CN103278094A - 一种激光位置测量装置及其测量方法 - Google Patents

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杨雷
张志坚
黎山峰
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Abstract

一种激光位置测量装置及测量方法，所述测量装置包括激光源和图像处理单元，进一步包括设置在激光源和图像处理单元之间的半透明投影屏及CCD图像传感器，所述半透明投影屏、CCD图像传感器与图像处理单元的中心轴位于同一水平直线上。所述半透明投影屏、CCD图像传感器与图像处理单元相对位置固定，且固定在同一底座上。一种基于所述的激光位置测量装置的测量方法，通过CCD图像传感器对半透明投影屏进行拍摄，并将图像输送至图像处理单元；图像处理单元根据拍摄图像计算激光光斑在半透明投影屏上的位置，进一步计算出激光器与半透明投影屏的相对位置。本发明通过设置半透明投影仪及高精度CCD图像传感器，实现了远距离测量位置偏移量，且测量精度高。

Description

一种激光位置测量装置及其测量方法
技术领域
本发明涉及一种测量装置及方法，特别是涉及一种激光位置测量装置及其测量方法。
背景技术
目前激光位置测量是通过激光源与PSD位置传感器(英文Position Sensitive Detector的缩写，光电探测器件)一起结合实现位置测量的方法与装置，如图2所示，用于精密加工中的位置精密测量，其中，1’为激光源，2’为PSD位置传感器，4’为图像处理单元。其精密度取决于激光源的光斑大小与PSD位置传感器的分辨率。但此方法与装置要求激光源与PSD近距离（小于50厘米），如果因为某些场合使激光源与PSD不能近距离安装时，如大于200米甚至上千米的距离时，此方法与装置将由于激光光斑太大，以致PSD无法分辨出位置，不能实现测量的效果。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种激光位置测量装置及其测量方法，能准确的进行远距离的位置偏移测量，且测量范围可调，方便了用户。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种激光位置测量装置，包括激光源和图像处理单元，进一步包括设置在激光源和图像处理单元之间的半透明投影屏及CCD图像传感器（英文全称：Charge-coupled Device，中文全称：电荷耦合元件，称为CCD图像传感器），所述半透明投影屏、CCD图像传感器与图像处理单元的中心轴位于同一水平直线上。
进一步的，所述半透明投影屏、CCD图像传感器与图像处理单元相对位置固定，且固定在同一底座上。
进一步的，所述半透明投影屏、CCD图像传感器与图像处理单元随底座上下左右移动产生偏移。
进一步的，所述的半透明投影屏包括两面投影屏幕，一面靠近激光源，一面靠近CCD图像传感器。
进一步的，所述的半透明投影屏内置滤光片。
进一步的，所述的CCD图像传感器（3）为500万像素的摄像机。
一种基于所述的激光位置测量装置的测量方法，其步骤如下：
步骤1.打开激光源，激光源发射激光，激光投射在半透明投影屏靠近激光源的一侧的屏幕的中心；
步骤2.半透明投影屏获取到发射激光，通过滤光片进行滤光，在半透明投影屏的另一面形成一光斑；
步骤3.CCD图像传感器对半透明投影屏进行拍摄，并将图像输送至图像处理单元；
步骤4.图像处理单元根据拍摄图像计算激光光斑在半透明投影屏上的位置及相对于半透明投影屏中心的偏移量。
进一步的，步骤4所述的图像处理单元根据拍摄图像计算激光光斑在半透明投影屏上的位置具体包括：
步骤101.通过CCD图像传感器得到激光图像大小；
步骤102.根据CCD图像传感器分别获取图像上下和左右的分辨率，将分辨率设置为一个像素；
步骤103.获取光斑的中心点及相对半透明投影屏偏移的像素；
步骤104.根据光斑的中心点及偏移的像素计算激光光斑在半透明投影屏上的位置及相对于半透明投影屏中心的偏移量。
进一步的，所述的CCD图像传感器对半透明投影屏进行拍摄时覆盖整个半透明投影屏。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：通过设置半透明投影仪及高精度CCD图像传感器，能进行远距离的位置偏移测量，而且其测量范围可根据实际需要更改投影屏的大小和投影屏与CCD图像传感器的距离实现，实现了远距离测量位置偏移量，且测量精度高。
附图说明
 图1为本发明的结构示意图；
    图2为现有技术结构示意图；
图1中：1为激光源；2为半透明投影屏；3为CCD图像传感器；4为图像处理单元；
图2中：1’为激光源；2’为PSD位置传感器；4’为图像处理单元。
具体实施方式
下面结合实施例参照附图进行详细说明，以便对本发明的技术特征及优点进行更深入的诠释。
本发明的结构示意图如图1所示，一种激光位置测量装置，包括激光源1和图像处理单元4，进一步包括设置在激光源1和图像处理单元4之间的半透明投影屏2及CCD图像传感器3，例如CCD图像传感器为LSC-M300TG高清摄像机,500万像素，所述半透明投影屏2、CCD图像传感器3与图像处理单元4的中心轴位于同一水平直线上。
进一步的，所述半透明投影屏2、CCD图像传感器3与图像处理单元4相对位置固定，且固定在同一底座上。激光源1、半透明投影屏2和CCD图像传感器3在同一直线上（测量点的中心轴），激光源1称为独立的发射模块，半透明投影屏2、CCD图像传感器3和图像处理单元4为相对固定位置的模块，即三者一起移动（例如称为测量模块）。
进一步的，所述半透明投影屏2、CCD图像传感器3与图像处理单元4随底座上下左右移动产生偏移。
进一步的，所述的半透明投影屏2包括两面投影屏幕，一面靠近激光源1，一面靠近CCD图像传感器3。
进一步的，所述的半透明投影屏2内置滤光片。
进一步的，所述的CCD图像传感器（3）为500万像素的摄像机。
一种基于所述的激光位置测量装置的测量方法，其步骤如下：
步骤1.打开激光源，激光源发射激光，激光投射在半透明投影屏靠近激光源的一侧的屏幕的中心；
步骤2.半透明投影屏获取到发射激光，通过滤光片进行滤光，在半透明投影屏的另一面形成一光斑；
步骤3.CCD图像传感器对半透明投影屏进行拍摄，并将图像输送至图像处理单元；进一步的，所述的CCD图像传感器对半透明投影屏进行拍摄时覆盖整个半透明投影屏；此处完全覆盖是为了达到最大的分辨效果；
步骤4.图像处理单元根据拍摄图像计算激光光斑在半透明投影屏上的位置及相对于半透明投影屏中心的偏移量。
进一步的，步骤4所述的图像处理单元根据拍摄图像计算激光光斑在半透明投影屏上的位置具体包括：
步骤101.通过CCD图像传感器得到激光图像大小；例如CCD图像传感器为LSC-M300TG高清摄像机,500万像素的高清摄像机，例如通过高清摄像机得到2592*1944（此为500万的像素分辨率）的图像；
步骤102.根据CCD图像传感器分别获取图像上下和左右的分辨率，将分辨率设置为一个像素；整个图像完成覆盖半透明投影屏(假如半透明投影屏为500mm*500mm)的情况下,即在上下方向上有500mm/2592=0.19mm的分辨率,在左右方向有500mm/1944=0.25mm的分辨率；
步骤103.获取光斑的中心点及相对半透明投影屏偏移的像素；如果检测到光斑的中心点,偏移一个像素时,即实际位置也偏移0.19mm或是0.25mm；
步骤104.根据光斑的中心点及偏移的像素计算激光光斑在半透明投影屏上的位置，及相对于半透明投影屏中心的偏移量，如果向上下偏移一个像素则偏移距离为0.19mm，如果向左右偏移一个像素则偏移距离为0.25mm，那么根据便宜的像素点即可得到偏移量。那么此处得到偏移的像素数，就得到偏移量。
本发明使用激光器（即本发明的激光源）、带滤光片的半透明投影屏、高精度CCD图像传感器和图像处理单元组成。测量原理是：激光器、半透明投影屏和高精度CCD图像传感器在同一直线上（测量点的中心轴），激光器称为独立的发射模块，半透明投影屏、高精度CCD图像传感器和图像处理单元为相对固定位置的模块，即三者一起移动（例如称为测量模块）。激光器发射一定功率的激光射到半透明投影屏一面上，在半透明投影屏的另一面将能看到激光的光斑。高精度CCD图像传感器通过对半透明投影屏拍摄，并将图像给图像处理单元处理，最终计算出激光光斑在半透明投影屏上的位置，进而计算出激光器与测量模块的相对位置。当测量模块相当于发射模块（即激光器）压低位置偏移时，激光投影到投影屏的光斑就发生位置偏移图像处理单元通过计算即能得出实际偏移量，本发明的优点是能进行远距离的位置偏移测量，而且其测量范围可根据实际需要，现场更改投影屏的大小和投影屏与CCD图像传感器的距离实现。
如图1所示，激光器为某公司的EKS650-120激光器，此激光器，发射波长为650nm的红色激光，功率为125mW,发光束直径为0.05mm散角为0.02mrad，经过200米传输后，光斑将变为4cm，投影屏为边长为50cm, 投影屏与CCD图像传感器相距50cm, CCD图像传感器采用4.5mm的工业镜头和LSC-M300TG高清摄像机。在测量过程中，需要将激光器，投影屏和摄像机安装在同一轴线上，并且激光器要正对并垂直于投影屏的平面中心，摄像机在投影屏另一面也要正对并垂直于投影屏的平面中心，并将拍摄画完全覆盖整个投影屏，达到最大的分辨效果。在测量时，发射模块与测量模块发生相对位置变化时，投影屏的光斑会发生变化，摄像头将视频图像传输给图像处理单元处理，图像处理单元将计算出光斑在投影屏中的位置。
通过以上实施例中的技术方案对本发明进行清楚、完整的描述，显然所描述的实施例为本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

Claims (9)

1.一种激光位置测量装置，包括激光源（1）和图像处理单元（4），其特征在于：进一步包括设置在激光源（1）和图像处理单元（4）之间的半透明投影屏（2）及CCD图像传感器（3），所述半透明投影屏（2）、CCD图像传感器（3）与图像处理单元（4）的中心轴位于同一水平直线上。
2.根据权利要求1所述的激光位置测量装置，其特征在于：半透明投影屏（2）、CCD图像传感器（3）与图像处理单元（4）相对位置固定，且固定在同一底座上。
3.根据权利要求2所述的激光位置测量装置，其特征在于：半透明投影屏（2）、CCD图像传感器（3）与图像处理单元（4）随底座上下左右移动产生偏移。
4.根据权利要求3所述的激光位置测量装置，其特征在于：所述的半透明投影屏（2）包括两面投影屏幕，一面靠近激光源（1），一面靠近CCD图像传感器（3）。
5.根据权利要求4所述的激光位置测量装置，其特征在于：所述的半透明投影屏（2）内置滤光片。
6.根据权利要求1所述的激光位置测量装置，其特征在于：所述的CCD图像传感器（3）为500万像素的摄像机。
7.一种基于权利要求1-6中任一项所述的激光位置测量装置的测量方法，其步骤如下：
步骤1.打开激光源，激光源发射激光，激光投射在半透明投影屏靠近激光源的一侧的屏幕的中心；
步骤2.半透明投影屏获取到发射激光，通过滤光片进行滤光，在半透明投影屏的另一面形成一光斑；
步骤3.CCD图像传感器对半透明投影屏进行拍摄，并将图像输送至图像处理单元；
步骤4.图像处理单元根据拍摄图像计算激光光斑在半透明投影屏上的位置及相对于半透明投影屏中心的偏移量。
8.根据权利要求7所述的激光位置测量方法，其特征在于：步骤4所述的图像处理单元根据拍摄图像计算激光光斑在半透明投影屏上的位置具体包括：
步骤101.通过CCD图像传感器得到激光图像大小；
步骤102.根据CCD图像传感器分别获取图像上下和左右的分辨率，将分辨率设置为一个像素；
步骤103.获取光斑的中心点及相对半透明投影屏偏移的像素；
步骤104.根据光斑的中心点及偏移的像素计算激光光斑在半透明投影屏上的位置及相对于半透明投影屏中心的偏移量。
9.根据权利要求7所述的激光位置测量方法，其特征在于：所述的CCD图像传感器对半透明投影屏进行拍摄时覆盖整个半透明投影屏。
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