[发明专利]光斑中心实时检测系统和检测方法

权利要求书

1.一种光斑中心实时检测系统，由光靶、光学透镜组、高速CCD模块、时序控制与驱动模块、网络传输模块、实时数据处理模块、光斑信息输出模块、电源管理模块以及光靶支撑机构组成，其特征在于：所述的光靶由机械支撑和玻璃靶面组成，玻璃靶面镶嵌在机械支撑上，所述的玻璃靶面上具有镀膜，玻璃靶面的镀膜选择某个或某几个波段的光通过，吸收其他波段的光，使符合要求的光进入光斑实时检测系统；

所述的光学透镜组和高速CCD模块依次设置在所述光靶的前方光路上，所述的高速CCD模块为点阵CCD图像传感器，实现对进入的光波进行积分和量化，输出数字化图像；所述的光学透镜组用于对光学通路的调整，将所述光靶汇聚成的具有适当缩放系数的像投射到点阵CCD图像传感器上，以获得清晰的图像；

所述的光学透镜组由不同的凸透镜和凹透镜片组合而成。根据成像要求的不同，通过选择不同焦距的透镜，以便在CCD上获得清晰的图像。镀膜根据光学传输的要求和应用环境的不同，具有分别通过以650nm、1064nm、1300nm为中心的等不同波长的镀膜。

所述的高速CCD模块信号输出端依次通过所述的网络传输模块和实时数据处理模块与所述的光斑信息输出模块连接，其中所述的网络传输模块将所述高速CCD模块采集的数字信号压缩后经网络传输至所述的实时数据处理模块；所述的实时数据处理模块，将接收的网络传来的图像数据按照光斑中心检测方法解算出当前时刻的光斑中心位置；

所述的时序控制与驱动模块实现定时计数功能，对所述的高速CCD模块输入时钟驱动信号，并将所述的高速CCD模块采集的图像数据经数据总线传输至所述的网络传输模块；

所述的光斑信息输出模块将光斑信息通过VGA接口输出到系统监视器，或者根据设置通过串口RS232或者网络接口输出到监控计算机；

所述的电源管理模块为光斑中心实时检测系统提供电源供电方式管理，实现蓄电池供电、电池供电或者220V交流供电等方式。

2.一种光斑中心检测方法，其特征在于：

假设激光发射点中心为E，激光发射点距光电检测面的距离为l，分度点的直径为d，激光发射器的三角大小为α，圆O是激光垂直于检测面形成的光斑，则光斑的直径为D：

D=2ltanα2]]>

若激光发射器以O₀为中心进行旋转，光斑中心由初始O₁点移至O₂点，激光中心EO₁和EO₂与垂直入射激光中心EO的水平方向的水平角分别为∠OEC和∠OEB，设其大小分别为β₁和β₂，在垂直方向上形成的垂直角∠O₁EC和∠O₂EB，并设其大小为α₁和α₂，则激光发射器在一次移动过程中水平角和仰角的差值分别为：

Δα=α2-α1=arctan(y2x22+l2)-arcsin(y1x12+l2)]]>

Δβ=β2-β1=arctan(x2l)-arctan(x1l)]]>

将光靶面上的一个符合要求的分度点简化成一个边长为d的正方形，一个像素设为边长为a的正方形，则分度点通过透镜在点阵CCD图像传感器镜面形成的投影为边长为d₁正方形；设靶面至透镜中心的距离为F，点阵CCD图像传感器镜面至透镜中心的距离为D，且设点阵CCD图像传感器的缩放系数为：

f=FD=d1d;]]>

又设点阵CCD图像传感器光感面的尺寸为L×W，其中L是CCD长度，W是CCD的宽度，同样设光靶的尺寸为L₀×W₀，由上可以得出在宽度和长度上的缩放系数分别为：

fL=LL0]]>

fW=WW0]]>

为了实现系统应用，在实际设计中应取f_W与f_L两者较小值作为系统的固定最小缩放系数，并设为f；

则系统的测量误差可由以下两式导出：

δΔα=2arctan(d1d12+f2l2)]]>

δΔβ=2arctan(d1fl)]]>

通过该检测方法可以实现对光斑中心信息的解算，并给出光斑中心实时检测系统的测量误差。

3.根据权利要求1所述的光斑中心实时检测系统，其特征在于：所述的机械支撑机构为光靶、光学镜组、CCD模块、实时处理系统模块提供物理支撑和空间定位。