【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种激光位移传感器。具体地，是一种可以测量镜面反射目标的激光位移传感器。
技术介绍
1、激光位移传感器，是基于激光三角测距原理实现目标距离测量的一种传感器，它具有非接触、高精度、高速度、适用广的显著优势，其应用越来越广泛。
2、但是，现有的激光位移传感器的之恩测量漫反射目标，无法适合镜面反射目标的距离与位移。究其原因，传统的激光位移传感器发出的激光束照射在漫反射目标表面，并形成一个激光光斑。该光斑通过一侧的成像镜后成像到光电器件表面，从而实现位移与距离测量。但是，对于镜面反射表面的目标（例如晶圆、不锈钢、表面镀膜工件等），垂直入射的激光束将被直接反射会激光器，一侧的光电器件根本无法观测到激光光斑，因而测量失效。
3、目前行业个别品牌采用一种应付式的解决方案，即将现有的激光位移传感器直接旋转半个工作角，来实现镜面表面目标的测量。这是方式虽然可以实现镜面反射目标表面的测量，但是精度无法保证。究其原因，有如下几个方面：
4、其一，原有激光位移传感器的接受光路是根据漫反射目标光斑成像原理设计的，而镜面目标产生的是反射激光直射，两种光流完全不同。强行使用一种光路用于另一种情形，效果大打折扣。
5、其二，让客户将测头旋转半个工作角的做法，缺少严格精确的定位，测量精度无法保证，而且操作非常不变。
6、其三，激光经过镜面目标表面反射后直射光电器件成像面，超强的激光能量有可能导致光电器件损坏。
7、其四，激光直射光电器件，导致成像波形发生变化，漫反射的算法已不再
技术实现思路
1、本专利技术针对现有激光位移传感器无法测量镜面反射目标的现状，提出一种可测量镜面反射目标的激光位移传感器。该传感器采用激光器以一定倾斜角度入射镜面目标表面，采用线阵cmos作为光电器件，与激光器以镜面目标表面法线为对称轴程对称布置，接收反射激光信号；采用衰减品大幅度减弱激光强度，保护光电器件不会收到损坏；采用聚焦镜将反射激光汇聚、符合cmos的成像长度需求；采用反射镜对光路进行折返、减小测头体积；采用简易型arm作为处理器，仅需简单的运算即可，免除了波形定位的复杂计算；采用一体式连接板同时固定激光器、衰减片、聚焦镜、反射镜、cmos，不仅性能稳定可靠，而且组装方便快捷，提高生产效率。该传感器可以实现精密反射目标的位移与距离测量，测量精度高，一体式测头集成度好，成本低、高性价比，具有广泛的实用性和通用性。
2、本专利技术是通过以下技术方案实现的：
3、本专利技术提出的可测量镜面反射目标的激光位移传感器的特殊之处在于，所述的传感器包括激光器、聚焦镜、窗口片、衰减片、成像镜、cmos器件、连接板、处理电路、外壳几个部分，其中：
4、所述的激光器为半导体激光二极管，当被测目标处于量程范围内时，在处理电路的控制之下打开激光器，产生测量用激光束并保持常亮，完成测量功能；当被测目标超出测量范围时，在处理电路的控制之下间歇性打开和关闭激光器，实现对人眼的自动安全保护功能，并可延长激光器的使用寿命；
5、所述的聚焦镜为准直聚焦镜，可以采用光学玻璃或者树脂材料制作，将激光二极管的发散光束汇聚成准直聚焦光束，并以一定的倾斜角度投向被测镜面目标的表面；
6、所述的窗口片为光学窗口片，确保激光束可以低损耗通过，同时起到密封保护作用；
7、所述的衰减片为全波段中型衰减片，可以大幅度衰减来自镜面目标表面的反射激光的强度，降低cmos器件发生损坏的风险，同时可以滤除环境光的影响；
8、所述的成像镜为非球面成像镜，对来自镜面目标表面的反射激光进行成像，并投向cmos器件，以保证测量精度；
9、所述的cmos器件为线阵cmos器件，可以接受来自镜面目标表面的反射激光照射，并输出与光束照射质心位置相关的电信号、送入处理电路进行处理；
10、所述的连接板为一体式多功能结构件，可以同时对激光器、聚焦镜、成像镜、cmos器件进行准确而可靠的定位与固定，形成光电组件，方便单独组装与调试，提高生产效率，降低生产成本；
11、所述的处理电路为以arm为核心的测控电路，一方面可以控制激光器，根据需要发射激光或者关闭激光；另一方面接收来自cmos器件的电信号，计算得出位移值；
12、所述的外壳为高稳定整体式结构件，既可以对连接板进行准确定位与可靠固定，还可以实现整个传感器的定位与固定；外壳固定衰减片之处，为内嵌倾斜结构，一方面使得滤光片的法线方向与成像镜的光轴接近、提高成像质量，另一方面可以利用外壳形成光筒、起到一定的遮光作用。
13、本专利技术的可测量镜面反射目标的激光位移传感器的工作过程如下；由激光器发出的激光束经过聚焦镜聚焦之后，以一定的倾斜角度投向被测镜面目标的表面，反射激光束经过衰减片之后强度大幅度降低，并由成像镜成像到cmos器件的敏感面。cmos器件输出与像斑相关的电信号，并送入处理电路。处理电路通过数据处理，最终得出传感器与被测镜面目标之间的距离值。
14、本专利技术的可测量镜面反射目标的激光位移传感器的特殊之处还在于，所述的激光束与被测镜面目标表面的法线夹角（即入射角）可以根据被测镜面目标的距离与位移量程大小进行改变，从而使得外壳为统一规格，可以适应所有不同规格，从而保证全系列传感器具有良好的互换性，同时满足大批量生产工作工艺要求，从而显著降低成本。
15、本专利技术的可测量镜面反射目标的激光位移传感器的特殊之处还在于，所述的衰减片为高衰减率，不仅可以避免对cmos器件造成损伤，还可以保证成像波形具有良好的幅值高度，保证测量精度。
16、本专利技术提出一种基于上述的可测量镜面反射目标的激光位移传感器的处理方法，具体如下：
17、（1）在处理电路的控制下，打开激光器，向被测镜面目标表面投射激光，经过镜面目标表面反射后投向cmos器件的敏感面，产生一个对应的光斑；
18、（2）cmos器件产生电信号并送入处理电路，得到与光斑位置对应的成像波形；
19、（3）处理电路根据成像波形的幅值高低，对激光器的输出进行自适应控制，确保成像波形的幅值达到理想的高度；
20、（4）处理电路对成像波形各个像素灰度进行处理，得到该成像波形的位置坐标；
21、（5）处理电路利用之前标定获得的标定曲线，将上述的成像波形位置坐标转换为传感器与被测目标的距离值。
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1.一种可测量镜面反射目标的激光位移传感器的特殊之处在于，所述的传感器包括激光器、聚焦镜、窗口片、衰减片、成像镜、CMOS器件、连接板、处理电路、外壳几个部分，其中：
2.根据权利要求1所述的可测量镜面反射目标的激光位移传感器，其特征还在于：所述的激光束与被测镜面目标表面的法线夹角（即入射角）可以根据被测镜面目标的距离与位移量程大小进行改变，从而使得外壳为统一规格，可以适应所有不同规格，从而保证全系列传感器具有良好的互换性，同时满足大批量生产工作工艺要求，从而显著降低成本。
3.根据权利要求1所述的可测量镜面反射目标的激光位移传感器，其特征还在于：所述的衰减片为高衰减率，不仅可以避免对CMOS器件造成损伤，还可以保证成像波形具有良好的幅值高度，保证测量精度。
4.本专利技术提出权利要求1-5任一项的数据处理方法，具体如下：
【技术特征摘要】
1.一种可测量镜面反射目标的激光位移传感器的特殊之处在于，所述的传感器包括激光器、聚焦镜、窗口片、衰减片、成像镜、cmos器件、连接板、处理电路、外壳几个部分，其中：
2.根据权利要求1所述的可测量镜面反射目标的激光位移传感器，其特征还在于：所述的激光束与被测镜面目标表面的法线夹角（即入射角）可以根据被测镜面目标的距离与位移量程大小进行改变，从而使得外壳为统一规格，可...
【专利技术属性】
技术研发人员：赵辉，赵昱东，杨宇明，
申请(专利权)人：上海钊晟传感技术有限公司，
类型：发明
国别省市：
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