[发明专利]一种基于数字散斑相关法的激光位移测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及位移传感测量领域，具体涉及一种基于数字散斑相关法的激光位移测量方法，适用于强散射、粗糙界面位移测量。

背景技术

激光三角法位移传感器是一种非接触测量位移的重要传感器，广泛应用于三维轮廓、厚度、宽度、料位、及振动等测量。它将激光束投射到被测物面形成的漫反射光斑作为传感信号，用透镜成像原理将收集到的漫反射光汇聚到焦平面的光接收器上形成像点。该接收器可为光点位置探测器（CCD），也可用位置敏感器件PSD。运用激光三角法理论测量物体表面的位移时，在弱散射情况下，经过硬件滤波和软件滤波之后，可以通过重心法求出位移前后光斑信号的重心变化，得到光斑在CCD上的位移值，进而求出物面的实际位移值。但是物体表面较粗糙，发生强散射时，CCD上所接收到的测点散射光斑将淹没在散斑噪声中，这时采取抑制散斑效应的技术措施将效果很差。

发明内容

本发明的目的是在于针对现有技术存在的上述问题，提供一种基于数字散斑相关法的激光位移测量方法，，该方法能够实现在被测物面很粗糙的条件下的位移测量，并具有测量快速性和精确性。

本发明的上述目的通过以下技术方案实现：

一种基于数字散斑相关法的激光位移测量方法，具体为：

步骤1激光经聚焦垂直入射移动中的被测物体表面；

步骤2接收被测物体表面入射光点处的散射光，并通过成像透镜成像在CCD的敏感面上得到散射光斑；

步骤3当散射光斑的信号带宽小于等于带宽阀值F时，则表明被测物体表面为弱散射界面，采用平均加权重心法测量散射光斑在CCD上的位移δ；当散射光斑的信号带宽大于带宽阀值F时，则表明被测物体表面为强散射截面，采用相关法测量散射光斑在CCD上的位移δ；

步骤4根据散射光斑在CCD上的位移δ计算被测物体的位移Δ。

进一步地，所述带宽阀值F取值范围为150~250。

进一步地，所述步骤3中的平均加权重心法具体为：位移δ等于散射光斑的重心横坐标在前后移动的差值，散射光斑的重心横坐标计算公式为

x‾=Σi=n1n2xif2(xi)Σi=n1n2f2(xi)]]>

其中，x_i为散射光斑的第i个象元的横坐标，f(x_i)为散射光斑的第i个象元的纵坐标，n₁为最小象元序号，n₂为最大象元序号。

进一步地，所述步骤3中的相关法具体为：

读取被测物体位移前的散射光斑的光强，并转换成位移前一维象元光强矩阵，在位移前一维象元光强矩阵中选取包含主峰信息的样本子区间；

读取被测物体位移后的散射光斑的光强，并转换成位移后一维象元光强矩阵，在位移后一维象元光强矩阵中选取多个与样本子区间宽度相同的目标子区间；

搜寻与样本子区间相似系数最大的目标子区间，并辅以插值处理得到散射光斑位移。