CN106949854A - 一种激光视觉传感器及其检测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种激光视觉传感器，包括安装架，安装架的一端设置有图像采集传感器，安装架的另一端设置有产生多个激光束的至少一个激光发射器。本发明的激光视觉传感器，基于三角测量原理，采用多束激光照射工件表面，增强光斑的照射强度，从而提高视觉信息的可靠性，增强了激光视觉传感器的抗强光干扰能力。此外，本发明还涉及该激光视觉传感器的检测方法。本发明的激光视觉传感器的检测方法能够简化求解算法、提高信息处理速度。

Description

一种激光视觉传感器及其检测方法
技术领域
本发明涉及一种激光测量装置，尤其涉及一种激光视觉传感器。此外，本发明还涉及该激光视觉传感器的检测方法。
背景技术
如说明书附图1所示，现有的基于工件表面形貌特征的激光视觉传感器，多采用激光发射器投射出一个光面的方式，在工件表面形成一道光纹，然后再用摄像机采集、分析该光纹。其缺点是激光的能量较分散，信号的强度相对较弱，在有强烈的环境光干扰的情况下难以适用。
有鉴于上述的缺陷，本设计人，积极加以研究创新，以期创设一种新型结构的激光视觉传感器及其检测方法。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种抗强光干扰能力强的激光视觉传感器。此外本发明还提供一种能够简化求解算法、提高信息处理速度的激光视觉传感器的检测方法。
本发明的激光视觉传感器，包括安装架，所述安装架的一端设置有图像采集传感器，安装架的另一端设置有产生多个激光束的至少一个激光发射器。
进一步的，本发明的激光视觉传感器，所述多个激光束的主轴位于同一平面内并且相互平行。
进一步的，本发明的激光视觉传感器，：所述多个激光束的主轴位于同一平面内且呈发散设置。
进一步的，本发明的激光视觉传感器，所述多个激光束的主轴位于同一平面内且呈汇聚设置。
进一步的，本发明的激光视觉传感器，所述图像采集传感器的成像系统的主光轴与激光束所在平面呈20度夹角。
进一步的，本发明的激光视觉传感器，所述图像采集传感器的成像系统的主光轴与各激光束主轴位于同一平面内，并且图像采集传感器的成像系统的主光轴与各激光束的主轴呈倾斜设置。
进一步的，本发明的激光视觉传感器，所述图像采集传感器为具有单行采集单元的线阵图像采集传感器或具有三行采集单元的图像采集传感器。
进一步的，本发明的激光视觉传感器，还包括可实现微小角度振动的反光镜，所述激光束经过所述反光镜投射到被测工件上。
进一步的，本发明的激光视觉传感器，所述反光镜的数目与激光发射器发出的激光束的数目相同，并且反光镜与激光束一一对应。
进一步的，本发明的激光视觉传感器，所述安装架上设置有连接板，所述激光发射器设置于所述连接板上，所述连接板固定于可微小角度振动的回转轴上。
进一步的，本发明的激光视觉传感器，激光束是由至少一个激光器发出的光束，进一步通过分束而产生的多个光束。
进一步的，本发明的激光视觉传感器，分束是采用衍射光学器件实现的。
进一步的，本发明的激光视觉传感器，激光束通过空间光调制器实现分束，并使激光束偏转扫描。
进一步的，本发明的激光视觉传感器，所述空间光调制器为液晶空间光调制器。
进一步的，本发明的激光视觉传感器，所述液晶空间光调制器为反射式液晶空间光调制器。
进一步的，本发明的激光视觉传感器，所述液晶空间光调制器为透射式液晶空间光调制器。
借由上述方案，本发明至少具有以下优点：本发明的激光视觉传感器，其激光发射器发出的是激光束。如果各个激光束都排列在同一个平面内，就代替了常规激光视觉传感器中的激光面，其不同仅在于被激光照亮的是排列在横截面上的一系列光点或光斑。由于设置了多个激光发射器，其光强度更亮，因此抗强光干扰能力更强。理论上激光束可以根据工作任务采用其它排列方式，而不一定要在同一个平面内，只是这样排列的数学模型简单，便于求解光斑位置。综上所述，本发明的激光视觉传感器是基于三角测量原理，采用多束激光照射工件表面，增强光斑的照射强度，从而提高视觉信息的可靠性，增强抗强光干扰能力。
本发明的激光视觉传感器的检测方法，包括以下步骤：本发明的激光视觉传感器的检测方法，包括以下步骤：在检测的过程中所述激光发射器发出的激光束依次亮起和熄灭，即同一时刻仅有一个激光发射器发出激光束。
由于每一个激光束的位置和方向已知，把这些规律用于光斑位置的求解，可以简化求解算法、提高信息处理速度。在采用面阵图像传感器的情况下，还额外提供了光斑的位置约束条件，有助于提高解算精度。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
附图说明
图1是现有的激光视觉传感器的结构示意图；
图2是实施例一的激光视觉传感器的结构示意图；
图3是实施例一的另一种激光视觉传感器的结构示意图；
图4是实施例一的另一种激光视觉传感器的结构示意图；
图5是实施例二的激光视觉传感器的结构示意图；
图6是实施例三的激光视觉传感器的结构示意图(安装架、图像采集传感器未示出)；
图7是图6的立体结构图；
图8是实施例四的激光视觉传感器的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
实施例一：
如图2所示，本实施例的激光视觉传感器，其激光发射器1发出的是激光束。如果各个激光束都排列在同一个平面内，就代替了常规激光视觉传感器中的激光面，其不同仅在于被激光照亮的是排列在横截面上的一系列光点或称光斑，而不是连续的横截面形状的光纹。当然理论上激光束可以根据工作任务采用其它排列方式，而不一定要在同一个平面内，只是这样排列的数学模型简单，便于求解光斑位置。这些激光发射器1与图像采集传感器2配合，组成激光视觉系统，得到用点来描述的工件4轮廓的位置及深度信息。
这些激光束可以平行地布置，也可以象图3那样呈扇形发散地排列，以便减小激光发射器阵列的体积。还可以像图4那样呈扇形汇聚地排列，以便提高检测区域的激光斑密集程度。
特别地，如果使激光束所在平面垂直于工件表面，则更方便计算工件的垂直方向的深度信息。同理，如果使图像采集传感器的成像系统的主光轴垂直于工件表面，也可以获得一定的模型上的简化。但是无论如何布置，一般须使图像采集传感器的成像系统的主光轴与激光束所在平面呈一定的角度，以便利用三角测量原理。根据实验与理论研究，该角度约在20°左右为佳。
实施例二：
特殊地，也可以使图像采集传感器的成像系统的主光轴与激光束所在平面共面，但是成像系统的主光轴与各条激光束呈倾斜状态，而且激光束照射工件产生的光斑能够在图像采集传感器的感光面上成像，如图5所示。这样结构的传感器的特点是：所有光斑均在一条直线上成像，因此图像采集传感器可以采用线阵器件(仅有1行感光阵列)，信息处理速度快。
如果激光束的实际位置、方向与设计状态有较大误差，光斑所成的像就会落到线阵图像采集传感器的感光单元之外。为此也可以采用具有若干少数行感光单元(例如有3行的感光阵列)的图像采集传感器，就便于使用。这时可以采用将这几行对应的感光单元检测到的光强信息加权平均等方法预先处理，后续信息处理单元则将该图像采集传感器的输出当做一个线阵图像采集传感器对待。
特别地，通过控制电路，或机械遮挡等措施，使激光束有规律地亮起或息灭，甚至可以使它们依次交替地亮灭，亦即同一时刻仅有一个激光束点亮。由于每一个激光束的位置和方向已知，把这些规律用于光斑位置的求解，可以简化求解算法、提高信息处理速度。在采用面阵图像采集传感器的情况下，还额外提供了光斑的位置约束条件，有助于提高解算精度。
实施例三：
可以在投射激光束的途中增加反光镜3，实现折叠光路，缩小整体尺寸。
特别地，采用可以做微小角度振动的反光镜，采集图像信息的时候激光束的偏转角度也是受监控的，就可以使激光束能够在各光斑之间扫描，达到光斑对检测断面的全覆盖。如图6、图7所示，采用了一面做微小角度振动的反光镜3，在左右振动极限之间，对应的光斑可以扫过相邻两个光斑的全部线段，亦即只要光斑的扫描移动距离大于相邻两个光斑之间的最大距离即可。这样就可以减少激光束的数量而同样能够得到密集的检测点光斑。
上述配用单一振动反光镜的情况较适合于激光束平行布置的情况。如果为每一个激光束配置一个做微小角度振动的反光镜，那么对于其它形式配置的激光束阵列，例如图3、图4所示情况，也可以很好地实现对检测断面的全覆盖。
实施例四：
如果将所有激光束统一地固定于一个回转轴上，而该回转轴本身做微小角度的振动，如图8所示，则各种排列方式的激光束均可实现上述对检测断面的全覆盖。
本发明的激光视觉传感器的检测方法，包括以下步骤：在检测的过程中依次点亮和熄灭激光发射器，即同一时刻仅点亮一个激光发射器。
由于每一个激光束的位置和方向已知，把这些规律用于光斑位置的求解，可以简化求解算法、提高信息处理速度。在采用面阵图像传感器的情况下，还额外提供了光斑位置的约束信息，有助于提高解算精度。
以上仅是本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (17)

1.一种激光视觉传感器，包括安装架，其特征在于：所述安装架的一端设置有图像采集传感器，安装架的另一端设置有产生多个激光束的至少一个激光发射器。
2.根据权利要求1所述的激光视觉传感器，其特征在于：所述多个激光束的主轴位于同一平面内并且相互平行。
3.根据权利要求1所述的激光视觉传感器，其特征在于：所述多个激光束的主轴位于同一平面内且呈发散设置。
4.根据权利要求1所述的激光视觉传感器，其特征在于：所述多个激光束的主轴位于同一平面内且呈汇聚设置。
5.根据权利要求2-4中任一项所述的激光视觉传感器，其特征在于：所述图像采集传感器的成像系统的主光轴与激光束所在平面呈20度夹角。
6.根据权利要求1所述的激光视觉传感器，其特征在于：所述图像采集传感器的成像系统的主光轴与各激光束主轴位于同一平面内，并且图像采集传感器的成像系统的主光轴与各激光束的主轴呈倾斜设置。
7.根据权利要求6所述的激光视觉传感器，其特征在于：所述图像采集传感器为具有单行采集单元的线阵图像采集传感器或具有三行采集单元的图像采集传感器。
8.根据权利要求1所述的激光视觉传感器，其特征在于：还包括可实现微小角度振动的反光镜，所述激光束经过所述反光镜投射到被测工件上。
9.根据权利要求8所述的激光视觉传感器，其特征在于：所述反光镜的数目与激光发射器发出的激光束的数目相同，并且反光镜与激光束一一对应。
10.根据权利要求1所述的激光视觉传感器，其特征在于：所述安装架上设置有连接板，所述激光发射器设置于所述连接板上，所述连接板固定于可微小角度振动的回转轴上。
11.根据权利要求1所述的激光视觉传感器，其特征在于：激光束是由至少一个激光器发出的光束，进一步通过分束而产生的多个光束。
12.根据权利要求11所述的激光视觉传感器，其特征在于：分束是采用衍射光学器件实现的。
13.根据权利要求1所述的激光视觉传感器，其特征在于：激光束通过空间光调制器实现分束，并使激光束偏转扫描。
14.根据权利要求13所述的激光视觉传感器，其特征在于：所述空间光调制器为液晶空间光调制器。
15.根据权利要求14所述的激光视觉传感器，其特征在于：所述液晶空间光调制器为反射式液晶空间光调制器。
16.根据权利要求14所述的激光视觉传感器，其特征在于：所述液晶空间光调制器为透射式液晶空间光调制器。
17.根据权利要求7所述的激光视觉传感器的检测方法，其特征在于：在检测的过程中所述激光发射器发出的激光束依次亮起和熄灭，即同一时刻仅有一个激光发射器发出激光束。
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