CN114354137B - 一种线激光非标性能检测平台及线激光特性参数检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种线激光非标性能检测平台及线激光特性参数检测方法，检测平台包括：滑轨、伺服电机、上位机、激光器固定工装和线阵相机；上电后，上位机通过伺服电机控制激光器固定工装在滑轨上移动，进而带动待检测线激光器在所述滑轨上移动，线阵相机采集待检测线激光器移动过程中的线激光获得多张图像，并将多张图像发送至上位机，以使上位机根据多张图像分析计算非标准特性参数，以实现利用非标准特性参数对以大尺度三维空间定位仪为代表的激光扫描交会测量系统的信号基准源质量进行评估。

Description

一种线激光非标性能检测平台及线激光特性参数检测方法

技术领域

本发明涉及精密定位测量技术领域，特别是涉及一种线激光非标性能检测平台及线激光特性参数检测方法。

背景技术

以大尺度三维空间整体测量定位仪为代表的激光扫描交会原理测量系统主要应用于飞机制造、卫星制造等航空航天领域，汽车、造船以及工业测量等领域，它的主要功能体现在实时监控、移动导航、在线检测、大部件的空间尺寸三维测量以及逆向工程等等。其中，激光发射基站为该类测量系统核心部件，基站顶端为可绕固定旋转轴匀速转动的旋转平台，在工作过程中，旋转平台承载线激光器绕轴转动，在旋转过程中通过线激光器所发射的激光扇面扫描待测量目标物，以激发安装在待测量目标物上的测量系统信号接收模块，产生响应脉冲信号传输至测量系统上位机，为待测量目标物的精密空间定位提供解算基础。

以激光为扫描基础，进行目标物空间状态测量的系统，由于其工作原理，普遍在激光器质量检验阶段聚焦于激光发散角、能量强度等通用标准技术特性参数，而根据激光扫描交会原理测量系统的空间角度交会原理，在交会过程中影响激光扇面质量的最关键技术特性为激光线性度和能量均匀性，测量系统工作过程中所发射的激光扇面线性度和能量均匀性质量直接影响最终交会测量结果。目前，针对激光扫描交会原理测量系统专用线激光质量检验技术领域空白，如何实现快速、有效检测激光扫描交会原理测量系统专用线激光的线性度和能量均匀性，为线激光在激光扫描交会原理类测量系统中适用度的评判提供标准，有效评估线激光质量具有非常重要的实用价值。

发明内容

本发明的目的是提供一种线激光非标性能检测平台及线激光特性参数检测方法，以实现对信号基准源质量进行评估。

为实现上述目的，本发明提供一种线激光非标性能检测平台，所述检测平台包括：

滑轨、伺服电机、上位机、激光器固定工装和线阵相机；所述激光器固定工装滑动设置在所述滑轨上，所述上位机与所述伺服电机连接，所述激光器固定工装用于安装待检测线激光器，所述线阵相机与所述待检测线激光器对应设置，所述线阵相机与所述上位机连接；

上电后，所述上位机通过所述伺服电机控制所述激光器固定工装在所述滑轨上移动，进而带动所述待检测线激光器在所述滑轨上移动，所述线阵相机采集所述待检测线激光器移动过程中的线激光获得多张图像，并将多张图像发送至所述上位机，以使所述上位机根据多张图像分析计算非标准特性参数。

可选地，所述检测平台还包括：

光学平台；所述滑轨和所述伺服电机均设置在所述光学平台上，所述光学平台用于提供光滑水平面。

可选地，所述检测平台还包括：

支架，设置在所述光学平台上，用于支撑并调整所述线阵相机的高度，以使所述线阵相机与所述待检测线激光器对应设置。

可选地，所述检测平台还包括：

遮光幕布，用于围罩在所述光学平台的四周和顶面，以使将所述滑轨、所述伺服电机、所述激光器固定工装、所述线阵相机和所述支架笼罩在内部，提供遮光环境。

可选地，所述激光器固定工装带有凸出部分，所述凸出部分用于插入所述待检测线激光器的凹坑内部，以使所述待检测线激光器固定在所述激光器固定工装上。

可选地，滑轨性能参数是根据所述待检测线激光器的张角大小、线性度要求、功率以及线阵相机成像曝光时间确定的；所述滑轨性能参数包括：速率范围、导轨分辨率和行程。

可选地，所述上位机获取待检测线激光器移动过程中的多张图像；对多张图像进行拼接，获得拼接图像；采用灰度阈值分割法对所述拼接图像进行分析计算非标准特性参数。

本发明还提供一种线激光特性参数检测方法，所述检测方法包括：

步骤S1：根据所述待检测线激光器的张角大小、线性度要求、功率以及线阵相机成像曝光时间确定滑轨性能参数；

步骤S2：根据所述滑轨性能参数选取滑轨；

步骤S3：将所述滑轨、伺服电机、上位机、激光器固定工装和线阵相机进行组装，获得上述线激光非标性能检测平台；

步骤S4：上电后，所述上位机通过所述伺服电机控制所述激光器固定工装在所述滑轨上移动，进而带动所述待检测线激光器在所述滑轨上移动，所述线阵相机采集所述待检测线激光器移动过程中的线激光获得多张图像，并将多张图像发送至所述上位机，以使所述上位机根据多张图像分析计算非标准特性参数。

可选地，步骤S3具体包括：

在所述滑轨的台面上安装所述激光器固定工装，并将待检测线激光器固定安装在所述激光器固定工装上，将所述上位机通过所述伺服电机与所述滑轨的台面进行电连接，将所述线阵相机与所述待检测线激光器对应设置。

可选地，所述上位机获取待检测线激光器移动过程中的多张图像；对多张图像进行拼接，获得拼接图像；采用灰度阈值分割法对所述拼接图像进行分析计算非标准特性参数。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

本发明公开一种线激光非标性能检测平台及线激光特性参数检测方法，检测平台包括：滑轨、伺服电机、上位机、激光器固定工装和线阵相机；上电后，上位机通过伺服电机控制激光器固定工装在滑轨上移动，进而带动待检测线激光器在所述滑轨上移动，线阵相机采集待检测线激光器移动过程中的线激光获得多张图像，并将多张图像发送至上位机，以使上位机根据多张图像分析计算非标准特性参数，以实现利用非标准特性参数对以大尺度三维空间定位仪为代表的激光扫描交会测量系统的信号基准源质量进行评估，整体检测方法高效快捷，具有极高的实操性，有效保障测量系统测量精度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明线激光非标性能检测平台示意图；

图2为本发明支架高度未调整以及已调整时的示意图；

图3为本发明待检测线激光器移动过程示意图；

图4为本发明线激光特性参数检测方法流程图。

符号说明：

1-滑轨，2-伺服电机，3-激光器固定工装，4-待检测线激光器，5-线阵相机，6-支架，7-光学平台，8-遮光幕布，9-激光扇面，10-上位机，11-电缆线，12-台面。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种线激光非标性能检测平台及线激光特性参数检测方法，以实现对信号基准源质量进行评估。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

实施例1

图1中的(a)图为线激光非标性能检测平台三维立体图，图1中的(b)图为线激光非标性能检测平台俯视图，图1中的(c)图为线激光非标性能检测平台内各器件连接示意图，如图1所示，本发明公开一种线激光非标性能检测平台，所述检测平台包括：滑轨1、伺服电机2、上位机10、激光器固定工装3和线阵相机5；所述激光器固定工装3滑动设置在所述滑轨1上，所述上位机10与所述伺服电机2连接，所述激光器固定工装3用于安装待检测线激光器4，所述线阵相机5与所述待检测线激光器4对应设置，所述线阵相机5与所述上位机10连接。

上电后，所述上位机10通过所述伺服电机2控制所述激光器固定工装3在所述滑轨1上移动，进而带动所述待检测线激光器4在所述滑轨1上移动发射线激光，生成激光扇面9，所述线阵相机5采集所述待检测线激光器4移动过程中的线激光获得多张图像，并将多张图像发送至所述上位机10，以使所述上位机10根据多张图像分析计算非标准特性参数。

具体地，本发明可以将激光器固定工装3放置在所述滑轨1的台面12上，利用电缆线11将上位机10与伺服电机2连接，将所述伺服电机2与所述滑轨1的台面12进行电连接，将所述线阵相机5与所述上位机10进行电连接。上电后，上位机10通过伺服电机2控制所述滑轨1的台面12移动，进而带动所述激光器固定工装3以及所述待检测线激光器4在所述滑轨1上移动。本实施例中的滑轨1沿一维直线实现高精度匀速直线移动。

本实施例中的待检测线激光器4既可以为激光扫描交会测量原理设备(例如大尺度三维空间定位仪)上的激光器，还可以为需要确定非标准特性参数的其他设备内的线激光器。

作为一种可选的实施方式，本发明所述检测平台还包括：光学平台7；所述滑轨1和所述伺服电机2均设置在所述光学平台7上，所述光学平台7用于提供光滑水平面。除此之外，本发明还可以将滑轨1和伺服电机2设置在平滑水平面，防止因地面不平而导致滑动不均匀的问题。

作为一种可选的实施方式，本发明所述检测平台还包括：支架6，设置在所述光学平台7上，用于支撑并调整所述线阵相机5的高度，以使所述线阵相机5与所述待检测线激光器4对应设置。优选地，本实施例中的支架6选为带有卡槽的支架6，将所述线阵相机5放置在所述卡槽内，以使更加牢固的放置所述线阵相机5。如图2所示，其中，图2中的(a)图表示支架6高度未调整时的示意图，图2中的(b)图表示支架6高度已调整后的示意图。

作为一种可选的实施方式，本发明所述检测平台还包括：遮光幕布8，用于围罩在所述光学平台7的四周和顶面，以使将所述滑轨1、所述伺服电机2、所述激光器固定工装3、所述线阵相机5和所述支架6笼罩在内部，提供遮光环境，避免外界可见光的影响，进而提高确定非标准特性参数的精度。

作为一种可选的实施方式，本发明所述激光器固定工装3带有凸出部分，所述凸出部分用于插入所述待检测线激光器4的凹坑内部，以使所述待检测线激光器4固定在所述激光器固定工装3上。

高精度的滑轨性能参数直接影响线阵相机5成像质量。例如，滑轨性能参数影响成像灰度计算分析、成像像素位置准确度以及采样覆盖范围。因此本发明在选取滑轨1之前，根据待检测线激光器4的张角大小、线性度要求、功率以及线阵相机5成像曝光时间进行严格选取滑轨性能参数，进而根据所述滑轨性能参数来选取对应的滑轨1；所述滑轨性能参数包括：速率范围、导轨分辨率和行程。

滑轨性能参数的具体选择标准为：

高精度滑轨1的速率范围应涵盖在待检测线激光器4功率照射条件下线阵相机5正常曝光时间，既不高于曝光时间上限，以避免过度曝光，同时应不低于曝光时间下限，以避免像素缺失。

高精度滑轨1的导轨分辨率，应不大于待检测线激光器4线性度要求的四分之一，以保障其滑轨1的台面12直线运动过程中产生的跳动误差不影响像素空间位置排列组合形式。

假设待检测线激光器4的张角大小为θ，待检测线激光器4与线阵相机5之间距离为L，则滑轨1的行程R≥3/2*arctan(θ/2)*L，该行程范围判断依据用于保障高精度滑轨1的行程涵盖待检测线激光器4在检测距离处的有效长度，以保障用于图像分析的像素点采样覆盖范围。

同时，滑轨1必须具有与伺服电机2连接的驱动接口，具备在空间中以较高稳定性进行匀速移动的能力，在光学平台7上完成布局后，需谨慎调试，保障高精度滑轨1、伺服电机2与其配套件之间交互正常。

本发明所述待检测线激光器4具备特殊封装，在发光端面棱镜两侧分别具有两处微小凹坑，两凹坑两线与棱镜垂直，安装所述待检测线激光器4时，可将凹坑对准所述激光器固定工装3对应凸出部分，在凸出部分伸入凹坑后将所述待检测线激光器4紧固连接在所述激光器固定工装3上，确保所述待检测线激光器4的棱镜与台面12基本呈垂直状态后，将线阵相机5安入支架6的卡槽内，实现紧固连接，并调节所述支架6高度，使线阵相机5镜头与所述待检测线激光器4封装的凹坑连线高度相同，从而保障其发射的线激光能够完整地落入线阵相机5的胶片内进行成像，避免重要像素缺失，完成其余结构连接与电气连接后，使用遮光幕布8将整体布局遮罩，外界光线避免影响试验结果，为激光器性能检测提供平直稳定的光学环境。

本发明上电后，上位机10控制伺服电机2驱动滑轨1的台面12，实现滑轨1的台面12沿滑轨1限制方向的直线运动，直线运动过程中，通过控制软件开启伺服电机2控制模式后，伺服电机2自带速度环机制PID参数内部自动调节，可实现对滑轨1的台面12恒速控制，使滑轨1的台面12以速度变化率小于千分之一的稳定速度在一维导轨限制方向近似匀速运动，其运动稳定性与线阵相机5成像曝光特性配合，通过具有一定稳定性的匀速运动保证激光在线阵相机5成像面上的曝光时间，将成像像素曝光率差异控制在一定范围内，滑轨1的台面12从起始位置移动至终止位置后，线阵相机5对线激光的采样结束，其采样数据上传至上位机10后，可进行线性相机成像拼接以及非标准特性参数计算分析，评估线激光非标特性质量。如图3所示，图3中的(a)图表示待检测线激光器移动起始位置示意图，图3中的(b)图表示待检测线激光器移动中间位置示意图，图3中的(c)图表示待检测线激光器移动终止位置示意图。

上位机10先获取待检测线激光器4移动过程中的多张图像；对多张图像进行拼接，获得拼接图像；采用灰度阈值分割法对所述拼接图像进行分析计算非标准特性参数；所述非标准特性参数包括：线激光的线性度和有效阈值范围内的能量均匀性；采用灰度阈值分割法对所述拼接图像进行分析计算线激光的线性度和有效阈值范围内的能量均匀性，具体包括：对所述拼接图像进行灰度级阈值分割，将灰度值小于阈值的像素点作为背景区域，将灰度值大于或等于阈值的像素点作为前景区域；在前景区域内构建前景区域坐标系；在前景区域坐标系内统计各灰度级的有效像素点分布和灰度梯度分布；在前景区域坐标系内根据有效像素点分布拟合图像中心轴；根据所述图像中心轴的偏差量分析计算线激光的线性度；根据所述灰度梯度分布分析计算有效阈值范围内的能量均匀性。本发明检测的非标准特性参数可作为质量评估依据，判断待检测线激光器4在以大尺度三维空间定位仪为代表的激光扫描交会测量系统中作为信号基准源的可信度。

实施例2

如图4所示，本发明还公开一种线激光特性参数检测方法，所述检测方法包括：

步骤S1：根据所述待检测线激光器的张角大小、线性度要求、功率以及线阵相机成像曝光时间确定滑轨性能参数。

步骤S2：根据所述滑轨性能参数选取滑轨。

步骤S3：将所述滑轨、伺服电机、上位机、激光器固定工装和线阵相机进行组装，获得实施例1中的线激光非标性能检测平台。

步骤S4：上电后，所述上位机通过所述伺服电机控制所述激光器固定工装在所述滑轨上移动，进而带动所述待检测线激光器在所述滑轨上移动，所述线阵相机采集所述待检测线激光器移动过程中的线激光获得多张图像，并将多张图像发送至所述上位机，以使所述上位机根据多张图像分析计算非标准特性参数。

本实施例中，步骤S3具体包括：

在所述滑轨的台面上安装所述激光器固定工装，并将待检测线激光器固定安装在所述激光器固定工装上，将所述上位机通过所述伺服电机与所述滑轨的台面进行电连接，将所述线阵相机与所述待检测线激光器对应设置。

步骤S1：根据待检测线激光器的张角大小、线性度要求、功率以及线阵相机成像曝光时间进行严格选取滑轨性能参数，具体选择标准为：

高精度滑轨速率范围应涵盖在待检测线激光器功率照射条件下线阵相机正常曝光时间，既不高于曝光时间上限，以避免过度曝光，同时应不低于曝光时间下限，以避免像素缺失。

高精度滑轨的导轨分辨率，应不大于待检测线激光器线性度要求的四分之一，以保障其滑轨的台面直线运动过程中产生的跳动误差不影响像素空间位置排列组合形式。

假设待检测线激光器的张角大小为θ，待检测线激光器与线阵相机之间距离为L，则滑轨行程R≥3/2*arctan(θ/2)*L，该行程范围判断依据用于保障高精度滑轨行程涵盖待检测线激光器在检测距离处的有效长度，以保障用于图像分析的像素点采样覆盖范围。

同时，滑轨必须具有可与伺服电机连接的驱动接口，具备在空间中以较高稳定性进行匀速移动的能力，在光学平台上完成布局后，需谨慎调试，保障高精度滑轨、伺服电机与其配套件之间交互正常。

上位机先获取待检测线激光器移动过程中的多张图像；对多张图像进行拼接，获得拼接图像；采用灰度阈值分割法对所述拼接图像进行分析计算非标准特性参数；所述非标准特性参数包括：线激光的线性度和有效阈值范围内的能量均匀性；采用灰度阈值分割法对所述拼接图像进行分析计算线激光的线性度和有效阈值范围内的能量均匀性，具体包括：对所述拼接图像进行灰度级阈值分割，将灰度值小于阈值的像素点作为背景区域，将灰度值大于或等于阈值的像素点作为前景区域；在前景区域内构建前景区域坐标系；在前景区域坐标系内统计各灰度级的有效像素点分布和灰度梯度分布；在前景区域坐标系内根据有效像素点分布拟合图像中心轴；根据所述图像中心轴的偏差量分析计算线激光的线性度；根据所述灰度梯度分布分析计算有效阈值范围内的能量均匀性。本发明检测的非标准特性参数可作为质量评估依据，判断待检测线激光器在以大尺度三维空间定位仪为代表的激光扫描交会测量系统中作为信号基准源的可信度。

本发明利用高精度滑轨、伺服电机、激光器固定工装、线阵相机、线阵相机支架、遮光黑幕、光学平台等高精度仪器以及辅助工装，对线激光的能量均匀性、线性度等非通用标准激光特性参数进行计算分析，以评估线激光器在以大尺度三维空间定位仪为代表的激光扫描交会测量系统中作为信号基准源的可信度，整体检测方法高效快捷，具有极高的实操性,可有效保障以大尺度三维空间定位仪为代表的激光扫描交会测量系统信号基准源质量，有效保障测量系统测量精度。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (9)

1.一种线激光非标性能检测平台，其特征在于，所述检测平台包括：

滑轨、伺服电机、上位机、激光器固定工装和线阵相机；所述激光器固定工装滑动设置在所述滑轨上，所述上位机与所述伺服电机连接，所述激光器固定工装用于安装待检测线激光器，所述线阵相机与所述待检测线激光器对应设置，所述线阵相机与所述上位机连接；其中，滑轨性能参数是根据所述待检测线激光器的张角大小、线性度要求、功率以及线阵相机成像曝光时间确定的；所述滑轨性能参数包括：速率范围、导轨分辨率和行程；

上电后，所述上位机通过所述伺服电机控制所述激光器固定工装在所述滑轨上移动，进而带动所述待检测线激光器在所述滑轨上移动，所述线阵相机采集所述待检测线激光器移动过程中的线激光获得多张图像，并将多张图像发送至所述上位机，以使所述上位机根据多张图像分析计算非标准特性参数。

2.根据权利要求1所述的线激光非标性能检测平台，其特征在于，所述检测平台还包括：

光学平台；所述滑轨和所述伺服电机均设置在所述光学平台上，所述光学平台用于提供光滑水平面。

3.根据权利要求2所述的线激光非标性能检测平台，其特征在于，所述检测平台还包括：

支架，设置在所述光学平台上，用于支撑并调整所述线阵相机的高度，以使所述线阵相机与所述待检测线激光器对应设置。

4.根据权利要求3所述的线激光非标性能检测平台，其特征在于，所述检测平台还包括：

遮光幕布，用于围罩在所述光学平台的四周和顶面，以使将所述滑轨、所述伺服电机、所述激光器固定工装、所述线阵相机和所述支架笼罩在内部，提供遮光环境。

5.根据权利要求3所述的线激光非标性能检测平台，其特征在于，所述激光器固定工装带有凸出部分，所述凸出部分用于插入所述待检测线激光器的凹坑内部，以使所述待检测线激光器固定在所述激光器固定工装上。

6.根据权利要求1所述的线激光非标性能检测平台，其特征在于，所述上位机获取待检测线激光器移动过程中的多张图像；对多张图像进行拼接，获得拼接图像；采用灰度阈值分割法对所述拼接图像进行分析计算非标准特性参数。

7.一种线激光特性参数检测方法，其特征在于，所述检测方法包括：

步骤S1：根据待检测线激光器的张角大小、线性度要求、功率以及线阵相机成像曝光时间确定滑轨性能参数；

步骤S2：根据所述滑轨性能参数选取滑轨；

步骤S3：将所述滑轨、伺服电机、上位机、激光器固定工装和线阵相机进行组装，获得权利要求1-6任一项所述的线激光非标性能检测平台；

步骤S4：上电后，所述上位机通过所述伺服电机控制所述激光器固定工装在所述滑轨上移动，进而带动所述待检测线激光器在所述滑轨上移动，所述线阵相机采集所述待检测线激光器移动过程中的线激光获得多张图像，并将多张图像发送至所述上位机，以使所述上位机根据多张图像分析计算非标准特性参数。

8.根据权利要求7所述的线激光特性参数检测方法，其特征在于，步骤S3具体包括：

在所述滑轨的台面上安装所述激光器固定工装，并将待检测线激光器固定安装在所述激光器固定工装上，将所述上位机通过所述伺服电机与所述滑轨的台面进行电连接，将所述线阵相机与所述待检测线激光器对应设置。

9.根据权利要求7所述的线激光特性参数检测方法，其特征在于，所述上位机获取待检测线激光器移动过程中的多张图像；对多张图像进行拼接，获得拼接图像；采用灰度阈值分割法对所述拼接图像进行分析计算非标准特性参数。