專(zhuān)利名稱(chēng)：一種基于線陣ccd的激光測(cè)距儀及其測(cè)量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及激光測(cè)距領(lǐng)域，特別涉及一種基于線陣CCD的激光測(cè)距儀以 及使用該儀器進(jìn)行測(cè)距的方法。
背景技術(shù)：
制造業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，制造業(yè)水平的高低是衡量一個(gè)國(guó)家工業(yè) 發(fā)達(dá)程度的重要標(biāo)志。工業(yè)測(cè)量則是一種在制造工業(yè)和機(jī)器安裝工業(yè)中對(duì)部 件和形體進(jìn)行精密測(cè)量的三維坐標(biāo)測(cè)量。測(cè)量的精確度直接決定了制造產(chǎn)品 的優(yōu)劣程度。
由于傳統(tǒng)的接觸式測(cè)量精確度不高，測(cè)量速度也比較慢，于是非接觸式 測(cè)量開(kāi)始替代接觸式測(cè)量。非接觸式測(cè)量是指用非接觸的光電方法對(duì)曲面的 三維形貌進(jìn)行快速的測(cè)量，它具有良好的精確性和實(shí)時(shí)性。因此非接觸式測(cè) 量在測(cè)量領(lǐng)域占據(jù)重要地位，其中采用激光進(jìn)行測(cè)量得到了廣泛的使用。
激光測(cè)距是通過(guò)對(duì)被測(cè)物體發(fā)射激光光束，并接收該激光光束的反射波， 記錄該時(shí)間差，然后通過(guò)光速c和大氣折射系數(shù)n計(jì)算出被測(cè)物體與測(cè)試點(diǎn) 的距離。由于直接測(cè)量時(shí)間比較困難，精度比較低，通常是測(cè)定連續(xù)波的相 位來(lái)測(cè)量，但是作用的距離又十分有限。此時(shí)便需要一種測(cè)量精度高、測(cè)量 速度塊、體積小、操作簡(jiǎn)單、成本又低的激光測(cè)距儀。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種基于線陣CCD的激光測(cè)距儀以及使用該儀器 進(jìn)行測(cè)距的方法，測(cè)量精度高、測(cè)量速度快、操作簡(jiǎn)單、成本低。
為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣的
一種基于線陣CCD的激光測(cè)距儀，包括線陣CCD、半導(dǎo)體激光器以及帶 縫隙的擋板；所述的半導(dǎo)體激光器發(fā)射的激光束所在的直線與線陣CCD所在的平面成一銳角；帶縫隙的擋板設(shè)置于線陣CCD的前面并且與線陣CCD所 在平面平行；所述線陣CCD的中心點(diǎn)所在的垂直于線陣CCD所在平面的直 線通過(guò)帶縫隙的擋板。
半導(dǎo)體激光器發(fā)射的激光束垂直投射至被測(cè)物體表面。
一種使用基于線陣CCD的激光測(cè)距儀進(jìn)行測(cè)距的方法，包括以下步驟 .所述的半導(dǎo)體激光器發(fā)射的激光束垂直投射至被測(cè)物體表面；
光斑在被測(cè)物體表面發(fā)生漫反射，其中一部分激光束通過(guò)帶縫隙的擋板 投射至線陣CCD上形成成像點(diǎn)；
被測(cè)物體產(chǎn)生位移；
被測(cè)物體表面的光斑隨著激光束的方向產(chǎn)生移動(dòng)；
移動(dòng)的光斑在被測(cè)物體表面發(fā)生漫反射，其中一部分激光束通過(guò)帶縫隙 的擋板投射至線陣CCD上形成成像點(diǎn)，線陣CCD上的成像點(diǎn)發(fā)生位移； 被測(cè)物體與激光測(cè)距儀之間的實(shí)際距離CD = AD - AC; 其中，AD = AF*MO/(MO*cosa + MF*sina);
AF-AE + EF;所述半導(dǎo)體激光器發(fā)射的激光束垂直投射至被測(cè)物體表面，形 成光斑D點(diǎn)；光斑在物體表面發(fā)生漫反射，其中一部分激光束通過(guò)帶縫隙的 擋板投射至線陣CCD上形成成像點(diǎn)F點(diǎn)；a是半導(dǎo)體激光器發(fā)射的激光束所 在的直線與線陣CCD所在的平面所形成的一銳角；半導(dǎo)體激光器發(fā)射的激光 束所在的直線與線陣CCD所在的平面的交點(diǎn)是A點(diǎn)；O點(diǎn)是擋板中心的縫隙 所在位置的點(diǎn)；M是所述線陣CCD的中心點(diǎn)；C是激光束穿過(guò)基于線陣CCD 的激光測(cè)距儀與穿越的基于線陣CCD的激光測(cè)距儀的平面的交點(diǎn)。
本發(fā)明的有益效果是，該激光測(cè)距通過(guò)使用線陣CCD (Charge Coupled Device)、半導(dǎo)體激光器、帶縫隙的擋板的三角測(cè)距來(lái)完成測(cè)量。使用線陣CCD 的優(yōu)點(diǎn)是分辨率高、精度高、價(jià)格低廉。這從極大程度上降低了產(chǎn)品的成本 同時(shí)又保證了測(cè)量的精度。采用半導(dǎo)體激光器由于這種激光器效率高、體積 小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、功率轉(zhuǎn)換效率高，只要通以適當(dāng)強(qiáng)度的電流就有激 光射出，再加上輸出波長(zhǎng)在紅外線光范圍內(nèi)，所以保密性特別強(qiáng)，同時(shí)使得 產(chǎn)品的操作比較簡(jiǎn)單。本發(fā)明測(cè)量精度高、測(cè)量速度快、操作簡(jiǎn)單、成本低。


圖1是本發(fā)明的基于線陣CCD的激光測(cè)距儀的原理圖。
具體實(shí)施例方式
為了使本發(fā)明的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達(dá)成目的與功效易于明白了解， 下面結(jié)合具體圖示，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。
如圖1所示， 一種基于線陣CCD的激光測(cè)距儀，包括線陣CCD1、半導(dǎo) 體激光器2以及帶縫隙的擋板3;所述的半導(dǎo)體激光器2發(fā)射的激光束4所在 的直線與線陣CCD 1所在的平面成一銳角a ;帶縫隙的擋板3設(shè)置于線陣 CCD 1的前面并且與線陣CCD 1所在平面平行；所述線陣CCD 1的中心點(diǎn)M 所在的垂直于線陣CCD l所在平面的直線通過(guò)帶縫隙的擋板3。半導(dǎo)體激光 器2發(fā)射的激光束4垂直投射至被測(cè)物體5表面。
一種使用基于線陣CCD的激光測(cè)距儀進(jìn)行測(cè)距的方法，包括以下步驟
所述的半導(dǎo)體激光器2發(fā)射的激光束4垂直投射至被測(cè)物體5表面，形 成光斑D點(diǎn)；
光斑在被測(cè)物體5表面發(fā)生漫反射，其中一部分激光束通過(guò)帶縫隙的擋 板3投射至線陣CCD 1上形成成像點(diǎn)F點(diǎn)； 被測(cè)物體5產(chǎn)生位移；
被測(cè)物體5表面的光斑隨著激光束4的方向產(chǎn)生移動(dòng)； 移動(dòng)的光斑在被測(cè)物體5表面發(fā)生漫反射，其中一部分激光束通過(guò)帶縫 隙的擋板3投射至線陣CCD1上形成成像點(diǎn)，線陣CCD上的成像點(diǎn)發(fā)生位移； 被測(cè)物體與激光測(cè)距儀之間的實(shí)際距離CD-AD-AC; 其中，AD=AF*MO/(MO*cosa+MF*sina );
AF-AE + EF;所述半導(dǎo)體激光器2發(fā)射的激光束4垂直投射至被測(cè)物體 5表面，形成光斑D點(diǎn)；光斑在被測(cè)物體5表面發(fā)生漫反射，其中一部分激 光束通過(guò)帶縫隙的擋板3投射至線陣CCD1上形成成像點(diǎn)F點(diǎn)；a是半導(dǎo)體 激光器2發(fā)射的激光束4所在的直線與線陣CCD所在的平面所形成的一銳角； 半導(dǎo)體激光器2發(fā)射的激光束4所在的直線與線陣CCD1所在的平面的交點(diǎn) 是A點(diǎn)；O點(diǎn)是擋板3中心的縫隙所在位置的點(diǎn)；M是所述線陣CCD1的中心點(diǎn)；C是激光束4穿過(guò)基于線陣CCD1的激光測(cè)距儀與穿越的基于線陣 CCD1的激光測(cè)距儀的平面的交點(diǎn)。
圖1中的O點(diǎn)代表?yè)醢?的縫隙，在擋板3的中心；激光束4通過(guò)擋板 3的縫隙投射到線陣CCD1上的成像點(diǎn)也在CCD1的中心M點(diǎn)，所以M點(diǎn)在 線陣CCD1上的有效距離是已知的，即EM是已知的。由于半導(dǎo)體激光器2、 線陣CCD1、帶縫隙的擋板3是整個(gè)一體的，所以圖1中的AC、 AE、 cu OM 是固定的。
激光束4投射到被測(cè)物體5上形成光斑D點(diǎn)， 一部分的光通過(guò)擋板3的 縫隙投射到線陣CCD1上F點(diǎn)，此時(shí)線陣CCD1上的有效像素距離是已知的， 即EF是已知的，則根據(jù)相似三角形定理可以得知
由圖 1 我們可以看出，式 (1 ) 中的￡^ =尸￡>*008"，
尸D"尸-條(W-MF)/麵-氣20 =增_衝=冊(cè)—MO = ,sina—節(jié)，由
此我們可以得知
MF)/cosa-,*cosa/AfF = (JD*sinor-膨)/婦 (2)
所以，由式(2)我們可以得出
^D = ^P*MO/(MO*cosa + MF*sinoO (3)
由前面的敘述可以得知，AF、 MO、 MF都是已知的，那么AD的距離通 過(guò)式(3)得出。而CD是被測(cè)物體與激光測(cè)距儀之間的實(shí)際距離，AC是已 知的，己經(jīng)得知AD的距離，那么CD的距離也可以得知，這樣我們就測(cè)量出 了被測(cè)物體與激光測(cè)距儀之間的實(shí)際距離。
以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理、主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)。本行 業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說(shuō)明 書(shū)中描述的只是說(shuō)明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下本 發(fā)明還會(huì)有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本發(fā)明范圍 內(nèi)。本發(fā)明要求的保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書(shū)及其等同物界定。
權(quán)利要求
1、一種基于線陣CCD的激光測(cè)距儀，其特征在于包括線陣CCD、半導(dǎo)體激光器以及帶縫隙的擋板；所述的半導(dǎo)體激光器發(fā)射的激光束所在的直線與線陣CCD所在的平面成一銳角；帶縫隙的擋板設(shè)置于線陣CCD的前面并且與線陣CCD所在平面平行；所述線陣CCD的中心點(diǎn)所在的垂直于線陣CCD所在平面的直線通過(guò)帶縫隙的擋板。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于線陣CCD的激光測(cè)距儀，其特征在 于半導(dǎo)體激光器發(fā)射的激光束垂直投射至被測(cè)物體表面。
3、 權(quán)利要求1的一種方法，其特征在于包括以下步驟所述的半導(dǎo)體激光器發(fā)射的激光束垂直投射至被測(cè)物體表面；光斑在被測(cè)物體表面發(fā)生漫反射，其中一部分激光束通過(guò)帶縫隙的擋板投射至線陣CCD上形成成像點(diǎn)； 被測(cè)物體產(chǎn)生位移；被測(cè)物體表面的光斑隨著激光束的方向產(chǎn)生移動(dòng)；移動(dòng)的 光斑在被測(cè)物體表面發(fā)生漫反射，其中一部分激光束通過(guò)帶縫隙 的擋板投射至線陣CCD上形成成像點(diǎn)，線陣CCD上的成像點(diǎn)發(fā)生位移；
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種方法，其特征在于 被測(cè)物體與激光測(cè)距儀之間的實(shí)際距離CD = AD-AC; 其中，AD = AF*MO/(MO*cosa + MF*sina );AF=AE + EF;所述半導(dǎo)體激光器發(fā)射的激光束垂直投射至被測(cè)物體表面， 形成光斑D點(diǎn)；光斑在被測(cè)物體表面發(fā)生漫反射，其中一部分激光束通過(guò)帶 縫隙的擋板投射至線陣CCD上形成成像點(diǎn)F點(diǎn)；a是半導(dǎo)體激光器發(fā)射的激 光束所在的直線與線陣CCD所在的平面所形成的一銳角；半導(dǎo)體激光器發(fā)射 的激光束所在的直線與線陣CCD所在的平面的交點(diǎn)是A點(diǎn)；O點(diǎn)是擋板中心 的縫隙所在位置的點(diǎn)；M是所述線陣CCD的中心點(diǎn)；C是激光束穿過(guò)基于線 陣CCD的激光測(cè)距儀與穿越的基于線陣CCD的激光測(cè)距儀的平面的交點(diǎn)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種基于線陣CCD的激光測(cè)距儀，包括線陣CCD、半導(dǎo)體激光器以及帶縫隙的擋板；所述的半導(dǎo)體激光器發(fā)射的激光束所在的直線與線陣CCD所在的平面成一銳角；帶縫隙的擋板設(shè)置于線陣CCD的前面并且與線陣CCD所在平面平行；所述線陣CCD的中心點(diǎn)所在的垂直于線陣CCD所在平面的直線通過(guò)帶縫隙的擋板；還提供一種使用基于線陣CCD的激光測(cè)距儀進(jìn)行測(cè)距的方法。本發(fā)明使用線陣CCD，分辨率高、精度高、價(jià)格低廉；這從極大程度上降低了產(chǎn)品的成本同時(shí)又保證了測(cè)量的精度，使得本發(fā)明測(cè)量精度高、測(cè)量速度快、操作簡(jiǎn)單、成本低。
文檔編號(hào)G01C3/00GK101614541SQ20091005548
公開(kāi)日2009年12月30日 申請(qǐng)日期2009年7月28日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月28日
發(fā)明者周俊華, 唐海榮, 張珊珊, 鄭之開(kāi) 申請(qǐng)人:上海奈凱電子科技有限公司;上海維宏電子科技有限公司