文档介绍：上海交通大学硕士学位论文摘要
基于 DSP 的激光三角测距传感器研究
摘要
随着新材料的出现和加工精度的不断提高,对表面检测技术提出
更多的要求,检测过程中常用的接触式检测很难对一些尺寸很小或柔
软和脆性材料的工件进行测量。基于三角测量法的激光位移传感器作
为一种新型的非接触式测距传感器,具有结构简单、测量速度快、精
度高、抗干扰能力强、非入侵等优点,因此在自动加工、在线检测、
实物仿形等工业生产领域得到了广泛的应用。
由于实际应用中,激光位移传感器存在非线性误差和激光点的散
斑,并且测量精度易受被测表面倾斜角度和表面特征不同的影响、系
统响应速度的影响、环境影响等,可能导致测量精度下降,甚至使传
感器系统无法正常工作。
本课题从影响激光位移传感器测头工作的根本原因出发,定量或
者定性的分析了各种影响因素,提出了改进的方法和措施,并进行了
DSP 系统设计。主要有以下工作:
1. 经过分析与比较,决定设计的三角测距传感器采用直射式,
系统的光源部分使用半导体激光器,图像传感器选用高精度的线阵式
CCD。根据系统技术要求,对光学参数进行设计和确定,选择能使测
量精度提高的最优方案。
2. D 采集到的原始图像,采用均值滤波和改进的中值滤波
以得到较为稳定的图像信号。分析了各种算法,D 所采集到
D 的分辨率,从而提高测距传感器测
量精度。分析了概率法、解调法、灰度质心法、多项式插值法、多项
式拟合法,D 的分辨率的算法的优缺点,实验
II
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证明采用平方加权灰度质心法能够得到更好的结果。
3. 提出了一种新的光强度自适应控制方法,采用 FPGA 控制调节
激光器的驱动电流大小,该方法能够感测物体表面并将激光强度调整
到最佳状态。同时设计了恒流源驱动电路,能够稳定的驱动激光器。
4. D 匹配的 AD 采集电路,运用 FPGA 解决外部慢速器
件和高速处理器的接口问题,提出显示、抗干扰和存储器扩展方案。
5. 结合系统所涉及的电气参数、测量环境和处理算法,设计基
于 TMS320VC5509A D 微位移测量系统,完成系统
软件设计。
6. 在深入分析光学三角法测量原理的基础上,研究影响测量精
度的因素,对主要影响因素的影响机理进行详细的分析,并针对这些
问题提出解决方案,从最大程度上减小外界环境变化和参量误差对测
量的影响。
关键词:D 图像传感器,平方加权质心法,
TMS320VC5509A
III
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RESEARCH OF LASER TRIANGULATION
MEASUREMENT SENSOR BASED ON DSP
ABSTRACT
With the appearance of new material and the improvement of manufacture
accuracy, some difficulties appear in measuring minor-sized work piece or flexible
and fragile work piece with contact probe. As a new non-contacted displacement
sensor, Laser displacement sensor based on triangulation has many excellent
advantages such as being simple structure, high-speed measurement and high
precision, small test spot, good anti-jamming ability, non-contact measurement, so
laser displacement sensor based on triangulation is of great value and enjoys broad
application prospects in industry-manufacture field such as machine vision,
auto-machining, online measurement, practicality profile modeling biomedicine.
In practice applications, there are som