[发明专利]一种高速激光轮廓仪

说明书

本发明公开的高速激光轮廓仪包括激光发射器、透镜单元、扫描器、角度反馈装置、算法控制单元、成像镜头、光电探测器、主控、计时模块、激光脉冲控制单元，激光投射至透镜单元上，再投射到摆动的扫描器，对物体轮廓进行扫描，角度反馈装置将扫描器的摆动角度反馈至算法控制单元，算法控制单元控制扫描器的摆动角度，并通过激光脉冲控制单元控制激光发射器的驱动电流。激光经过扫描器投射至物体上，反射后经过成像镜头，投射至光电探测器上，进行光电转换，传输给主控；计时模块接收到激光发射器的初始时间和单点探测器的接收时间并将时间间隔传输至主控中完成求解相位及计算功能。本发明结构紧凑、响应度高、波长不受限制且装配难度低、成本低。

技术领域

本发明属于非接触三维测量技术领域、机器视觉技术领域，尤其涉及一种高速激光轮廓仪。

背景技术

在三维测量领域中，其测量方法分为接触测量和非接触测量。非接触测量具有不会破坏物体表面且不会产生因人而异的测量偏差等优点，在三维测量领域研究中备受关注。而非接触测量方法可分为光学法和非光学法，常用的光学法有结构光法和激光法。激光法是由光源发出的一束激光照射在待测物体上，经过反射后在探测器上成像，当物体表面发生改变时，探测器所成的像也会发生对应的变化，再根据标定即可获取物体表面真实的三维形貌。该方法结构简单、测量速度快、精度高，适合测量表面形貌复杂的物体。激光扫描技术被广泛应用在建筑领域、工业领域、公共安全等各个机器视觉领域。目前的激光测量法仍存在一些问题，如受环境以及物体表面特性的影响较大，仍需要继续研究。

激光轮廓仪的主要技术是激光扫描技术，应用领域非常广泛。国内外的研究机构及行业公司都有研发激光轮廓仪；常规的激光轮廓仪以面阵探测器作为接收端的激光轮廓仪的原理如图1所示，激光发射器通过透镜单元后，对物体进行扫描；CMOS面阵探测器通过透镜单元接收扫描的结果。其中基恩士的LJ-V7000系列采用了GP-64的处理器，其扫描频率达到了64kHz的高速测量。该系列相机采用的高速阵列探测器为HSE³-CMOS，可稳定且超高速的测量目标物体表面；但其结构复杂、价格相对昂贵、阵列面积大、计算成本高，导致在很多应用领域不能完全普及。

对此，本发明提出了采用MEMS扫描器和单点探测技术，形成一种低成本、高采集速度的激光轮廓仪，其结构更加简易，体积更小，可更广泛的覆盖到机器视觉领域中。

发明内容

为了实现一种低成本、高采集速度的激光轮廓仪，本发明提出了一种基于MEMS扫描器和单点探测技术，实现一种全新技术方案的激光轮廓仪。本发明采用一维MEMS扫描器作为激光的扫描机构，实现点激光在被测物体上的逐点扫描，然后通过单点光电探测器获取对应不同时刻反射回来的点激光光强并记录一个MEMS扫描器的扫描周期所对应的光强信息，形成一维方向(MEMS扫描方向)上的激光图案，再根据编码结构光算法，可精确的恢复出物体表面的轮廓形貌。单点光电探测器相比阵列探测器，成本要低且可选择性更加丰富。

本发明公开的高速激光轮廓仪包括激光发射器和透镜单元，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；

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；