[发明专利]基于线阵CCD和FPGA的多激光光斑位置探测装置及方法

说明书

本发明公开了一种基于线阵CCD和FPGA的多激光光斑位置探测装置及方法，装置包括激光发射模块、CCD传感器模块、FPGA信号处理模块、数据存储与传输模块和上位机。方法包括：激光发射模块垂直发射多束线激光至待测件表面；CCD传感器模块采集待测物件反射的激光，并进行光电转换；FPGA信号处理模块对模拟电信号进行放大及模数转换，并实现多激光光斑中心定位，且将处理后的数据传输至数据存储与传输模块和上位机；上位机根据定位结果并利用激光三角法求取每个光斑对应的位置信息，最终获得待测件的几何信息并输出结果。本发明具有非接触性、高灵敏度、高精度、实时性强和自动化程度高等优点，能满足工业生产的要求，且成本低、结构简单，具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于光电测量技术领域，特别是一种基于线阵CCD和FPGA的多激光光斑位置探测装置及方法。

背景技术

位置探测在诸多工业技术领域如测厚、测宽和面形检测等都具有重要的意义，传统的位置探测方法包括人工测量、机械测量等，这些方法测量效率低、精度低、且不能进行实时测量，而且有的测量方法是与被测物件直接接触，会对被测物件有二次损伤，这些方法已不能适用于现代化的工业生产。

随着光电技术和机械电子等技术的发展，基于激光三角测量的位置探测技术逐渐得到了应用。光电测量的方法具有非接触性、精度高和测量速度快等优点。传统的基于激光三角测量的位置探测技术，在工业领域如测厚和测宽中，其是使用单点对射的方式检测位置信息，进而获取厚度值和宽度值等。这种方法是无可非议的，但若将其应用到面形检测领域，将会出现问题，这是由于在工业面形检测领域中，使用单点激光检测将无法避免因被测物件的上下跳动而带来的位置检测误差，因而影响面形检测结果。

FPGA(Field Programmable Gate Array，现场可编程门阵列)以并行运算为主，通过硬件描述语言来实现，它集成度高、逻辑功能强、灵活性大以及运行速度快，目前已被广泛的应用于数字电路的设计。结合FPGA进行位置探测具有重要的研究意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有非接触性、处理速度快、实时性高、探测精度高、成本低等优点的位置探测装置及方法。

实现本发明目的的技术解决方案为：基于线阵CCD和FPGA的多激光光斑位置探测装置，包括激光发射模块、CCD传感器模块、FPGA信号处理模块、数据存储与传输模块和上位机；

所述激光发射模块，用于垂直发射多束线激光至待测物件的表面；

所述CCD传感器模块，用于接收待测物件反射的激光，并进行光电转换，完成光信号的采集与转换；

所述FPGA信号处理模块，用于对光电转换之后的模拟电信号进行预处理以及模数转换，并实现多激光光斑中心定位；

所述数据存储与传输模块，用于存储FPGA信号处理模块的图像数据，并将多激光光斑中心定位结果传输至上位机；

所述上位机，用于获取FPGA信号处理模块的结果数据，利用激光三角法求取每个光斑对应的位置信息，最终获得待测件的几何信息并输出结果。

基于线阵CCD和FPGA的多激光光斑位置探测方法，包括以下步骤：

步骤1、上位机控制激光发射模块垂直发射多束线激光至待测物件的表面；

步骤2、CCD传感器模块采集待测物件反射的激光，并进行光电转换；

步骤3、FPGA信号处理模块对光电转换之后的模拟电信号进行放大预处理以及模数转换，并实现多激光光斑中心定位，且将处理后的数据传输至数据存储与传输模块；

步骤4、FPGA信号处理模块将多激光光斑中心定位结果传输至上位机，上位机根据定位结果并利用激光三角法求取每个光斑对应的位置信息，最终获得待测件的几何信息并输出结果。