专利名称：一种基于激光超声融合扫描的无线定位平整度检测系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及平面检测与表面形貌评价领域，尤其是涉及一种基于激光超声融合扫描的无线定位平整度检测系统设计实现方法。
背景技术：
大平面工件的平面度检测与表面形貌水平评价在机械制造、造船、钢铁板材成型、土木工程等工业领域具有非常重要的实际意义与应用前景。随着传感器技术与信息技术的不断发展，大尺度平面检测与表面形貌评价的精度要求也日益提高。因此，设计一种面向大尺度平面的平整度检测与表面形貌评价系统是非常有必要的。目前高精度的平整度检测系统基本都是基于测量位置固定的激光发射装置和移动的高精度线阵光电耦合器件接收靶之间的高程差原理。该方法虽然可以精确的测得被测平面每个测点的平整度，但在测量时无法获得光电耦合接收靶的位置信息。每次需要人工记录高程差和接收靶对应安放的位置，不利于对大平面批量多点测量。随着嵌入式系统技术与无线传感网络技术的不断发展，基于射频识别的无线定位技术渐趋成熟，其定位精度已达到厘米级。在某些小范围、高网格的情况下，其测量精度甚至可以到达毫米级。因此将射频识别定位技术运用到平整度测量中接收靶的定位上，可以快速定位出接收靶在被测物体表面的具体位置，大大简化测量过程，实现对被测表面的快速扫描式检测，形成三维立体点云。基于上述分析，本发明将无线射频识别定位技术、无线局域网通信技术、嵌入式控制系统技术、激光扫描测距技术、超声发射技术引入到表面检测与平面评价领域，提出了一种基于激光超声融合扫描的无线定位平整度检测系统设计实现方法。
发明内容
为了克服传统大尺度表面平整度检测系统带来的诸多技术问题，本发明提供一种基于激光超声融合扫描的无线定位平整度检测系统。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是一种基于激光超声融合扫描的无线定位平整度检测系统，其特征在于，基于超声、激光扫描融合技术，结合多点无线射频定位方法，实现对大平面工件平整度的精确测量；所述的超声、激光扫描融合技术可分为两个环节利用超声扫描方法得到激光扫描所需传输路径范围内的高度数据，并作为激光标靶的预调参考高度；在已知高度安装激光发射装置，预调激光标靶高度，发射激光并计算标靶所在位置的高度数据；所述的多点无线射频定位方法，是在工件表面选择三个已知坐标点安装射频发射结点，通过三点定位方法确定标靶位置的精确坐标；结合标靶位置的高度数据，最终获得所测工件的平面形貌。一种基于激光超声融合扫描的无线定位平整度检测系统，其特征在于，主要由以下功能�？樽槌捎邢薹沓枳爸�、可旋调无线激光发射装置、多目标无线激光标靶、手持便携式无线监控仪器终端、3个或多个射频识别定位发射结点。所述的有限幅宽超声扫描装置，其特征在于，由超声波发射探头、超声波接收探头、超声波导向装置组成。超声波导向装置与超声波探头相连，限定超声发射范围，防止超声散射；在此基础上，获得激光扫描路径宽度范围内的高度数据，并将其作为激光标靶的预调参考高度，从而避免激光发射装置发射的激光束偏离标靶。所述的可旋调无线激光发射装置，其特征在于，由可旋调激光测距传感器、无线局域相容通信�？锳、伺服电机控制云台与激光发射装置控制�？樽槌伞？尚骷す獠饩啻衅魍ü咂档髦萍す夥⑸淦鳎⑸涓咂导す馐帘徊夤ぜ砻妫üす獗臧薪邮毡徊馕锾逅瓷涞募す馐桓莘⑸浼す馐虢邮占す馐南辔徊罴扑惴⑸淦饔氡臧械木嗬耄⑼ü尴呔钟蛳嗳萃ㄐ拍？锳发送距离数据到手持便携式无线监控仪器终端；进一步，所述的可旋调激光测距传感器，具备激光发射方向、横向90度旋转、纵向90度旋转三自由度激光测距；利用伺服电机控制云台调整激光头翻盖范围，并在被测工件表面产生扇形激光扫描区域；进一步，所述的可旋调激光测距传感器安装在在伺服电机驱动云台上；当传感器接收到监控仪器终端发出的扫描指令后，伺服电机云台根据具体需求调整位置与姿态，激光测距传感器发射的激光束随之旋转，并将所产生扇形的激光面覆盖激光结构标靶；进一步，所述的无线局域相容通信模块A，采用抗干扰无线通信协议建立与手持便携式无线监控仪器终端之间的数据连接，向监控终端发送被测点高度数据，同时传送监控终端发出的控制指令，完成相应的控制操作；所述的抗干扰无线通信协议优化方法，即根据现场工业干扰信号强度调整数据信号的发射功率强度，适时调整通信频道，并增加重传次数；进一步，所述的伺服电机控制云台是由三个伺服电机、传动拉索、平面台板、固定支架组成的欠自由度Steward机构，可实现激光头在限定工作空间内的三自由度位姿调进一步，所述的激光发射装置控制�？椴捎�16位超低功耗嵌入式控制器，与无线局域相容通信模块A通过串行外围设备接口总线连接，并采用定时器控制伺服电机驱动器。所述的多目标无线激光标靶，其特征在于，由激光束接收传感器、无线射频接收�？椤⑽尴呔钟蛳嗳萃ㄐ拍？锽与标靶控制模块组成；激光标靶可接收I路激光束信号、3路无线射频信号与I路无线局域网控制信号，其主要功能为检测扇形激光覆盖区域的相对高度，接收无线射频定位�？榈奈恢眯藕牛⒔喙馗叨仁荽椭潦殖直阈轿尴呒嗫匾瞧髦斩耍唤徊剑龅募す馐邮沾衅魑呔认哒蠊獾珩詈掀骷ü哒笄饔氡臧锌刂颇？榱樱坏奔す馐枭ü哒蠊獾珩詈掀骷保ü锹技す獍叩阒行脑诠獾珩詈掀骷械奈恢茫扑愠黾す獾憔嗬氲撞堪沧懊娴母叨龋⑼ü尴呔钟蛳嗳萃ㄐ拍？锽发送高度数据到手持便携式无线监控仪器终端；进一步，所述的无线射频接收�？椋ü型馕璞附涌谟氡臧锌刂颇？榱樱凳苯邮罩芪У亩ㄎ荒？榉⒊龅奈尴叨ㄎ恍藕牛⒔藕旁幢嗪藕托藕徘慷缺嗪沤泄亓恚笸ü尴呔钟蛳嗳萃ㄐ拍？锽上传到手持便携式无线监控仪器终端；
进一步，所述的标靶控制�？椴捎�16位超低功耗嵌入式控制器，内部集成8通道12位模/数转换器，通过向线阵驱动器输出行同步脉冲和像元同步脉冲来控制线阵光电耦合器件，并对采样数据进行积分计算；计算结果从线阵驱动器的模拟量输出口输送至无线局域相容通信�？锽 ；进一步，所述的无线局域相容通信�？锽所使用的通信协议与无线通信模块A相同，支持TCP/IP协议栈，通过串行外围设备接口与标靶控制�？榱樱夜ぷ髟贛aster模式下。所述的射频定位发射结点，其特征在于，采用抗强电干扰保护机构，通过磁力底座安装在工件表面的三个已知坐标位置；开启电源后进入预备状态，并启动系统自检程序，进而通过无线发射器件与全向天线向激光标靶连续发送射频信号；上述过程无需控制终端参与;进一步，所述的抗强电干扰保护机构，在无线发射器件表面覆盖金属薄膜外壳，形 成静电隔离层，隔离外界的强电干扰。所述的手持便携式无线监控仪器终端，其特征在于，为具备无线局域网融合能力的个人数据助理，主要通过无线指令发送�？橄蚩尚魑尴呒す夥⑸渥爸糜攵嗄勘晡尴呒す獗臧蟹⑺涂刂浦噶睿瓿杉す馐琛⒉饩唷⒉飧�、激光方位调整等动作，并对接收到的各个测量点的数据进行基准点设置与高度补偿。在此基础上，通过工件平面形貌计算方法，获得整个被测平面的平整度信息；进一步，所述的平面形貌计算方法，其特征在于，主要包含平整度计算方法与测点位置计算方法；进一步，所述的平整度计算方法，其已知条件为无线激光发射装置内激光发射孔与其安装底座面之间的距离Sy1，激光标靶内线阵光电耦合器件的端基准点与其安装底座面之间的距离为y2;测量得到无线激光发射装置与激光标靶之间的距离为L，标靶感应的激光点到标靶基准点的高差为h;由此可知，测量点(标靶固定的被测面位置)相对于参考点(激光发射装置固定的被测面位置)的高度差为H = h+y2~y1(I)测量点的平整度，即被测平面每米的高度差为P = H/L = (h+yfy)/L⑵进一步，所述的测点位置计算方法，采用圆周定位算法计算激光标靶的位置信息；已知激光标靶无线射频接收�？榧觳獾降娜鑫尴咝藕抛钋康亩ㄎ荒？榈男藕徘慷龋藕徘慷扔胛恢玫墓叵滴猂SSI = -(A+10XnX lgd)-EAF (3)式(3)中，A为射频参数，η为信号传播因子，EAF为环境因子，d为标靶与该定位�？橹涞木嗬耄黄渲星叭霾问谌范擞布缏泛吞煜呓峁购缶Ｊ辉诖嘶∩希赏ü愣ㄎ环椒ㄈ范ú獾愕奈恢�。本发明的有益效果主要表现在I)采用超声扫描，获得测点位置高度数据，为激光标靶预调提供参考，防止激光束偏离标靶；2)激光发射装置、激光标靶采用嵌入式系统设计，体积小、功耗低、实时性好、稳定性高；3)支持无线局域网通信协议与手持移动智能终端，提高了检测过程的效率与灵活程度，同时可作为工业物联网的延伸段；4)采用多点射频无线结点构成面向大尺度平面平整度检测的无线传感网，可实现较高的平面坐标定位精度。
图I是超声预扫描过程示意图2是可旋调无线激光发射装置结构示意图
图3是多目标无线激光标靶结构示意图4是测量原理示意图5是平整度检测示意图6是无线定位�？橛氡臧形恢霉叵凳疽馔�
图7是工业现场应用场景不意图。
具体实施例方式结合附图，下面对本发明进行详细说明。I.主体技术思路本发明所涉及的一种基于激光超声融合扫描的无线定位平整度检测系统，其主要技术路线为基于超声、激光扫描融合技术，结合多点无线射频定位方法，实现对大平面工件平整度的精确测量。上述技术路线中所涉及的超声、激光扫描融合技术可分为两个环节利用超声扫描方法得到激光扫描所需传输路径范围内的高度数据，并作为激光标靶的预调参考高度；在已知高度安装激光发射装置，预调激光标靶高度，发射激光并计算标靶所在位置的高度数据。上述技术路线中所涉及的多点无线射频定位方法，是在工件表面选择三个已知坐标点安装射频发射结点，通过三点定位方法确定标靶位置的精确坐标；结合标靶位置的高度数据，最终获得所测工件的平面形貌。2.具体功能结构与实现方法本发明所涉及的一种基于激光超声融合扫描的无线定位平整度检测系统，主要由以下功能模块组成有限幅宽超声扫描装置(Limited-wide Ultrasonic Scanner, LUS)、可旋调无线激光发射装置(Wireless Laser Scanner, WLS)、多目标无线激光标祀(WirelessLaser Target, WLT)、手持便携式无线监控仪器终端(Handheld Monitoring Terminal,HMT)、3 个或多个射频识别定位发射结点(Radio-frequency Location Monitor, RLM)。(I)有限幅宽超声扫描装置(LUS)有限幅宽超声扫描装置由超声波发射探头、超声波接收探头、超声波导向装置组成，如附图I所示。超声波导向装置与超声波探头相连，限定超声发射范围，防止超声散射，如附图I所示；在此基础上，获得激光扫描路径宽度范围内的高度数据，并将其作为激光标靶的预调参考高度，从而避免激光发射装置发射的激光束偏离标靶。
(2)可旋调无线旋转激光发射装置(WLS)可旋调无线激光发射装置，由可旋调激光测距传感器、无线局域相容通信(WIFI)�？锳、伺服电机控制云台组成，如附图2所示。可旋调激光测距传感器通过高频调制激光发射器，发射高频激光束至被测工件表面,通过激光标靶接收被测物体所反射的激光束；根据发射激光束与接收激光束的相位差计算发射器与标靶的距离，并通过无线局域相容通信�？锳发送距离数据到手持便携式无线监控仪器终端(HMT)。可旋调激光测距传感器，具备激光发射方向、横向90度旋转、纵向90度旋转三自由度激光测距；利用伺服电机控制云台调整激光头翻盖范围，并在被测工件表面产生扇形激光扫描区域，如附图2所示。可旋调激光测距传感器安装在在伺服电机驱动云台上；当传感器接收到监控仪器终端发出的扫描指令后，伺服电机云台根据具体需求调整位置与姿态，激光测距传感器发射的激光束随之旋转，并将所产生扇形的激光面覆盖激光结构标靶。伺服电机控制云台是由三个伺服电机、传动拉索、平面台板、固定支架组成的欠自由度Steward机构,可实现激光头在限定工作空间内的三自由度位姿调整。激光发射装置控制�？椴捎�16位超低功耗嵌入式控制器，与无线WIFI�？锳通过串行外围设备接口(SerialPeripheral Interface, SPI)总线连接,并采用定时器控制伺服电机驱动器。无线WIFI通信�？锳，采用抗干扰无线通信协议建立与HMT之间的数据连接，向HMT发送被测点高度数据，同时传送HMT发出的控制指令，完成相应的控制操作。上述过程所涉及的抗干扰无线通信协议优化方法，即根据现场工业干扰信号强度调整数据信号的发射功率强度，适时调整通信频道，并增加重传次数。WLS内置的激光测距传感器根据现场的检测距离和精度要求选用合适的型号，本发明采用的是LRFS-0040-1型激光测距传感器。该传感器采用红色650nm可见激光，测量范围为O. I 50m，IOm内的测量精度达± 1mm，通过RS232串行接口与控制�？榱印＜す夥⑸渥爸每刂颇？椴捎肕SP430F149芯片，通过SPI总线与无线WIFI收发�？锳连接，并采用Timer-A定时器，通过MSP430F149的PO 口控制伺服电机驱动器。伺服电机驱动器采用BD6389FM芯片，输出多相时序控制电流，驱动28BYJ-48伺服电机。伺服电机运动机构由28BYJ-48伺服电机和一个安放激光测距传感器的运动平台构成，由于工作时的扇形激光面需与被测平面完全平行，因此运动平台旋转平面与扫描器的底座的平行度加工及安装误差直接影响系统的测量精度。(3)多目标无线激光标靶(WLT)多目标无线激光标靶由激光束接收传感器、无线射频(RFID)接收�？�、无线局域相容(WIFI)通信�？锽与标靶控制�？樽槌桑绺酵�3所示。激光标靶可接收I路激光束信号、3路无线射频信号与I路无线局域网控制信号，其主要功能为检测扇形激光覆盖区域的相对高度，接收无线射频定位�？榈奈恢眯藕牛⒔喙馗叨仁荽椭潦殖直阈轿尴呒嗫匾瞧髦斩�(HMT)。激光束接收传感器为高精度线阵光电耦合器件(Charge-coupled Device，CCD)，通过线阵驱动器与标靶控制�？榱樱坏奔す馐枭ü哒驝CD时，通过记录激光斑点中心在CCD中的位置，计算出激光点距离底部安装面的高度，并通过无线WIFI通信�？锽发送高度数据到HMT。上述过程所涉及的无线RFID接收�？椋ü齋PI总线与标靶控制�？榱樱凳苯邮罩芪У亩ㄎ荒？榉⒊龅奈尴叨ㄎ恍藕牛⒔藕旁幢嗪藕托藕徘慷缺嗪沤泄亓恚笸ü尴遅IFI通信�？锽上传到HMT。标靶控制�？椴捎�16位超低功耗嵌入式控制器，内部集成8通道12位模/数转换器，通过向线阵驱动器输出行同步脉冲和像元同步脉冲来控制线阵CCD，并对采样数据进行积分计算；计算结果从线阵驱动器的模拟量输出口输送至无线WIFI通信�？锽。无线WIFI通信�？锽所使用的通信协议与无线通信�？锳相同，支持TCP/IP协议栈，通过SPI接口与标靶控制�？榱樱夜ぷ髟贛aster模式下。标靶内置高精度线阵C⑶是采用单沟道线阵C⑶器件T⑶2901D，像元数为10550，像敏单元尺寸4 μ m，总长42. 0mm,最高工作频率5MHz。T⑶2901D通过KXLQ2901线阵(XD驱动器进行控制与控制模块连接。控制�？椴捎肕SP430F149芯片，该芯片集成了采样频率为250K的8通道12位AD，通过向KXLQ2901输出行同步脉冲FC和像元同步脉冲SP来控制线阵CXD传感器进行采样和积分，结果从KXLQ2901的模拟量输出口 UO处得到。无线WIFI收发�？楹臀尴逺FID接收�？榫許PI总线与控制�？榱樱琈SP430F149端的SPI端口设置为Master模式。无线WIFI收发�？椴捎肦S9100-N-11-22无线WIFI模块，该模块内嵌TCP/IP协议栈，控制芯片可以通过SPI 口向其发送AT命令和收发数据。无线RFID接收模块采用CC2500�？椋媚？榫弑�2. 4G多通道RF收发功能，可读取RSSI信号强度值，因此可以满足无线定位的应用。由于无线RFID接收�？樾枰萁邮瘴尴咝藕诺那慷壤磁卸鲜辗⒔诘愕木嗬耄虼诵枰捎萌蛱煜�。(4) RFID 定位�？�(RLM)射频定位发射结点采用抗强电干扰保护机构，通过磁力底座安装在工件表面的三个已知坐标位置；开启电源后进入预备状态，并启动系统自检程序，进而通过无线发射器件与全向天线向激光标靶连续发送射频信号；上述过程无需控制终端参与。所述的抗强电干扰保护机构，在无线发射器件表面覆盖金属薄膜外壳，形成静电隔离层，隔离外界的强电干扰。定位�？橛虢邮瞻幸谎捎肅C2500模块和全向天线。(5)手持控制端(HMT)手持便携式无线监控仪器终端为具备无线局域网融合能力的个人数据助理(Personal Digital Assistant, PDA),主要通过无线指令发送�？橄蚩尚魑尴呒す夥⑸渥爸糜攵嗄勘晡尴呒す獗臧蟹⑺涂刂浦噶睿瓿杉す馐琛⒉饩唷⒉飧�、激光方位调整等动作，并对接收到的各个测量点的数据进行基准点设置与高度补偿。在此基础上，通过工件平面形貌计算方法，获得整个被测平面的平整度信息。3.测量原理与步骤(I)测量原理本发明的测量原理如附图4错误！未找到引用源。所示①由扫描器内的激光距离传感器测得扫描器与接收靶之间的距离L ；②由接收靶内的线阵CXD测得接收靶安放位置的高度差h ；③由接收靶内的无线RFID接收的周边定位发送的定位信号的RSSI信息；④手持端接收到以上测量信息后计算得出安放接收靶的被测平面测量点的高度信息和位置信息。
(2)测量步骤①首先将至少三个定位�？楣潭ㄔ诒徊馄矫娴娜鑫恢靡阎悖魑ㄎ坏淖暌阎悖⒋蚩涞缭纯兀虎诮杵鳌⒔邮瞻蟹直鹜ü卮盘皆诨济婧捅徊獾�。固定时需要保证扫描器及接收靶与被测表面完全吸合无间隙；③调节扫描器上的激光对准接收靶，测得扫描器和接收靶相对距离L，并将结果发给手持立而;
④手持端通过无线控制扫描器开始左右扫描，此时接收靶根据线阵CCD投影的激光位置计算并记录激光点相对高度值h，并将结果发给手持端；⑤接收靶接收附近定位模块的RF信号强度信息，并将强度最强的三个RF信号的强度值和其对应的ID好信息发给手持端；⑥手持端接收到扫描器和接收靶上传的测量结果后，由其上运行的数据分析软件计算出该被测点的相对位置和该点的平整度h/L ；⑦用相同步骤测出若干个点的相对高度值、平整度以及其位置，在手持端便可得到被测平面的拟合的三维测量面。4.平面形貌计算方法(I)平整度计算方法平整度计算方法(见附图5)，其已知条件为无线激光发射装置内激光发射孔与其安装底座面之间的距离为Y1，激光标靶内线阵光电耦合器件的端基准点与其安装底座面之间的距离为y2;测量得到无线激光发射装置与激光标靶之间的距离为L，标靶感应的激光点到标靶基准点的高差为h。由此可知，测量点(标靶固定的被测面位置)相对于参考点(激光发射装置固定的被测面位置)的高度差为H = h+y2~y1(I)测量点的平整度，即被测平面每米的高度差为P = H/L = O^y2-Y1) /L(2)(2)测点位置计算方法采用圆周定位算法计算激光标靶的位置信息，如附图6所示。已知激光标靶无线射频接收�？榧觳獾降娜鑫尴咝藕抛钋康亩ㄎ荒？榈男藕徘慷龋藕徘慷扔胛恢玫墓叵滴猂SSI = - (A+10XnX lgd)-EAF(3)式(3)中，A为射频参数，η为信号传播因子，EAF为环境因子，d为标靶与该定位�？橹涞木嗬耄黄渲星叭霾问谌范擞布缏泛吞煜呓峁购缶Ｊ�。三个定位�？镽LMl RLM3与接收靶WLT之间的理想测距结构如附图6所示。三个定位�？榈奈恢靡阎直鹞猂LMl (x1； Y1)，RLM2 (x2, y2)，RLM3 (x3, y3)，目标靶的坐标设为WLT(x，y)，则其距离为T12 = (X-X1)2+ Cy-Y1)2r22 = (x-x2)2+ (y-y2)2(4)r32 = (x-x3)2+(y_y3)2基于上述实例所设计的平面度检测系统在工业现场的应用场景如附图7所示。最后，还需要注意的是，以上列举的仅是本发明的一个具体实例。显然，本发明不限于以上实例，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均 应认为是本发明的保护范围。
权利要求
1.一种基于激光超声融合扫描的无线定位平整度检测系统，其特征在于，基于超声、激光扫描融合技术，结合多点无线射频定位方法，实现对大平面工件平整度的精确测量； 所述的超声、激光扫描融合技术可分为两个环节利用超声扫描方法得到激光扫描所需传输路径范围内的高度数据，并作为激光标靶的预调参考高度；在已知高度安装激光发射装置，预调激光标靶高度，发射激光并计算标靶所在位置的高度数据； 所述的多点无线射频定位方法，是在工件表面选择三个已知坐标点安装射频发射结点，通过三点定位方法确定标靶位置的精确坐标；结合标靶位置的高度数据，最终获得所测工件的平面形貌。
2.一种基于激光超声融合扫描的无线定位平整度检测系统，其特征在于，主要由以下功能�？樽槌捎邢薹沓枳爸�、可旋调无线激光发射装置、多目标无线激光标靶、手持便携式无线监控仪器终端、3个或多个射频识别定位发射结点。
3.根据权利要求2所述的有限幅宽超声扫描装置，其特征在于，由超声波发射探头、超声波接收探头、超声波导向装置组成； 所述的超声波导向装置与超声波探头相连，限定超声发射范围，防止超声散射；在此基础上，获得激光扫描路径宽度范围内的高度数据，并将其作为激光标靶的预调参考高度，从而避免激光发射装置发射的激光束偏离标靶。
4.根据权利要求2所述的可旋调无线激光发射装置，其特征在于，由可旋调激光测距传感器、无线局域相容通信�？锳、伺服电机控制云台与激光发射装置控制�？樽槌桑豢尚骷す獠饩啻衅魍ü咂档髦萍す夥⑸淦鳎⑸涓咂导す馐帘徊夤ぜ砻妫üす獗臧薪邮毡徊馕锾逅瓷涞募す馐桓莘⑸浼す馐虢邮占す馐南辔徊罴扑惴⑸淦饔氡臧械木嗬耄⑼ü尴呔钟蛳嗳萃ㄐ拍？锳发送距离数据到手持便携式无线监控仪器终端; 所述的可旋调激光测距传感器，具备激光发射方向、横向90度旋转、纵向90度旋转三自由度激光测距；利用伺服电机控制云台调整激光头翻盖范围，并在被测工件表面产生扇形激光扫描区域； 所述的可旋调激光测距传感器安装在在伺服电机驱动云台上；当传感器接收到监控仪器终端发出的扫描指令后，伺服电机云台根据具体需求调整位置与姿态，激光测距传感器发射的激光束随之旋转，并将所产生扇形的激光面覆盖激光结构标靶； 所述的无线局域相容通信模块A，采用抗干扰无线通信协议建立与手持便携式无线监控仪器终端之间的数据连接，向监控终端发送被测点高度数据，同时传送监控终端发出的控制指令，完成相应的控制操作；所述的抗干扰无线通信协议优化方法，即根据现场工业干扰信号强度调整数据信号的发射功率强度，适时调整通信频道，并增加重传次数； 所述的伺服电机控制云台是由三个伺服电机、传动拉索、平面台板、固定支架组成的欠自由度Steward机构，可实现激光头在限定工作空间内的三自由度位姿调整； 所述的激光发射装置控制�？椴捎�16位超低功耗嵌入式控制器，与无线局域相容通信�？锳通过串行外围设备接口总线连接，并采用定时器控制伺服电机驱动器。
5.根据权利要求2所述的多目标无线激光标靶，其特征在于，由激光束接收传感器、无线射频接收�？椤⑽尴呔钟蛳嗳萃ㄐ拍？锽与标靶控制�？樽槌桑患す獗臧锌山邮誌路激光束信号、3路无线射频信号与I路无线局域网控制信号，其主要功能为检测扇形激光覆盖区域的相对高度，接收无线射频定位�？榈奈恢眯藕牛⒔喙馗叨仁荽椭潦殖直阈轿尴呒嗫匾瞧髦斩耍凰龅募す馐邮沾衅魑呔认哒蠊獾珩詈掀骷ü哒笄饔氡臧锌刂颇？榱樱坏奔す馐枭ü哒蠊獾珩詈掀骷保ü锹技す獍叩阒行脑诠獾珩詈掀骷械奈恢茫扑愠黾す獾憔嗬氲撞堪沧懊娴母叨龋⑼ü尴呔钟蛳嗳萃ㄐ拍？锽发送高度数据到手持便携式无线监控仪器终端；所述的无线射频接收模块，通过串行外围设备接口与标靶控制模块连接，实时接收周围的定位�？榉⒊龅奈尴叨ㄎ恍藕牛⒔藕旁幢嗪藕托藕徘慷缺嗪沤泄亓恚笸ü尴呔钟蛳嗳萃ㄐ拍？锽上传到手持便携式无线监控仪器终端；所述的标靶控制�？椴捎�16位超低功耗嵌入式控制器，内部集成8通道12位模/数转换器，通过向线阵驱动器输出行同步脉冲和像元同步脉冲来控制线阵光电耦合器件，并对采样数据进行积分计算；计算结果从线阵驱动器的模拟量输出口输送至无线局域相容通信�？锽 ；所述的无线局域相容通信�？锽所使用的通信协议与无线通信�？锳相同，支持TCP/ IP协议栈，通过串行外围设备接口与标靶控制模块连接，且工作在Master模式下。
6.根据权利要求2所述的射频定位发射结点，其特征在于，采用抗强电干扰保护机构， 通过磁力底座安装在工件表面的三个已知坐标位置；开启电源后进入预备状态，并启动系统自检程序，进而通过无线发射器件与全向天线向激光标靶连续发送射频信号；上述过程无需控制终端参与；所述的抗强电干扰保护机构，在无线发射器件表面覆盖金属薄膜外壳，形成静电隔离层，隔离外界的强电干扰。
7.根据权利要求2所述的手持便携式无线监控仪器终端，其特征在于，为具备无线局域网融合能力的个人数据助理，主要通过无线指令发送�？橄蚩尚魑尴呒す夥⑸渥爸糜攵嗄勘晡尴呒す獗臧蟹⑺涂刂浦噶睿瓿杉す馐�、测距、测高、激光方位调整等动作，并对接收到的各个测量点的数据进行基准点设置与高度补偿；在此基础上，通过工件平面形貌计算方法，获得整个被测平面的平整度信息。
8.根据权利要求7所述的平面形貌计算方法，其特征在于，主要包含平整度计算方法与测点位置计算方法；所述的平整度计算方法，其已知条件为无线激光发射装置内激光发射孔与其安装底座面之间的距离为Y1，激光标靶内线阵光电耦合器件的端基准点与其安装底座面之间的距离为y2;测量得到无线激光发射装置与激光标靶之间的距离为L，标靶感应的激光点到标靶基准点的高差为h;由此可知，测量点(标靶固定的被测面位置)相对于参考点(激光发射装置固定的被测面位置)的高度差为H = h+y2_yi(I)测量点的平整度，即被测平面每米的高度差为P = H/L = (h+yfy) /L(2)所述的测点位置计算方法，采用圆周定位算法计算激光标靶的位置信息；已知激光标靶无线射频接收�？榧觳獾降娜鑫尴咝藕抛钋康亩ㄎ荒？榈男藕徘慷龋藕徘慷扔胛恢玫墓叵滴猂SSI = -(A+10XnX lgd)-EAF(3) 式(3)中，A为射频参数，η为信号传播因子，EAF为环境因子，d为标靶与该定位�？橹涞木嗬耄黄渲星叭霾问谌范擞布缏泛吞煜呓峁购缶Ｊ辉诖嘶∩希赏ü愣ㄎ环椒ㄈ范ú獾愕奈恢谩�
全文摘要
一种基于激光超声融合扫描的无线定位平整度检测系统，其主体技术路线为基于超声、激光扫描融合技术，结合多点无线射频定位方法，实现对大平面工件平整度的精确测量；所述的超声、激光扫描融合技术可分为两个环节利用超声扫描方法得到激光扫描所需传输路径范围内的高度数据，并作为激光标靶的预调参考高度；在已知高度安装激光发射装置，预调激光标靶高度，发射激光并计算标靶所在位置的高度数据。所述的多点无线射频定位方法，是在工件表面选择三个已知坐标点安装射频发射结点，通过三点定位方法确定标靶位置的精确坐标；结合标靶位置的高度数据，最终获得所测工件的平面形貌。
文档编号G01B21/30GK102980551SQ20121052761
公开日2013年3月20日 申请日期2012年12月5日 优先权日2012年12月5日
发明者陈尚俭, �？�, 谭大鹏 申请人:杭州鼎热科技有限公司
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