一种用于复杂表面物体厚度测量的传感器的制作方法

1.本实用新型涉及光电探测领域，尤其涉及一种用于复杂表面物体厚度测量的传感器。


背景技术：

2.对物体的厚度进行测量时，最常使用的方法是两个激光传感器对射安装，分别测取到被测体表面的位移。当被测物体厚度发生变化时，两个传感器所测取的位移值的和会随之变化，然而测量过程中会存在抖动、倾斜等现象，还会遇到如透明物体的特殊对象，这些都会对测量带来影响。并且现有的测量方式中光束会透射被测物体，在另一侧的表面与另一台激光传感器的光源重叠、干涉。激光传感器无法对接收到的同一种波长的多束光进行区分，从而会导致测量的误差。


技术实现要素：

3.本实用新型的主要目的是提供一种用于复杂表面物体厚度测量的传感器，旨在解决上述技术问题。
4.为实现上述目的，本实用新型提出的一种用于复杂表面物体厚度测量的传感器包括处理器、第一激光传感器以及第二激光传感器，所述第一激光传感器和所述第二激光传感器分别设于被测物体沿高度方向的两侧并分别朝所述被测物体两侧投射第一激光和第二激光，以分别测量所述第一激光传感器和所述第二激光传感器所在一侧被测物体表面的轮廓轮廓数据，所述第一激光和所述第二激光的波长不相等，所述第一激光传感器和所述第二激光传感器均与所述处理器连接。
5.在一实施例中，所述第一激光传感器和所述第二激光传感器均包括安装盒体、设于所述安装盒体内的激光发生组件以及成像组件，所述安装盒体面对被测物体一侧设有激光出口以及激光入口，所述激光出口与所述激光发生组件相对设置，所述激光入口与所述成像组件相对设置。
6.在一实施例中，所述激光发生组件包括依次设置的激光发生器、准直透镜以及光学整形棱镜，所述光学整形棱镜靠近所述激光出口。
7.在一实施例中，所述成像组件包括依次成像镜头以及图像传感器，所述成像镜头靠近所述激光入口设置。
8.在一实施例中，所述成像组件还包括滤光片，所述滤光片设于所述成像镜头和所述激光入口之间。
9.在一实施例中，所述用于复杂表面物体厚度测量的传感器还包括相连接的控制电路板以及通讯接口，所述控制电路板设于所述安装盒体内，所述通讯接口与所述处理器相连接，所述激光发生组件和所述成像组件均与所述控制电路板电连接。
10.在一实施例中，所述处理器上设有两个第一接口，两个所述第一接口用于分别和两个所述通讯接口连接。
11.在一实施例中，所述处理器上设有第二接口，所述处理器通过所述第二接口与后端设备进行连接。
12.本实用新型的技术方案中，令第一激光传感器和第二激光传感器同时进行采集，第一激光传感器和第二激光传感器同一时刻开始采集，当被测体因抖动造成上下移位时，因第一激光传感器和第二激光传感器测的都是同一时刻的信号，不会对最终的厚度测量造成影响，会准确测到被测物体的厚度。并且第一激光和第二激光的波长不相等，因此第一激光传感器和第二激光传感器都不会接收对方的光信号，从而可以降低测量的误差。
附图说明
13.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
14.图1为本实用新型实施例的用于复杂表面物体厚度测量的传感器的结构示意图；
15.图2为本实用新型实施例的第一激光传感器或第二激光传感器的结构示意图；
16.图3为本实用新型实施例和现有技术的测量对比图；
17.图4为本实用新型实施例和现有技术的测量对比图。
18.附图标号说明：10、处理器；11、第一接口；12、第二接口；20、第一激光传感器；30、第二激光传感器；40、被测物体；50、激光发生组件；51、激光发生器；52、准直透镜；53、光学整形棱镜；60、成像组件；61、图像传感器；62、成像镜头；63、滤光片；70、控制电路板；80、通讯接口。
19.本实用新型目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
20.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
21.需要说明，本实用新型实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后
……
)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
22.另外，在本实用新型中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
23.并且，本实用新型各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。
24.本实用新型提供一种用于复杂表面物体厚度测量的传感器。
25.如图1所示，本实用新型实施例提供的用于复杂表面物体厚度测量的传感器包括处理器10、第一激光传感器20以及第二激光传感器30，所述第一激光传感器20和所述第二激光传感器30分别设于被测物体40沿高度方向的两侧并分别朝所述被测物体40两侧投射第一激光和第二激光，以分别测量所述第一激光传感器20和所述第二激光传感器30所在一侧被测物体40表面的轮廓轮廓数据。
26.令第一激光传感器20和第二激光传感器30同时进行采集，第一激光传感器20和第二激光传感器30同一时刻开始采集，当被测体因抖动造成上下移位时，因第一激光传感器20和第二激光传感器30测的都是同一时刻的信号，不会对最终的厚度测量造成影响，会准确测到被测物体40的厚度。
27.其中，所述第一激光和所述第二激光的波长不相等，所述第一激光传感器20和所述第二激光传感器30均与所述处理器10连接。而由于第一激光和第二激光的波长不相等，因此第一激光传感器20和第二激光传感器30都不会接收对方的光信号，从而可以降低测量的误差。
28.请再次参考图1，第一激光传感器20发射出第一激光照射到被测体的一侧表面，第二激光传感器30发射出第二激光照射到被测物体40的另外一侧表面，第一激光和第二激光从常用的点状激光束改成了线型激光束，第一传感器和第二传感器测取的不再是单点位移值，而是激光线所覆盖区域的轮廓数据。第一激光和第二激光发射出的是两种不同波长的光，第一激光传感器20只接收与第一激光波长一致的光线；第二激光传感器30只接收与第二激光波长一致的光线；传感器内部的光学滤除装置可以滤除光源波长范围以外的光，所以两个传感器都不会接收对方的光信号。
29.第一激光传感器20和第二激光传感器30所测到的对应物体表面的轮廓数据通过通讯接口80同时与设置在处理器10上的两个第一接口11连接以进行传输。处理器10控制第一激光传感器20和第二激光传感器30同步工作，以确保两个传感器测到的是同一时刻的数据。处理器10会对接收到的两组轮廓数据进行处理，通过算法提取出有效的厚度值，然后通过设置在处理器10上的第二接口12与后端设备进行数据交互。在本技术中，对于处理器10中对数据进行处理和具体算法其并不是本技术的发明点所在，在此不再进行赘述。并且，对于处理器10的数据接收和简单的数据处理，本领域技术人员可直接采取现有的处理方式进行专用即可。
30.在上述实施例中，请参考图2，所述第一激光传感器20和所述第二激光传感器30均包括安装盒体、设于所述安装盒体内的激光发生组件50以及成像组件60，所述安装盒体面对被测物体40一侧设有激光出口以及激光入口，所述激光出口与所述激光发生组件50相对设置，所述激光入口与所述成像组件60相对设置。
31.所述激光发生组件50包括依次设置的激光发生器51、准直透镜52以及光学整形棱镜53，所述光学整形棱镜53靠近所述激光出口。
32.所述成像组件60包括依次成像镜头62以及图像传感器61，所述成像镜头62靠近所述激光入口设置，所述成像组件60还包括滤光片63，所述滤光片63设于所述成像镜头62和所述激光入口之间。
33.激光发生器51经电路驱动后产生固定波长范围的散射激光，如红色激光器会产生中心波长为650nm左右的光，蓝色激光器产生中心波长450nm左右的光。散射的激光经过准
直透镜52后变成点状激光束，本技术在准直透镜52前增加了光学整形棱镜53，会将准直后的点状激光束变成线状激光束，如图2所示。为了过滤掉除激光波长以后的其它光，本技术在接收的成像镜头62前增加了窄带滤光片63。经线状激光束照亮的物体表面会被成像镜头62成像后投射到两维图像传感器61上，通过采集和处理图像而提取被测体表面激光束所照亮区域的轮廓数据。在上述实施例中，在第一激光传感器20和第二激光传感器30内均设有控制电路板70，通过控制电路板70来实现电性连接，并且激光发生器51、准直透镜52、光学整形棱镜53、成像镜头62以及图像传感器61均可采用现有的零部件进行使用，且其电性连接方式本领域技术人员可采用熟知的电线等方式，控制电路板70的具体电性零部件本领域技术人员也可采用熟知的方式进行选择，再次不再进行赘述。
34.在动态测厚应用中，被测物体40不可避免地会出现倾斜现象，传感器的实际测量值并非真实的厚度值。请参考图3，图3左侧示意图代表点激光测厚时遇到倾斜物体时的情况，右侧示意图为本技术的测量方式。
35.在现有的测量方式中，实际测量值d0并不是实际的厚度值，因点激光只有一个点的测量数据无法获取到倾斜数据，因此会不可避免地出来测量的误差，而在本技术中，每个激光传感器会将采集到的表面轮廓拟合成直线，直线公式y＝kx b，可将得到的平均斜率k，换算得出倾斜的角度α＝arctan(k)，通过三角关系获得真实的厚度d＝d0*cosα。
36.并且，激光传感器可测取宽度和高度两个维度上的尺寸信息，每个宽度对应一个高度，激光线所覆盖的区域的表面轮廓经传感器采集后得到多个离散的点云数据，点的个数与传感器横向的分辨率有关。
37.采样获取的轮廓点云数据可按应用要求做如拟合、均值、差值、中值等算法处理，可获取多种测量数据。对于测厚应用中出现的表面划痕，粗糙，纹理等不平整表面，可以通过将其表面拟合成一条直线或将数据点进行滤波，求均值等。通过算法或统计剃除表面的误差数据，可大大改善点激光传感器在测厚应用中只有一个测量点而无法剃除干扰数据的不足。
38.而在对透明及半透明物体进行厚度测量时，常会因两传感器的光互相影响而带来测量误差，本技术通过将两个传感器设计成不同波长，再通过光学窄带滤光片63来滤除干扰光源，从实现两只传感器同步测量且互不干涉，互不影响。请参考图4，图4左侧示意图是两个同波长的激光测量透明物体厚度时的情况，光束会透射到被测体，在另一侧的表面与另一台激光传感器的光源重叠、干涉。激光传感器无法对接收到的同一种波长的多束光进行区分，从而会导致测量的误差。
39.图4右侧示意图是本技术所使用的方法，通过使用两种不同波长的光源，在接收端使用窄带滤光片63时，可消除两只激光传感器在测量透明物体厚度时光源之间的相互干扰。
40.以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是在本实用新型的构思下，利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本实用新型的专利保护范围内。