[發(fā)明專利]一種集成共焦法與三角法的探路式測(cè)頭裝置及其測(cè)量方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110558824.0
• 申請(qǐng)日: 2021-05-21
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113405462B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-05-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 盧科青;秦鑫晨;王文;王傳勇;陳占鋒;居冰峰
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 杭州電子科技大學(xué)
• 主分類號(hào): G01B11/02
• 分類號(hào): G01B11/02;G01B11/03
• 代理公司: 杭州君度專利代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 33240
• 代理人: 陳煒

本發(fā)明公開(kāi)了一種集成共焦法與三角法的探路式測(cè)頭裝置及其測(cè)量方法。該側(cè)頭裝置包括測(cè)頭座、共焦法位移傳感器探頭、三角法激光位移傳感器和移位式傳感器安裝組件。所述的共焦法位移傳感器探頭安裝在測(cè)頭座的底部，且檢測(cè)頭朝下設(shè)置。三角法激光位移傳感器與測(cè)頭座通過(guò)移位式傳感器安裝組件連接。移位式傳感器安裝組件能夠帶動(dòng)三角法激光位移傳感器進(jìn)行升降，以及帶動(dòng)三角法激光位移傳感器的位置在共焦法位移傳感器探頭的兩側(cè)切換。本發(fā)明通過(guò)三角法激光位移傳感器進(jìn)行路徑檢測(cè)，在三角法激光位移傳感器的量程范圍內(nèi)達(dá)到共焦法位移傳感器的測(cè)量精度，能夠滿足大量程、高精度的非接觸式測(cè)量場(chǎng)合。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及復(fù)雜物體表面形狀的光學(xué)測(cè)量領(lǐng)域，特別涉及一種集成共焦法與三角法的探路式測(cè)頭裝置及其測(cè)量方法。

背景技術(shù)

在汽車制造、航空航天、逆向工程、集成電路板印刷或焊接等領(lǐng)域中，為了滿足外形尺寸以及安裝位置等要求，往往需要對(duì)工件的表面進(jìn)行高精度測(cè)量，以實(shí)現(xiàn)預(yù)定功能。

目前的測(cè)量方式主要分為接觸式與非接觸式兩種，接觸式測(cè)量精度高，但測(cè)量時(shí)測(cè)頭需要與被測(cè)物表面直接接觸，所以無(wú)法對(duì)一些表面不允許接觸或質(zhì)地較軟的產(chǎn)品進(jìn)行測(cè)量。非接觸式測(cè)量不存在接觸力，且測(cè)量精度在不斷提升，因此在很多測(cè)量場(chǎng)合，非接觸式測(cè)量正在逐步取代接觸式測(cè)量。

非接觸式測(cè)量主要包括電磁波測(cè)量、超聲波測(cè)量和光學(xué)測(cè)量等。其中電磁波測(cè)量?jī)H局限于對(duì)金屬材料的測(cè)量，超聲波測(cè)量的發(fā)散角較大、方向性差。相比之下，光學(xué)測(cè)量具有頻率響應(yīng)快、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、對(duì)被測(cè)物材質(zhì)無(wú)特殊要求等優(yōu)點(diǎn)，在非接觸式形狀測(cè)量領(lǐng)域應(yīng)用最為廣泛。

目前常用的光學(xué)式形狀測(cè)量方法包括激光三角法、結(jié)構(gòu)光法、飛行時(shí)間法、共焦法等。其中，激光三角法在量程較小時(shí)測(cè)量精度較高，在量程較大時(shí)則測(cè)量精度大幅度下降；其測(cè)量原理是：激光器發(fā)射激光，入射到被測(cè)物表面，在被測(cè)物體表面產(chǎn)生漫反射光；然后通過(guò)聚焦透鏡匯聚一部分漫反射光，匯聚后的漫反射光在位置敏感元件上形成光斑；最后通過(guò)測(cè)量光斑的位移量即可間接得到實(shí)際的位移測(cè)量值。共焦法的量程往往比較小，但是其測(cè)量精度比較高，一般應(yīng)用于高精度測(cè)量場(chǎng)合。共焦法的測(cè)量原理是：由測(cè)量光源發(fā)出一束白光，并通過(guò)色散鏡頭發(fā)生光譜色散，形成不同波長(zhǎng)的單色光，每一種單色光波長(zhǎng)的焦點(diǎn)都對(duì)應(yīng)一個(gè)距離值，當(dāng)色散光照射到被測(cè)物表面并被反射回來(lái)時(shí)，只有滿足共焦條件的光才能通過(guò)小孔并被光譜儀檢測(cè)到，通過(guò)計(jì)算檢測(cè)到的焦點(diǎn)光的波長(zhǎng)即可間接得到測(cè)量的距離值。

現(xiàn)有的非接觸式位移測(cè)量傳感器，往往在量程與精度方面只能取其中之一。然而，在實(shí)際位移檢測(cè)場(chǎng)合中，經(jīng)常會(huì)遇到一些不僅對(duì)測(cè)量精度要求較高，并且對(duì)量程要求也較大的場(chǎng)合，此時(shí)用現(xiàn)有的傳感器往往不能滿足要求。

針對(duì)此類問(wèn)題，通常采用的方法是對(duì)被測(cè)物分別進(jìn)行測(cè)量?jī)纱危词紫扔么罅砍虃鞲衅鬟M(jìn)行粗測(cè)量，然后利用粗測(cè)量獲得的數(shù)據(jù)對(duì)高精度傳感器進(jìn)行精確測(cè)量進(jìn)行測(cè)量路徑規(guī)劃，從而保證高精度傳感器在測(cè)量過(guò)程中始終工作在量程范圍內(nèi)。但是，該方法應(yīng)用于生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)時(shí)將增加時(shí)間成本及設(shè)備成本，并且在兩次安裝傳感器的過(guò)程中，還會(huì)引入傳感器的安裝誤差，會(huì)影響最終的測(cè)量精度。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種集成共焦法與三角法的探路式測(cè)頭裝置及其測(cè)量方法。

本發(fā)明一種集成共焦法與三角法的探路式測(cè)頭裝置，包括測(cè)頭座、共焦法位移傳感器探頭、三角法激光位移傳感器和移位式傳感器安裝組件。所述的共焦法位移傳感器探頭安裝在測(cè)頭座的底部，且檢測(cè)頭朝下設(shè)置。三角法激光位移傳感器與測(cè)頭座通過(guò)移位式傳感器安裝組件連接。移位式傳感器安裝組件能夠帶動(dòng)三角法激光位移傳感器進(jìn)行升降，以及帶動(dòng)三角法激光位移傳感器的位置在共焦法位移傳感器探頭的兩側(cè)切換。