CN110542403A - 一种mems测量传感器以及三角区域测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种MEMS测量传感器，包括外壳和安装于外壳内的激光模组、接收透镜以及CCD；所述外壳内设置有发射MEMS反光镜和接收MEMS反光镜；所述发射MEMS反光镜设置于激光模组的发光端；所述接收MEMS反光镜设置于接收透镜与CCD之间；所述CCD采用线阵CCD。本发明基于三角法测距的原理，由光源发射一束光线，照射到标靶上，经由接收透镜成像在线阵CCD上；通过不同位置的标靶成像在线阵CCD上的位置不同，再由几何关系反推出标靶所在的位置，从而完成距离测量。
Description
技术领域
本发明涉及传感器应用领域，尤其涉及到一种MEMS测量传感器以及三角区域测量方法。
背景技术
现如今，随着工业的高速发展，对于工业自动化的检测传感器需求也日益增长。在精密器件自动化检测领域，对传感器检测精度的要求更高，而且要求检测的点不止一个，这就要用到区域高精度位移检测。且出于提高生产效率的考虑，所需的检测速度要不低于1kHz；目前，区域检测主要分为基于结构光的检测技术、3D TOF(Time OfFlight)检测技术和激光线扫描检测技术；
结构光技术是通过特殊的结构光源(LED或激光器)，将具有一定结构特征的图案投射到被拍摄物体上，通过接收端镜头成像在CCD上。通过数据处理单元将有结构高低不同而引起的图像变化换算成深度信息，重建三维结构信息。这种技术一般用在静态三维的重建、检测等领域；
3DTOF检测技术基本原理是激光源发射一定视场角激光，激光经过标靶后成像在感光芯片上，感光芯片的每个像素都有光飞行时间统计功能，通过求得每个像素点所对应的距离进而还原出整个面的距离信息；
激光线扫描检测技术工作原理：发射一条线激光到目标物上,摄像头通过某个固定角度检测该激光在物体上的反射,然后通过三角测量原理确定物体表面的高度和宽度信息；
结构光的检测技术、3D TOF检测技术检测精度偏低。而采用线激光实现3D扫描需要在移动中以编码器的反馈信号连续触发线激光传感器，其检测精度和速度受到机械移动及反馈系统的影响；
以上几个技术相同点都是要用到面阵CCD，单次检测要处理的数据量巨大，为了保证检测频率，需要提高核心处理芯片的运算速度，无形中增加了检测成本。
本发明就是为了解决以上问题而进行的改进。
发明内容
本发明的目的是提供一种MEMS测量传感器以及三角区域测量方法，从而解决上诉缺陷。
本发明为解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种MEMS测量传感器，包括外壳和安装于外壳内的激光模组、接收透镜以及CCD。
所述外壳内设置有发射MEMS反光镜和接收MEMS反光镜。
进一步的，所述发射MEMS反光镜设置于激光模组的发光端；所述接收MEMS反光镜设置于接收透镜与CCD之间；所述CCD采用线阵CCD。
进一步的，所述激光模组的出光口到发射MEMS反光镜转轴的距离与线阵CCD到接收MEMS反光镜转轴的距离一致。
一种利用MEMS测量传感器的三角区域测量方法，包括以下步骤：
步骤一：传感器开始工作；
步骤二：激光模组进行发射激光；
步骤三：计算标靶距离；
步骤四：发射MEMS反光镜开始工作；
步骤五：接收MEMS反光镜开始工作；
步骤六：CCD进行工作并进行数据处理；
步骤七：传感器结束工作。
进一步的，所述步骤二中的区域测量模式是通过激光模组发射一束光线，光线经过发射MEMS反光镜照射到需要进行测量的标靶上，再经由接收透镜和接收MEMS反光镜成像在线阵CCD上；当发射MEMS反光镜与接收MEMS反光镜都固定不动时，则构成一个传统的激光三角测量系统；通过不同位置的标靶成像在线阵CCD上的位置不同，由几何关系可以反推出标靶所在的位置，从而完成单点距离测量。
近一步的，所述步骤四中的计算标靶距离是通过微型单片机进行计算的，所述微型单片机安装于外壳内；所述微型单片机通过电压跟随器与发射MEMS反光镜和接收MEMS反光镜进行电连接。
更进一步的，所述步骤四和步骤五中的发射MEMS反光镜和接收MEMS反光镜同时受微型单片机控制而发生偏转，使射出的光束发生偏转，照射在检测区域的位置也相应改变，这样就形成了检测位置由点到区域的转变。
本发明的优点在于：
1.发射端采用发射MEMS反光镜，将光束反射到预定的目标位置，完成光束的区域扫描；
2.接收端采用接收MEMS反光镜，其转角与发射MEMS反光镜保持一致，反射光束经由接收镜头成像在线阵CCD上，完成指定位置的位移测量；
3.接收光敏器件采用线阵CCD，成本低，处理速度快；
4.检测区域，检测点可任意配置；
5.处理数据量少，速度快。
附图说明
图1是本发明提出的一种MEMS测量传感器的正面工作原理图；
图2是该MEMS测量传感器的俯视工作原理图；
图3是本发明提出的一种三角区域测量方法的步骤示意图；
图4是该方法中发射MEMS反光镜与接收MEMS反光镜的电路连接示意图。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合图示与具体实施例，进一步阐述本发明。
如图1至图4所示，本发明提出的一种MEMS测量传感器包括外壳1和安装于外壳1内的激光模组2、接收透镜3以及CCD4；所述外壳1内设置有发射MEMS反光镜5和接收MEMS反光镜6。
本发明的进一步设置为：所述发射MEMS反光镜5设置于激光模组2的发光端；所述接收MEMS反光镜6设置于接收透镜3与CCD4之间；所述CCD4采用线阵CCD。
本发明的进一步设置为：所述激光模组2的出光口到发射MEMS反光镜5转轴的距离与线阵CCD到接收MEMS反光镜6转轴的距离一致。
一种利用MEMS测量传感器的三角区域测量方法，包括以下步骤：
步骤一：传感器开始工作；
步骤二：激光模组进行发射激光；
步骤三：计算标靶距离；
步骤四：发射MEMS反光镜开始工作；
步骤五：接收MEMS反光镜开始工作；
步骤六：CCD进行工作并进行数据处理；
步骤七：传感器结束工作。
本发明的进一步设置为：所述步骤二中的区域测量模式是通过激光模组发射一束光线，光线经过发射MEMS反光镜5照射到需要进行测量的标靶7上，再经由接收透镜3和接收MEMS反光镜6成像在线阵CCD上；当发射MEMS反光镜与接收MEMS反光镜都固定不动时，则构成一个传统的激光三角测量系统；；通过不同位置的标靶7成像在线阵CCD上的位置不同，由几何关系可以反推出标靶7所在的位置，从而完成单点距离测量。
本发明的进一步设置为：当发射MEMS反光镜5与接收MEMS反光镜6都固定不动时，则构成一个传统的激光三角测量系统；所述发射MEMS反射镜5和接收MEMS反射镜6通过同一个电压信号或同步信号进行控制，使得发射MEMS反射镜5和接收MEMS反射镜6的偏转角度实时一致。使出射的光束发生偏转，照射在检测区域的位置也相应改变，这样就形成了检测位置由点到区域的转变。
本发明的进一步设置为：所述步骤四中的计算标靶距离是通过微型单片机进行计算的，所述微型单片机安装于外壳1内；所述微型单片机通过电压跟随器与发射MEMS反光镜和接收MEMS反光镜进行电连接。
本发明的进一步设置为：所述步骤四和步骤五中的发射MEMS反光镜5和接收MEMS反光镜6同时受微型单片机控制而发生偏转，使射出的光束发生偏转，照射在检测区域的位置也相应改变，这样就形成了检测位置由点到区域的转变。
当发射MEMS反光镜或接收MEMS反光镜偏转的角度为θ，传感器距离待测物标靶距离为A，区域传感器测量对应的区域大小B正比于θ和A的乘积。因标靶距离是固定的，所以区域大小B正比于MEMS偏转的角度θ，参考如下公式：
B∝θ
本发明的工作原理：
在出射光路和成像光路上分别加上发射MEMS反光镜和接收MEMS反光镜；通过出射光路上的发射MEMS反光镜改变出射光路的方向，保持标靶与传感器的距离不变，初始状态下，接收MEMS反光镜使出射光路沿着透镜光轴与线阵CCD所确定的平面内传播，随着发射MEMS反光镜偏转，出射光路偏离原来方向，照射在标靶上的光斑位置也发生了改变，这样就形成了发射光束由点到区域的转变；
相应地，成像光路上的接收MEMS反光镜改变成像光路的方向，初始状态下，接收MEMS反光镜使成像光束汇聚在线阵CCD上；当出射光路发生偏转，接收MEMS反光镜也同时调整偏转方向，使光束仍然能够落在线阵CCD的感光区域。这样就能够实现区域检测的目的。
以上实施方式只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让本领域的技术人员了解本发明的内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所做的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。
Claims (7)
1.一种MEMS测量传感器，包括外壳(1)和安装于外壳(1)内的激光模组(2)、接收透镜(3)以及CCD(4)，其特征在于：
所述外壳(1)内设置有发射MEMS反光镜(5)和接收MEMS反光镜(6)。
2.根据权利要求1所述的一种MEMS测量传感器，其特征在于：所述发射MEMS反光镜(5)设置于激光模组(2)的发光端；所述接收MEMS反光镜(6)设置于接收透镜(3)与CCD(4)之间；所述CCD(4)采用线阵CCD。
3.根据权利要求2所述的一种MEMS测量传感器，其特征在于：所述激光模组(2)的出光口到发射MEMS反光镜(5)转轴的距离与线阵CCD到接收MEMS反光镜(6)转轴的距离一致。
4.一种利用权利要求1所述的一种MEMS测量传感器的三角区域测量方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤一：传感器开始工作；
步骤二：激光模组进行发射激光；
步骤三：计算标靶距离；
步骤四：发射MEMS反光镜开始工作；
步骤五：接收MEMS反光镜开始工作；
步骤六：CCD进行工作并进行数据处理；
步骤七：传感器结束工作。
5.根据权利要求5所述一种三角区域测量方法，其特征在于：所述步骤二中的区域测量模式是通过激光模组发射一束光线，光线经过发射MEMS反光镜(5)照射到需要进行测量的标靶(7)上，再经由接收透镜(3)和接收MEMS反光镜(6)成像在线阵CCD上；当发射MEMS反光镜与接收MEMS反光镜都固定不动时，则构成一个传统的激光三角测量系统；通过不同位置的标靶(7)成像在线阵CCD上的位置不同，由几何关系可以反推出标靶(7)所在的位置，从而完成单点距离测量。
6.根据权利要求5所述一种三角区域测量方法，其特征在于：所述步骤四中的计算标靶距离是通过微型单片机进行计算的，所述微型单片机安装于外壳(1)内；所述微型单片机通过电压跟随器与发射MEMS反光镜和接收MEMS反光镜进行电连接。
7.根据权利要求7所述一种三角区域测量方法，其特征在于：所述步骤四和步骤五中的发射MEMS反光镜(5)和接收MEMS反光镜(6)同时受微型单片机控制而发生偏转，使射出的光束发生偏转，照射在检测区域的位置也相应改变，这样就形成了检测位置由点到区域的转变。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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