陈家兴， 陶　卫， 杨红伟， 曾新贵， 张正琦， 赵　辉

(上海交通大学 电子信息与电气工程学院，上海 200240)



设计与制造

激光三角位移传感器定位算法优化设计*

陈家兴， 陶卫， 杨红伟， 曾新贵， 张正琦， 赵辉

(上海交通大学 电子信息与电气工程学院，上海 200240)

采用激光三角测距原理设计并制作了高集成度的激光三角位移传感器测头LDSP—100。第一版机型的软件算法基于曲线拟合中的多项式拟合和高斯拟合，进行光斑定位。由于一体化设计对光斑定位稳定性要求极高，单纯的拟合算法定位无法满足。经进一步优化设计，实现了基于平方加权灰度质心的分段平均算法。实验、对比和分析表明：优化后的基于平方加权灰度质心的分段平均算法，重复性误差达到±0.003 7 mm(100 mm量程)，即±0.003 7 %F.S.，高于基于灰度质心的分段平均算法60.4 %；高于高斯拟合算法22.9 %。

激光三角测量； 重复性精度； 高斯拟合法； 灰度质心； 平方加权灰度质心； 分段平均

0　引　言

在激光三角位移传感器的发展过程中，高集成度的一体化测头越发受到青睐。在传感器集成度逐步提高的过程中，光学、机械、电子等硬件规模的缩小，会引入影响传感器性能的不稳定因素。经过调测，在硬件系统相对成熟的前提下，优化软件算法，成为大幅度提高传感器精度和稳定性的首要任务。

在一体化的激光三角测距原理设计中，激光光斑成像波形畸变增大，传统的高斯拟合和灰度质心算法均无法满足定位的重复性要求。基于平方加权灰度质心的分段平均算法，对消除随机误差，滤除波形波动均有较好效果，达到了目前最好的重复性精度。……