【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于光电测量，具体涉及一种基于扩散透镜约束模型的激光位移传感器测量装置及方法。
技术介绍
1、激光位移传感器是一种使用激光技术来测量目标物体位置或位移的传感器，其利用激光发射器发出激光束，该激光束照射到目标表面并被反射回传感器，通过测量激光束的传播时间或相位变化，可以计算目标与传感器之间的距离。激光位移传感器广泛应用于制造业、机器人科学、建筑工程等领域，用于测量和监测对象的位移、振动、形状等参数。尽管激光位移传感器在许多应用中表现出色，但当被测目标为以镜面反射为主的反射面时，激光位移传感器常常会出现无响应或响应异常的情况。
技术实现思路
1、为了克服现有技术的不足，本专利技术提供了一种基于扩散透镜约束模型的激光位移传感器测量装置及方法，通过建立激光位移传感器面对镜面反射面的二向反射分布模型，对传感器无响应或响应异常的情况进行分析，建立扩散透镜约束模型并计算扩散透镜的选型参数。该装置及方法能够解决在面对镜面反射表面时激光位移传感器无响应或响应异常的问题，同时在多传感器同时应用的场景中具备一定的抗干扰能力。
2、本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案如下：
3、一种基于扩散透镜约束模型的激光位移传感器测量装置，包括导轨、线偏振片一、线偏振片二、镜片卡槽、扩散透镜、激光位移传感器和壳体；
4、所述导轨由两根水平杆和一根竖直杆组成，水平杆与竖直杆通过螺丝固定，可根据固定不同长度的螺孔来调整竖直杆的位置；
5、所述扩散透镜和线偏振片
6、在使用激光位移传感器检测前，调整偏振扩散透镜位置使其位于激光位移传感器发射端的前部并进行固定，调整线偏振片二使其位于激光位移传感器接收端的前部并进行固定。
7、一种基于扩散透镜约束模型的激光位移传感器测量方法，包括如下步骤：
8、步骤1：根据激光位移传感器的大小安装壳体，通过一个镜片卡槽固定偏振扩散透镜，通过另一个镜片卡槽固定线偏振片二，调整两个镜片卡槽的位置，并通过螺丝固定在导轨的螺孔内；
9、步骤2：建立激光位移传感器面对漫反射表面的二向反射分布模型brdf，对激光位移传感器正常响应的情况进行建模分析；
10、步骤3：建立激光位移传感器面对以镜面反射为主的二向反射分布模型，对激光位移传感器无响应或响应异常的情况进行建模分析；
11、步骤4：通过光路分析图建立扩散透镜约束模型，利用扩散透镜约束模型输入激光位移传感器固定参数和测量距离，输出扩散透镜的参数值；
12、步骤5：通过安装在激光位移传感器发射端前部的线偏振片一使发射出的激光光束具有偏振特性，旋转安装在接收端前部的线偏振片二，使通过线偏振片二反射回激光位移传感器接收端的激光强度最大，线偏振片二相对于线偏振片一的角度增量为△θ；
13、步骤6：当多个激光位移传感器同时安装使用时，调整相邻的两个激光位移传感器中的一个的偏振扩散透镜的线偏振片一与导轨的夹角为θ1，线偏振片二与导轨的夹角为θ1+△θ；另一个激光位移传感器的偏振扩散透镜的线偏振片一与导轨的夹角为θ2，θ2＝θ1+π/2，线偏振片二与导轨的夹角为θ2+△θ，使多个激光位移传感器同时安装使用时具备抗干扰能力。
14、进一步地，所述二向反射分布模型brdf描述表面上一个点对于入射光的反射分布特性，当确定入射方向l与出射方向v之后，brdf值f(l,v)衡量了物体表面与光线进行反射的特性，定义为出射的辐出度l0(v)与入射的辐照度e(l)的比值，如下式所示：
15、
16、其中，e表示辐照度，指每单位面积、单位时间接收到的能量，de(l)表示来自入射方向l的微分辐照度；l表示辐出度，指每单位垂直面积、单位立体角、单位时间接受到的能量，dl0(v)表示物体表面反射到方向v的微分辐出度；
17、由cook-torrance二向反射分布模型，brdf值f(l,v)为：
18、f(l,v)＝kdflambert+ksfcook-torrance
19、其中kd表示漫反射部分能量所占比率，ks表示镜面反射部分能量所占比率，flambert表示漫反射部分的brdf值，fcook-torrance表示镜面发射部分的brdf值。
20、进一步地，所述步骤2具体为：
21、假设目标物体表面仅有漫反射效应，则kd＝1,ks＝0，此时brdf值为：
22、f(l,v)＝flambert
23、假设漫反射是均匀且遍布整个半球方向，则brdf值写作：
24、
25、激光位移传感器接收到的微分辐出度为：
26、
27、激光位移传感器接收到的能量end表示为：
28、
29、其中ω0表示激光位移传感器受光元件接收信号的区域；
30、激光位移传感器设置的响应阈值t0表示为：
31、t0＝λend,λ∈(0,1)
32、当被测表面为漫反射面时，激光位移传感器受光元件接收到的能量end大于响应阈值t0，激光位移传感器能够正常响应。
33、进一步地，所述步骤3具体为：
34、假设目标物体表面发生的镜面反射效应大于漫反射效应，令kd＝α,ks＝β，此时brdf值为：
35、f(l,v)＝αflambert+βfcook-torrance
36、其中α,β∈[0,1]，α+β＝1且α＜＜β；
37、假设漫反射是均匀且遍布整个半球方向，则漫反射部分的brdf值写作：
38、
39、激光位移传感器接收到的漫反射部分微分辐出度为：
40、
41、激光位移传感器接收到的漫反射部分能量en′d表示为：
42、
43、由于α,β∈[0,1]，α+β＝1且α<<β，激光位移传感器受光元件接收到的漫反射部分的能量en′d远远小于响应阈值t0，此时激光位移传感器无法根据漫反射部分做出正常响应；
44、由cook-torrance二向反射分布模型，镜面反射部分的brdf值写作：
45、
46、其中θl是入射方向l与宏观法线方向n的夹角，θv是出射方向v与n的夹角，h是微平面法线方向；f(v,h)表示菲涅尔方程，描述了物体表面在不同入射光角度下反射光线所占的比率，f(v,h)∈[0,1]；d(h)表示法线分布函数，d(h)∈[0,1]；g(l,v)表示几何函数，描述了微平面自遮挡的属性，g(l,v)∈[0,1]；
47、镜面反射部分的微分辐出度为：
48、
49、镜面反射射出区域的能量ens表示为：
50、
51、其中ω本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于扩散透镜约束模型的激光位移传感器测量装置，其特征在于，包括导轨、线偏振片一、线偏振片二、镜片卡槽、扩散透镜、激光位移传感器和壳体；
2.一种采用权利要求1所述测量装置的激光位移传感器测量方法，其特征在于，包括如下步骤：
3.根据权利要求2所述的一种激光位移传感器测量方法，其特征在于，所述二向反射分布模型BRDF描述表面上一个点对于入射光的反射分布特性，当确定入射方向l与出射方向v之后，BRDF值f(l,v)衡量了物体表面与光线进行反射的特性，定义为出射的辐出度L0(v)与入射的辐照度E(l)的比值，如下式所示：
4.根据权利要求3所述的一种激光位移传感器测量方法，其特征在于，所述步骤2具体为：
5.根据权利要求4所述的一种激光位移传感器测量方法，其特征在于，所述步骤3具体为：
6.根据权利要求5所述的一种激光位移传感器测量方法，其特征在于，所述步骤4具体为：
【技术特征摘要】
1.一种基于扩散透镜约束模型的激光位移传感器测量装置，其特征在于，包括导轨、线偏振片一、线偏振片二、镜片卡槽、扩散透镜、激光位移传感器和壳体；
2.一种采用权利要求1所述测量装置的激光位移传感器测量方法，其特征在于，包括如下步骤：
3.根据权利要求2所述的一种激光位移传感器测量方法，其特征在于，所述二向反射分布模型brdf描述表面上一个点对于入射光的反射分布特性，当确定入射方向l与出射方向v之...
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。