CN110631809A - 评价线结构光激光器平面度的方法 - Google Patents

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    • G—PHYSICS
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    • G01M11/00—Testing of optical apparatus; Testing structures by optical methods not otherwise provided for
    • G01M11/02—Testing optical properties
    • G01M11/0242—Testing optical properties by measuring geometrical properties or aberrations

Abstract

本发明公开了一种评价线结构光激光器平面度的方法，包括以下步骤：在激光器的投射范围内，设置多条标尺；开启激光器，激光器发出的激光条投射到标尺上；读取每条标尺上激光条的刻度值，依据基准坐标系把读取出的每个刻度值转换为坐标点；利用得出的多个坐标点拟合直线，得到最大拟合残差值，作为评价参数Q；当所述评价参数Q在预设值范围内时，认为待测线激光器满足要求，反之不满足要求；本方法能够适配不同类型的激光器，通过多条标尺记录出激光条上的多个坐标点，利用坐标点拟合直线，获得拟合残差，能够有效评估线激光器的平面度。

Description

评价线结构光激光器平面度的方法
技术领域
本发明涉及激光视觉测量领域，具体涉及一种评价线结构光激光器平面度的方法。
背景技术
线激光器作为光电检测系统的光源已在工业领域内广泛应用，以线结构光测量系统为例，工作时系统投射激光平面至待测区域，解算过程默认线结构光传感器投射出理想平面，建立数学模型计算最终测量结果。然而由于加工与装配误差，线结构光传感器实际投射形状偏离理想平面，此误差将影响最终测量精度；市场上各类线激光器良莠不齐，却无统一标准与方法评价线激光器平面度。
发明内容
针对上述问题，本发明提出一种评价线结构光激光器平面度的方法，本方法通过多条标尺记录出激光条上的多个坐标点，利用坐标点拟合直线，获得拟合残差，利用残差值评价线激光器出射激光的平面度，本发明方法评价精度能够达到50μm。
一种评价线结构光激光器平面度的方法，包括以下步骤：
在激光器的投射范围内，设置N条标尺，任意两条标尺相互平行，任一标尺与任意两条标尺组成的平面之间的距离为[0，0.02)mm；N≥3；
开启激光器，激光器发出的激光条投射到标尺上；读取每条标尺上激光条的刻度值，依据基准坐标系把读取出的每个刻度值转换为坐标点；
利用得出的多个坐标点拟合直线，得到最大拟合残差值，作为评价参数Q；当所述评价参数Q在预设值范围内时，认为待测线激光器满足要求，反之不满足要求。
进一步，记相隔最远的两条标尺之间的距离为d，则d满足以下关系：
L≥d≥2/3L
L＝2×dw×tanθ
其中，
Figure BDA0002268783590000021
θ＇为激光器的扇形角，dw为任一标尺与激光器之间垂直距离。
进一步，dw＝(0.9～1.1)D，D为激光器的工作距；
优选dw＝D。
进一步，各个标尺上设置相同分度值的刻度。
进一步，各标尺的零刻度位于同一高度，任意选择一条标尺建立坐标系，作为基准坐标系，该标尺标记为基准标尺；
所述把读取出的每个刻度值转换为坐标点的方法为：将刻度值ki转换为坐标(ai，ki)，ai表示当前刻度值所在的标尺与基准标尺之间的距离。
进一步，所述标尺设置在标定装置的侧表面上；所述标定装置的壳体为刚性结构，设置有标尺的侧表面朝向激光器；激光器发出的激光条能投射到标尺上；所述标尺的分度值≤0.01mm；
所述多条标尺通过以下方式获得：
方式一：在单个标定装置的侧表面上设置至少三条标尺；
方式二：设置多个标定装置，单个标定装置的侧表面上设置一条或多条标尺；
方式三：通过高精度直线导轨变换标定装置水平位置，该标定装置的侧表面上设置一条或多条标尺。
优选，在方式二中，标定装置至少包含相互垂直的两个平面，设置有标尺的侧表面上还设置有定位点，所述定位点用于调节各个标定装置的高度，使其保持一致；另一平面用于安装水平仪，调节水平仪使该平面平行于地面放置，保持各个标定装置的位置水平。
优选，所述相互垂直的两个平面的垂直度＜0.02mm；单个平面的平面度＜0.02mm；所述定位点设置于平面的几何中心，其形状为十字叉丝点。
优选，所述壳体为碳纤维或殷钢等低热膨胀系数材质的长方体刚性结构，其最长边尺寸为5cm～20cm。
进一步，利用定位点调节各个标定装置的高度一致的方法为：利用自动安平水准仪分别瞄准各个标定装置上的定位点，根据自动安平水准仪的提示判断各个标定装置的高度是否一致。
本方法通过多条标尺记录出激光条上的多个坐标点，利用坐标点拟合直线，获得拟合残差，将拟合残差的最大值作为评价线激光器平面度的参数，有效对实际的线激光器性能进行评价，评价精度能够达到50μm；
为了保证评价结果的精度，间隔最远的标尺之间的距离在L≥d≥2/3L，多条标尺可以通过多种方式设置：
对于短工作距和/或小发散角的激光器，由于其投射范围相对较小，体现为L数值较小，则d也较小，可以采用方式一或方式三，制造高精度小尺寸的刻度板或立方体，保证刻度的精度；
对长工作距和/或大发散角的激光器，由于其投射范围相对较大，体现为L数值较大(如L＞5米)，则d也较大，此时，若采用方式一或方式三制造刻度板或立方体，由于加工尺寸较大，难以保证加工后标尺的精度；而且对于导轨而言，误差会随尺寸的增加而累积，且成本高；因此，对于这种激光器应当采用方式二，利用多个小尺寸的标定装置，来保证评价结果的精度，采用方式二，标定装置的尺寸只需要5cm～20cm，适宜加工，此外，设置定位点和水平仪能够保证各个标定装置的位置精准，较少整体系统的误差。
附图说明
图1为线激光器投射范围示意图；
图2为实施例中标定装置与激光器位置示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施方式对本发明的技术方案进行详细描述。
一种评价线结构光激光器平面度的方法，包括以下步骤：
在激光器的投射范围内，设置N条标尺，任意两条标尺相互平行，所有标尺大致处于同一平面上，即任一标尺与任意两条标尺组成的平面之间的距离处于[0，0.02)mm；N≥3；
开启激光器，激光器发出的激光条投射到标尺上；读取每条标尺上激光条的刻度值，依据基准坐标系把读取出的每个刻度值ki转换为坐标点；
利用得出的多个坐标点(ai，ki)拟合直线，得到最大拟合残差值，作为评价参数Q；当评价参数Q在预设值范围内时，认为待测线激光器满足要求，反之不满足要求。
如图1所示，记相隔最远的两条标尺之间的距离为d，则d满足以下关系：
L≥d≥2/3L
L＝2×dw×tanθ
其中，
Figure BDA0002268783590000051
θ＇为激光器的扇形角，dw为任一标尺与激光器之间垂直距离，dw＝(0.9～1.1)D，D为激光器的工作距；
本实施例设置为dw＝D，且各个标尺上设置相同分度值的刻度，零刻度位于同一高度；
解算时，可以任意选择一条标尺建立坐标系，作为基准坐标系，该标尺标记为基准标尺；
把读取出的每个刻度值转换为坐标点的方法为：将刻度值ki转换为坐标(ai，ki)，i＝1,2,3……m，m表示标尺总条数，ai表示当前刻度值所在的标尺与基准标尺之间的距离。
标尺设置在标定装置的侧表面上；标定装置的壳体为刚性结构，使用时，设置有标尺的侧表面朝向激光器；激光器发出的激光条能投射到标尺上；标尺的分度值≤0.01mm；
多条标尺通过以下方式获得：
方式一：在单个标定装置的侧表面上设置至少三条标尺；
方式二：设置多个标定装置，单个标定装置的侧表面上设置一条或多条标尺；
方式三：通过高精度直线导轨变换标定装置水平位置，该标定装置的侧表面上设置一条或多条标尺。
如图2所示，本实施例中，采用方式二，在激光器1的投射范围内设置三个标定装置2，单个标定装置的侧表面上设置2条标尺23，即N＝6；
标定装置至少包含相互垂直的两个平面，设置有标尺23的侧表面上还设置有定位点22，定位点用于调节各个标定装置的高度，使其保持一致；另一平面用于安装水平仪21，调节水平仪21使该平面平行于地面放置，保持各个标定装置的位置水平。
标定装置的设计应当满足：相互垂直的两个平面的垂直度＜0.02mm；单个平面的平面度＜0.02mm；其最长边尺寸为5cm～20cm；
本实施例中，定位点设置于平面的几何中心，其形状为十字叉丝点；壳体为碳纤维材质的长方体刚性结构，相互垂直的两个平面的垂直0.01mm；单个平面的平面度0.01mm；其最长边尺寸为15cm。
在使用过程中，首先通过水平仪调节3个标定装置，使其处于水平状态，再利用定位点22调节各个标定装置2的高度一致；具体的，利用自动安平水准仪分别瞄准各个标定装置上的定位点，根据自动安平水准仪的提示判断各个标定装置的高度是否一致。
当各个标定装置的位置调节好之后，可以利用激光雷达等测距仪器，测量标定装置之间的距离，进而得出各个标尺之间的距离；
利用视觉识别方法，得出激光条在各个标尺上的刻度ki；
为了便于计算，可以在首条标尺的零刻度处建立坐标系，各个标尺的零刻度位于同一高度。
前面对本发明具体示例性实施方案所呈现的描述是出于说明和描述的目的。前面的描述并不想要成为毫无遗漏的，也不是想要把本发明限制为所公开的精确形式，显然，根据上述教导很多改变和变化都是可能的。选择示例性实施方案并进行描述是为了解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的其它技术人员能够实现并利用本发明的各种示例性实施方案及其不同选择形式和修改形式。本发明的范围旨在由所附权利要求书及其等价形式所限定。

Claims (10)

1.一种评价线结构光激光器平面度的方法，其特征在于，包括以下步骤：
在激光器的投射范围内，设置N条标尺，任意两条标尺相互平行，任一标尺与任意两条标尺组成的平面之间的距离为[0，0.02)mm；N≥3；
开启激光器，激光器发出的激光条投射到标尺上；读取每条标尺上激光条的刻度值，依据基准坐标系把读取出的每个刻度值转换为坐标点；
利用得出的多个坐标点拟合直线，得到最大拟合残差值，作为评价参数Q；当所述评价参数Q在预设值范围内时，认为待测线激光器满足要求，反之不满足要求。
2.如权利要求1所述评价线结构光激光器平面度的方法，其特征在于：记相隔最远的两条标尺之间的距离为d，则d满足以下关系：
L≥d≥2/3L
L＝2×dw×tanθ
其中，
Figure FDA0002268783580000011
θ＇为激光器的扇形角，dw为任一标尺与激光器之间垂直距离。
3.如权利要求2所述评价线结构光激光器平面度的方法，其特征在于：dw＝(0.9～1.1)D，D为激光器的工作距，优选dw＝D。
4.如权利要求1所述评价线结构光激光器平面度的方法，其特征在于：各个标尺上设置相同分度值的刻度。
5.如权利要求1所述评价线结构光激光器平面度的方法，其特征在于：
各标尺的零刻度位于同一高度，任意选择一条标尺建立坐标系，作为基准坐标系，该标尺标记为基准标尺；
所述把读取出的每个刻度值转换为坐标点的方法为：将刻度值ki转换为坐标(ai，ki)，ai表示当前刻度值所在的标尺与基准标尺之间的距离。
6.如权利要求1所述评价线结构光激光器平面度的方法，其特征在于：所述标尺设置在标定装置的侧表面上；所述标定装置的壳体为刚性结构，设置有标尺的侧表面朝向激光器；激光器发出的激光条能投射到标尺上；所述标尺的分度值≤0.01mm；
所述多条标尺通过以下方式获得：
方式一：在单个标定装置的侧表面上设置至少三条标尺；
方式二：设置多个标定装置，单个标定装置的侧表面上设置一条或多条标尺；
方式三：通过高精度直线导轨变换标定装置水平位置，该标定装置的侧表面上设置一条或多条标尺。
7.如权利要求6所述评价线结构光激光器平面度的方法，其特征在于：在方式二中，标定装置至少包含相互垂直的两个平面，设置有标尺的侧表面上还设置有定位点，所述定位点用于调节各个标定装置的高度，使其保持一致；另一平面用于安装水平仪，调节水平仪使该平面平行于地面放置，保持各个标定装置的位置水平。
8.如权利要求7所述评价线结构光激光器平面度的方法，其特征在于：所述相互垂直的两个平面的垂直度＜0.02mm；单个平面的平面度＜0.02mm；所述定位点设置于平面的几何中心，其形状为十字叉丝点。
9.如权利要求7所述评价线结构光激光器平面度的方法，其特征在于：所述壳体为碳纤维或殷钢材质的长方体刚性结构，其最长边尺寸为5cm～20cm。
10.如权利要求7～9中任一项所述评价线结构光激光器平面度的方法，其特征在于：利用定位点调节各个标定装置的高度一致的方法为：利用自动安平水准仪分别瞄准各个标定装置上的定位点，根据自动安平水准仪的提示判断各个标定装置的高度是否一致。
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