專利名稱：光學(xué)非接觸式三維形狀測量儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種測量儀，尤其涉及一種利用激光技術(shù)對(duì)變截面厚度的物體截面形狀測量的光學(xué)非接觸式三維形狀測量儀。
背景技術(shù)：
以往在變截面厚度截面形狀的物體測量中(比如航空發(fā)動(dòng)機(jī)和燃?xì)廨啓C(jī)的轉(zhuǎn)、靜子葉片等)，通常采用測量其截面的方法有樣板測量法、雙光跟測量法、三座標(biāo)測量法等。
樣板測量法是一種最為經(jīng)典的曲面形狀檢驗(yàn)方法，它是利用設(shè)計(jì)時(shí)的截面參數(shù)制造數(shù)個(gè)截面的一維樣板，通過在相應(yīng)的截面位置觀察其截面樣板與被測截面之間的透光量判斷其形狀差。該方法簡單、直觀，是現(xiàn)今工業(yè)生產(chǎn)中的最常用的接觸式檢驗(yàn)手段。由于其檢驗(yàn)時(shí)需要借助人眼判斷透光量，無法精確給出其型面數(shù)據(jù)。不同的截面形狀需要不同的截面樣板，樣板的需求量很大，成本很高。
雙光跟測量法是利用接觸在被測表面的滾輪，在截面厚度發(fā)生變化時(shí)，滾輪拖動(dòng)一個(gè)探針往復(fù)移動(dòng)，一束投影光線將探針的頭部投影到一個(gè)劃有相應(yīng)截面形狀的屏幕上，當(dāng)探頭的位置落入屏幕所劃的公差帶內(nèi)時(shí)，認(rèn)為被測截面是合格的。該方法檢驗(yàn)精度較高、無需針對(duì)不同物體制作不同的樣板，但是它的調(diào)整比較難、裝置很大，需要避光工作。
三座標(biāo)測量法是一種通用的機(jī)械零件形狀測量方法，它是通過一個(gè)在笛卡兒坐標(biāo)系中移動(dòng)的探針來確定空間點(diǎn)的位置，當(dāng)探針接觸到被測件時(shí)，探針受力后，會(huì)觸發(fā)測量機(jī)記錄當(dāng)前點(diǎn)的三個(gè)坐標(biāo)信息。該方法測量精度高，不受被測件的形狀限制，是工業(yè)測量中廣泛應(yīng)用的測量裝置。正因?yàn)槠涓叩臏y量精度，也使得其對(duì)環(huán)境的要求較高，需要控制環(huán)境的溫度和濕度。同樣由于其測量方法的限制，它的測量時(shí)間比較長、系統(tǒng)成本較高，難以適應(yīng)生產(chǎn)過程產(chǎn)品質(zhì)量檢測。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是針對(duì)上述問題提出來的，其目的是提供一種結(jié)構(gòu)簡單、調(diào)控方便準(zhǔn)確、操作可靠、測量速度快、非接觸、低成本，并且可以達(dá)到相當(dāng)于三座標(biāo)測量法所得數(shù)據(jù)的光學(xué)非接觸式三維形狀測量儀。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明解決技術(shù)問題的技術(shù)方案包括機(jī)架、設(shè)于機(jī)架前部中心處的可在X軸及Y軸方向調(diào)整的二維移動(dòng)臺(tái)及設(shè)于二維移動(dòng)臺(tái)后部的橫梁，其所述的橫梁的兩側(cè)臂上相對(duì)設(shè)有線激光光源部，所述的橫梁上固連兩個(gè)長物距光學(xué)成像部，其光學(xué)軸線與線激光光源部的光學(xué)軸線成對(duì)稱角度并在同一平面。
所述的線激光光源部由帶有調(diào)整位置的聚光鏡的半導(dǎo)體激光器、柱面鏡、擋板和激光器外殼組成，半導(dǎo)體激光器設(shè)于激光器外殼后端通過緊定螺釘固定，柱面鏡與半導(dǎo)體激光器相對(duì)設(shè)于激光器外殼前端與其相適配的凹槽內(nèi)，通過擋板由螺釘固定。
所述的長物距光學(xué)成像部由成像鏡頭、轉(zhuǎn)接筒和CCD攝像機(jī)組成，它們之間通過C型接口連接。
所述的兩個(gè)長物距光學(xué)成像部的光學(xué)軸線與線激光光源部的光學(xué)軸線的對(duì)稱角度為60°～80°之間。
本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有下列優(yōu)點(diǎn)和效果由于采用了線激光技術(shù)、二維移動(dòng)臺(tái)、兩個(gè)相同的長物距光學(xué)成像部和線激光光源部對(duì)稱安裝，實(shí)現(xiàn)了對(duì)厚度差不超過20mm，長寬無需限制的非接觸式截面變厚度物體的形狀的測量。本發(fā)明應(yīng)用范圍廣、測量速度快、非接觸、低成本、高精度，并且可以給出相當(dāng)于三座標(biāo)機(jī)的三個(gè)坐標(biāo)數(shù)據(jù)，具有很高的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。


下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明圖1是本發(fā)明光學(xué)非接觸式三維形狀測量儀的主視結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是本發(fā)明光學(xué)非接觸式三維形狀測量儀的俯視結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3是本發(fā)明的激光光源部的A-A剖視結(jié)構(gòu)示意圖。
其中機(jī)架1，橫梁2，二維移動(dòng)臺(tái)3，Y軸調(diào)整桿4，X軸調(diào)整桿5，側(cè)臂6，線激光光源部7，長物距光學(xué)成像部8，CCD攝像機(jī)9，轉(zhuǎn)接筒10，成像鏡頭11，半導(dǎo)體激光器12，聚光鏡13，柱面鏡14，擋板15，凹槽16，激光器外殼17。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1如圖1、圖2及圖3所示本發(fā)明包括機(jī)架1、設(shè)于機(jī)架1前部中心處，可通過X軸調(diào)整桿5在X軸方向、通過Y軸調(diào)整桿4在Y軸方向調(diào)整的二維移動(dòng)臺(tái)3及設(shè)于二維移動(dòng)臺(tái)3后部的橫梁2，其所述的橫梁2的兩側(cè)臂6上相對(duì)設(shè)有線激光光源部7，兩個(gè)長物距光學(xué)成像部8通過螺栓固定在橫梁2上，其光學(xué)軸線與兩線激光光源部7的光學(xué)軸線成對(duì)稱角度為60°并在同一平面。
所述的線激光光源部7由帶有調(diào)整位置的聚光鏡13的半導(dǎo)體激光器12、柱面鏡14、擋板15和激光器外殼17組成，半導(dǎo)體激光器12設(shè)于激光器外殼17后端通過緊定螺釘固定，柱面鏡14與半導(dǎo)體激光器12相對(duì)設(shè)于激光器外殼17前端與其相適配的凹槽16內(nèi)，通過擋板15由螺釘固定。
所述的長物距光學(xué)成像部8由成像鏡頭11、轉(zhuǎn)接筒10和CCD攝像機(jī)9組成，它們之間通過C型接口連接。
實(shí)施例2如圖1、圖2及圖3所示本發(fā)明包括機(jī)架1、設(shè)于機(jī)架1前部中心處，可通過X軸調(diào)整桿5在X軸方向、通過Y軸調(diào)整桿4在Y軸方向調(diào)整的二維移動(dòng)臺(tái)3及設(shè)于二維移動(dòng)臺(tái)3后部的橫梁2，其所述的橫梁2的兩側(cè)臂6上相對(duì)設(shè)有線激光光源部7，兩個(gè)長物距光學(xué)成像部8通過螺栓固定橫梁2上，其光學(xué)軸線與兩線激光光源部7的光學(xué)軸線成對(duì)稱角度為80°并在同一平面。其余同實(shí)施例1。
實(shí)施例3如圖1、圖2及圖3所示本發(fā)明包括機(jī)架1、設(shè)于機(jī)架1前部中心處，可通過X軸調(diào)整桿5在X軸方向、通過Y軸調(diào)整桿4在Y軸方向調(diào)整的二維移動(dòng)臺(tái)3及設(shè)于二維移動(dòng)臺(tái)3后部的橫梁2，其所述的橫梁2的兩側(cè)臂6上相對(duì)設(shè)有線激光光源部7，兩個(gè)長物距光學(xué)成像部8通過螺栓固定橫梁2上，其光學(xué)軸線與兩線激光光源部7的光學(xué)軸線成對(duì)稱角度為70°并在同一平面。其余同實(shí)施例1。
具體使用時(shí)
將被測物體置于二維移動(dòng)臺(tái)3上，調(diào)整二維移動(dòng)臺(tái)3的Y軸調(diào)整桿5，使被測物體表面與線激光光源部7的光學(xué)軸線方向垂直(長物距光學(xué)成像部8的光學(xué)軸線與線激光光源部7的光學(xué)軸線交點(diǎn)重合)，即可開始測量。從線激光光源部7發(fā)出的光投射到被測物體的表面上，線激光束被物體表面形狀調(diào)制，通過與線激光光源部7的光學(xué)軸線方向成70°角的長物距光學(xué)成像部8可觀察到線激光束受物體表面的形狀調(diào)制產(chǎn)生變形。該變形的線激光束經(jīng)過長物距光學(xué)成像部8成像后，得到該面的型面信息。同理可通過另一組線激光光源部7和長物距光學(xué)成像部8獲得另一面的變形信息。當(dāng)一個(gè)位置完成測量以后，可調(diào)整二維移動(dòng)臺(tái)3的X軸調(diào)整桿5到下一個(gè)測量位置繼續(xù)測量，循環(huán)下去，一直到測量結(jié)束。
最后可通過圖像采集卡對(duì)CCD攝像機(jī)9的模擬視頻信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化處理，可在計(jì)算機(jī)監(jiān)視器上對(duì)被測物進(jìn)行直接觀察，也可以進(jìn)行圖像處理軟件自動(dòng)分析，以得到被測物體單面或者雙面信息。
以采用本發(fā)明對(duì)爆破片壓痕剩余厚度進(jìn)行非接觸式測量的應(yīng)用為例，由于爆破片壓痕厚度方向很窄最寬不超過1mm，其形狀為直角形溝槽，槽長較長(超過40mm)，又因爆破片成型時(shí)，還需進(jìn)行球面拉伸處理，其溝槽會(huì)有較大的變形。因此，采用傳統(tǒng)的測量方法測量槽底的深度或剩余厚度是很困難的。應(yīng)用本發(fā)明只需將爆破片固定于二維移動(dòng)臺(tái)3上，使被測爆破片表面與兩線激光光源部7的光學(xué)軸線方向垂直，從線激光光源部7發(fā)出的光投射到爆破片的溝槽表面上，再將兩個(gè)與線激光光源部7的光學(xué)軸線方向成75°角的長物距光學(xué)成像部8分別對(duì)準(zhǔn)爆破片的兩面溝槽，線激光束被爆破片溝槽表面形狀調(diào)制，通過長物距光學(xué)成像部8可觀察到線激光束受爆破片溝槽表面的形狀調(diào)制產(chǎn)生的變形。該變形的線激光束經(jīng)過長物距光學(xué)成像部8成像后，即可獲得爆破片溝槽的型面信息。當(dāng)一個(gè)位置完成測量以后，可調(diào)整二維移動(dòng)臺(tái)3的X軸調(diào)整桿5到下一個(gè)測量位置繼續(xù)測量，循環(huán)下去，一直到測量結(jié)束。最后通過圖像采集卡對(duì)CCD攝像機(jī)9的模擬視頻信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化處理，可在計(jì)算機(jī)監(jiān)視器上對(duì)爆破片溝槽進(jìn)行直接觀察。
權(quán)利要求
1.一種光學(xué)非接觸式三維形狀測量儀，包括機(jī)架(1)、設(shè)于機(jī)架(1)前部中心處的可在X軸及Y軸方向調(diào)整的二維移動(dòng)臺(tái)(3)及設(shè)于二維移動(dòng)臺(tái)(3)后部的橫梁(2)，其特征在于所述的橫梁(2)的兩側(cè)臂(6)上相對(duì)設(shè)有線激光光源部(7)，所述的橫梁(2)上固連兩個(gè)長物距光學(xué)成像部(8)，其光學(xué)軸線與線激光光源部(7)的光學(xué)軸線成對(duì)稱角度并在同一平面。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)非接觸式三維形狀測量儀，其特征在于所述的線激光光源部(7)由帶有調(diào)整位置的聚光鏡(13)的半導(dǎo)體激光器(12)、柱面鏡(14)、擋板(15)和激光器外殼(17)組成，半導(dǎo)體激光器(12)設(shè)于激光器外殼(17)后端通過緊定螺釘固定，柱面鏡(14)與半導(dǎo)體激光器(12)相對(duì)設(shè)于激光器外殼(17)前端與其相適配的凹槽(16)內(nèi)，通過擋板(15)由螺釘固定。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)非接觸式三維形狀測量儀，其特征在于所述的長物距光學(xué)成像部(8)由成像鏡頭(11)、轉(zhuǎn)接筒(10)和CCD攝像機(jī)(9)組成，它們之間通過C型接口連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)非接觸式三維形狀測量儀，其特征在于所述的兩個(gè)長物距光學(xué)成像部(8)的光學(xué)軸線與線激光光源部(7)的光學(xué)軸線的對(duì)稱角度為60°～80°之間。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種測量儀，尤其涉及一種利用激光技術(shù)對(duì)變截面厚度的物體截面形狀測量的光學(xué)非接觸式三維形狀測量儀。包括機(jī)架、設(shè)于機(jī)架前部中心處的可在X軸及Y軸方向調(diào)整的二維移動(dòng)臺(tái)及設(shè)于二維移動(dòng)臺(tái)后部的橫梁，其所述的橫梁的兩側(cè)臂上相對(duì)設(shè)有線激光光源部，所述的橫梁上固連兩個(gè)長物距光學(xué)成像部，其光學(xué)軸線與線激光光源部的光學(xué)軸線成對(duì)稱角度并在同一平面。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了對(duì)厚度差不超過20mm，長寬無需限制的非接觸式截面變厚度物體的形狀的測量，應(yīng)用范圍廣、測量速度快、非接觸、低成本、高精度，并且可以給出相當(dāng)于三座標(biāo)機(jī)的三個(gè)坐標(biāo)數(shù)據(jù)，具有很高的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
文檔編號(hào)G01B11/24GK101086442SQ200610046838
公開日2007年12月12日 申請(qǐng)日期2006年6月8日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月8日
發(fā)明者邱大明, 劉德佳, 田雅杰 申請(qǐng)人:邱大明, 劉德佳, 田雅杰