上海兰宝传感科技股份有限公司
创新产品一等奖
研究现状
激光测量传感器基于三角测量原理，检测原理较成熟。需要激光发射器和线阵 CMOS 探测器实现高精度测量。像结构光测距、激光线扫描等也都可以归纳为三角法测量原理。
但是激光测量传感器在远距离探测时精度较差，抗环境光能力较差，检测稳定性差，温漂较大且检测频率多在2k以内。目前高性能激光类测量传感器多依赖于国外进口，国产化程度低，规格不完整。国外此类产品价格高昂，抑制了智能化系统中对传感器的使用需求。高精度激光测量传感器的国产化将打破这一僵局，提供更高性价比的传感器，激光测量传感器国内每年有超过10亿元的市场用量，是高端制造的核心部件，实现国产自主研发和生产意义重大。
创新理念
硬件：
1.采用最新研制的高灵敏度线阵CMOS器件，检测精度比以往的高出1倍，高速快门响应，消除瞬间检测不到或响应延时的现象。
2.恒功率激光驱动模组，出射光功率不受温度影响，光斑稳定，检测结果可靠。
3.抗环境干扰设计。优化结构、电路参数，在恶劣电磁、光照、温度环境下也能稳定检测。
4.配备多种通讯协议，通过上位机或组合按键快速设置，方便多个传感器配置不同的地址，方便地完成组合使用。
光机：
1.低畸变成像物镜设计,有效抑制因此产生的测量误差，实现超高线性精度。
2.宽光斑发射单元，即使在粗糙物体上也能实现稳定的测量，提高测量的稳定性和可重复性。
3.计算机辅助系统性能分析预测、关键尺寸误差分析系统，能够快速评估检测方案的可行性，提升产品的一致性。
4.高刚性机壳结构，确保其高冲击耐受性，保证测量精度，对油、酸和碱性清洗剂有很强的耐抗性。
5.低热膨胀系数，保证产品的低温漂。
算法：
1.对受光波形进行双重补偿，实现高精度稳定测量，包括：
a.快门时间自适应调整
b.激光管功率自适应调整
实现动态调整范围达到5万倍，精准修正感光量。
2.智能抗环境光算法，有效减小环境光对产品精度的影响，抗环境光强度可达到30,000Lux。
3.数字亚像素处理，达到亚像素的测量精度。
4.智能数据输出滤波算法，输出数据稳定可靠，并提供多种滤波等级，用户可根据需求自行设定滤波等级。
5.兼容不同色卡的全自动标定算法，由上位机、下位机和标定平台联合完成。下位机可自动识别板卡颜色，并选择合适的标定数据。
6.高反光及多层反射面抑制技术。
多重反射会产生两个或更多的峰值，此时多重反射消除技术会采用预定的策略，选择一个与“ 正确波形” 最为相似的波形。
通过产品性能的全方位优化，从而实现激光测量传感器在高精度机器人、高精度机械加工、船舶海洋等高要求领域的示范应用及推广，贯彻传感器“一条龙”应用计划，建设数字化产线，提高产能和品质，摆脱高端激光测量传感器主要依赖进口的局面，同时在国内选择激光器，光学镜头，精密机构件，感光芯片和关键芯片的供应商，带动上游多个产业共同发展。
创新描述
硬件：
器件上选用最新的CMOS器件，保证检测精度比以往的高出1倍，高速快门响应，消除瞬间检测不到或响应延时的现象。设计出射光功率控制电路，同时加入功率反馈设计，保证功率不受温度影响，光斑稳定，检测结果可靠。研究并设计高速抗干扰电路，在恶劣电磁、光照、温度环境下也能稳定检测。设计组合按键快速设置，方便多个传感器配置不同的地址，方便地完成组合使用。
光机：
设计Ernostar低畸变成像物镜，平衡近端、远端的成像差异，提高全量程成像质量，大幅度减小由像差导致的光斑市政，有效抑制因此产生的测量误差，实现超高线性精度。
采用玻璃柱面透镜，使光斑在检测方向上均匀展宽，有效抑制由待测面粗糙不平引入的随机误差，即使在粗糙物体上也能实现稳定的测量，提高测量的稳定性和可重复性。
设计一套快速试算程序，能够快速评估检测方案的可行性，同时能够辅助进行产品的误差分析，提升产品的一致性。
将光学系统设计为刚性单元，确保其高冲击耐受性，保证测量精度；金属外壳，即使过度紧固，或与工具撞击也没有问题。对油、酸和碱性清洗剂有很强的耐抗性。采用热膨胀系数低的材料作为内部的关键光学结构，保证产品的低温漂。
算法：
1.对受光波形进行双重补偿，实现高精度稳定测量：
包括：
a.快门时间自适应调整
b.激光管功率自适应调整
传感器实时监测受光量比对灵敏度进行动态调整，动态范围达到5万倍，精准修正受光量。不论目标物距离远近，颜色、材质不同， 通过双重补偿，均能使接收信号强度处于理想状态。大幅提高了检测范围，抑制了工件因材质、颜色不同带来的精度影响。
2.智能抗环境光算法，有效减小环境光对产品精度的影响：
每次数据处理前，进行一次预发射，使激光管不发光时CMOS曝光，此过程用于采集环境光及噪声。数据处理时进行差分处理，即可达到抗环境光、抗噪效果。
难点：增加了一次发射和差分处理过程，使整个周期耗时增大。
3.数字亚像素处理，达到亚像素的测量精度。
如下公式所示，采用平方去阈值灰度质心算法，实现分辨率0.001的亚像素质心定位功能。
4.智能数据输出滤波算法：
输出数据稳定可靠，并提供多种滤波等级，用户可根据需求自行设定滤波等级。通过设置滤波等级，提高产品稳定检测能力。
5.兼容不同色卡的全自动标定算法：
由上位机、下位机和标定平台共同协作完成，实现量程范围内精细标定。标定数据包含多种板卡情况。可实现手动设置板卡颜色和自动识别板卡颜色的功能，并选择合适的标定数据，进一步提高产品准确度。
具体设计思路如下图所示：
6.高反光及多层反射面抑制技术。
多重反射会产生两个或更多的峰值，此时多重反射消除技术会把这些波形与最新的接收光波形进行比较，然后根据预定的策略决定一个与“ 正确波形” 最为相似的波形。
高性能激光测量传感器受目标物颜色影响大、温漂严重、精度差等技术难题一直以来都没有很好地解决，原因来自于：元器件性能、PCB布局、材料特性、软件算法等各个方面。
硬件上：高速采样电路的信号完整性、激光器功率的稳定性、CMOS稳定工作的外围电路配置将作为重点，结构和光学上：成像像差的控制、激光光斑的优化和器件的热膨胀系数对成像质量的影响是不可回避的技术点，软件算法上:不同颜色的检测稳定性和准确性、复杂工况下系统的鲁棒性也都将是可能存在的技术难点，对于将要面临的问题我们有十足的信心、科学的方法和专业的团队去优化、解决。
任务名称
1、项目评审阶段 2019年2月12日
（1）技术可行性分析 2019年2月12日
（2）项目可行性评估 2019年3月8日
2、启动阶段 2019年3月8日
（1）组建项目组 2019年3月11日
（2）项目输入文件审批 2019年3月15日
（3）项目启动会议 2019年3月22日
3、设计开发阶段 2019年4月7日
（1）光学设计 2019年6月12日
（2）软件设计 2019年5月14日
（3）工艺设计 2019年5月7日
（4）硬件设计 2019年5月21日
（5）整机自测 2019年5月14日
4.样机阶段 2019年6月23日
5.小批阶段 2019年8月29日
6 量产导入阶段 2019年12月19日
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