CN107121091A - 一种基于psd的轮廓扫描测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明专利公开了一种基于PSD的轮廓扫描测量装置，该装置包括：激光发射单元，用于产生激光束；扫描单元：激光束照射到MEMS振镜上，振镜将激光束反射，同时做扫描动作，使发射激光束的路径呈一定张角的扇形区域；接收单元：收集漫反射光、滤除环境噪声获取轮廓信息，并输出。控制单元，用于协调其余各单元的工作，实时计算被测物体三维轮廓。本发明采用可控MEMS振镜作为扫描单元的扫描结构，振镜的高频率、小体积的特点可实现整个测距装置的小型化设计要求，且成本低廉，易于推广。

Description

一种基于PSD的轮廓扫描测量装置

技术领域

本发明涉及激光应用及三维轮廓测量技术领域，尤其涉及一种利用MEMS振镜控制点激光对物体进行扫描，同时配合装置与被测物体的相对运动，从而实现物体三维轮廓测量的功能。

背景技术

激光由于具有单色性好、方向性强的优点被广泛应用于非接触式测量系统。

PSD(位置敏感探测器) 是一种基于非均匀半导体横向光电效应的、对入射光或者粒子位置敏感的光电器件。PSD具有分辨率高、响应速度快、信号处理相对简单；对光源、光学系统要求比较低、光谱响应宽等优点，特别适用于位置、距离以及可以间接转化为光斑位置或者位移的其他物理量的非接触高精度快速测量。

MEMS振镜是一种基于MEMS技术制作而成的微小可驱动反射镜。与传统的光学扫描镜相比，具有重量轻、体积小、易于大批量生产，生产成本低的优点。在光学、机械性能和功耗方面表现突出，因此MEMS振镜在扫描显影领域得到应用。

传统的轮廓采用接触式探针轮廓测量仪完成，其工作原理要求探针必须与被测对象发生接触，因此会划伤被测对象表面，而且无法完成对柔性对象的测量。同时，其还存在维护费用高，校准困难等缺点。

近年来，激光测量技术逐渐成熟，使非接触轮廓测量成为可能。目前，已知一般的非接触式轮廓测量装置中运动机构为电机，这就导致无法进一步小型化。同时，由于电机控制本身存在的高速转动工作条件下转速的控制问题无法实现高速测距；再则，实现基本功能需要系统提供结构光，并使反射光被光电元件接收到，功耗大不利于便携。

发明内容

本发明设计了一种基于PSD的轮廓扫描测量装置，该装置基于MEMS振镜和PSD器件，该装置具有体积小、成本低、速度快及测量精度高等优点。

本发明包括以下几部分：

控制单元，用于协调各单元工作；

激光发射单元，用于发射激光光束；

扫描单元，用于反射激光束，使激光束路径形成扫描面；

接收单元，用于接收被测物反射回来的激光，并输出光斑的位置信息。

所述的控制单元包括：中央处理器及周边电路，主要实现控制激光发射单元、扫描单元及接收单元的工作，并实时计算、输出测量数据。

所述的激光发射单元包括：激光管和准直构件，激光管发射的激光经准直构件准直后形成准直性较好的激光光束。

所述的扫描单元包括：MEMS振镜及驱动电路，MEMS扫描振镜在驱动电路的作用下绕旋转轴做周期性往复运动，将照射到其上的激光光束反射出去形成扫描面，同时将转动的角度信息输出给控制单元。

所述的接收单元包括：透镜、滤光片、PSD及周边电路，透镜对激光光束照射到被测物体表面的光斑成像。滤光片负责滤除激光以外的环境光噪声。PSD在周边电路的作用下将光信号转换成电信号，并输出被测物体表面轮廓信息给控制单元。

所述的激光发射单元发射的光束的光轴与MEMS振镜的中心重合。

所述的由MEMS振镜反射光束形成的扫描面与接收单元的透镜、滤光片及PSD在同一光学平面中。

所述的控制单元、激光发射单元、扫描单元、接收单元封装在固定结构体内。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：控制单元控制激光器发射激光光束，光束照射到MEMS振镜上，MEMS振镜在控制单元的控制下做扫描动作，被MEMS扫描振镜反射的激光光束路径形成扇形区域，扇形区域与被测物体相交得到相交线，照射到相交线的光束被反射形成反射光束，反射光束被接收单元接收，在PSD上显示被测物体轮廓信息，接收单元将相关信息传递给控制单元，同时可自由设定装置与被测物体的相对运动，完成物体轮廓的扫描测量。

本发明的优点是，可以实现非接触、高速，低功耗的在线精密轮廓扫描测量功能。适用于对安装尺寸及高速轮廓测量或实时性有较高要求的应用场景。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明的装置系统构成图。

图2是本发明的实体构造图。

图3是本发明的轮廓扫描测量原理图。

图中，1.激光器，2.激光准直构件，3.MEMS振镜，4.透镜，5.滤光片，6.PSD，7.被测物体。

具体实施方式

在图1中，轮廓扫描测量装置由控制单元、激光发射单元、扫描单元、接收单元构成。控制单元控制激光发射单元的激光光束发射、扫描单元的扫描频率及幅值，接收单元接收被测物体轮廓信息，并输出到控制单元。

在图2中，激光管（1）在控制单元的控制下发射激光，激光经准直构件（2）后形成能量集中，方向性强的激光光束，激光光束照射在MEMS振镜中心，MEMS振镜在控制单元的控制下做扫描动作，将照射在其中心的激光光束反射形成扇形扫描面，该扫描面与被测对象表面相交，反射光线经透镜（4）和滤光片（5）后在PSD（6）上映射扫描面与被测物体相交线处的轮廓信息，然后将该处轮廓信息传输给控制单元。

在图3中，根据以上描述的过程完成一次相交线处被测物体轮廓的测量，可根据实际应用环境，自由设定，或移动被测物体，或移动轮廓扫描装置，获取每

一条相交线处被检测物体的轮廓信息，进而形成对被检测物体完成扫描测量，重建被测物体的三维表面轮廓。

Claims (6)

1.一种基于PSD的轮廓扫描测量装置，由激光管、激光准直构件、MEMS振镜、透镜、滤光片及PSD按照一定角度及距离安装，其特征在于：激光发射光束，其光束运动路径形成扇形面，扇形面与被测物体相交，反射光作用在PSD上，再根据反射光在PSD上的位置信息计算被测物体轮廓，之后根据装置与被测物的相对运动，重建被测物体的三维表面轮廓。

2.根据权利要求1所述的基于PSD的轮廓扫描测量装置，其特征在于：激光光束运动路径形成扇形面的步骤为：激光光束照射的MEMS扫描振镜中心，由MEMS扫描振镜的扫描动作使反射光束路径形成扇形区域。

3.根据权利要求1所述的基于PSD的轮廓扫描测量装置，其特征在于：被测物体反射光束作用在PSD上映射出物体轮廓信息，步骤包括：反射光经透镜手机作用及滤光片的去噪后在PSD上成相对应的像。

4.根据权利要求1所述的基于PSD的轮廓扫描测量装置，其特征在于：获得各交线的轮廓信息后，根据装置与被测物体的相对运动重构被测对象的轮廓。

5.根据权利要求2所述，其特征在于：激光管、激光准直构件与MEMS振镜的中心同轴安装。

6.根据权利要求3所述，其特征在于：透镜、滤光片与PSD同轴且平行安装。