[發明專利]一種旋轉激光束呈錐面掃描的測量裝置

無效

• 申請號: 201110236707.9
• 申請日: 2011-08-18
• 公開（公告）號: CN102419159A
• 公開（公告）日: 2012-04-18
• 發明（設計）人: 李明;梁爽;趙幸福;楊恢;田應仲;李偉;劉廣臣;林峰;孫璇;林政;朱海良
• 申請（專利權）人: 上海大學
• 主分類號: G01B11/24
• 分類號: G01B11/24
• 代理公司: 上海上大專利事務所(普通合伙) 31205
• 代理人: 何文欣

技術領域

????本發明屬于工業測量領域，是一種應用在工件的型面測量上的測量裝置，特別是一種旋轉激光束呈錐面掃描的測量裝置。

背景技術

工業上對工件型面的測量常采用三坐標測量方式，測量機的探頭在軸上的安裝布置方式有兩種，一種是固定式，沿著軸的方向或垂直于軸的方向，前者主要用于測量底部特征，后者可以測量周邊特征。這種布置方法使整個測量裝置結構簡單，只有三個自由度，易于操作和精度控制，但是采用這種方式對工件型面進行測量過程中，必須采用多個探頭才能完成對底部和周邊特征的測量。

探頭的另一種布置方式是回轉式，如雷尼紹(Renishaw)探頭，探頭本身具有兩個自由度，在由旋轉軸軸帶動旋轉的同時可繞軸上一固定點上下轉動，因此探頭的測量范圍廣，只用一個探針就可以進行周邊特征和底部特征的測量，但是探頭結構復雜，對角度傳感器的精度要求高。且當三坐標測量機采用這種回轉式探頭時，整個測量裝置具有五個自由度，若待測工件的內部型面并不復雜且不需要對頂部特征進行測量時，這種測量方式具有冗余自由度。

發明內容

針對現有技術中的缺陷，本發明的目的是提供一種旋轉激光束呈錐面掃描的測量裝置，對工件并不復雜的內部型面（周邊特征和底部特征）進行測量時，在能達到測量目的、保證測量精度的前提下盡可能減少測量裝置自由度，設計出一種結構簡單、成本低、操作方便且精度較高的新型測量裝置。

本發明的基本構思是：

激光測距具有較高的精度和穩定性，由于是非接觸式測量，三坐標測量機如果采用激光測距方式則可以減少測量裝置的行程。采用激光進行距離測量時，通常傳感器的布局方法為沿著固定軸或是垂直于旋轉軸放置，這兩種布局方法測量原理簡單，但前者為線型測量，后者為平面型測量。在軸垂直于工件型面放置時，不附加額外自由度的前提下前者只能測量底部特征，后者能測量周邊特征。如果要求同時進行周邊特征和底部特征測量，二者必須附加額外的自由度,這一方面增加了機械結構的復雜性，降低了測量裝置的可靠性，另一方面也提高了測量裝置的精度控制難度。而如果傳感器與旋轉軸呈一定夾角放置，當軸旋轉時，傳感器射出的激光束呈錐面地進行旋轉掃描測量，此時，旋轉軸上下移動時，傳感器可對周邊特征和底邊特征同時進行測量，有效避免了附加自由度對機械的結構復雜性、測量可靠性和精度控制難度的影響。

為了達到上述目的，基于以上發明構思，本發明采用下述技術方案：

一種旋轉激光束呈錐面掃描的測量裝置，包括伺服電機，上下傳動軸，旋轉伺服電機，連接件和激光位移傳感器；所述伺服電機通過所述上下傳動軸驅動所述旋轉伺服電機上下移動，所述激光位移傳感器通過所述連接件與所述旋轉伺服電機連接，所述旋轉伺服電機通過所述連接件驅動所述激光位移傳感器旋轉，并帶動所述激光位移傳感器上下移動，調整所述激光位移傳感器在連接件上的工位，使所述激光位移傳感器的激光發射方向與所述旋轉伺服電機的旋轉軸呈一定夾角，當所述旋轉伺服電機帶動所述激光位移傳感器旋轉時，所述激光位移傳感器發射出的激光呈錐面地對待測工件進行掃描測量。

在實際的測量中，如果工件內部型面超出傳感器量程，則可為上述測量裝置加上兩個空間自由度，增加前后傳動軸和左右傳動軸，前后傳動軸和左右傳動軸相互垂直，且前后傳動軸和左右傳動軸所在平面垂直于所述上下傳動軸；所述前后傳動軸和左右傳動軸上均有伺服電機，帶動測量裝置在前后左右方向上移動。由于擴大了測量范圍，該測量裝置對工件的內外表面均可進行測量。

在實際測量之前，必須對整個測量裝置的參數進行標定，以消除測量裝置各部件的安裝精度對測量精度的影響。

本發明與現有技術相比較，具有如下顯而易見的突出實質性特點：

1.?本發明提出一種測量光束呈錐面掃描的測量裝置，采用合適的布局使激光位移傳感器能夠對周邊特征和底部特征同時進行測量而無需額外附加自由度。當待測工件的內部型面并不復雜且在傳感器的量程范圍內，整個測量裝置只需要兩個自由度（沿上下傳動軸上下平移和旋轉）就可以進行測量。

2.所述測量裝置再加上兩個空間自由度后形成空間三維掃描測量裝置，可以測量超出傳感器量程的工件表面，與傳統三坐標測量機相比，至少少了一個自由度，且結構簡單，成本低，操作簡便，測量精度可靠。

3.?這種測量裝置具有良好的通用性，不僅可以用在工件的內表面測量，還可以用在工件的外表面測量上。

附圖說明

圖1是本發明旋轉激光束呈錐面掃描的測量裝置結構示意圖。

圖2是本發明增加兩個自由度的測量裝置結構示意圖。

具體實施方式