[发明专利]一种超高速运动目标外形尺寸光电在线测试系统及方法

说明书

本发明公开的一种超高速运动目标外形尺寸光电在线测试系统及方法，涉及一种运动目标外形尺寸在线测试系统及方法，属于光电测试领域。本发明公开的在线测试系统包括激光雷达成像系统和线阵图像传感器成像系统，测试目标为超高速运动圆锥体目标。所述的激光雷达成像系统包括电路板、激光器、透镜系统、APD阵列。所述的线阵图像传感器成像系统包括分光镜、光学系统和双线线阵图像传感器。本发明还公开一种超高速运动目标外形尺寸光电在线测试方法。本发明要解决的技术问题为：实现对超高速运动目标外形尺寸测试，并且能够消除由于超高速运动导致的测量误差，提高测试精度。所述的目标指圆锥体目标。

技术领域

本发明属于光电测试领域，涉及一种运动目标外形尺寸在线测试系统及方法，特别是涉及一种超高速运动目标外形尺寸光电在线测试系统及方法。

背景技术

随着图像传感器技术的发展，在光电检测系统中利用图像传感器作为探测器件对物体外形尺寸非接触测量的技术得到了越来越广泛的应用。按照图像传感器的维数，测试方法可分为面阵图像传感器和线阵图像传感器两种。两种方法具有响应速度快、精度高的优点，目前都已被广泛地用于多种目标的高精度、高速度的在线检测领域。随着目标运动速度的增加，对于超高速运动目标外形尺寸的测量，需要更加实时、快速的在线测量。由于面阵图像传感器的积分时间和曝光时间长，在一帧图像内，可能存在着目标不在成像视场内的情况，进而导致难以对超高速运动目标外形尺寸进行测量。相对于面阵图像传感器，线阵图像传感器呈一维线性排列，该物理结构使其具有以下特点：(1)像幅大。由于线阵图像传感器只有单列像素，因此可以做的外形尺寸很长，在像面上表现为像素数大；(2)成像频率高。线阵图像传感器由于只有单列像素，具有更高的成像频率，目前最高可达到200kHz，特别适合超高速运动目标的成像；(3)数据传输量小。面阵图像传感器的帧速较慢，而且每帧的图像很大，帧与帧之间存在着大量的冗余数据，制约了测量的实时性，而线阵图像传感器数据传输量较小，能够满足实时性要求。

为此，对于超高速运动的目标，需要借助像幅大、成像频率高、数据传输量小的线阵图像传感器实现外形尺寸的在线测量。然而，目前的线阵图像传感器测量外形尺寸的方法，大多数是在已知的物距下完成的，即在物距已知的条件下，利用数学表达式解算出外形尺寸。当物距发生改变时，其外形尺寸也将发生变化。同时由于目标的超高速运动，现有的测量方法存在着测量误差，导致测得的外形尺寸并非真实的目标外形尺寸。

发明内容

本发明公开的一种超高速运动目标外形尺寸光电在线测试系统及方法要解决的技术问题为：实现对超高速运动目标外形尺寸测试，并且能够消除由于超高速运动导致的测量误差，提高测试精度。所述的目标指圆锥体目标。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的。

本发明公开的一种超高速运动目标外形尺寸光电在线测试系统，包括激光雷达成像系统和线阵图像传感器成像系统，测试目标为超高速运动圆锥体目标。所述的激光雷达成像系统包括电路板、激光器、透镜系统、APD阵列。所述的线阵图像传感器成像系统包括分光镜、光学系统和双线线阵图像传感器。

所述的激光雷达成像系统用于测量超高速运动圆锥体目标的距离信息，光路为：电路板控制激光器发射一束脉冲激光，脉冲激光分别经过激光器上方的透镜系统和与透镜系统光轴呈45°夹角的分光镜后照射在超高速运动圆锥体目标上，超高速运动圆锥体目标表面反射脉冲激光，反射回来的脉冲激光再次透过分光镜打在APD阵列上，通过APD阵列能够获取超高速运动圆锥体目标发生反射作用的表面上所有点的距离信息，通过电路板的处理获得超高速运动圆锥体目标上距离APD阵列最近的点到APD阵列的距离信息。

所述的线阵图像传感器成像系统用于得到超高速运动圆锥体目标在双线线阵图像传感器成像的像素数，光路为：超高速运动圆锥体目标表面反射自然光，反射的自然光经过分光镜的反射作用后经过光学系统，光学系统对分光镜反射的自然光有会聚作用，会聚后成像在双线线阵图像传感器上，从而得到超高速运动圆锥体目标在双线线阵图像传感器成像的像素数。