[發(fā)明專(zhuān)利]一種可變量程的激光三角法位移測(cè)量裝置與方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610962883.3
• 申請(qǐng)日: 2016-11-04
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN106441112B
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-08-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳建華;盧科青;王文;吳玉光
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 杭州電子科技大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G01B11/02
• 分類(lèi)號(hào): G01B11/02
• 代理公司: 杭州君度專(zhuān)利代理事務(wù)所(特殊普通合伙)33240
• 代理人: 杜軍

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于基于光學(xué)的位移測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種基于激光三角法的位移測(cè)量裝置與方法，尤其涉及一種可變量程的激光三角法位移測(cè)量裝置與方法。

背景技術(shù)

激光位移傳感器是一種基于光學(xué)理論的非接觸式位移測(cè)量系統(tǒng)，按測(cè)量原理分為三角法激光位移傳感器和回波分析式激光位移傳感器。其中三角法激光位移傳感器一般適用于短距離測(cè)量，而回波分析式激光位移傳感器應(yīng)用于遠(yuǎn)距離測(cè)量。三角法激光位移傳感器主要由光源(激光束)、準(zhǔn)直透鏡、聚焦透鏡和感光位置敏感元件(如PSD、CCD、CMOS)組成。與接觸式位移傳感器相比，三角法激光位移傳感器具有響應(yīng)速度快，測(cè)量精度較高，成本相對(duì)低廉等優(yōu)點(diǎn)。

三角法激光位移傳感器制造完成后，其測(cè)量范圍和測(cè)量精度都已確定，開(kāi)展測(cè)量工作時(shí)測(cè)量范圍與測(cè)量精度將作為固定的參數(shù)使用。由于測(cè)量原理的限制，三角法激光位移傳感器的測(cè)量精度隨著量程的增大而降低，所以對(duì)于不同的測(cè)量任務(wù)需要選擇合適的激光位移傳感器，以同時(shí)滿足測(cè)量精度與測(cè)量范圍的要求。

目前的三角法激光位移傳感器的主要不足是量程與精度之間的矛盾。當(dāng)被測(cè)對(duì)象的形貌復(fù)雜且測(cè)量精度要求較高時(shí)，若選用大量程的傳感器，則測(cè)量精度可能不滿足要求；若選用高精度的傳感器，則傳感器的量程很小，測(cè)量過(guò)程中測(cè)量對(duì)象很容易偏離傳感器的測(cè)量范圍，從而中斷測(cè)量過(guò)程。

用三角法激光位移傳感器進(jìn)行測(cè)量時(shí)，為了防止因量程偏離而導(dǎo)致的測(cè)量中斷，目前一般使用二次測(cè)量法：先用大量程、低精度的傳感器對(duì)測(cè)量對(duì)象進(jìn)行一次掃描；然后以一次測(cè)量獲得的數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，規(guī)劃測(cè)量路徑，引導(dǎo)小量程、高精度的傳感器進(jìn)行二次測(cè)量，以二次測(cè)量數(shù)據(jù)作為最后的測(cè)量結(jié)果。

二次測(cè)量法在一定程度上解決了使用三角法激光位移傳感器時(shí)量程與精度之間的矛盾，但二次測(cè)量至少需要兩個(gè)傳感器，測(cè)量成本較高。此外，二次測(cè)量需要切換傳感器，切換后需要對(duì)傳感器的位姿、坐標(biāo)系進(jìn)行標(biāo)定，增加了額外的測(cè)量時(shí)間。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種可變量程的激光三角法位移測(cè)量裝置與測(cè)量方法。該測(cè)量裝置集成了兩組位移測(cè)量模塊，其中一組用于實(shí)際尺寸測(cè)量，量程較小，為實(shí)際測(cè)量模塊；另一組用于輔助略測(cè)量，量程較大，為輔助測(cè)量模塊。通過(guò)改變光敏傳感器的位置，改變輔助測(cè)量系統(tǒng)的量程，以適應(yīng)實(shí)際測(cè)量對(duì)不同量程的需求。執(zhí)行測(cè)量任務(wù)時(shí)，當(dāng)被測(cè)對(duì)象偏離了實(shí)際測(cè)量模塊的測(cè)量范圍時(shí)，由協(xié)助測(cè)量的輔助測(cè)量模塊給出測(cè)量對(duì)象的位置，然后引導(dǎo)測(cè)量平臺(tái)運(yùn)動(dòng)，使被測(cè)對(duì)象重新回到實(shí)際測(cè)量模塊的量程內(nèi)，繼續(xù)進(jìn)行下一步測(cè)量，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)雜零件快速、高精度的非接觸式測(cè)量。

本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是：

本發(fā)明一種可變量程的激光三角法位移測(cè)量裝置，包括準(zhǔn)直激光發(fā)射器、底座、輔助測(cè)量模塊與實(shí)際測(cè)量模塊；所述的輔助測(cè)量模塊包括輔助測(cè)量聚焦透鏡和輔助測(cè)量位置敏感元件；所述的實(shí)際測(cè)量模塊包括實(shí)際測(cè)量位置敏感元件和實(shí)際測(cè)量聚焦透鏡；所述的準(zhǔn)直激光發(fā)射器固定在準(zhǔn)直激光發(fā)射器安裝座上，準(zhǔn)直激光發(fā)射器安裝座固定在底座上；輔助測(cè)量位置敏感元件安插在輔助測(cè)量模塊安裝座上，實(shí)際測(cè)量位置敏感元件安插在實(shí)際測(cè)量位置敏元件安裝座上；實(shí)際測(cè)量位置敏元件安裝座固定在底座上；輔助測(cè)量模塊安裝座底部與導(dǎo)軌構(gòu)成滾動(dòng)摩擦副；所述的導(dǎo)軌固定在底座上；所述的輔助測(cè)量聚焦透鏡安裝在輔助測(cè)量模塊安裝座上，實(shí)際測(cè)量聚焦透鏡安裝在實(shí)際測(cè)量聚焦透鏡安裝座上；實(shí)際測(cè)量聚焦透鏡安裝座固定在底座上；實(shí)際測(cè)量位置敏感元件的垂直中心軸線、輔助測(cè)量位置敏感元件的垂直中心軸線、準(zhǔn)直激光發(fā)射器的激光束、實(shí)際測(cè)量聚焦透鏡的成像光軸以及輔助測(cè)量聚焦透鏡的成像光軸均在平行于底座的同一平面上；實(shí)際測(cè)量位置敏感元件的垂直中心軸線與實(shí)際測(cè)量聚焦透鏡的成像光軸平行設(shè)置，輔助測(cè)量位置敏感元件的垂直中心軸線與輔助測(cè)量聚焦透鏡的成像光軸平行設(shè)置；實(shí)際測(cè)量聚焦透鏡和輔助測(cè)量聚焦透鏡的成像光軸均與準(zhǔn)直激光發(fā)射器的激光束成一夾角。

所述的輔助測(cè)量模塊安裝座底部開(kāi)設(shè)的滾珠槽通過(guò)彈簧連接滾珠，滾珠與導(dǎo)軌的V型槽構(gòu)成滾動(dòng)副；彈簧設(shè)有預(yù)壓力；V型槽底部開(kāi)設(shè)等距排布的若干弧形槽。

所述的底座設(shè)有與三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)連接的圓柱插銷(xiāo)。

本發(fā)明可變量程的激光三角法位移測(cè)量裝置的位移測(cè)量方法，具體如下：

步驟一、將底座的圓柱插銷(xiāo)插入三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)Z軸上，擰緊夾緊螺栓，完成在三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)上的安裝。

步驟二、將被測(cè)物放在三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)平臺(tái)的測(cè)量區(qū)內(nèi)，根據(jù)被測(cè)物形狀尺寸，調(diào)整輔助測(cè)量位置敏感元件的量程，即沿著導(dǎo)軌移動(dòng)輔助測(cè)量模塊安裝座，并保證滾珠置于弧形槽中完成定位。