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CN103234457B - 基于数字成像的多光束位移测量方法 - Google Patents

基于数字成像的多光束位移测量方法 Download PDF

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CN103234457B CN201310142986.1A CN201310142986A CN103234457B CN 103234457 B CN103234457 B CN 103234457B CN 201310142986 A CN201310142986 A CN 201310142986A CN 103234457 B CN103234457 B CN 103234457B
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周春阳
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Abstract

本发明涉及基于数字成像的多光束位移测量方法，包括固定的数字成像单元和运动的被测目标体，被测目标体上安装激光发射器，被测目标体直线位移方向与数字成像单元传感器平面平行；在数字成像单元表面上作一直线，并且与被测目标体位移方向平行；沿数字成像单元传感器平面直线上寻找三个点o1、o2和o3；点o1和o2分别位于数字成像单元传感器两端；点o1和点o2的距离为数字成像单元传感器的长度L；点o3位于点o1和点o2引伸直线上，并且与点o2的距离为L；当被测目标体平行于直线方向运动时，被测目标体的激光发射器以不同角度向固定的数字成像单元方向发出带不同编码的光束，数字成像单元依据投射在数字成像单元的位置的不同编码光束，确定被测目标体位移量。它测量精度高。<!-- 2 -->

Description

基于数字成像的多光束位移测量方法
技术领域
本发明涉及物体直线位移测量，特别是涉及基于数字成像的多光束位移测量方法。
技术背景
精确获得物体的位移数据，对现代民用，工业，甚至军事等各个领域具有至关重要的现实意义。CCD或cmos数字成像具有尺寸小、重量轻、功耗小、几何结构稳定、光计量精确等诸多优点，特别适合物体的位置及其位移的测量。然而，CCD或cmos尺寸面积通常较小，很难直接满足位移较大的测量场合。经典的CCD或cmos位移的测量，采用了降低位移测量精度的方案，换取较大的测量量程。
发明内容
本发明目的是克服现有技术中高精度和大量程不可兼得的问题，提供一种测量精度高的图像传感器的多光束位移测量方法。
本发明解决技术问题采用的技术方案是：基于数字成像的多光束位移测量方法，其特征是：包括固定的数字成像单元和运动的被测目标体，被测目标体上安装激光发射器，被测目标体直线位移方向与数字成像单元传感器平面平行；在数字成像单元表面上作一直线，并且与被测目标体位移方向平行；沿数字成像单元传感器平面直线上寻找三个点o1、o2和o3；其中，点o1和o2分别位于数字成像单元传感器两端；点o1和点o2的距离为数字成像单元传感器的长度L；点o3位于点o1和点o2引伸直线上，并且与点o2的距离为L；当被测目标体平行于直线方向运动时，被测目标体的激光发射器以不同角度向固定的数字成像单元方向发出带不同编码的光束，数字成像单元依据投射在数字成像单元的位置的不同编码光束，确定被测目标体位移量；
所述的激光发射器以不同角度向固定的数字成像单元方向发出带不同编码的光束为三束，光束在数字成像单元投射点的坐标和被测目标体的位移相对应；当第一光束投射到点o2时，对应的被测目标体位移为零，且坐标为也为零，若第一光束在数字成像单元表面的投射点沿着直线方向上的坐标为x（0≤x≤L），则被测目标体的位移为x；所述的第一光束在数字成像单元的投射点从o2移动到o1时，被测目标体的位移为L，此时，第二光束在数字成像单元的投射点恰好落在点o2上；当被测目标体位移大于L时，第一光束将落在数字成像单元区域外，不再参与位移测量；获取第二光束在数字成像单元的投射点沿着直线方向上的坐标为x，则被测目标体的位移为L+x；所述的第一光束，第二光束落在数字成像单元区域之外时，被测目标体的位移已经大于2*L，此时第三光束将参与位移测量；获取第三光束在数字成像单元的投射点沿着直线方向上的坐标为x，则被测目标体的位移为2*L+x。
所述的被测目标体的激光发射器以不同角度向固定的数字成像单元方向发出带不同编码的光束是由不同编码的激光器以不同角度发出。
所述的被测目标体的激光发射器以不同角度向固定的数字成像单元方向发出带不同编码的光束是由同一台激光发射器通过分束以不同角度不同编码发出。
本发明的优点是：由于被测目标体的激光发射器向固定的数字成像单元方向同时发出带不同编码多束光，数字成像单元依据发出带不同编码多束光束投射在数字成像单元的位置，确定被测目标体位移量。使得在尺寸有限的数字成像单元上，实现了多倍于数字成像单元尺寸的测量量程，且测量精度不被降低。
附图说明
下面结合实施例附图对本发明作进一步说明：
图1是本发明实施例1的结构示意图；
图2是本发明实施例2的结构示意图。
图中，1、数字成像单元；2、被测目标体；3、第一光束；4、第二光束；5、第三光束；6、直线。
具体实施方式
实施例1
如图1所示，包括固定的数字成像单元1和运动的被测目标体2，被测目标体2上安装激光发射器，图示中，被测目标体2上安装三个激光器，实际使用中不局限于三个激光器，第一光束3、第二光束4、第三光束5分别为三个激光器或分束装置发出。被测目标体2直线位移方向平行与数字成像单元1传感器平面；在数字成像单元1表面上作一直线6，并且与被测目标体位移方向平行；沿数字成像单元1传感器平面直线6上寻找三个点o1、o2和o3；其中，点o1和o2分别位于数字成像单元1传感器两端；点o1和点o2的距离为数字成像单元1传感器的长度L；点o3位于点o1和点o2引伸直线6上，并且与点o2的距离为L；当被测目标体2平行于直线6方向运动时，被测目标体2的激光发射器向固定的数字成像单元1方向同时发出带不同编码三束光，数字成像单元1依据发出带不同编码光束投射在数字成像单元1的位置，确定被测目标体2位移量。
数字成像单元1传感器平面与被测目标体直线位移方向平行。在数字成像单元1表面上作一直线6，并且与被测目标体位移方向平行。在直线上寻找三个点o1，点o2，点o3。其中点o1，点o2分别位于数字成像单元1传感器两端。o1，点o2的距离为数字成像单元1传感器的长度L。点o3位于直线6上，并且与点o2的距离为L。被测目标体上同时安装有三个激光器，其安装方法视方便而定，但是必须保证三个光束在数字成像单元1表面的投射点能够同时分别落在点o1，点o2，点o3上。
对于图1所示结构，当被测目标体2沿着直线6方向运动时，第一光束3、第二光束4、第三光束5将跟随一起移动。光束在数字成像单元1投射点的坐标和被测目标体的位移相对应。设第一光束3投射到点o2时，对应的被测目标体位移为零，且坐标为也为零。因为被测目标体运动方向和数字成像单元1平面平行，若第一光束3在数字成像单元1表面的投射点沿着直线6方向上的坐标为x，则被测目标体2的位移为x。
若第一光束3在数字成像单元1的投射点从o2移动到o1时，说明被测目标体2的位移恰好为L，此时，第二光束4在数字成像单元1的投射点恰好落在点o2上。当被测目标体位移大于L时，第一光束3将落在数字成像单元1区域外，不再参与位移测量。获取第二光束4在数字成像单元1的投射点沿着直线6方向上的坐标为x，则被测目标体2的位移为L+x。
当第一光束3，第二光束4均落在数字成像单元1区域之外时，被测目标体的位移已经大于2*L。此时第三光束5将参与位移测量。获取第三光束5在数字成像单元1的投射点沿着直线6方向上的坐标为x，则被测目标体2的位移为2*L+x。
当第三光束5在数字成像单元1的投射点也为o1时，被测目标体达到了最大的可测位移。对于图1所示被测目标体上安装三激光器情况下，系统位移的测试量程为3*L。
实施例2
如图2所示，包括固定的数字成像单元1和运动的被测目标体2，被测目标体2上安装激光发射器，图示中，被测目标体2上安装一个激光发射器，一个激光发射器被分束器分成三束，三束光分别通过编码器编码，第一光束3、第二光束4、第三光束5分别经分束装置发出。被测目标体2直线位移方向平行与数字成像单元1传感器平面；在数字成像单元1表面上作一直线6，并且与被测目标体位移方向平行；沿数字成像单元1传感器平面直线6上寻找三个点o1、o2和o3；其中，点o1和o2分别位于数字成像单元1传感器两端；点o1和点o2的距离为数字成像单元1传感器的长度L；点o3位于点o1和点o2引伸直线6上，并且与点o2的距离为L；当被测目标体2平行于直线6方向运动时，被测目标体2的激光发射器向固定的数字成像单元1方向同时发出带不同编码三束光，数字成像单元1依据发出带不同编码光束投射在数字成像单元1的位置，确定被测目标体2位移量。
实施例2与实施例1的测量过程相同，不在多述。
实施例3
依据上述原理，当被测目标体上安装n激光器情况下，系统位移的测试量程为n*L。

Claims (1)

1.基于数字成像的多光束位移测量方法，其特征是：包括固定的数字成像单元（1）和运动的被测目标体（2），被测目标体（2）上安装激光发射器，被测目标体（2）直线位移方向与数字成像单元（1）传感器平面平行；在数字成像单元（1）表面上作一直线（6），并且与被测目标体位移方向平行；沿数字成像单元（1）传感器平面直线上寻找三个点o1、o2 和o3 ；其中，点o1 和o2 分别位于数字成像单元（1）传感器两端；点o1 和点o2 的距离为数字成像单元（1）传感器的长度L ；点o3 位于点o1 和点o2 引伸直线（6）上，并且与点o2 的距离为L ；当被测目标体（2）平行于直线（6）方向运动时，被测目标体（2）的激光发射器以不同角度向固定的数字成像单元（1）方向发出带不同编码的光束，数字成像单元（1）依据投射在数字成像单元（1）的位置的不同编码光束，确定被测目标体（2）位移量；
所述的激光发射器以不同角度向固定的数字成像单元（1）方向发出带不同编码的光束为三束，光束在数字成像单元（1）投射点的坐标和被测目标体的位移相对应；当第一光束（3）投射到点o2 时，对应的被测目标体位移为零，且坐标为也为零，若第一光束（3）在数字成像单元（1）表面的投射点沿着直线（6）方向上的坐标为x，其中0 ≤ x ≤ L，则被测目标体（2）的位移为x ；所述的第一光束（3）在数字成像单元（1）的投射点从o2 移动到o1 时，被测目标体（2）的位移为L，此时，第二光束（4）在数字成像单元（1）的投射点恰好落在点o2 上；当被测目标体位移大于L 时，第一光束（3）将落在数字成像单元（1）区域外，不再参与位移测量；获取第二光束（4）在数字成像单元（1）的投射点沿着直线（6）方向上的坐标为x，则被测目标体（2）的位移为L+x ；所述的第一光束（3），第二光束（4）落在数字成像单元（1）区域之外时，被测目标体的位移已经大于2*L，此时第三光束（5）将参与位移测量；获取第三光束（5）在数字成像单元（1）的投射点沿着直线（6）方向上的坐标为x，则被测目标体（2）的位移为2*L+x；
所述的被测目标体（2）的激光发射器以不同角度向固定的数字成像单元（1）方向发出带不同编码的光束是由不同编码的激光器以不同角度发出或由同一台激光发射器通过分束以不同角度不同编码发出。
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