專利名稱：一種用線陣ccd測量激光束位置與線寬的檢測方法及其裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種激光束位置與線寬的檢測方法及其裝置，尤其涉及一種用線陣 CCD測量激光束位置與線寬的檢測方法及其裝置。
背景技術：
目前做激光線束的位置測量目前主要利用面陣C⑶作為信號采集元件，通過面陣 CCD來對激光線束進行成像，通過圖像采集、數(shù)字圖像處理，提取激光線束在CCD上的投影 位置信息，從而得出激光束的位置和線寬?；蛲ㄟ^已開發(fā)好面陣C⑶對，如監(jiān)視器等，對激 光線束采用攝像方法后人眼觀測進行測量。前者開發(fā)和應用復雜，而且測量精度較低，只能 作為靜態(tài)檢測；后者測量精度很低，人工讀數(shù)不利于推廣和應用。線陣CCD具有結構簡單，成本較低，并且由于其單排感光單元的數(shù)目可以做得很 多，在同等測量精度的前提下，其測量范圍可以做的較大，并且由于線陣CCD實時傳輸光電 變換信號和自掃描速度快、頻率響應高，能夠實現(xiàn)動態(tài)測量，并能在低照度下工作，所以線 陣CCD廣泛地應用，目前在產品尺寸測量和分類、非接觸尺寸測量、條形碼等許多領域應用 較多。

發(fā)明內容
為了解決背景技術中存在的上述技術問題，本發(fā)明提供了一種用線陣CCD測量激 光束位置與線寬的檢測方法及其裝置。本發(fā)明是對線陣CCD在激光位置測量領域的一個 新的拓展，及應用線陣CCD測量激光束位置與線寬信息后；可以轉化為對位移、長度、角位 移等的測量；如應用此方法進行平臺的變形和振幅檢測，對一字線激光進行線彎曲度檢測 (如激光線束檢測儀)，激光儀器的綜合檢測，光學不平行度檢測，軌道直線度檢測、軌道變 化量檢測等等。本發(fā)明的技術解決方案是本發(fā)明提供了一種用線陣CCD測量激光束位置與線寬 的檢測方法，其特殊之處在于所述方法包括以下步驟1)獲取入射激光線束的高斯曲線；2)根據(jù)高斯曲線對激光束的位置與線寬進行檢測。上述步驟1)的具體實現(xiàn)方式是1. 1)激光線束入射到線陣CXD的感光面上；1. 2)獲取入射激光線束在CXD感光面上的每一象元點的高斯曲線。
上述步驟2、的具體實現(xiàn)方式是2. 1)用每一象元點的高斯曲線所形成的包絡的兩邊沿做激光線束的邊緣，并取兩 邊沿內像元點的個數(shù)；2. 2)取兩邊沿內像元點的個數(shù)為激光的相對線寬；2. 3)取相對線寬的中心作為激光線束的位置中心，以相對線寬的中心對應的象元點的絕對位置為激光線束的位置。本發(fā)明還提供一種用線陣CCD測量激光束位置與線寬的檢測裝置，其特殊之處在 于所述裝置包括FPGA處理系統(tǒng)和線陣CXD以及電源管理系統(tǒng)；所述線陣C⑶與FPGA處理 系統(tǒng)連接。上述裝置還包括放大電路和A/D轉換電路，所述線陣CXD通過依次放大電路和A/ D轉換電路與FPGA處理系統(tǒng)連接。上述裝置還包括MCU處理系統(tǒng)，所述FPGA處理系統(tǒng)和MCU處理系統(tǒng)連接。上述裝置還包括電源管理系統(tǒng)，所述電源管理系統(tǒng)分別給FPGA處理系統(tǒng)、線陣 CCD、放大電路、A/D轉換電路以及MCU處理系統(tǒng)提供電源。上述線陣CXD是采用ilx57^器件的線陣(XD，所述FPGA處理系統(tǒng)的芯片為 EP1C3T144。上述放大電路是采用高速運放LM359的放大電路。上述A/D轉換電路是采用了 tlc5510芯片的A/D轉換電路。本發(fā)提供的一種用線陣CCD測量激光束位置與線寬的檢測方法及其裝置，通過可 編程數(shù)字邏輯器件或其它電子器件對線陣CCD驅動，通過測量入射到線陣CCD感光面的位 置與線寬的判斷，從而得到激光在CCD感光面的絕對位置的光電檢測方法。本發(fā)明是對線 陣CCD在激光位置測量領域的一個新的拓展，及運用這一方法對激光線束的絕對和相對位 置檢測，以及線束的線寬檢測等等；可以轉化為對位移、長度、角位移等的測量；如應用此 方法進行平臺的變形和振幅檢測，對一字線激光進行線直度測量(如激光線束檢測儀)， 激光儀器的綜合檢測等等。


圖1是本發(fā)明基于用線陣CCD測量激光束位置與線寬的檢測方法所獲取的高斯曲 線示意圖；圖2是本發(fā)明所提供的用線陣CCD測量激光束位置與線寬的檢測裝置的結構示意 圖。
具體實施例方式本發(fā)明的目的是提供一種通過用線陣CCD判斷激光線束在CCD感光面的線寬與位 置的方法，來確定激光線束在CCD感光面的絕對位置。利用線陣CCD器件，通過可編程數(shù)字 邏輯器件或其它電子器件對線陣CCD驅動，以獲取入射激光線束的高斯曲線，其具體方法 如下1)獲取入射激光線束的高斯曲線；1. 1)激光線束入射到線陣CXD的感光面上；1. 2)獲取入射激光線束在CXD感光面上的每一象元點的高斯曲線。2)根據(jù)高斯曲線對激光束的位置與線寬進行檢測。2. 1)用每一象元點的高斯曲線所形成的包絡的兩邊沿做激光線束的邊緣，并取兩 邊沿內像元點的個數(shù)；2. 2)取兩邊沿內像元點的個數(shù)為激光的相對線寬；
2. 3)取相對線寬的中心作為激光線束的位置中心，以相對線寬的中心對應的象元 點的絕對位置為激光線束的位置。參見圖1所示，用高斯曲線的兩邊沿做激光線束的邊緣判斷，取兩邊沿內像元點 的個數(shù)為激光的相對線寬。可以取相對線寬的中心作為激光線束的位置中心。在實際應用中由于強激光照射到CCD器件上，會引起CCD輸出信號的失真，導致位 置提取的偏差很大；并且單色線陣CCD不能很好對紅綠藍等顏色激光進行檢測，特別是綠 光和藍光?？梢圆捎萌€陣CCD器件，利用其對紅藍綠三路光的感應特性，對不同顏色 的單色激光的衰減不同，實現(xiàn)了大范圍光強下的線狀激光信號的中心位置的準確提取。通 過可編程數(shù)字邏輯器件程序，實現(xiàn)了對三種光路的識別，并且從三路光路中選擇一路最適 合于計算光線中心的光路，進行自動的增益調整，使該光路特性達到最佳的計算條件，從而 使得中心位置計算變的更精確。并且可以通過光學衰減片對激光進行衰減以達到理想效^ ο并且在實際應用中由于激光其存在干涉現(xiàn)象，邊緣處會存在抖動，可通過滑動窗 的方式準確的提取了線狀激光的邊緣信號，降低了干擾。為使系統(tǒng)輸出更穩(wěn)定，還可對所得 到的光激光線束的位置中心進行了求平均計算。參見圖2，本發(fā)明提供的線陣CCD測量激光束位置與線寬的檢測裝置在使用時，通 過數(shù)字邏輯芯片(FPGA處理系統(tǒng))發(fā)出驅動信號，驅動線陣CCD(光信號采集系統(tǒng))工作； 線陣CCD對打在其感光面上的的激光光信號轉化為電信號輸出；電信號通過放大電路進行 信號的放大；放大后的信號通過A/D轉換電路，將模擬信號轉換為數(shù)字信號；將此數(shù)字信號 送入FPGA處理系統(tǒng)進行計算，得出線寬和位置信息。FPGA處理系統(tǒng)通過MAX485芯片可將得出的線寬和位置信息傳送給其它系統(tǒng)，如 MCU處理系統(tǒng)，其它系統(tǒng)可以靈活使用此信息，也可通過數(shù)碼管/液晶等顯示系統(tǒng)直接顯 示。電源系統(tǒng)給線陣CXD提供12V供電，給放大電路、RS-485通訊電路提供5V供電，給FPGA 系統(tǒng)提供3. 3V和1.5V供電。線陣CXD采用了 ilx57^器件；放大電路采用了高速運放LM359 ;A/D轉換電 路采用了 tlc5510芯片；實串行傳輸時使用了 max485芯片；本系統(tǒng)選用的FPGA芯片為 EP1C3T144，圍繞著硬件設計程序，實現(xiàn)了 ilx575k驅動，三路5510驅動，以及max485芯片 的驅動設計。
權利要求
1.一種用線陣CCD測量激光束位置與線寬的檢測方法，其特征在于所述方法包括以 下步驟1)獲取入射激光線束的高斯曲線；2)根據(jù)高斯曲線對激光束的位置與線寬進行檢測。
2.根據(jù)權利要求1所述的用線陣CCD測量激光束位置與線寬的檢測方法，其特征在于 所述步驟1)的具體實現(xiàn)方式是1. 1)激光線束入射到線陣CCD的感光面上；1.2)獲取入射激光線束在CCD感光面上的每一象元點的高斯曲線。
3.根據(jù)權利要求2所述的用線陣CCD測量激光束位置與線寬的檢測方法，其特征在于 所述步驟2、的具體實現(xiàn)方式是2.1)用每一象元點的高斯曲線所形成的包絡的兩邊沿做激光線束的邊緣，并取兩邊沿 內像元點的個數(shù)；2. 2)取兩邊沿內像元點的個數(shù)為激光的相對線寬；2. 3)取相對線寬的中心作為激光線束的位置中心，以相對線寬的中心對應的象元點的 絕對位置為激光線束的位置。
4.一種用線陣CCD測量激光束位置與線寬的檢測裝置，其特征在于所述裝置包括 FPGA處理系統(tǒng)和線陣CXD以及電源管理系統(tǒng)；所述線陣CXD與FPGA處理系統(tǒng)連接。
5.根據(jù)權利要求4所述的用線陣CCD測量激光束位置與線寬的檢測裝置，其特征在于 所述裝置還包括放大電路和A/D轉換電路，所述線陣CCD通過依次放大電路和A/D轉換電 路與FPGA處理系統(tǒng)連接。
6.根據(jù)權利要求5所述的用線陣CCD測量激光束位置與線寬的檢測裝置，其特征在于 所述裝置還包括MCU處理系統(tǒng)，所述FPGA處理系統(tǒng)和MCU處理系統(tǒng)連接。
7.根據(jù)權利要求6所述的用線陣CCD測量激光束位置與線寬的檢測裝置，其特征在于 所述裝置還包括電源管理系統(tǒng)，所述電源管理系統(tǒng)分別給FPGA處理系統(tǒng)、線陣(XD、放大電 路、A/D轉換電路以及MCU處理系統(tǒng)提供電源。
8.根據(jù)權利要求4或5或6或7所述的用線陣CCD測量激光束位置與線寬的檢測裝 置，其特征在于所述線陣CXD是采用ilx575k器件的線陣(XD，所述FPGA處理系統(tǒng)的芯片 為 EP1C3T144。
9.根據(jù)權利要求5所述的用線陣CCD測量激光束位置與線寬的檢測裝置，其特征在于 所述放大電路是采用高速運放LM359的放大電路。
10.根據(jù)權利要求5所述的用線陣CCD測量激光束位置與線寬的檢測裝置，其特征在 于所述A/D轉換電路是采用了 tlc5510芯片的A/D轉換電路。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用線陣CCD測量激光束位置與線寬的檢測方法及其裝置。所述方法包括以下步驟1)獲取入射激光線束的高斯曲線；2)根據(jù)高斯曲線對激光束的位置與線寬進行檢測。本發(fā)明可以對激光線束的絕對和相對位置進行檢測，以及線束的線寬檢測等；可以轉化為對位移、長度、角位移等的測量；如應用此方法進行平臺的變形和振幅檢測，對一字線激光進行線直度測量，激光儀器的綜合檢測等。
文檔編號G01B11/27GK102062579SQ20101059611
公開日2011年5月18日 申請日期2010年12月19日 優(yōu)先權日2010年12月19日
發(fā)明者何先燈, 孫建華, 袁科 申請人:西安華科光電有限公司