一种三维激光扫描测头装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术涉及一种三维激光扫描测头装置，包括用于发射第一激光束的第一激光源，用于将第一激光束反射至测球的激光反射平面，并将测球的激光反射平面反射的激光束透射至一第一光电探测器的分光镜，以及根据第一光电探测器所接收到的激光束的位置变化值，得到测杆的位移变化值的处理器，用于测量测球三维位移变化的测量组件，所述测量组件包括测杆和所述测球。本实用新型专利技术实施例提供的三维激光扫描测头装置，不仅可以测量支撑座的直接位移变化，还可以测量测杆的变形，因此与传统的三维测头装置相比，本实用新型专利技术实施例提供的三维激光扫描测头装置的测量精度更高，且结构简单，易于批量生产，成本低。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及精密测量
，尤其涉及一种三维激光扫描测头装置。
技术介绍
测头是精密量仪的关键部件之一，作为传感器提供被测工件的几何位置信息，测头的发展水平直接影响着精密量仪的测量精度与测量效率。精密测头通常分为接触式测头与非接触式测头两种，其中接触式测头又分为机械式测头、触发式测头和扫描式测头。机械式测头因为是手动测量，且精度不高，测量效率低，因此目前很少用于工业测量领域。当前工业领域广泛使用的精密测头是触发式测头，其原理是当测头测端与被测工件接触时精密量仪发出采样脉冲信号，并通过仪器的处理器锁存此时测端球心的坐标值，以此来确定测端与被测工件接触点的坐标。该类测头具有结构简单、使用方便、及较高触发精度等优点，其缺点是存在各向异性(三角效应)，或者接触式测头在接触被测工件时因为阻力而产生微小位移从而导致测头的位移偏差，限制了其测量精度的进一步提高，最高精度只能达零点几微米。当前应用最广的测头类型为扫描式测头，其原理是测头测端在接触被测工件后，测头由于接触力的作用发生位移，测头的转换装置输出与测杆的微小偏移成正比的信号，该信号和精密量仪的相应坐标值叠加便可得到被测工件上点的较精确坐标。若不考虑测杆的变形，扫描式测头是各向同性的，故其精度远远高于触发式测头。但是，测杆的变形是客观存在的，目前的测头仅考虑了测球的直接位移，而未考虑到测杆的变形，因此，即使是扫描式测头的精度也不够高。此外，扫描式测头还具有结构复杂、制造成本高等缺点。
技术实现思路
本技术的目的在于改善现有技术中所存在的测量精度不高，且无法测量测杆变形量的不足，提供一种可提高测量精度的三维激光扫描测头装置。为了实现上述技术目的，本技术实施例提供了以下技术方案：一种三维激光扫描测头装置，包括用于测量测杆三维位移变化的测量组件，所述测量组件包括所述测杆和测球，所述测杆为空心测杆，所述测球设置于所述空心测杆的一端，且所述测球与所述空心测杆连接的球面设置有激光反射平面，所述测球的激光反射平面位于所述空心测杆的内部；所述三维激光扫描测头装置还包括：第一激光源，用于发射第一激光束；分光镜，倾斜设置于所述空心测杆的另一端，用于将所述第一激光源发射的第一激光束反射至所述测球的激光反射平面，并将所述测球的激光反射平面反射的激光束透射至一第一光电探测器；所述第一光电探测器，为二维光电探测器，用于接收经所述分光镜透射的所述测球的激光反射平面反射的激光束；处理器，根据所述第一光电探测器所接收到的激光束的位置变化值，得到所述测杆的变形量。根据本技术实施例，所述测量组件还包括：支撑座，所述空心测杆设置于所述支撑座，所述支撑座的三个侧面分别设置有第一激光反射平面、第二激光反射平面、第三激光反射平面；第二激光源、第三激光源、第四激光源，分别用于发射第二激光束、第三激光束、第四激光束，且所述第二激光束、所述第三激光束与所述第四激光束分别入射至所述支撑座的第一激光反射平面、第二激光反射平面以及第三激光反射平面；第二光电探测器、第三光电探测器、第四光电探测器，分别用于接收所述支撑座的第一激光反射平面、第二激光反射平面、第三激光反射平面反射的激光束；平移部件，用于使所述支撑座做直线运动；复位部件，用于将所述支撑座复位至初始位置；所述处理器还用于根据所述第二光电探测器、所述第三光电探测器、所述第四光电探测器分别所接收到激光束的位置变化值，计算得到所述测球的位移变化值。作为另一种实施方式，所述测量组件还包括：支撑座，所述空心测杆设置于所述支撑座，所述支撑座还设有第二激光源、第三激光源和第四激光源；所述第二激光源、第三激光源、第四激光源，分别用于发射第二激光束、第三激光束、第四激光束；第二光电探测器、第三激光器、第四激光器，分别用于接收所述第二激光源、第三激光源、第四激光源发射的第二激光束、第三激光束、第四激光束；平移部件，用于使所述支撑座做直线运动；复位部件，用于将所述支撑座复位至初始位置；所述处理器还用于根据所述第二光电探测器、所述第三光电探测器、所述第四光电探测器分别所接收到激光束的位置变化值，计算得到所述测球的位移变化值。作为又一种实施方式，所述测量组件还包括：支撑座，所述空心测杆设置于所述支撑座，所述支撑座还设有第二光电探测器、第三光电探测器和第四光电探测器；第二激光源、第三激光源、第四激光源，分别用于发射第二激光束、第三激光束、第四激光束；所述第二光电探测器、第三激光器、第四激光器，分别用于接收所述第二激光源、第三激光源、第四激光源发射的第二激光束、第三激光束、第四激光束；平移部件，用于使所述支撑座做直线运动；复位部件，用于将所述支撑座复位至初始位置；所述处理器还用于根据所述第二光电探测器、所述第三光电探测器、第四光电探测器分别所接收到激光束的位置变化值，计算得到所述测球的位移变化值。根据本技术实施例，所述支撑座为空心支撑座，所述空心支撑座设有供所述空心测杆穿过的通孔，所述空心测杆的背离所述测球的一端设置于所述空心支撑座内。根据本技术实施例，所述第二光电探测器的入射面、所述第三光电探测器的入射面、所述第四光电探测器的入射面相互垂直设置，所述平移部件用于将所述空心支撑座沿相对所述第二光电探测器、所述第三光电探测器、所述第四光电探测器的垂直平面做运动。根据本技术实施例，所述平移部件包括至少一个第一导向槽，所述至少一个第一导向槽之间沿垂直方向设有至少一个第二导向槽，所述至少一个第二导向槽二上沿垂直方向设有至少一个第三导向槽，所述至少一个第三导向槽三上滑动连接所述空心支撑座。根据本技术实施例，所述三维激光扫描测头装置还包括壳体，所述复位部件为弹簧，所述弹簧的一端连接于所述空心支撑座，另一端连接于所述壳体。根据本技术实施例，所述第二光电探测器和/或所述第四光电探测器可旋转安装在所述壳体内。根据本技术实施例，所述测球为球缺，球缺的底面作为测球的激光反射平面。本专利技术采用二维光电探测器可以测量测杆在水平方向的变形量，由于沿测杆方向的刚度大，因此忽略沿测杆方向的变形。与现有技术相比，本技术的有益效果：本技术实施例提供的三维激光扫描测头装置，不仅包括用于测量支撑座的三维直接位移变化的测量组件，还包括用于测量测杆变形的第一激光源、分光镜、第一光电探测器等，不仅测量了支撑座的直接位移变化，还测量了测杆的变形，因此与传统的三维测头装置相比，本技术实施例提供的三维激光扫描测头装置的测量精度更高，且结构简单，易于批量生产，成本低。附图说明为了更清楚地说明本技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。图1为本技术实施例中用于测量测杆位移变化的测量组件二的结构示意图。图2为本技术实施例中测量测杆位移变化的光路示意图。图3为本技术实施例提供的三维激光扫描测头装置的结构示意图。图4(a)为平移部件、复位部件与空心支撑座配合使用的俯视图；图4(b)为图4(a)的正视图。图5为本技术实施例中测量测球位移变化的光路示意图。图6为图5中本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种三维激光扫描测头装置，包括用于测量测杆三维位移变化的测量组件，所述测量组件包括所述测杆和测球，其特征在于，所述测杆为空心测杆，所述测球设置于所述空心测杆的一端，且所述测球与所述空心测杆连接的球面设置有激光反射平面，所述测球的激光反射平面位于所述空心测杆的内部；所述三维激光扫描测头装置还包括：第一激光源，用于发射第一激光束；分光镜，倾斜设置于所述空心测杆的另一端，用于将所述第一激光源发射的第一激光束反射至所述测球的激光反射平面，并将所述测球的激光反射平面反射的激光束透射至一第一光电探测器；所述第一光电探测器，为二维光电探测器，用于接收经所述分光镜透射的所述测球的激光反射平面反射的激光束；处理器，根据所述第一光电探测器所接收到的激光束的位置变化值，得到所述空心测杆的变形量。

【技术特征摘要】
1.一种三维激光扫描测头装置，包括用于测量测杆三维位移变化的测量组件，所述测量组件包括所述测杆和测球，其特征在于，所述测杆为空心测杆，所述测球设置于所述空心测杆的一端，且所述测球与所述空心测杆连接的球面设置有激光反射平面，所述测球的激光反射平面位于所述空心测杆的内部；所述三维激光扫描测头装置还包括：第一激光源，用于发射第一激光束；分光镜，倾斜设置于所述空心测杆的另一端，用于将所述第一激光源发射的第一激光束反射至所述测球的激光反射平面，并将所述测球的激光反射平面反射的激光束透射至一第一光电探测器；所述第一光电探测器，为二维光电探测器，用于接收经所述分光镜透射的所述测球的激光反射平面反射的激光束；处理器，根据所述第一光电探测器所接收到的激光束的位置变化值，得到所述空心测杆的变形量。2.根据权利要求1所述的三维激光扫描测头装置，其特征在于，所述测量组件还包括：支撑座，所述空心测杆设置于所述支撑座，所述支撑座的三个侧面分别设置有第一激光反射平面、第二激光反射平面、第三激光反射平面；第二激光源、第三激光源、第四激光源，分别用于发射第二激光束、第三激光束、第四激光束，且所述第二激光束、所述第三激光束与所述第四激光束分别入射至所述支撑座的第一激光反射平面、第二激光反射平面以及第三激光反射平面；第二光电探测器、第三光电探测器、第四光电探测器，分别用于接收所述支撑座的第一激光反射平面、第二激光反射平面、第三激光反射平面反射的激光束；平移部件，用于使所述支撑座做直线运动；复位部件，用于将所述支撑座复位至初始位置；所述处理器还用于根据所述第二光电探测器、所述第三光电探测器、所述第四光电探测器分别所接收到激光束的位置变化值，计算得到所述测球的位移变化值。3.根据权利要求2所述的三维激光扫描测头装置，其特征在于，所述测量组件还包括：支撑座，所述空心测杆设置于所述支撑座，所述支撑座还设有第二激光源、第三激光源和第四激光源；所述第二激光源、第三激光源、第四激光源，分别用于发射第二激光束、第三激光束、第四激光束；第二光电探测器、第三激光器、第四激光器，分别用于接收所述第二激光源、第三激光源、第四激光源发射的第二激光束、第三激光束、第四激光束；平移部件，用于使所述支撑座做直线运动；复位部件，用于将所述支...

【专利技术属性】
技术研发人员：张白，康学亮，
申请(专利权)人：北方民族大学，
类型：新型
国别省市：宁夏;64