CN104950923A

CN104950923A - 空间二自由度测量距离保持恒定的调整方法

Info

Publication number: CN104950923A
Application number: CN201510377149.6A
Authority: CN
Inventors: 钟镭; 寇立冬
Original assignee: TIANJIN SHIXUN SOFTWARE DEVELOPMENT Co Ltd
Current assignee: TIANJIN SHIXUN SOFTWARE DEVELOPMENT Co Ltd
Priority date: 2015-07-01
Filing date: 2015-07-01
Publication date: 2015-09-30

Abstract

空间二自由度测量距离保持恒定的调整方法，本发明采用高精度电机控制系统控制发射光管旋转进行光束方向调整，发射光管发出的光束照射到被测物体形成散射光，散射光传输至检测光管，经过检测光管检测不同光束照射角度形成散色光的光强，比较得出散射光强最大值点，取最大值点光束发射角度，通过光强最大值点发射光管角度与发射光管初始角度进行对比，计算得出被测物体运动方向，调整检测装置向物体运动方向移动计算得出的距离，实现测量装置与被测物体间的测量距离保持恒定。本发明主要应用于光学测量领域，提高了被测物体在运动状态光学测量检测时的检测精度，保证测量条件的一致性，使测量结果更精确。

Description

空间二自由度测量距离保持恒定的调整方法

技术领域

本发明属于光学测量技术领域，主要应用在光学分析法测量物体性质，本发明涉及高精度光学测量仪器。

背景技术

光学测量仪器中，通过光学法对物体进行检测的传统方法是将被测量物体放置于固定位置进行物体测量，需要大量的人工操作或机械辅助操作，非常不方便。光学检测设备相对比较固定，不能在被测物体位置升降变化时对被测物体进行实时测量，大大限制了光学检测方法的应用范围。

发明内容

本发明的目的是解决传统光学检测方法不能在被测物体位置升降变化时对被检测物体进行实时测量的问题，提供一种空间二自由度测量距离调整方法。该方法是光学检测设备在检测运动物体时的一种检测距离调整方法，可提高检测精度。

本发明提供的空间二自由度测量距离保持恒定的调整方法，该方法涉及的测量装置主要包括发射光管和检测光管，具体步骤包括：

第1、通过调整发射光管角度变化，调整发射光束照射到被测物体表面的光束角度，光束照射至被测物体形成散射光，由检测光管检测散射光强，通过对比不同光束角度形成的散射光强度值，得出散射光强最大值点对应的发射光管的光束照射角度，进而得出检测光管与被测物体间的距离；

第2、当被测物体位置发生移动时，检测光管检测到的散射光强发生变化，从新调整发射光管的发射光束角度，使检测光管再次检测到散射光强的最大值点，根据散射光强最大值点对应的光束角度变化量，确定被测物体垂直移动方向和移动距离；

第3、调整测量装置中的发射光管和检测光管同步向第2步确定的被测物体移动方向移动相同的距离，从而实现测量装置与被测物体距离的相对恒定。

所述发射光管发射的检测光是可见光或非可见光。检测光线方法是散射光检测、漫反射光检测。

所述发射光管的角度调整通过发射光管转动机构实现。所述测量装置中的发射光管和检测光管的移动通过运动导轨由电机控制进行。

本发明的优点和有益效果：

1)本发明采用了空间二自由度控制方法，使检测设备与被测物体位置保持快速实现。通过保持被测物体在最佳测量距离的方法，实现测量值的精确测量。

2)由直线运动与旋转运动方法完成位置保持，大大减小了系统设计的复杂度。

3)本发明的相对距离保持方法，可应用于动态测量环境，为动态测量提供了有效的解决方法。

附图说明：

图1是本发明空间二自由度动态测量距离保持系统原理框图。

图中：1：检测光管，2：光学透镜，3：发射光管，4：电机，5：直线导轨，6：滑动背板，7：发射光束，8：散射光束，L1：被检测物体初始位置，L2：被检测物体下降到达位置。

图2是本发明相对位移变化、角度变化参量原理图。

符号说明：

点S：发射光管旋转中心点，

点R：过点S平行于水平方向与接收管中心线直线PQR的交点，

点Q：检测光管光学透镜焦点，

点P：发射光管旋转一定角度后，发射光束与检测光管中心线交点，

L1：被检测物体初始水平位置，

L2：被检测物体向下移动后所到达的水平位置，

点T：过点R垂直于L1的直线与L1交点，

点U：过点R垂直于L1的直线与L2交点，

m1：边RS的长度，

m2：边RQ的长度，

m3：边SQ的长度，

m4：边PQ的长度，

h1：边RT的长度，

h2：边TU的长度，

n1：边QT的长度，

角A、角B、角C、角D、角E、角F为如图所示夹角。

具体实施方式

实施例1

如图1所示，本发明提供的空间二自由度测量距离调整方法涉及的硬件系统包括：发射光管、准直透镜、发射光管旋转传动机构、检测光管、直线导轨、电机和控制器；具体测量方法包括：

参见图2，发射光管的旋转中心点为S，过S平行于被测物体表面的直线与检测光管中心线的交点为R，三角形边RS的长度值为m1。直线PQR为检测光管的中心线，检测光管的中心线与垂直方向的夹角为C，中心线与水平方向的夹角为B。RQ长度值为m2，m2为接收管镜头焦聚。点Q为检测光管的焦点，QS的长度值为m3，三角形边QS与RS夹角为D。在产品设计时，集聚长度值m2、RS长度值m1，角B，角D，角F，m3的值都为已知。L1为水平被测物体表面，Q为检测光管焦点与L1平面的交点。此时的L1平面位置为最佳测量位置。

参见图2，当被测物体表面处于L2位置时，检测光管中线PQR与L2交点为点P。点P、点S、点Q构成三角形PQS。

当光束由SQ方向，转动至SP方向时，检测光管可接收到P点的散射光强度最大，此时通过发射光管电机旋转角度可知，边SQ与边SP的夹角A的值。角E为边PQ与PS夹角，已知角F减已知角A得角E。根据正弦定理，由角A、角E、m3值可计算出PQ边长m4的值。

由RS平行于PU，可得角UPQ等于角B。由m4与角UPQ可得UT长度h2的值。h2即为被测物体与最佳测量位置L1的相对距离。

通过发射光管旋转电机的转动方向，可知发射光束SP沿点S的旋转方向为逆时针旋转角A。

通过直线导轨电机控制测量组件向被测物体移动h2距离，将光束角度向顺时针旋转角A，即调整Q点移动至P点位置，此时进行测量，可以得到测量结果。

基本原理为

参见图1，发射光管3发射光信号，光信号通过准直透镜2聚束为平行光，平行光以一定角度照射到被测物体上，通过被测物体的散射或漫反射，与检测光管1角度一致的光线被检测光管检测到，当发射光管旋转过程中，光束角度随之变化，导致能够进入检测光管的光强度会随发射光管发射光束角度的变化而变化。通过检测光管检测得到的光信号强度可以确定强度最大值点与检测光管轴线重合，通过电机角度计算可得到此时发射光管的角度。

发射光管由步进电机控制旋转角度和旋转方向，因此当发射光管进行扫描检测得到的最大散射光强位置P点时，发射光管的旋转方向和旋转角度A是已知量。

通过发射光管旋转角度变化值和已知量m1、m2、m3、角A、角F、角B计算出被测物体L2相对标准位置L1的位置关系。调整测量装置上下移动，使测量装置与被测物体的测量距离为h1。保证被测物体表面与检测光管焦点Q相交。

本发明方法的特点：

1)光学检测设备与被检测物体之间的检测距离通过系统控制自动保持恒定，提高检测精度。

2)反射旋转镜转动改变光束照射方向，对被测物体进行光束扫描获得被测光强度最大值，确定最大值点在接收光管中心线上。

3)通过发射光管角度信息计算检测设备需要移动方向与距离，通过控制器实现距离自动控制，保证测量距离恒定。

本发明空间二自由度动态测量距离保持方法，参照图2实施具体步骤为：

1)根据测量设备结构图确定m1值，角度B，焦聚m2。

2)经过计算得出角度D，算出角度F。

3)将发射光管转动至角度D处，准备对被测物体检测。

4)对被检测物体进行转动光束扫描，获得最大值点，计算出角度A，与初始发射光管位置对比可得出发射光管转动方向，同时判断出物体运动方向。

5)由角度A计算出m4值，经m4与角度B计算得出h2值。

6)由控制系统控制运动导轨向被测物体运动方向移动h2值。

7)将发射光管转动角度A返回到初始位置，进行数据测量。

Claims

1.空间二自由度测量距离保持恒定的调整方法，其特征在于该方法涉及的测量装置主要包括发射光管和检测光管，具体步骤包括：

2.根据权利要求1所述方法，其特征在于所述发射光管发射的检测光是可见光或非可见光。

3.根据权利要求1所述方法，其特征在于检测光线方法是散射光检测、漫反射光检测。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述发射光管的角度调整通过发射光管旋转传动机构实现。

5.根据权利要求1所述方法，其特征在于所述测量装置中的发射光管和检测光管的移动通过运动导轨由电机控制进行。