一种量程可变的激光测头装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种量程可变的激光测头装置。现有解决超量程的复杂曲面测量装置效率低。本实用新型专利技术包括传感器主板、激光测头、第一接口、第二接口、第三接口、第四接口、第一棱镜架、第一直角棱镜、第二棱镜架和第二直角棱镜；传感器主板下端开设四个接口安置孔，第一接口安置孔位于激光测头的测量光束发射点正下方，第二接口安置孔、第三接口安置孔和第四接口安置孔沿Y轴负向依次远离激光测头；第一棱镜架安装在第一接口上，第二棱镜架安装在第二接口、第三接口或第四接口上。本实用新型专利技术通过改变激光测头外围测量光路实现量程改变，不需改变激光测头内部结构，单个激光测头实现多种量程以及复杂曲面精密、快速的非接触式测量。

A variable range laser probe device

The utility model discloses a laser probe device with variable range. The existing complex surface measuring device to solve the problem of low efficiency is low. The utility model comprises a sensor motherboard, a laser probe, a first interface, a second interface, a third interface, a fourth interface, a first prism frame, a first right-angle prism, a second prism frame and a second right-angle prism; a sensor motherboard is provided with four interface placement holes at the lower end of the sensor motherboard, and the first interface placement holes are located at the measuring beam of the laser probe. Below the emission point, the second interface placement hole, the third interface placement hole and the fourth interface placement hole are negatively away from the laser probe along the Y axis; the first prism frame is mounted on the first interface, and the second prism frame is mounted on the second interface, the third interface or the fourth interface. The utility model realizes the range change by changing the outer measuring light path of the laser probe without changing the internal structure of the laser probe, and the single laser probe realizes the precision and fast non-contact measurement of various measuring ranges and complex curved surfaces.

【技术实现步骤摘要】
一种量程可变的激光测头装置
本技术属于物体表面形状激光非接触式精密测量
，具体涉及一种量程可变的激光测头装置。
技术介绍
复杂曲面零件在航空航天装备、舰船推进装置、机动车、光学仪器等领域的应用非常广泛，如航空发动机叶片、舰船螺旋桨、汽车覆盖件、菲涅尔棱镜等。作为功能部件，零件上曲面的几何形状对其功能实现有很大影响，所以需要对功能型曲面的几何形状进行精密检测。目前曲面测量方法主要分为接触式与非接触式两类，其中非接触式测量方法具有快速、无接触力、测量装置便捷、灵活性大等优点，是曲面检测的发展趋势。三角法激光测头是一种典型的非接触式测量传感器，在零件形状检测、曲面数字化测量领域有着广泛的应用。用三角法激光测头测量复杂曲面时遇到的主要问题是传感器的量程与测量精度存在矛盾。当传感器的量程较大时，测量精度一般较低，测量结果可能不符合测量精度要求；当传感器的测量精度较高时，量程一般较小，对具有孔、洞、阶跃等特征的复杂曲面进行测量时可能会频繁地出现超量程现象。为了实现复杂曲面精密测量，需要选择测量精度高、量程小的激光测头，为了实现快速测量，需要在测量过程中避免超量程现象。目前主要有以下三种方法解决超量程问题：(1)量程回归法。当出现超量程现象时，测量机及时调整竖直轴的高度，使待测曲面重新回到激光测头的量程范围内，然后继续测量。(2)跟踪法。在扫描测量过程中，系统实时监控激光测头的输出值，当输出值靠近量程的上限时，系统控制测量机竖直轴向上运动，使被测点向量程的中点靠近；当输出值靠近量程的下限时，系统控制测量机竖直轴向下运动，使被测点向量程的中点靠近。(3)多传感器集成法。先用3D视觉传感器、线激光扫描仪等快速三维形貌传感器对待测曲面进行全面扫描，并利用全面扫描获得数据为激光测头规划测量路径，然后激光测头按照测量路径对待测曲面进行精密、快速测量。上述方法中，方法(1)简单、易于实现，对整体高度差变化不大的曲面比较有效。但使用该方法时，如果出现超量程现象，系统并不能识别待测曲面超出了量程的上限还是下限，为了避免激光测头与待测曲面发生碰撞，测量机竖直轴需要先往上运动，如果往上运动不能使待测曲面回到量程范围内，则再向下运动，使待测曲面回到量程范围内，往复调整过程将影响测量效率。此外，如果待测曲面的整体高度差变化较大，或曲面上存在较多的高度差超出量程范围的突变特征，则在测量过程中测量机需要频繁地进行量程回归操作，将严重影响测量效率。方法(2)对缓渐变曲面比较有效，但如果待测曲面上存在较多的高度差超出量程范围的突变特征时，系统还是需要频繁地进行量程回归操作。方法(3)可以较好地解决超量程问题，但需要三维形貌传感器介入测量过程，从而直接增加测量成本，且多传感器的集成需要进行标定与数据融合处理，测量过程相对更加繁琐。此外，三维形貌传感器获得是大量散乱点云数据，数据处理对计算机硬件、算法设计要求较高，处理过程比较复杂。
技术实现思路
本技术的目的在于针对现有技术的不足，提供一种量程可变的激光测头装置。本技术包括传感器主板、激光测头、第一接口、第二接口、第三接口、第四接口、第一棱镜架、第一直角棱镜、第二棱镜架和第二直角棱镜。所述的传感器主板上端固定有连接板，连接板的上端面固定有连接柱；激光测头的若干安装孔与传感器主板侧面的凸台固定；以三坐标测量机的X轴为激光测头的X轴，以三坐标测量机的Y轴为激光测头的Y轴，以三坐标测量机的Z轴为激光测头的Z轴，YOZ面垂直于激光测头的安装孔轴线，以激光测头的测量光束发射点为起点、接收透镜光心为终点的向量与Y轴正向成锐角；所述传感器主板的下端开设有四个接口安置孔，第一接口安置孔位于激光测头的测量光束发射点正下方，第二接口安置孔、第三接口安置孔和第四接口安置孔沿Y轴负方向依次远离激光测头；四个接口安置孔的孔径均为D，且四个接口安置孔的中心线位于平行XOY面的同一平面内；相邻接口安置孔的中心线间距均为d，d取值为接收透镜光心到激光测头的测量光束的距离。所述第一接口、第二接口、第三接口和第四接口的结构和尺寸完全一致；四个接口的外圆柱直径均为D。四个接口的接口端端面均开设有一个与外圆柱面同轴设置的接口孔，接口孔的底面开设有第一中心孔，第一中心孔内固定圆柱形的铁块，铁块的外端面与接口孔的底面平齐；接口孔的底面位于铁块外沿开设有两个定位孔，两个定位孔的中心线位于以接口孔中心线为中心线的同一个圆柱面上，且两个定位孔的中心线与接口孔的中心线位于同一平面内。所述第一接口的尾部安装端固定在第一接口安置孔内，第二接口的尾部安装端固定在第二接口安置孔内，第三接口的尾部安装端固定在第三接口安置孔内，第四接口的尾部安装端固定在第四接口安置孔内；四个接口上的所有定位孔的中心线位于平行XOY面的同一平面内。所述第一棱镜架和第二棱镜架的结构和尺寸完全一致；第一棱镜架和第二棱镜架的接头端均为外凸的圆柱，且接头端的圆柱面直径等于第一接口的接口孔孔径。接头端端面开设有第二中心孔，第二中心孔内固定圆柱形的磁铁，磁铁的端面与接头端端面平齐。接头端端面位于磁铁外沿设有两个定位销，两个定位销的中心线位于以接头端圆柱面的中心线为中心线的同一圆柱面上，且两个定位销的中心线与接头端圆柱面的中心线位于同一平面内，两个定位销中心线之间的距离等于第一接口的两定位孔中心线之间的距离；定位销的外端设有倒角，定位销的直径等于第一接口的定位孔孔径；第一棱镜架和第二棱镜架的棱镜安装端为与各自接头端同轴设置的半圆柱体，半圆柱体上呈平面的侧面为装镜面，装镜面与两个定位销的中心线所在平面之间的夹角为45°。所述第一直角棱镜和第二直角棱镜的两端面均呈等腰直角三角形；第一直角棱镜固定在第一棱镜架上，且第一直角棱镜端面上的斜边所在面与第一棱镜架上的装镜面贴合，第一直角棱镜的外端面与第一棱镜架的棱镜安装端端面平齐。第二直角棱镜固定在第二棱镜架上，且第二直角棱镜端面上的斜边所在面与第二棱镜架上的装镜面贴合，第二直角棱镜的外端面与第二棱镜架的棱镜安装端端面平齐。所述的第一棱镜架安装在第一接口上，第二棱镜架安装在第二接口、第三接口或第四接口上；第一棱镜架与第一接口在装配状态下，第一直角棱镜端面上的一条直角边所在面的外法向量方向与Z轴正向一致，激光测头的测量光束穿过该直角边所在面。第二棱镜架在装配状态下，第二直角棱镜端面上的一条直角边所在面的外法向量方向与Z轴负向一致。本技术具有的有益效果是：1、本技术通过改变激光测头外围的测量光路实现量程的改变，不需要改变激光测头的内部结构，使单个激光测头可以实现多种量程。2、本技术利用单个激光测头就可以实现复杂曲面精密、快速地非接触式测量。3、本技术利用磁力实现棱镜架的快速装卸，装卸过程简单、快捷。4、本技术的测头装置结构简单、成本低、易于实现。附图说明图1是本技术对待测曲面进行测量时的示意图；图2是本技术中传感器主板的结构立体图；图3是本技术中第一接口的结构立体图；图4是本技术中第一棱镜架的结构立体图；图5是本技术中第二棱镜架安装在第二接口时的工作原理图。图中：1、三坐标测量机竖直轴，2、传感器主板，2-1、连接柱，2-2、连接板，2-3、凸台，2-4、螺纹孔，2-5、第一接口安置孔，2-6本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种量程可变的激光测头装置，包括传感器主板、激光测头、第一接口、第二接口、第三接口、第四接口、第一棱镜架、第一直角棱镜、第二棱镜架和第二直角棱镜，其特征在于：所述的传感器主板上端固定有连接板，连接板的上端面固定有连接柱；激光测头的若干安装孔与传感器主板侧面的凸台固定；以三坐标测量机的X轴为激光测头的X轴，以三坐标测量机的Y轴为激光测头的Y轴，以三坐标测量机的Z轴为激光测头的Z轴，YOZ面垂直于激光测头的安装孔轴线，以激光测头的测量光束发射点为起点、接收透镜光心为终点的向量与Y轴正向成锐角；所述传感器主板的下端开设有四个接口安置孔，第一接口安置孔位于激光测头的测量光束发射点正下方，第二接口安置孔、第三接口安置孔和第四接口安置孔沿Y轴负方向依次远离激光测头；四个接口安置孔的孔径均为D，且四个接口安置孔的中心线位于平行XOY面的同一平面内；相邻接口安置孔的中心线间距均为d，d取值为接收透镜光心到激光测头的测量光束的距离；所述第一接口、第二接口、第三接口和第四接口的结构和尺寸完全一致；四个接口的外圆柱直径均为D；四个接口的接口端端面均开设有一个与外圆柱面同轴设置的接口孔，接口孔的底面开设有第一中心孔，第一中心孔内固定圆柱形的铁块，铁块的外端面与接口孔的底面平齐；接口孔的底面位于铁块外沿开设有两个定位孔，两个定位孔的中心线位于以接口孔中心线为中心线的同一个圆柱面上，且两个定位孔的中心线与接口孔的中心线位于同一平面内；所述第一接口的尾部安装端固定在第一接口安置孔内，第二接口的尾部安装端固定在第二接口安置孔内，第三接口的尾部安装端固定在第三接口安置孔内，第四接口的尾部安装端固定在第四接口安置孔内；四个接口上的所有定位孔的中心线位于平行XOY面的同一平面内；所述第一棱镜架和第二棱镜架的结构和尺寸完全一致；第一棱镜架和第二棱镜架的接头端均为外凸的圆柱，且接头端的圆柱面直径等于第一接口的接口孔孔径；接头端端面开设有第二中心孔，第二中心孔内固定圆柱形的磁铁，磁铁的端面与接头端端面平齐；接头端端面位于磁铁外沿设有两个定位销，两个定位销的中心线位于以接头端圆柱面的中心线为中心线的同一圆柱面上，且两个定位销的中心线与接头端圆柱面的中心线位于同一平面内，两个定位销中心线之间的距离等于第一接口的两定位孔中心线之间的距离；定位销的外端设有倒角，定位销的直径等于第一接口的定位孔孔径；第一棱镜架和第二棱镜架的棱镜安装端为与各自接头端同轴设置的半圆柱体，半圆柱体上呈平面的侧面为装镜面，装镜面与两个定位销的中心线所在平面之间的夹角为45°；所述第一直角棱镜和第二直角棱镜的两端面均呈等腰直角三角形；第一直角棱镜固定在第一棱镜架上，且第一直角棱镜端面上的斜边所在面与第一棱镜架上的装镜面贴合，第一直角棱镜的外端面与第一棱镜架的棱镜安装端端面平齐；第二直角棱镜固定在第二棱镜架上，且第二直角棱镜端面上的斜边所在面与第二棱镜架上的装镜面贴合，第二直角棱镜的外端面与第二棱镜架的棱镜安装端端面平齐；所述的第一棱镜架安装在第一接口上，第二棱镜架安装在第二接口、第三接口或第四接口上；第一棱镜架与第一接口在装配状态下，第一直角棱镜端面上的一条直角边所在面的外法向量方向与Z轴正向一致，激光测头的测量光束穿过该直角边所在面；第二棱镜架在装配状态下，第二直角棱镜端面上的一条直角边所在面的外法向量方向与Z轴负向一致。...

【技术特征摘要】
1.一种量程可变的激光测头装置，包括传感器主板、激光测头、第一接口、第二接口、第三接口、第四接口、第一棱镜架、第一直角棱镜、第二棱镜架和第二直角棱镜，其特征在于：所述的传感器主板上端固定有连接板，连接板的上端面固定有连接柱；激光测头的若干安装孔与传感器主板侧面的凸台固定；以三坐标测量机的X轴为激光测头的X轴，以三坐标测量机的Y轴为激光测头的Y轴，以三坐标测量机的Z轴为激光测头的Z轴，YOZ面垂直于激光测头的安装孔轴线，以激光测头的测量光束发射点为起点、接收透镜光心为终点的向量与Y轴正向成锐角；所述传感器主板的下端开设有四个接口安置孔，第一接口安置孔位于激光测头的测量光束发射点正下方，第二接口安置孔、第三接口安置孔和第四接口安置孔沿Y轴负方向依次远离激光测头；四个接口安置孔的孔径均为D，且四个接口安置孔的中心线位于平行XOY面的同一平面内；相邻接口安置孔的中心线间距均为d，d取值为接收透镜光心到激光测头的测量光束的距离；所述第一接口、第二接口、第三接口和第四接口的结构和尺寸完全一致；四个接口的外圆柱直径均为D；四个接口的接口端端面均开设有一个与外圆柱面同轴设置的接口孔，接口孔的底面开设有第一中心孔，第一中心孔内固定圆柱形的铁块，铁块的外端面与接口孔的底面平齐；接口孔的底面位于铁块外沿开设有两个定位孔，两个定位孔的中心线位于以接口孔中心线为中心线的同一个圆柱面上，且两个定位孔的中心线与接口孔的中心线位于同一平面内；所述第一接口的尾部安装端固定在第一接口安置孔内，第二接口的尾部安装端固定在第二接口安置孔内，第三接口的尾部安装端固定在第三接口安置孔内，第四接口的尾部安装端固定在第四接口...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢科青，王文，吴玉光，
申请(专利权)人：杭州电子科技大学，
类型：新型
国别省市：浙江,33