CN101900529B - 基于光束三角的倾斜自适应位移测量方法 - Google Patents

基于光束三角的倾斜自适应位移测量方法 Download PDF

Info

Publication number
CN101900529B
CN101900529B CN2010102215086A CN201010221508A CN101900529B CN 101900529 B CN101900529 B CN 101900529B CN 2010102215086 A CN2010102215086 A CN 2010102215086A CN 201010221508 A CN201010221508 A CN 201010221508A CN 101900529 B CN101900529 B CN 101900529B
Authority
CN
China
Prior art keywords
laser image
image spot
light intensity
measuring
displacement
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CN2010102215086A
Other languages
English (en)
Other versions
CN101900529A (zh
Inventor
张磊
赵辉
刘伟文
陶卫
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shanghai Renywell Measurement Technology Co.,Ltd.
Original Assignee
SHANGHAI RENYWELL MEASUREMENT TECHNOLOGY CO LTD
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by SHANGHAI RENYWELL MEASUREMENT TECHNOLOGY CO LTD filed Critical SHANGHAI RENYWELL MEASUREMENT TECHNOLOGY CO LTD
Priority to CN2010102215086A priority Critical patent/CN101900529B/zh
Publication of CN101900529A publication Critical patent/CN101900529A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN101900529B publication Critical patent/CN101900529B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
  • Measurement Of Optical Distance (AREA)

Abstract

一种基于光束三角的倾斜自适应位移测量方法，涉及精密检测技术领域，所解决的是提高测量精度的技术问题。该方法先将测量光斑像与基准光斑像进行比较，计算出被测物体的位移误差曲线函数；再根据测量光斑像在光接收器件上的位置，计算出被测物体的位移信息；然后根据被测物体的位移误差曲线函数，对被测物体的位移信息进行补偿，得出被测物体的最终位移测量结果。本发明提供的方法，能够对被测物体表面的各种物面倾斜所引起的测量误差进行自适应的误差补偿，能提高测量精度。

Description

基于光束三角的倾斜自适应位移测量方法
技术领域
本发明涉及精密检测的技术，特别是涉及一种基于光束三角的倾斜自适应位移测量方法的技术。
背景技术
光束三角位移测量方法因为其非接触、适用范围广，得到越来越广泛的应用。现有光束三角位移测量方法在测量时，都假定被测物体的物面与光束照射方向及接收透镜轴线所在平面成固定角度，但是当被测物体的物面中存在倾斜于假定物面的倾斜物面时，倾斜物面所反射的光线会偏离预想方向。
根据测量实验结果表明，倾斜物面会使光斑像信号产生不对称分布变化和光斑宽度变化，从而引起光斑像在光接收器件上的定位偏移，使得测得的位移结果产生误差。如图4、图5所示，图4中的I1轴为光强幅值轴线，H1轴为位置轴线，曲线41为理论上的光斑像信号的光强变化曲线，曲线42为实测光斑像信号的光强变化曲线，从该图可以看出实测光斑像信号产生了明显的不对称分布变化；图5为被测物面倾斜引起光斑像信号产生宽度分布变化的示意图，该图中的I2轴为光强幅值轴线，H2轴为位置轴线，曲线51为理论上的光斑像信号的光强变化曲线，曲线52为实测光斑像信号的光强变化曲线，从该图可以看出实测光斑像信号产生了明显的宽度分布变化。
根据实验结果，在相同位移状况下，倾斜物面相对于被假定物面的倾斜度不同，测得的位移结果也是不一致的，显然在测量过程中倾斜的存在会产生误差，特别是物面在不同倾斜角度交错检测的时候，误差更加明显；实验结果如图3所示，图3中的311、321、331、341为发射检测光束的光源，312、322、332、342为四种具有倾斜物面的被测物体；图3中的图3a为被测物体的物面与光束照射方向及接收透镜轴线所在平面成固定角度的情况，图3b、图3c、图3d为被测物体的物面中存在倾斜于假定物面的倾斜物面的几种典型情况，倾斜物面相对于假定物面的倾斜方向分为两种，分别为图3b所示的情况和图3c所示的情况，图3d所示的情况为图3b与图3c两种情况的结合；图3a’、图3b’、图3c’、图3d’分别为图3a、图3b、图3c、图3d四种情况的测量结果，其中在图3a’、图3b’、图3c’、图3d’中的实线为测量测量结果，虚线为被测物体的实际尺寸；如图3a’所示，在图3a所示的被测物体的物面与检测光束照射方向及接收透镜轴线所在平面成固定角度的情况下测量误差相对较小，而图3b、图3c、图3d所示的三种被测物体的物面中存在倾斜于假定物面的倾斜物面的情况下测量误相对较大；
由此可见，现有光束三角位移测量方法的测量结果很容易受被测物体表面倾斜度的干扰，因此其检测精度不高。目前还没有有效的方法消除物面倾斜产生的测量误差。
发明内容
针对上述现有技术中存在的缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种能提高测量精度的基于光束三角的倾斜自适应位移测量方法。
为了解决上述技术问题，本发明所提供的一种基于光束三角的倾斜自适应位移测量方法，包括由光发射器件、光学镜组和光接收器件组成的基于光束三角的位移测量装置，其特征在于，具体步骤如下：
A)用光发射器件向平面发射光束，用光学镜组将平面反射的光束聚焦成光斑像，并用光接收器件接收该光斑像，将其标记为基准光斑像；
B)用光发射器件向被测物体表面发射光束，用光学镜组将被测物体表面反射的光束聚焦成光斑像，并用光接收器件接收该光斑像，将其标记为测量光斑像；
C)将测量光斑像与基准光斑像进行比较，计算出被测物体的位移误差曲线函数；
D)根据测量光斑像在光接收器件上的位置，计算出被测物体的位移信息；
E)根据步骤C计算出的被测物体的位移误差曲线函数，对步骤D计算出的被测物体的位移信息进行补偿，得出被测物体的最终位移测量结果。
进一步的，所述步骤C中计算被测物体位移误差曲线函数的步骤如下：
1)设定一个二维坐标轴，该二维坐标轴的纵轴为光强幅值轴线，横轴为位置轴线；
2)在步骤1所设定的二维坐标轴上，得出基准光斑像的光强幅值沿位置轴线变化的光强变化曲线，及测量光斑像的光强幅值沿位置轴线变化的光强变化曲线；
3)得出测量光斑像的宽度误差曲线函数和不对称程度误差曲线函数分别为：
f(dw)＝W2-W1；
f(dp)＝P2-P1；
式中：W2＝|W23-W21|，P2＝|(W21-W22)/(W23-W21)|；
式中：W1＝|W13-W11|，P1＝|(W11-W12)/(W13-W11)|；
其中，f(dw)为测量光斑像的宽度误差曲线函数，f(dp)为测量光斑像的不对称程度误差曲线函数；
其中，W2是光强幅值为W时测量光斑像的宽度，W1是光强幅值为W时基准光斑像的宽度，P2是光强幅值为W时测量光斑像的不对称程度，P1是光强幅值为W时基准光斑像的不对称程度，W为测量光斑像的光强变化曲线上的一个点的光强幅值；
其中，W21为测量光斑像的光强变化曲线上的光强峰值点的位置值，W22和W23为测量光斑像的光强变化曲线上的两个光强幅值均为W的点的位置值；
其中，W11为基准光斑像的光强变化曲线上的光强峰值点的位置值，W12和W13为基准光斑像的光强变化曲线上的两个光强幅值均为W的点的位置值；
4)得出测量光斑像的位移误差曲线函数为：
f(dx)＝f(dw)+f(dp)；
其中，f(dx)为测量光斑像的位移误差曲线函数。
进一步的，测量光斑像的位移误差曲线函数简化为：
f(dx)＝A1·f(dp)+B1；
其中，A1和B1均为常数。
本发明提供的基于光束三角的倾斜自适应位移测量方法，先通过将测量光斑像与基准光斑像进行比较，计算出被测物体的位移误差曲线函数，再根据被测物体的位移误差曲线函数，对测量到的被测物体的位移信息进行补偿，最终得出被测物体的位移测量结果，因此能够对被测物体表面的各种物面倾斜所引起的测量误差进行自适应的误差补偿，能提高测量精度。
附图说明
图1是现有基于光束三角的位移测量装置的结构示意图；
图2是本发明实施例的基于光束三角的倾斜自适应位移测量方法中，计算基准光斑像的宽度和不对称程度的示意图；
图3是被测物体的物面倾斜引起测量误差的示意图；
图4是被测物面倾斜引起光斑像信号产生不对称分布变化的示意图；
图5是被测物面倾斜引起光斑像信号产生宽度分布变化的示意图。
具体实施方式
以下结合附图说明对本发明的实施例作进一步详细描述，但本实施例并不用于限制本发明，凡是采用本发明的相似结构及其相似变化，均应列入本发明的保护范围。
如图1-图2所示，本发明实施例所提供的一种基于光束三角的倾斜自适应位移测量方法，包括由光发射器件、光学镜组和光接收器件组成的基于光束三角的位移测量装置，其特征在于，具体步骤如下：
A)用光发射器件向平面发射光束，用光学镜组将平面反射的光束聚焦成光斑像，并用光接收器件接收该光斑像，将其标记为基准光斑像；
B)用光发射器件向被测物体表面发射光束，用光学镜组将被测物体表面反射的光束聚焦成光斑像，并用光接收器件接收该光斑像，将其标记为测量光斑像；
C)将测量光斑像与基准光斑像进行比较，计算出被测物体的位移误差曲线函数；
D)根据测量光斑像在光接收器件上的位置，计算出被测物体的位移信息；
E)根据步骤C计算出的被测物体的位移误差曲线函数，对步骤D计算出的被测物体的位移信息进行补偿，得出被测物体的最终位移测量结果。
如图2所示，本发明实施例中，所述步骤C中计算被测物体位移误差曲线函数的步骤如下：
1)设定一个二维坐标轴，该二维坐标轴的纵轴(I轴)为光强幅值轴线，横轴(H轴)为位置轴线；
2)在步骤1所设定的二维坐标轴上，得出基准光斑像的光强幅值沿位置轴线变化的光强变化曲线，及测量光斑像的光强幅值沿位置轴线变化的光强变化曲线；
3)得出测量光斑像的宽度误差曲线函数和不对称程度误差曲线函数分别为：
f(dw)＝W2-W1；
f(dp)＝P2-P1；
式中：W2＝|W23-W21|，P2＝|(W21-W22)/(W23-W21)|；
式中：W1＝|W13-W11|，P1＝|(W11-W12)/(W13-W11)|；
其中，f(dw)为测量光斑像的宽度误差曲线函数，f(dp)为测量光斑像的不对称程度误差曲线函数；
其中，W2是光强幅值为W时测量光斑像的宽度，W1是光强幅值为W时基准光斑像的宽度，P2是光强幅值为W时测量光斑像的不对称程度，P1是光强幅值为W时基准光斑像的不对称程度，W为测量光斑像的光强变化曲线上的一个点的光强幅值；
其中，W21为测量光斑像的光强变化曲线上的光强峰值点的位置值，W22和W23为测量光斑像的光强变化曲线上的两个光强幅值均为W的点的位置值；
其中，W11为基准光斑像的光强变化曲线上的光强峰值点的位置值，W12和W13为基准光斑像的光强变化曲线上的两个光强幅值均为W的点的位置值；
4)得出测量光斑像的位移误差曲线函数为：
f(dx)＝f(dw)+f(dp)；
其中，f(dx)为测量光斑像的位移误差曲线函数。
本发明实施例中，为了获得更快的运算速度，测量光斑像的位移误差曲线函数可简化为：
f(dx)＝A1·f(dp)+B1；
其中，A1和B1均为常数。
如图1所示，本发明实施例中，由光发射器件10、光学镜组13和光接收器件14组成的基于光束三角的位移测量装置为现有技术，该装置测量被测物体的基本原理是：光发射器件10通过一透镜11发出一条检测光束，照射到被测物体12表面形成光斑，该光斑通过光学镜组13在光接收器件14上成像，由于光斑像在光接收器件14上的位置是随被测物体的位移而变化的，因此通过识别光斑像在光接收器件14上的位置，即可得到被测物体的位移。

Claims (2)

1.一种基于光束三角的倾斜自适应位移测量方法，包括由光发射器件、光学镜组和光接收器件组成的基于光束三角的位移测量装置，其特征在于，具体步骤如下：
A)用光发射器件向平面发射光束，用光学镜组将平面反射的光束聚焦成光斑像，并用光接收器件接收该光斑像，将其标记为基准光斑像；
B)用光发射器件向被测物体表面发射光束，用光学镜组将被测物体表面反射的光束聚焦成光斑像，并用光接收器件接收该光斑像，将其标记为测量光斑像；
C)将测量光斑像与基准光斑像进行比较，计算出被测物体的位移误差曲线函数；
所述的计算被测物体位移误差曲线函数的步骤如下：
1)设定一个二维坐标轴，该二维坐标轴的纵轴为光强幅值轴线，横轴为位置轴线；
2)在步骤1）所设定的二维坐标轴上，得出基准光斑像的光强幅值沿位置轴线变化的光强变化曲线，及测量光斑像的光强幅值沿位置轴线变化的光强变化曲线；
3)得出测量光斑像的宽度误差曲线函数和不对称程度误差曲线函数分别为：
f(dw)＝W2-W1；
f(dp)＝P2-P1；
式中：W2＝|W23-W21|，P2＝|(W21-W22)/(W23-W21)|；
式中：W1＝|W13-W11|，P1＝|(W11-W12)/(W13-W11)|；
其中，f(dw)为测量光斑像的宽度误差曲线函数，f(dp)为测量光斑像的不对称程度误差曲线函数；
其中，W2是光强幅值为W时测量光斑像的宽度，W1是光强幅值为W时基准光斑像的宽度，P2是光强幅值为W时测量光斑像的不对称程度，P1是光强幅值为W时基准光斑像的不对称程度，W为测量光斑像的光强变化曲线上的一个点的光强幅 值；
其中，W21为测量光斑像的光强变化曲线上的光强峰值点的位置值，W22和W23为测量光斑像的光强变化曲线上的两个光强幅值均为W的点的位置值；
其中，W11为基准光斑像的光强变化曲线上的光强峰值点的位置值，W12和W13为基准光斑像的光强变化曲线上的两个光强幅值均为W的点的位置值；
4)得出测量光斑像的位移误差曲线函数为：
f(dx)＝f(dw)+f(dp)；
其中，f(dx)为测量光斑像的位移误差曲线函数；
D)根据测量光斑像在光接收器件上的位置，计算出被测物体的位移信息；
E)根据步骤C计算出的被测物体的位移误差曲线函数，对步骤D计算出的被测物体的位移信息进行补偿，得出被测物体的最终位移测量结果。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，测量光斑像的位移误差曲线函数简化为：
f(dx)＝A1·f(dp)+B1；
其中，A1和B1均为常数。 
CN2010102215086A 2010-07-08 2010-07-08 基于光束三角的倾斜自适应位移测量方法 Expired - Fee Related CN101900529B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2010102215086A CN101900529B (zh) 2010-07-08 2010-07-08 基于光束三角的倾斜自适应位移测量方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2010102215086A CN101900529B (zh) 2010-07-08 2010-07-08 基于光束三角的倾斜自适应位移测量方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN101900529A CN101900529A (zh) 2010-12-01
CN101900529B true CN101900529B (zh) 2012-09-05

Family

ID=43226281

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2010102215086A Expired - Fee Related CN101900529B (zh) 2010-07-08 2010-07-08 基于光束三角的倾斜自适应位移测量方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN101900529B (zh)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102967261B (zh) * 2012-11-10 2015-04-15 华中科技大学 一种基于数字散斑相关法的激光位移测量方法
CN103884284A (zh) * 2012-12-20 2014-06-25 上海砺晟光电技术有限公司 嵌入式激光位移传感器及其归一化处理方法
CN107449364A (zh) * 2016-05-30 2017-12-08 上海砺晟光电技术有限公司 具有参考光束的激光位移传感器
CN108120376A (zh) * 2016-11-28 2018-06-05 英业达科技有限公司 基于光学的位移检测系统及其方法
CN116657666B (zh) * 2023-05-31 2023-12-12 福建省福能新能源有限责任公司 基于北斗卫星测量风机基础下沉的装置
CN117455927B (zh) * 2023-12-21 2024-03-15 万灵帮桥医疗器械(广州)有限责任公司 光斑阵列分割与光斑偏移量计算方法、装置、设备及存储介质

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1508514A (zh) * 2002-12-17 2004-06-30 财团法人工业技术研究院 物体表面三维形貌量测方法和系统
CN1632462A (zh) * 2004-12-28 2005-06-29 天津大学 基于角度测量的三角法测距误差补偿方法
CN101379366A (zh) * 2005-12-22 2009-03-04 霍尼韦尔国际公司 三角测量位置测量的光学平移

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7528400B2 (en) * 2005-12-22 2009-05-05 Honeywell Asca Inc. Optical translation of triangulation position measurement

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1508514A (zh) * 2002-12-17 2004-06-30 财团法人工业技术研究院 物体表面三维形貌量测方法和系统
CN1632462A (zh) * 2004-12-28 2005-06-29 天津大学 基于角度测量的三角法测距误差补偿方法
CN101379366A (zh) * 2005-12-22 2009-03-04 霍尼韦尔国际公司 三角测量位置测量的光学平移

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
冯俊艳等.高精度激光三角位移传感器的技术现状.《应用光学》.2004,第25卷(第3期),全文. *
刘立波等.激光三角测距系统中光强度的自适应控制方法.《电子测量技术》.2008,第31卷(第5期),全文. *
王晓嘉等.激光三角法综述.《仪器仪表学报》.2004,第25卷(第4期),全文. *

Also Published As

Publication number Publication date
CN101900529A (zh) 2010-12-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101900529B (zh) 基于光束三角的倾斜自适应位移测量方法
US8570532B2 (en) Noncontact surface shape measuring method and apparatus thereof
US10486410B2 (en) Print bed levelling system and method for additive manufacturing
US20140029018A1 (en) Calibration of laser light section sensors during simultaneous measurement
CN103900489A (zh) 一种线激光扫描三维轮廓测量方法及装置
Luo et al. A simple calibration procedure for structured light system
US9134117B2 (en) Distance measuring system and distance measuring method
CN110208771B (zh) 一种移动二维激光雷达的点云强度改正方法
JP5327003B2 (ja) 表面形状測定装置および方法
CN102980516B (zh) 一种双激光束光轴共线调校法
CN103837084A (zh) 基于激光光斑成像技术的三向位移量测方法
JP6607228B2 (ja) 校正片、校正方法、形状測定システムおよび形状測定方法
CN101576376A (zh) 激光检测料面形状的方法和系统
CN110132374A (zh) 一种自补偿式激光液位测量系统
CN104949983A (zh) 物体厚度变化的线扫描相机成像方法
CN101750032A (zh) 一种基于等效平面镜的球面曲率半径的检测方法及装置
CN101441065A (zh) 微小位移变形高精度、非接触式测量系统及测量方法
CN109444859A (zh) 一种基于激光测距的目标限界测量系统及测量方法
CN110044280B (zh) 一种侧焦线法激光三角测厚仪及方法
CN116381708A (zh) 一种高精度激光三角测距系统
KR101911325B1 (ko) 공간 좌표 측정 시스템 및 이를 이용한 공간 좌표 측정 방법
KR20140018682A (ko) 노면 프로파일 측정 시스템, 및 방법
KR102190471B1 (ko) 3차원 백색광 스캐너의 교정 방법
CN105783708B (zh) 光学校正装置与光学校正方法
JP5929518B2 (ja) 表面形状測定方法および表面形状測定装置

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
DD01 Delivery of document by public notice

Addressee: Shanghai renywell Ltd. patent responsible person (received)

Document name: Notification that Application Deemed not to be Proposed

ASS Succession or assignment of patent right

Owner name: ZHANG LEI

Free format text: FORMER OWNER: SHANGHAI RENYWELL MEASUREMENT TECHNOLOGY CO., LTD.

Effective date: 20131119

C41 Transfer of patent application or patent right or utility model
COR Change of bibliographic data

Free format text: CORRECT: ADDRESS; FROM: 200233 XUHUI, SHANGHAI TO: 201613 SONGJIANG, SHANGHAI

TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20131119

Address after: 201613 No. 385, Dongxing Road, Shanghai, Songjiang District, No. 6

Patentee after: Zhang Lei

Address before: 200233, Xuhui District, Yishan Road, No. 900, Shanghai A502

Patentee before: Shanghai Renywell Measurement Technology Co.,Ltd.

C41 Transfer of patent application or patent right or utility model
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20160303

Address after: 200233 A502 room, No. 900, Shanghai, Yishan Road

Patentee after: Shanghai Renywell Measurement Technology Co.,Ltd.

Address before: 201613 No. 385, Dongxing Road, Shanghai, Songjiang District, No. 6

Patentee before: Zhang Lei

DD01 Delivery of document by public notice
DD01 Delivery of document by public notice

Addressee: Shanghai Renywell Measurement Technology Co.,Ltd.

Document name: Notification of Termination of Patent Right

CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20120905

Termination date: 20180708

CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee