[發明專利]一種量程可變的激光測頭裝置及其曲面測量方法

有效

• 申請號: 201810140112.5
• 申請日: 2018-02-11
• 公開（公告）號: CN108489417B
• 公開（公告）日: 2020-02-18
• 發明（設計）人: 盧科青;王文;吳玉光
• 申請（專利權）人: 杭州電子科技大學
• 主分類號: G01B11/24
• 分類號: G01B11/24
• 代理公司: 杭州君度專利代理事務所(特殊普通合伙) 33240
• 代理人: 黃前澤

本發明公開了一種量程可變的激光測頭裝置及其曲面測量方法。現有解決超量程的復雜曲面測量方法效率低。本發明裝置包括傳感器主板、激光測頭、第一接口、第二接口、第三接口、第四接口、第一棱鏡架、第一直角棱鏡、第二棱鏡架和第二直角棱鏡。本發明通過改變激光測頭外圍的測量光路實現量程的改變，不需要改變激光測頭的內部結構，使單個激光測頭可以實現多種量程；變量程二次測量法在一定程度上解決了激光測頭量程與精度之間的矛盾。

技術領域

本發明屬于物體表面形狀激光非接觸式精密測量技術領域，具體涉及一種量程可變的激光測頭裝置及其曲面測量方法。

背景技術

復雜曲面零件在航空航天裝備、艦船推進裝置、機動車、光學儀器等領域的應用非常廣泛，如航空發動機葉片、艦船螺旋槳、汽車覆蓋件、菲涅爾棱鏡等。作為功能部件，零件上曲面的幾何形狀對其功能實現有很大影響，所以需要對功能型曲面的幾何形狀進行精密檢測。

目前曲面測量方法主要分為接觸式與非接觸式兩類，其中非接觸式測量方法具有快速、無接觸力、測量裝置便捷、靈活性大等優點，是曲面檢測的發展趨勢。三角法激光測頭是一種典型的非接觸式測量傳感器，在零件形狀檢測、曲面數字化測量領域有著廣泛的應用。

用三角法激光測頭測量復雜曲面時遇到的主要問題是傳感器的量程與測量精度存在矛盾。當傳感器的量程較大時，測量精度一般較低，測量結果可能不符合測量精度要求；當傳感器的測量精度較高時，量程一般較小，對具有孔、洞、階躍等特征的復雜曲面進行測量時可能會頻繁地出現超量程現象。為了實現復雜曲面精密測量，需要選擇測量精度高、量程小的激光測頭，為了實現快速測量，需要在測量過程中避免超量程現象。目前主要有以下三種方法解決超量程問題：

(1)量程回歸法。當出現超量程現象時，測量機及時調整豎直軸的高度，使待測曲面重新回到激光測頭的量程范圍內，然后繼續測量。

(2)跟蹤法。在掃描測量過程中，系統實時監控激光測頭的輸出值，當輸出值靠近量程的上限時，系統控制測量機豎直軸向上運動，使被測點向量程的中點靠近；當輸出值靠近量程的下限時，系統控制測量機豎直軸向下運動，使被測點向量程的中點靠近。

(3)多傳感器集成法。先用3D視覺傳感器、線激光掃描儀等快速三維形貌傳感器對待測曲面進行全面掃描，并利用全面掃描獲得數據為激光測頭規劃測量路徑，然后激光測頭按照測量路徑對待測曲面進行精密、快速測量。

上述方法中，方法(1)簡單、易于實現，對整體高度差變化不大的曲面比較有效。但使用該方法時，如果出現超量程現象，系統并不能識別待測曲面超出了量程的上限還是下限，為了避免激光測頭與待測曲面發生碰撞，測量機豎直軸需要先往上運動，如果往上運動不能使待測曲面回到量程范圍內，則再向下運動，使待測曲面回到量程范圍內，往復調整過程將影響測量效率。此外，如果待測曲面的整體高度差變化較大，或曲面上存在較多的高度差超出量程范圍的突變特征，則在測量過程中測量機需要頻繁地進行量程回歸操作，將嚴重影響測量效率。

方法(2)對緩漸變曲面比較有效，但如果待測曲面上存在較多的高度差超出量程范圍的突變特征時，系統還是需要頻繁地進行量程回歸操作。

方法(3)可以較好地解決超量程問題，但需要三維形貌傳感器介入測量過程，從而直接增加測量成本，且多傳感器的集成需要進行標定與數據融合處理，測量過程相對更加繁瑣。此外，三維形貌傳感器獲得是大量散亂點云數據，數據處理對計算機硬件、算法設計要求較高，處理過程比較復雜。

發明內容

本發明的目的在于針對現有技術的不足，提供一種量程可變的激光測頭裝置及其曲面測量方法。