括机器人或机械臂。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (13)

1.一种激光位置检测装置，其特征在于，包括：成像模块、图像采集模块和处理模块；所述成像模块设置有坐标，所述坐标包括y轴坐标；

所述成像模块用于根据激光发射模块发射出的线性激光，形成线性光斑；

所述图像采集模块用于采集所述成像模块上的线性光斑，以形成线性光斑图像；

所述处理模块用于对所述线性光斑图像进行处理，求取线性光斑图像的中心线，并根据所述中心线和所述y轴坐标确定所述线性激光的光斑位置。

2.根据权利要求1所述的激光位置检测装置，其特征在于，所述坐标还包括与y轴坐标垂直的x轴坐标，所述处理模块还用于根据所述中心线和所述x轴坐标确定所述中心线和所述x轴坐标的水平倾角以及对所述成像模块上的所述线性光斑的像素值进行统计处理确定所述线性光斑的光强数据。

3.根据权利要求2所述的激光位置检测装置，其特征在于，所述处理模块用于对线性光斑图像进行图像增强，且对增强后的线性光斑图像进行二值化，并利用预设算法提取所述线性光斑图像的中心线。

4.根据权利要求1所述的激光位置检测装置，其特征在于，还包括外壳，所述成像模块、图像采集模块和处理模块设置于所述外壳。

5.根据权利要求4所述的激光位置检测装置，其特征在于，所述外壳包括目镜成像筒和基座；所述目镜成像筒设置于所述基座；

所述目镜成像筒包括第一端和第二端；所述第二端位于所述第一端靠近所述基座的一侧；

所述图像采集模块位于所述第二端；

所述成像模块位于所述第一端；

所述处理模块位于所述基座内。

6.根据权利要求5所述的激光位置检测装置，其特征在于，还包括衰减片，位于所述第一端，且位于所述成像模块靠近所述第一端的一侧。

7.根据权利要求5所述的激光位置检测装置，其特征在于，还包括滤光片，位于所述第一端，且位于所述成像模块靠近所述第一端的一侧。

8.根据权利要求1所述的激光位置检测装置，其特征在于，所述成像模块包括投影膜。

9.根据权利要求1所述的激光位置检测装置，其特征在于，所述图像采集模块包括驱动模块和摄像头；

所述驱动模块用于提供驱动信号至所述摄像头，以使所述摄像头根据所述驱动信号采集所述成像模块上的线性光斑。

10.根据权利要求1所述的激光位置检测装置，其特征在于，所述处理模块包括图像数据处理单元、通信单元和电源电路单元；

所述图像处理单元用于将所述线性光斑图像进行处理，以确定所述线性激光的光斑位置；

所述通信单元用于将所述光斑位置传输至外部控制模块；

所述电源电路单元用于为所述图像数据处理单元和所述通信单元提供电源输入。

11.根据权利要求5所述的激光位置检测装置，其特征在于，所述目镜成像筒的目镜镜头的直径为D，其中，11cm≤D≤13cm。

12.一种设备，其特征在于，包括权利要求1-11任一项所述的激光位置检测装置。

13.根据权利要求12所述的设备，其特征在于，所述设备包括机器人或机械臂。

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