振镜扫描式激光测量三维坐标的装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种振镜扫描式激光测量三维坐标的装置，属一种三维坐标测量装置，该装置包括激光距离传感器，激光距离传感器的另一端安装有Y振镜，Y振镜与激光距离传感器在同一条平行于水平线的直线上，Y振镜的另一端还安装有X振镜，X振镜与Y振镜在同一条平行于水平线的直线上；Y振镜的转轴平行于三维坐标系中的Z轴，X振镜的转轴平行于三维坐标系中的Y轴，三维坐标系中的X轴与Y轴形成的平台上安装有测量平台；通过采用X振镜与Y振镜与激光距离传感器相配合，通过三角函数计算获得多个测量点的三维坐标，克服了单点测量、照相“视觉”测量等坐标测量的局限性，可在秒级时间内侦测代表点的高度坐标。

【技术实现步骤摘要】
振镜扫描式激光测量三维坐标的装置及方法
本专利技术涉及一种三维坐标测量装置，更具体的说，本专利技术主要涉及一种振镜扫描式激光测量三维坐标的装置。
技术介绍
随着工业4.0的到来，制造业智能化和物联网化，制造流水线上需要更多点的坐标测量数据做分析和判断。如手机制造行业中，手机壳的平整度，对应玻璃屏安装的面有平面度要求，业界所使用的方法大多是采用将手机壳放在大理石平台上用塞规沿四周塞入测试的方法，以往单点测量方法不适合产业批量、快速、精确、简捷的测量要求。再如，PCB上安装元器件后，通过测量器件的高度可获知元器件的贴装平整度，可提前发现和筛选出缺件、浮高、歪斜的不良安装现象，业界普遍使用AOI测试，但对焦平面法线方向高度的判断是困难的，即使使用多只相机所谓“3D”照相，实际上改变不了焦平面和景深的局限性，因而有必要针对前述缺陷对物体的三维测量方法进行研究和改进。
技术实现思路
本专利技术的目的之一在于针对上述不足，提供一种振镜扫描式激光测量三维坐标的装置，以期望解决现有技术中同类测量方法对焦平面法线方向高度的判断困难，无法克服焦平面和景深的局限性等技术问题。为解决上述的技术问题，本专利技术采用以下技术方案：本专利技术一方面提供了一种振镜扫描式激光测量三维坐标的装置，所述装置包括激光距离传感器，所述激光距离传感器的另一端安装有Y振镜，所述Y振镜与激光距离传感器在同一条平行于水平线的直线上，所述Y振镜的另一端还安装有X振镜，所述X振镜与Y振镜在同一条平行于水平线的直线上；所述Y振镜的转轴平行于三维坐标系中的Z轴，所述X振镜的转轴平行于三维坐标系中的Y轴，所述三维坐标系中的X轴与Y轴形成的平台上安装有测量平台；用于：在初始状态Y振镜的法线与X轴和Y轴均呈45°角，Y振镜将激光距离传感器的发射光束反射成沿三维坐标系中的X轴正方向，由X振镜将X轴正方向的测试光束反射成沿Z轴负方向；设X振镜的轴心距测量平台的距离为L20，设此时光束与测量平台的交点为坐标原点O(0，0，0)，设测量平台上固定放置的物体上表面有一待测点P坐标为(X，Y，Z)，通过X振镜与Y振镜的转轴，使X振镜与Y振镜分别偏转θx/2、θy/2角度时光束的光斑落在P点，且0°≤θx/2<90°,0°≤θy/2<90°，当前激光距离传感器的读数L即为P沿光路到激光测量仪的距离，读数值(θx、θy、L)与P坐标值(X，Y，Z)满足下列函数关系式(1)、(2)、(3)，或(4)、(5)、(6)：作为优选，进一步的技术方案是：在所述装置的测量范围内，所述P坐标值(X，Y，Z)与读数值(θx、θy、L)呈一一对应。更进一步的技术方案是：所述X振镜与Y振镜的转轴分别于各自的电机动力连接。更进一步的技术方案是：所述装置还包括控制系统，所述控制系统中包括振镜控制单元与激光传感器控制单元；所述激光距离传感器接入激光传感器控制单元，用于由激光传感器控制单元控制激光距离传感器激光的启停，并接收激光距离传感器的读数值；所述X振镜与Y振镜的电机均接入振镜控制单元，用于由振镜控制单元控制所述电机的正反转方向、转速、偏转角度及启停。更进一步的技术方案是：所述激光距离传感器、X振镜与Y振镜均安装在探测头的壳体内，所述探测头安装在L形支架上，所述L形支架安装在测量台上，所述测量台置于所述探测头的下方，且测量平台至于所述测量台上。更进一步的技术方案是：所述测量台的下部设有电控箱，所述控制系统集成在所述电控箱内。更进一步的技术方案是：所述测量台的一侧上还固定安装有显示屏，所述显示屏也接入所述控制系统。本专利技术另一方面提供了一种振镜扫描式激光测量三维坐标的方法，所述的方法包括如下步骤：步骤A、在初始状态Y振镜的法线与X轴和Y轴均呈45°角；步骤B、Y振镜将激光距离传感器的发射光束反射成沿三维坐标系中的X轴正方向，由X振镜将X轴正方向的测试光束反射成沿Z轴负方向；步骤C、设X振镜的轴心距测量平台的距离为L20，设此时光束与测量平台的交点为坐标原点O(0，0，0)，设测量平台上固定放置的物体上表面有一待测点P坐标为(X，Y，Z)，通过X振镜与Y振镜的转轴，使X振镜与Y振镜分别偏转θx/2、θy/2角度时光束的光斑落在P点，且0°≤θx/2<90°,0°≤θy/2<90°，当前激光距离传感器的读数L即为P沿光路到激光测量仪的距离，读数值(θx、θy、L)与P坐标值(X，Y，Z)满足下列函数关系式(1)、(2)、(3)，或(4)、(5)、(6)：作为优选，进一步的技术方案是：在测量范围内，步骤B中的P坐标值(X，Y，Z)与读数值(θx、θy、L)呈一一对应。与现有技术相比，本专利技术的有益效果之一是：通过采用X振镜与Y振镜与激光距离传感器相配合，通过三角函数计算获得多个测量点的三维坐标，克服了单点测量、照相“视觉”测量等坐标测量的局限性，将三维包络面上迎向光路的代表点坐标快速测量和计算分析判断，引入现代节奏的科技生产应用；可在20毫秒级时间内侦测代表点的高度坐标，通过与标准尺寸比较，能及时排除浮高、歪斜、缺件等安装不良，以便及时采取纠正措施，降低成本，提高产品品质。附图说明图1为用于说明本专利技术一个实施例的装置原理示意图；图2为用于说明本专利技术另一个实施例的结构示意图；图中，1为激光距离传感器、2为Y振镜、3为X振镜、4为测量平台、5为转轴、6为探测头、7为L形支架、8为测量台、9为电控箱、10为显示屏。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步阐述。参考图1所示，本专利技术的一个实施例是一种振镜扫描式激光测量三维坐标的方法，该方法依托于以激光距离传感器1的装置实现，具体为在一个水平设置的测量平台4上设置直角坐标系O-XYZ，沿观察者向右为X轴，向前远方为Y轴，垂直向上为Z轴，在测量平台4侧边设置一个垂直支架，支架上设置横梁，横梁上固定安装一个激光距离传感器1且其发射光路逆Y方向，在光路上距激光距离传感器的距离为L0处固定安装一个激光振镜的Y振镜2，上述Y振镜2转轴平行于Z轴设置且与入射光路垂直相交，在初始状态Y振镜的法线与X轴和Y轴都成45°角，上述Y振镜2将激光距离传感器1的发射光束反射成沿X轴正方向，设置一个X振镜3在上述Y振镜2的沿X轴正方向距离L10处，初始状态的X振镜3将X方向的测试光束反射成沿Z轴负方向，即垂直向下。设X振镜3的轴心距测量平台4的距离为L20，设此时光束与测量平台4即XY平面的交点为上述坐标系的坐标原点O(0，0，0)。设测量平台4上固定放置的物体上表面有一待测点P坐标为(X，Y，Z)。调整上述X、Y振镜的驱动电机的输入电流使得振镜分别偏转θx/2、θy/2角度时光斑落在P点，(0°≤θx/2<90°,0°≤θy/2<90°),激光距离传感器1的读数L即待测点P沿光路到激光距离传感器1的距离。实际测量中，测量范围限定在介于XY平面和高度不高于X振镜的平行于XY平面之间的区域。即0<Z<L20,0°-25°≤θx/2≤25°,-25°≤θy/2≤25°。在上述测量范围内，激光距离传感器1和Y振镜2、X振镜3偏转角度的读数值(θx、θy、L)与P坐标值(X，Y，Z)满足下列函数关系式(1)、本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种振镜扫描式激光测量三维坐标的装置，其特征在于：所述装置包括激光距离传感器(1)，所述激光距离传感器(1)的另一端安装有Y振镜(2)，所述Y振镜(2)与激光距离传感器(1)在同一条平行于水平线的直线上，所述Y振镜(2)的另一端还安装有X振镜(3)，所述X振镜(3)与Y振镜(2)在同一条平行于水平线的直线上；所述Y振镜(2)的转轴(5)平行于三维坐标系中的Z轴，所述X振镜(3)的转轴(5)平行于三维坐标系中的Y轴，所述三维坐标系中的X轴与Y轴形成的平台上安装有测量平台(4)；用于：在初始状态Y振镜(2)的法线与X轴和Y轴均呈45°角，Y振镜(2)将激光距离传感器(1)的发射光束反射成沿三维坐标系中的X轴正方向，由X振镜(3)将X轴正方向的测试光束反射成沿Z轴负方向；设X振镜(3)的轴心距测量平台(4)的距离为L20，设此时光束与测量平台(4)的交点为坐标原点O(0，0，0)，设测量平台(4)上固定放置的物体上表面有一待测点P坐标为(X，Y，Z)，通过X振镜(3)与Y振镜(2)的转轴(5)，使X振镜(3)与Y振镜(2)分别偏转θx/2、θy/2角度时光束的光斑落在P点，且0°≤θx/2...

【技术特征摘要】
1.一种振镜扫描式激光测量三维坐标的装置，其特征在于：所述装置包括激光距离传感器(1)，所述激光距离传感器(1)的另一端安装有Y振镜(2)，所述Y振镜(2)与激光距离传感器(1)在同一条平行于水平线的直线上，所述Y振镜(2)的另一端还安装有X振镜(3)，所述X振镜(3)与Y振镜(2)在同一条平行于水平线的直线上；所述Y振镜(2)的转轴(5)平行于三维坐标系中的Z轴，所述X振镜(3)的转轴(5)平行于三维坐标系中的Y轴，所述三维坐标系中的X轴与Y轴形成的平台上安装有测量平台(4)；用于：在初始状态Y振镜(2)的法线与X轴和Y轴均呈45°角，Y振镜(2)将激光距离传感器(1)的发射光束反射成沿三维坐标系中的X轴正方向，由X振镜(3)将X轴正方向的测试光束反射成沿Z轴负方向；设X振镜(3)的轴心距测量平台(4)的距离为L20，设此时光束与测量平台(4)的交点为坐标原点O(0，0，0)，设测量平台(4)上固定放置的物体上表面有一待测点P坐标为(X，Y，Z)，通过X振镜(3)与Y振镜(2)的转轴(5)，使X振镜(3)与Y振镜(2)分别偏转θx/2、θy/2角度时光束的光斑落在P点，且0°≤θx/2<90°,0°≤θy/2<90°，当前激光距离传感器(1)的读数L即为P沿光路到光距离传感器(1)的距离，读数值(θx、θy、L)与P坐标值(X，Y，Z)满足下列函数关系式(1)、(2)、(3)，或(4)、(5)、(6)：上式中，L0为激光距离传感器(1)的入射点到Y振镜(2)的距离，L10为Y振镜(2)的反射点到X振镜(3)的距离。2.根据权利要求1所述的振镜扫描式激光测量三维坐标的装置，其特征在于：在所述装置的测量范围内，所述P坐标值(X，Y，Z)与读数值(θx、θy、L)呈一一对应。3.根据权利要求1所述的振镜扫描式激光测量三维坐标的装置，其特征在于：所述X振镜(3)与Y振镜(2)的转轴(5)分别于各自的电机动力连接。4.根据权利要求3所述的振镜扫描式激光测量三维坐标的装置，其特征在于：所述装置还包括控制系统，所述控制系统中包括振镜控制单元与激光传感器控制单元；所述激光距离传感器(1)接入激光传感器控制单元，用于由激光传感器控制单元控制激...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨国金，
申请(专利权)人：杨国金，
类型：发明
国别省市：江苏,32