[发明专利]一种高速激光轮廓仪

权利要求书

1.一种高速激光轮廓仪，包括激光发射器和透镜单元，其特征在于，还包括一维MEMS扫描器、MEMS角度反馈装置、算法控制单元、成像镜头、单点光电探测器、主控、计时模块和激光脉冲控制单元；

所述激光发射器发出的点激光投射至所述透镜单元上，再投射到所述一维MEMS扫描器上，所述一维MEMS扫描器的镜面产生摆动，形成均匀的线激光，线激光对物体目标的轮廓进行扫描；

所述MEMS角度反馈装置将所述一维MEMS扫描器的摆动角度实时反馈至所述算法控制单元进行判断，从而所述算法控制单元调整所述一维MEMS扫描器的摆动角度；

所述一维MEMS扫描器将激光投射到物体上，激光在物体上产生的反射光经过所述成像镜头后，投射至所述单点光电探测器上；

在所述单点光电探测器前方设置狭缝，用于约束Y方向上的成像线宽，狭缝大小决定了Y方向的分辨率的大小；

所述单点光电探测器将光信号转换为电信号，传输给所述主控；

所述计时模块同时获得的所述激光发射器发射激光时间至所述单点光电探测器接收信号的时间间隔，将所述时间间隔传输至所述主控；所述主控求解相位，完成标定功能。

2.根据权利要求1所述的高速激光轮廓仪，其特征在于，所述成像镜头的视场角能够覆盖激光扫描的视场角。

3.根据权利要求1所述的高速激光轮廓仪，其特征在于，所述透镜单元对激光发射器发出的光束具有准直整形功能，形成均匀点光束；所述透镜单元是一个透镜或者由多个透镜组合形成的透镜组。

4.根据权利要求1所述的高速激光轮廓仪，其特征在于，所述光电探测器为单点光电探测器，能够探测到微弱光子，将光信号转换为电信号，包括PD型光电探测器或APD型光电探测器。

5.根据权利要求1所述的高速激光轮廓仪，其特征在于，所述算法控制单元通过激光脉冲控制单元来控制激光发射器的驱动电流，在激光发射器中的电流根据N步相移的公式原理计算：

其中，I代表驱动电流，

t＝(im+j)Δt

其中，i＝0～(m-1)，j＝1～m；m为激光发射器经MEMS扫描器后投影至物体上的横向分辨率，为初始相位，f为光栅频率，N为N步相移中的步长，A为激光发射器的阈值电流，B为激光发射器工作电流；

同时所述算法控制单元接收到所述MEMS角度反馈装置反馈的角度信息，并进行判断；得到角度α，进行判断：

若

则表示误差过大，所述算法控制单元调整驱动电压来校正所述一维MEMS扫描器的摆动角度，其中，Δα表示角度误差；P_x表示单点光电探测器的x方向尺寸大小；相对的，P_y表示单点光电探测器的y方向尺寸大小，而由于狭缝的约束，其y方向上的尺寸大小一定；F代表成像镜头的焦距。

6.根据权利要求5所述的高速激光轮廓仪，其特征在于，所述单点光电探测器采用如下的光强公式检测记录光信号：

其中，代表每一行的光强值，S为单点光电探测器的敏感系数；Δt代表激光发射器进行一次强度变化的响应时间；α代表被测物体表面的反射率，f为光栅频率。

7.根据权利要求6所述的高速激光轮廓仪，其特征在于，所述主控获得时间间隔进行解相位求得包裹相位θ，具体公式如下：

其中I_i代表的是将参数SΔtα进行约分的结果，N为N步相移的相移步长，i∈N,N≥3。

8.根据权利要求7所述的高速激光轮廓仪，其特征在于，所述主控使用一维编码结构光方法，根据相位值计算出相位差，进行解相位得到某点的包裹相位θ后，再通过标定得到时间t和展开相位的关系，根据相位之间的关系计算求解将该点的高精度的展开相位φ，进行相位φ与高度H的标定从而转换成一个空间坐标值，进而实现三维重建。