专利名称：环境光自适应位移测量装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及精密检测的技术，特别是涉及一种环境光自适应位移测量装置的 技术。
背景技术：
基于激光三角的位移测量方法因为其非接触、适用范围广，得到越来越广泛的应 用，常见基于激光三角的位移测量方法的基本原理是，光源(例如LED、激光等)通过透镜发 出一条检测光束，照射到被测物体表面形成光斑，该光斑通过单个透镜或一个接收镜组在 光接收器件装置上的对应位置处成像，物体位移与光斑像在光接收器件上的位置相对应， 通过识别光斑像在光接收器件上的位置，即可得到被测物体的位移。现有的基于激光三角的位移测量方法中，往往采用PSD作为光斑像定位元件，由 于PSD无法调节曝光时间，需要通过加滤光片等方法从光路本身减弱环境光产生的信号噪 声，信号的调节往往采用调节发射光束的强度和发射时间的方法。目前还有一种方法是采 用(XD/CM0S作为光斑像定位元件，这种方法在环境光干扰过大的情况下会产生大量的噪 声，带来较大的位移误差，因此其检测精度也较低。

实用新型内容针对上述现有技术中存在的缺陷，本实用新型所要解决的技术问题是提供一种检 测精度高的环境光自适应位移测量装置。为了解决上述技术问题，本实用新型所提供的一种环境光自适应位移测量装置， 包括光发射器件、光学镜组、光接收器件和数据处理单元；所述光发射器件用于向被测物体 表面发射光束使被测物体表面产生光斑，所述光学镜组用于接收被测物体表面光斑的反射 光线并聚焦成像，所述光接收器用于接收光学镜组的成像，并将成像转换为采样数据，所述 数据处理单元电气连接光接收器件及光发射器件，其特征在于所述数据处理单元内设有 曝光时间调整模块和光强调整模块；所述曝光时间调整模块包括三个比较器、一个计数器、一个累加器、一个除法器和 一个逻辑门芯片；所述三个比较器分别为第一比较器、第二比较器和第三比较器；所述光强调整模块包括第四比较器和锁存器；所述光接收器件连接并输出数据至第一比较器、第四比较器和锁存器；所述第一比较器分别连接并输出数据至计数器、累加器，所述计数器连接并输出 数据至第二比较器、除法器，所述累加器连接并输出数据至除法器，所述除法器连接并输出 数据至第三比较器，所述第二、第三比较器连接并输出数据至逻辑门芯片，所述逻辑门芯片 连接并控制光接收器件的曝光时间；所述第四比较器连接并输出数据至锁存器，所述锁存器的输出分两路，一路连接 并输出数据至第四比较器，另一路连接并控制光发射器件的发射光束强度。进一步的，还包括一个脉冲信号发生器，所述脉冲信号发生器连接并控制光接收
3器件、光发射器件同步运行。进一步的，所述光接收器件是(XD。本实用新型提供的环境光自适应位移测量装置，通过曝光时间调整模块检测光接 收器件接收到的光斑像中环境光的平均强度，通过光强调整模块检测光接收器件接收到的 光斑像的光强峰值，并根据曝光时间调整模块和光强调整模块的检测结果调整光接收器件 的曝光时间及光发射器件的发射光束强度，因此能根据环境光的变化自适应调节曝光时间 及发射光束强度，减少环境光的影响，其检测精度较高。

图1是本实用新型实施例的环境光自适应位移测量装置的光路及结构示意图；图2是本实用新型实施例的环境光自适应位移测量装置中的曝光时间调整模块 和光强调整模块的结构示意图；图3是本实用新型实施例的环境光自适应位移测量装置的工作时序图。
具体实施方式

以下结合附图说明对本实用新型的实施例作进一步详细描述，但本实施例并不用 于限制本实用新型，凡是采用本实用新型的相似结构及其相似变化，均应列入本实用新型 的保护范围。如图1所示，本实用新型实施例所提供的一种环境光自适应位移测量装置，包括 光发射器件10、光学镜组13、光接收器件14和数据处理单元15 ；所述光发射器件10用于 向被测物体12表面发射光束使被测物体12表面产生光斑，所述光学镜组13用于接收被测 物体12表面光斑的反射光线并聚焦成像，所述光接收器14用于接收光学镜组13的成像， 并将成像转换为采样数据，所述数据处理单元15电气连接光接收器件14及光发射器件10， 其特征在于所述数据处理单元15内设有曝光时间调整模块和光强调整模块；如图2所示，所述曝光时间调整模块包括三个比较器、一个计数器J、一个累加器 A、一个除法器D和一个逻辑门芯片L ；所述三个比较器分别为第一比较器Bi、第二比较器 B2和第三比较器B3;所述光强调整模块包括第四比较器B4和锁存器S ；所述光接收器件14连接并输出数据至第一比较器Bi、第四比较器B4和锁存器S;所述第一比较器Bl分别连接并输出数据至计数器J、累加器A，所述计数器J连接 并输出数据至第二比较器B2、除法器D，所述累加器J连接并输出数据至除法器D，所述除法 器D连接并输出数据至第三比较器B3，所述第二比较器B2、第三比较器B3连接并输出数据 至逻辑门芯片L，所述逻辑门芯片L连接并控制光接收器件14的曝光时间；所述第四比较器B4连接并输出数据至锁存器S，所述锁存器S的输出分两路，一路 连接并输出数据至第四比较器B4，另一路连接并控制光发射器件10的发射光束强度；本实用新型实施例中还包括一个脉冲信号发生器M,所述脉冲信号发生器M连接 并控制光接收器件14、光发射器件10同步运行；如图3所示，当脉冲信号发生器M发出一 个控制脉冲信号时，光发射器件10发射测量光束，同时光接收器件14接收由光学镜组成像 的被测物体表面的反射光线的光斑像，一次运行结束后，光接收器件向曝光时间调整模块和光强调整模块输出光斑像的采样数据。本实用新型实施例中，所述光接收器件是CCD。本实用新型实施例所提供的环境光自适应位移测量装置的位移测量方法，其特征 在于，具体步骤如下A、设定第一比较器中的环境光信号阈值，第二比较器中的环境光数量阈值，第三 比较器中的环境光过弱阈值和环境光过强阈值，光发射器件中的光束强度过弱阈值和光束 强度过强阈值；B、先由光发射器件向被测物体表面发射一束光束使被测物体表面产生光斑，被测 物体表面光斑的反射光线经光学镜组聚焦为光斑像后由光接收器件接收；C、光接收器件将光斑像分别送至曝光时间调整模块和光强调整模块分析；所述步骤C中，曝光时间调整模块分析光斑像的具体步骤如下1)将计数器和累加器清零；2)光接收器件将一帧光斑像转换为串行数据传送给第一比较器；3)第一比较器将所接收到的数据与环境光信号阈值逐一比较，直至该帧光斑像的 数据比较完毕；其中，当第一比较器检测到数据值低于环境光信号阈值时，即将该数据值认定为 环境光信号，随即将该数据送入累加器中与累加器中的数据进行累加，同时使计数器中的 环境光数量加1 ；4)计数器将计数结果送至第二比较器和除法器，累加器将累加结果送至除法器；5)除法器将累加器中的数据与计数器中的环境光数量相除，得到环境光的平均强 度后送至第三比较器；6)第二比较器将环境光数量与环境光数量阈值进行比较，并将比较结果送至逻辑 门芯片；其中，当环境光数量低于环境光数量阈值时，认定为环境光数量太少，此时第二比 较器输出0，反之则认定为环境光数量较多，此时第二比较器输出1 ；7)第三比较器将环境光的平均强度与环境光过弱阈值、环境光过强阈值分别比 较，并将比较结果分别送至逻辑门芯片；其中，环境光的平均强度与环境光过弱阈值比较时，若环境光的平均强度值低于 环境光过弱阈值，则认定为曝光时间过短，此时第三比较器输出0，反之则输出1 ；其中，环境光的平均强度与环境光过强阈值比较时，若环境光的平均强度值高于 环境光过强阈值，则认定为曝光时间过长，此时第三比较器输出0，反之则输出1 ；8)逻辑门芯片对第二比较器的比较结果和第三比较器的两个比较结果进行逻辑 运算，并根据运算结果调整光接收器件的曝光时间；其中，当第二比较器的比较结果为环境光数量太少时，逻辑门芯片将光接收器件 的曝光时间延长；其中，当第三比较器的比较结果为环境光数量较多，而且第三比较器的比较结果 为曝光时间过短时，逻辑门芯片将光接收器件的曝光时间延长；其中，当第三比较器的比较结果为环境光数量较多，而且第三比较器的比较结果 为曝光时间过长时，逻辑门芯片将光接收器件的曝光时间缩短；[0046]所述步骤C中，光强调整模块分析光斑像的具体步骤如下1)将锁存器清零；2)光接收器件将一帧光斑像转换为串行数据传送给第四比较器和锁存器；3)第四比较器将所接收到的光斑像的数据与锁存器的输出数据逐一比较，直至该 帧光斑像的数据比较完毕后找出该帧光斑像的串行数据峰值，找出的串行数据峰值由锁存 器发送至光发射器件；其中，当第四比较器检测到输入的数据值高于锁存器的输出数据值时，即向锁存 器输出一个锁存信号，锁存器收到锁存信号后将输入的数据值保存到输出端，使其输出端 输出的数据值更新为当前输入的数据值；4)光发射器件将锁存器送来的光斑像的串行数据峰值，与设定的光束强度过弱阈 值和光束强度过强阈值进行比较；其中，当光斑像的串行数据峰值低于光束强度过弱阈值时，则对当前光束的强度 信号进行增加调节；其中，当光斑像的串行数据峰值高于光束强度过强阈值时，则对当前光束的强度 信号进行减小调节。
权利要求一种环境光自适应位移测量装置，包括光发射器件、光学镜组、光接收器件和数据处理单元；所述光发射器件用于向被测物体表面发射光束使被测物体表面产生光斑，所述光学镜组用于接收被测物体表面光斑的反射光线并聚焦成像，所述光接收器用于接收光学镜组的成像，并将成像转换为采样数据，所述数据处理单元电气连接光接收器件及光发射器件，其特征在于所述数据处理单元内设有曝光时间调整模块和光强调整模块；所述曝光时间调整模块包括三个比较器、一个计数器、一个累加器、一个除法器和一个逻辑门芯片；所述三个比较器分别为第一比较器、第二比较器和第三比较器；所述光强调整模块包括第四比较器和锁存器；所述光接收器件连接并输出数据至第一比较器、第四比较器和锁存器；所述第一比较器分别连接并输出数据至计数器、累加器，所述计数器连接并输出数据至第二比较器、除法器，所述累加器连接并输出数据至除法器，所述除法器连接并输出数据至第三比较器，所述第二、第三比较器连接并输出数据至逻辑门芯片，所述逻辑门芯片连接并控制光接收器件的曝光时间；所述第四比较器连接并输出数据至锁存器，所述锁存器的输出分两路，一路连接并输出数据至第四比较器，另一路连接并控制光发射器件的发射光束强度。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于还包括一个脉冲信号发生器，所述脉冲信 号发生器连接并控制光接收器件、光发射器件同步运行。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于所述光接收器件是CCD。
专利摘要一种环境光自适应位移测量装置，涉及精密检测技术领域，所解决的是提高检测精度的技术问题。该装置包括光发射器件、光学镜组、光接收器件和数据处理单元；所述数据处理单元内设有曝光时间调整模块和光强调整模块；所述曝光时间调整模块用于检测光斑像中环境光的平均强度；所述光强调整模块用于检测光斑像的光强峰值；测量时，先由光发射器件向被测物体表面发射一束光束使被测物体表面产生光斑，该光斑的反射光线经光学镜组聚焦后由光接收器件接收并送至曝光时间调整模块和光强调整模块分析，然后根据分析结果自适应调节光接收器件的曝光时间及光发射器件的发射光束强度。本实用新型提供的装置，检测精度高。
文档编号G01B11/02GK201748900SQ20102025248
公开日2011年2月16日 申请日期2010年7月8日 优先权日2010年7月8日
发明者刘伟文, 张磊, 赵辉, 陶卫 申请人:上海雷尼威尔测量技术有限公司