CN101614541A - 一种基于线阵ccd的激光测距仪及其测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于线阵CCD的激光测距仪，包括线阵CCD、半导体激光器以及带缝隙的挡板；所述的半导体激光器发射的激光束所在的直线与线阵CCD所在的平面成一锐角；带缝隙的挡板设置于线阵CCD的前面并且与线阵CCD所在平面平行；所述线阵CCD的中心点所在的垂直于线阵CCD所在平面的直线通过带缝隙的挡板；还提供一种使用基于线阵CCD的激光测距仪进行测距的方法。本发明使用线阵CCD，分辨率高、精度高、价格低廉；这从极大程度上降低了产品的成本同时又保证了测量的精度，使得本发明测量精度高、测量速度快、操作简单、成本低。

Description

一种基于线阵CCD的激光测距仪及其测量方法

技术领域

本发明涉及激光测距领域，特别涉及一种基于线阵CCD的激光测距仪以及使用该仪器进行测距的方法。

背景技术

制造业是国民经济的基础产业，制造业水平的高低是衡量一个国家工业发达程度的重要标志。工业测量则是一种在制造工业和机器安装工业中对部件和形体进行精密测量的三维坐标测量。测量的精确度直接决定了制造产品的优劣程度。

由于传统的接触式测量精确度不高，测量速度也比较慢，于是非接触式测量开始替代接触式测量。非接触式测量是指用非接触的光电方法对曲面的三维形貌进行快速的测量，它具有良好的精确性和实时性。因此非接触式测量在测量领域占据重要地位，其中采用激光进行测量得到了广泛的使用。

激光测距是通过对被测物体发射激光光束，并接收该激光光束的反射波，记录该时间差，然后通过光速c和大气折射系数n计算出被测物体与测试点的距离。由于直接测量时间比较困难，精度比较低，通常是测定连续波的相位来测量，但是作用的距离又十分有限。此时便需要一种测量精度高、测量速度块、体积小、操作简单、成本又低的激光测距仪。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于线阵CCD的激光测距仪以及使用该仪器进行测距的方法，测量精度高、测量速度快、操作简单、成本低。

为了解决上述问题，本发明的技术方案是这样的：

一种基于线阵CCD的激光测距仪，包括线阵CCD、半导体激光器以及带缝隙的挡板；所述的半导体激光器发射的激光束所在的直线与线阵CCD所在的平面成一锐角；带缝隙的挡板设置于线阵CCD的前面并且与线阵CCD所在平面平行；所述线阵CCD的中心点所在的垂直于线阵CCD所在平面的直线通过带缝隙的挡板。

半导体激光器发射的激光束垂直投射至被测物体表面。

一种使用基于线阵CCD的激光测距仪进行测距的方法，包括以下步骤：

所述的半导体激光器发射的激光束垂直投射至被测物体表面；

光斑在被测物体表面发生漫反射，其中一部分激光束通过带缝隙的挡板投射至线阵CCD上形成成像点；

被测物体产生位移；

被测物体表面的光斑随着激光束的方向产生移动；

移动的光斑在被测物体表面发生漫反射，其中一部分激光束通过带缝隙的挡板投射至线阵CCD上形成成像点，线阵CCD上的成像点发生位移；

被测物体与激光测距仪之间的实际距离CD＝AD-AC；

其中，AD＝AF*MO/(MO*cosα+MF*sinα)；

AF＝AE+EF；所述半导体激光器发射的激光束垂直投射至被测物体表面，形成光斑D点；光斑在物体表面发生漫反射，其中一部分激光束通过带缝隙的挡板投射至线阵CCD上形成成像点F点；α是半导体激光器发射的激光束所在的直线与线阵CCD所在的平面所形成的一锐角；半导体激光器发射的激光束所在的直线与线阵CCD所在的平面的交点是A点；O点是挡板中心的缝隙所在位置的点；M是所述线阵CCD的中心点；C是激光束穿过基于线阵CCD的激光测距仪与穿越的基于线阵CCD的激光测距仪的平面的交点。

本发明的有益效果是，该激光测距通过使用线阵CCD(Charge CoupledDevice)、半导体激光器、带缝隙的挡板的三角测距来完成测量。使用线阵CCD的优点是分辨率高、精度高、价格低廉。这从极大程度上降低了产品的成本同时又保证了测量的精度。采用半导体激光器由于这种激光器效率高、体积小、重量轻、结构简单、功率转换效率高，只要通以适当强度的电流就有激光射出，再加上输出波长在红外线光范围内，所以保密性特别强，同时使得产品的操作比较简单。本发明测量精度高、测量速度快、操作简单、成本低。

附图说明

图1是本发明的基于线阵CCD的激光测距仪的原理图。

具体实施方式

为了使本发明的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。

如图1所示，一种基于线阵CCD的激光测距仪，包括线阵CCD 1、半导体激光器2以及带缝隙的挡板3；所述的半导体激光器2发射的激光束4所在的直线与线阵CCD 1所在的平面成一锐角α；带缝隙的挡板3设置于线阵CCD 1的前面并且与线阵CCD 1所在平面平行；所述线阵CCD 1的中心点M所在的垂直于线阵CCD 1所在平面的直线通过带缝隙的挡板3。半导体激光器2发射的激光束4垂直投射至被测物体5表面。

一种使用基于线阵CCD的激光测距仪进行测距的方法，包括以下步骤：

所述的半导体激光器2发射的激光束4垂直投射至被测物体5表面，形成光斑D点；

光斑在被测物体5表面发生漫反射，其中一部分激光束通过带缝隙的挡板3投射至线阵CCD 1上形成成像点F点；

被测物体5产生位移；

被测物体5表面的光斑随着激光束4的方向产生移动；

移动的光斑在被测物体5表面发生漫反射，其中一部分激光束通过带缝隙的挡板3投射至线阵CCD1上形成成像点，线阵CCD上的成像点发生位移；被测物体与激光测距仪之间的实际距离CD＝AD-AC；

其中，AD＝AF*MO/(MO*cosα+MF*sinα)；

AF＝AE+EF；所述半导体激光器2发射的激光束4垂直投射至被测物体5表面，形成光斑D点；光斑在被测物体5表面发生漫反射，其中一部分激光束通过带缝隙的挡板3投射至线阵CCD1上形成成像点F点；α是半导体激光器2发射的激光束4所在的直线与线阵CCD所在的平面所形成的一锐角；半导体激光器2发射的激光束4所在的直线与线阵CCD1所在的平面的交点是A点；O点是挡板3中心的缝隙所在位置的点；M是所述线阵CCD1的中心点；C是激光束4穿过基于线阵CCD1的激光测距仪与穿越的基于线阵CCD1的激光测距仪的平面的交点。

图1中的O点代表挡板3的缝隙，在挡板3的中心；激光束4通过挡板3的缝隙投射到线阵CCD1上的成像点也在CCD1的中心M点，所以M点在线阵CCD1上的有效距离是已知的，即EM是已知的。由于半导体激光器2、线阵CCD1、带缝隙的挡板3是整个一体的，所以图1中的AC、AE、α、OM是固定的。

激光束4投射到被测物体5上形成光斑D点，一部分的光通过挡板3的缝隙投射到线阵CCD1上F点，此时线阵CCD1上的有效像素距离是已知的，即EF是已知的，则根据相似三角形定理可以得知：

$\frac{\mathrm{DQ}}{\mathrm{MF}}=\frac{\mathrm{QO}}{\mathrm{MO}}---\left(1\right)$

由图1我们可以看出，式(1)中的DQ＝PD*cosα，PD＝AP-AD＝(AF-MF)/cosα-AD，QO＝MQ-MO＝DN-MO＝AD*sinα-MO，由此我们可以得知：

[(AF-MF)/cosα-AD]*cosα/MF＝(AD*sinα-MO)/MO(2)

所以，由式(2)我们可以得出：

AD＝AF*MO/(MO*cosα+MF*sinα)(3)

由前面的叙述可以得知，AF、MO、MF都是已知的，那么AD的距离通过式(3)得出。而CD是被测物体与激光测距仪之间的实际距离，AC是已知的，已经得知AD的距离，那么CD的距离也可以得知，这样我们就测量出了被测物体与激光测距仪之间的实际距离。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (4)

1、一种基于线阵CCD的激光测距仪，其特征在于：包括线阵CCD、半导体激光器以及带缝隙的挡板；所述的半导体激光器发射的激光束所在的直线与线阵CCD所在的平面成一锐角；带缝隙的挡板设置于线阵CCD的前面并且与线阵CCD所在平面平行；所述线阵CCD的中心点所在的垂直于线阵CCD所在平面的直线通过带缝隙的挡板。

2、根据权利要求1所述的一种基于线阵CCD的激光测距仪，其特征在于：半导体激光器发射的激光束垂直投射至被测物体表面。

3、权利要求1的一种方法，其特征在于：包括以下步骤：

所述的半导体激光器发射的激光束垂直投射至被测物体表面；

光斑在被测物体表面发生漫反射，其中一部分激光束通过带缝隙的挡板投射至线阵CCD上形成成像点；

被测物体产生位移；

被测物体表面的光斑随着激光束的方向产生移动；

移动的光斑在被测物体表面发生漫反射，其中一部分激光束通过带缝隙的挡板投射至线阵CCD上形成成像点，线阵CCD上的成像点发生位移；

4、根据权利要求3所述的一种方法，其特征在于：

被测物体与激光测距仪之间的实际距离CD＝AD-AC；

其中，AD＝AF*MO/(MO*cosα+MF*sinα)；

AF＝AE+EF；所述半导体激光器发射的激光束垂直投射至被测物体表面，形成光斑D点；光斑在被测物体表面发生漫反射，其中一部分激光束通过带缝隙的挡板投射至线阵CCD上形成成像点F点；α是半导体激光器发射的激光束所在的直线与线阵CCD所在的平面所形成的一锐角；半导体激光器发射的激光束所在的直线与线阵CCD所在的平面的交点是A点；O点是挡板中心的缝隙所在位置的点；M是所述线阵CCD的中心点；C是激光束穿过基于线阵CCD的激光测距仪与穿越的基于线阵CCD的激光测距仪的平面的交点。

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