CN219245763U - 一种基于单色激光线扫描及三角法量测的高速激光位移传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及三维机器视觉技术领域，公开了一种基于单色激光线扫描及三角法量测的高速激光位移传感器，利用激光束扫描物体，采用非接触的测量方式，不受材料的影响，可快速获得物体和零部件三维数据信息，与传统的三坐标测量方式相比，它不但可以获得更丰富的测量信息，并能将测量结果以色谱的形式呈现，一目了然就能看到被测物体的三维数据信息，且具有结构简单、成本低廉、测量距离大、抗干扰、测量点小（几十微米）、测量准确度高的优点，实用性强。

Description

一种基于单色激光线扫描及三角法量测的高速激光位移传 感器

技术领域

本实用新型涉及三维机器视觉技术领域，特别涉及一种基于单色激光线扫描及三角法量测的高速激光位移传感器。

背景技术

视觉传感器是整个机器视觉系统信息的直接来源，主要由一个或者两个图形传感器组成，有时还要配以光投射器及其他辅助设备。视觉传感器的主要功能是获取足够的机器视觉系统要处理的最原始图像。视觉传感是应用在生产装置上的一种电子图像技术，通过视觉传感器把图像抓到，然后将图像传送至处理单元，通过数字化处理，根据像素分布和亮度、颜色等信息，来进行尺寸、形状和颜色的判别，并根据判别结果进而控制生产设备的工作。视觉传感器的工作过程可以分为四个步骤：图像的检测、图像的分析、图像的绘制和图像识别。视觉传感器具有从一幅图像中捕获数以千计像素的能力。

目前应用最广的自由曲面三维模型数字化方法之一，典型代表就是三坐标测量机，三坐标测量机采用接触式三维扫描，适用性强、精度高（可达微米级别）；不受物体光照和颜色的限制；适用于没有复杂型腔、外形尺寸较为简单的实体的测量；然而，由于采用接触式测量，可能损伤探头和被测物表面，也不能对软质的物体进行测量，应用范围受到限制；受环境温湿度影响；同时扫描速度受到机械运动的限制，测量速度慢、效率低；无法实现全自动测量；接触测头的扫描路径不可能遍历被测曲面的所有点，它获取的只是关键特征点，因而，它的测量结果往往不能反映整个零件的形状，在行业中的应用具有极大的限制。

实用新型内容

本实用新型的主要目的是提出一种基于单色激光线扫描及三角法量测的高速激光位移传感器，旨在解决现有的三坐标测量机进行三维扫描扫描速度受到机械运动的限制，测量速度慢、效率低的技术问题。

为实现上述目的，本实用新型提出的基于单色激光线扫描及三角法量测的高速激光位移传感器，包括底板、上壳体、前面板、CCD相机、激光发射器、反射镜以及遮光板，所述上壳体盖设于所述底板上，所述前面板盖设于所述上壳体的前端部，所述CCD相机倾斜地设置于所述底板的一侧，所述激光发射器向下倾斜地设置于所述底板的另一侧，所述反射镜和遮光板分别竖直平行的设置于所述CCD相机的前端部的两侧，且所述CCD相机朝向所述反射镜设置，所述前面板的两侧分别凹设有一第一通孔和第二通孔，所述第一通孔呈正方形结构设置，且所述反射镜和遮光板分别位于所述第一通孔的后方的两侧设置，所述第一通孔的内侧壁嵌设有一滤光镜，所述第二通孔呈沿竖直方向延伸的矩形结构设置，所述激光发射器位于所述第二通孔的后方设置，所述第二通孔的背侧壁设有一透镜。

进一步地，还包括反射镜固定板，所述反射镜固定板竖直地设置于所述底板的前端部，所述反射镜设置于所述反射镜固定板的内侧壁上。

进一步地，还包括相机固定板，所述底板的上端壁凹设有一第一限位槽，所述相机固定板的下端部通过螺钉可拆卸的嵌设于所述第一限位槽内设置，所述相机固定板的上端部凹设有一第一通孔，所述CCD相机的前端部穿设于所述第一通孔设置。

进一步地，还包括透镜安装板，所述透镜安装板的前端部凹设有一透光槽，所述透镜安装板的后端部呈斜面结构设置，所述透光槽的后端壁凹设有一第二限位槽，所述透镜嵌设于所述第二限位槽内设置，所述透光槽位于所述第二通孔的后方设置。

进一步地，所述第一通孔的背侧壁凹设有一第三限位槽，所述滤光镜嵌设于所述第三限位槽内设置。

进一步地，还包括支撑板，所述支撑板竖直地设置于所述底板的上端壁上，所述激光发射器倾斜地设置于所述支撑板的上端部的内侧壁上。

进一步地，还包括激光发射器安装座和紧固螺钉，所述激光发射器安装座的前端部凹设有一第二通孔，所述激光发射器嵌设于所述第二通孔内设置，所述激光发射器安装座的下端部的两侧分别相对的凹设有多个第一螺纹孔，所述支撑板的上端部的侧壁相对的凹设有两第二螺纹孔，所述紧固螺钉分别旋于所述第一螺纹孔和第二螺纹孔内设置。

采用本实用新型的技术方案，具有以下有益效果：本实用新型的技术方案，利用激光束扫描物体，激光发射器发射的激光束通过透镜将激光束扩散成线激光后，从所述第二通孔内射出，投射在被测物体表面形成漫反射，并经所述反射镜反射后，射入所述CCD相机，被所述CCD相机读取成像后，通过检测位置及形状的变化测量位移和形状，通激光位移传感器或者移动物体，并且让相机持续不断的拍照，就形成了连续的Y方向数据，最后组合在一起，从而得到被测物体的轮廓的三维模型数据，该激光位移传感器通过采用非接触的测量方式，不受材料的影响，可快速获得物体和零部件三维数据信息，与传统的三坐标测量方式相比，它不但可以获得更丰富的测量信息，并能将测量结果以色谱的形式呈现，一目了然就能看到被测物体的三维数据信息，且具有结构简单、成本低廉、测量距离大、抗干扰、测量点小（几十微米）、测量准确度高的优点，实用性强。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述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实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本实用新型提出的一种基于单色激光线扫描及三角法量测的高速激光位移传感器的整体结构示意图；

图2为本实用新型提出的一种基于单色激光线扫描及三角法量测的高速激光位移传感器的内部结构示意图；

图3为本实用新型提出的一种基于单色激光线扫描及三角法量测的高速激光位移传感器的另一视角的内部结构示意图；

图4为本实用新型提出的一种基于单色激光线扫描及三角法量测的高速激光位移传感器的前面板的结构示意图。

本实用新型目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

需要说明，本实用新型实施例中所有方向性指示（诸如上、下、左、右、前、后……）仅用于解释在某一特定姿态（如附图所示）下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。

本实用新型提出一种基于单色激光线扫描及三角法量测的高速激光位移传感器。

如图1至图4所示，在本实用新型的一实施例中，该基于单色激光线扫描及三角法量测的高速激光位移传感器，包括底板101、上壳体102、前面板103、CCD相机104、激光发射器105、反射镜106以及遮光板107，所述上壳体102盖设于所述底板101上，所述前面板103盖设于所述上壳体102的前端部，所述CCD相机104倾斜地设置于所述底板101的一侧，所述激光发射器105向下倾斜地设置于所述底板101的另一侧，所述反射镜106和遮光板107分别竖直平行的设置于所述CCD相机104的前端部的两侧，且所述CCD相机104朝向所述反射镜106设置，所述前面板103的两侧分别凹设有一第一通孔1031和第二通孔1032，所述第一通孔1031呈正方形结构设置，且所述反射镜106和遮光板107分别位于所述第一通孔的后方的两侧设置，所述第一通孔1031的内侧壁嵌设有一滤光镜（未图示），所述第二通孔1032呈沿竖直方向延伸的矩形结构设置，所述激光发射器105位于所述第二通孔1032的后方设置，所述第二通孔1032的背侧壁设有一透镜（未图示）。

具体地，还包括反射镜固定板108，所述反射镜固定板108竖直地设置于所述底板101的前端部，所述反射镜106设置于所述反射镜固定板108的内侧壁上。

具体地，还包括相机固定板109，所述底板101的上端壁凹设有一第一限位槽（未图示），所述相机固定板109的下端部通过螺钉可拆卸的嵌设于所述第一限位槽内设置，所述相机固定板109的上端部凹设有一第一通孔（未图示），所述CCD相机104的前端部穿设于所述第一通孔设置。

具体地，还包括透镜安装板110，所述透镜安装板110的前端部凹设有一透光槽1101，所述透镜安装板110的后端部呈斜面结构设置，所述透光槽1101的后端壁凹设有一第二限位槽1102，所述透镜嵌设于所述第二限位槽1102内设置，所述透光槽1101位于所述第二通孔1032的后方设置。

具体地，所述第一通孔1032的背侧壁凹设有一第三限位槽1033，所述滤光镜嵌设于所述第三限位槽1033内设置。

具体地，还包括支撑板111，所述支撑板111竖直地设置于所述底板101的上端壁上，所述激光发射器105倾斜地设置于所述支撑板111的上端部的内侧壁上。

具体地，还包括激光发射器安装座112和紧固螺钉（未图示），所述激光发射器安装座112的前端部凹设有一第二通孔（未图示），所述激光发射器105嵌设于所述第二通孔内设置，所述激光发射器安装座112的下端部的两侧分别相对的凹设有多个第一螺纹孔1121，所述支撑板111的上端部的侧壁相对的凹设有两第二螺纹孔1111，所述第二螺纹孔1111之间的连线与水平面呈倾斜设置，所述紧固螺钉分别旋于所述第一螺纹孔1121和第二螺纹孔1111内设置。

具体地，本实用新型的工作原理和过程为：激光发射器发射的激光束通过透镜将激光束扩散成线激光后，从所述第二通孔内射出，投射在被测物体表面形成漫反射，并经所述反射镜反射后，射入所述CCD相机，被所述CCD相机读取成像后，通过检测位置及形状的变化测量位移和形状，通激光位移传感器或者移动物体，并且让相机持续不断的拍照，就形成了连续的Y方向数据，最后组合在一起，从而得到被测物体的轮廓的三维模型数据。

激光位移传感器原理之激光三角测量法原理为：激光发射器通过透镜将可见红色激光射向被测物体表面，经物体反射的激光通过CCD相机镜头，被CCD相机接收，根据不同的距离，CCD相机可以在不同的角度下“看见”这个光点，根据这个角度及已知的激光和相机之间的距离，CCD相机内部的数字信号处理器就能计算出传感器和被测物体之间的距离，采取三角测量法的激光位移传感器最高线性度可达1μm，分辨率更是可达到0.1μm。

具体地，本实用新型利用激光束扫描物体，激光发射器发射的激光束通过透镜将激光束扩散成线激光后，从所述第二通孔内射出，投射在被测物体表面形成漫反射，并经所述反射镜反射后，射入所述CCD相机，被所述CCD相机读取成像后，通过检测位置及形状的变化测量位移和形状，通激光位移传感器或者移动物体，并且让相机持续不断的拍照，就形成了连续的Y方向数据，最后组合在一起，从而得到被测物体的轮廓的三维模型数据，该激光位移传感器通过采用非接触的测量方式，不受材料的影响，可快速获得物体和零部件三维数据信息，与传统的三坐标测量方式相比，它不但可以获得更丰富的测量信息，并能将测量结果以色谱的形式呈现，一目了然就能看到被测物体的三维数据信息，且具有结构简单、成本低廉、测量距离大、抗干扰、测量点小（几十微米）、测量准确度高的优点，实用性强。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是在本实用新型的实用新型构思下，利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (7)

1.一种基于单色激光线扫描及三角法量测的高速激光位移传感器，其特征在于，包括底板、上壳体、前面板、CCD相机、激光发射器、反射镜以及遮光板，所述上壳体盖设于所述底板上，所述前面板盖设于所述上壳体的前端部，所述CCD相机倾斜地设置于所述底板的一侧，所述激光发射器向下倾斜地设置于所述底板的另一侧，所述反射镜和遮光板分别竖直平行的设置于所述CCD相机的前端部的两侧，且所述CCD相机朝向所述反射镜设置，所述前面板的两侧分别凹设有一第一通孔和第二通孔，所述第一通孔呈正方形结构设置，且所述反射镜和遮光板分别位于所述第一通孔的后方的两侧设置，所述第一通孔的内侧壁嵌设有一滤光镜，所述第二通孔呈沿竖直方向延伸的矩形结构设置，所述激光发射器位于所述第二通孔的后方设置，所述第二通孔的背侧壁设有一透镜。

2.根据权利要求1所述的基于单色激光线扫描及三角法量测的高速激光位移传感器，其特征在于，还包括反射镜固定板，所述反射镜固定板竖直地设置于所述底板的前端部，所述反射镜设置于所述反射镜固定板的内侧壁上。

3.根据权利要求1所述的基于单色激光线扫描及三角法量测的高速激光位移传感器，其特征在于，还包括相机固定板，所述底板的上端壁凹设有一第一限位槽，所述相机固定板的下端部通过螺钉可拆卸的嵌设于所述第一限位槽内设置，所述相机固定板的上端部凹设有一第一通孔，所述CCD相机的前端部穿设于所述第一通孔设置。

4.根据权利要求1所述的基于单色激光线扫描及三角法量测的高速激光位移传感器，其特征在于，还包括透镜安装板，所述透镜安装板的前端部凹设有一透光槽，所述透镜安装板的后端部呈斜面结构设置，所述透光槽的后端壁凹设有一第二限位槽，所述透镜嵌设于所述第二限位槽内设置，所述透光槽位于所述第二通孔的后方设置。

5.根据权利要求1所述的基于单色激光线扫描及三角法量测的高速激光位移传感器，其特征在于，所述第一通孔的背侧壁凹设有一第三限位槽，所述滤光镜嵌设于所述第三限位槽内设置。

6.根据权利要求1所述的基于单色激光线扫描及三角法量测的高速激光位移传感器，其特征在于，还包括支撑板，所述支撑板竖直地设置于所述底板的上端壁上，所述激光发射器倾斜地设置于所述支撑板的上端部的内侧壁上。

7.根据权利要求6所述的基于单色激光线扫描及三角法量测的高速激光位移传感器，其特征在于，还包括激光发射器安装座和紧固螺钉，所述激光发射器安装座的前端部凹设有一第二通孔，所述激光发射器嵌设于所述第二通孔内设置，所述激光发射器安装座的下端部的两侧分别相对的凹设有多个第一螺纹孔，所述支撑板的上端部的侧壁相对的凹设有两第二螺纹孔，所述紧固螺钉分别旋于所述第一螺纹孔和第二螺纹孔内设置。

Images