一种非接触式激光测量系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种非接触式激光测量系统，包括测头和驱动装置，测头包括圆弧轨道，圆弧轨道上活动连接有激光传感器，圆弧轨道上同心设置有拾取激光传感器运动角度的感应同步器，圆弧轨道通过连接轴与驱动装置连接，连接轴上设置有编码器。测量灵活、测量范围广，能拓展测量功能，提高测量精度。

A non-contact laser measurement system

【技术实现步骤摘要】
一种非接触式激光测量系统
本技术属于几何测量工具
，涉及一种非接触式激光测量系统。
技术介绍
三坐标测量机是一种高精度、高效率、实现多功能测量的先进仪器，能够测量复杂三维零件的尺寸、形状和相互位置，并能实现整个测量过程的自动化与数据处理的数字化，因此得到了广泛的应用。在三坐标测量机的整个测量系统中，通过测头对被测对象的位置信息进行拾取。除了机械本体与外界因素外，测头是测量机实现高精度测量的关键。三坐标测量机的工作效率、测量功能及精度等与测头密切相关，所以说先进的测头是保证三坐标测量机的测量精度、测量功能、测量效率的重要条件之一。传统的三坐标测量机由于结构、测量原理、环境和人为等因素的影响，在测量过程中不可避免地存在测量误差，从而降低了测量精度。在测量过程中，由于传统测头结构的局限性，无法对小孔、深盲孔和斜孔等类型的相关几何元素进行测量；在对柔软材质和超薄工件测量时，测头和物件的接触压力会使工件产生变形，无法精确测量被测物的实际尺寸，且会磨损测头；在数据处理时，还须对测量数据进行测头半径补偿，加大了工作量。
技术实现思路
本技术的目的是提供一种非接触式激光测量系统，解决了现有技术中存在的无法对特殊类型的工件尺寸进行精确测量的问题。本技术所采用的技术方案是，一种非接触式激光测量系统，包括测头和驱动装置，测头包括圆弧轨道，圆弧轨道上活动连接有激光传感器，圆弧轨道上同心设置有拾取激光传感器运动角度的感应同步器，圆弧轨道通过连接轴与驱动装置连接，连接轴上设置有编码器。本技术的特点还在于：驱动装置包括工作台，工作台上平行设置有一对滑轨，还包括有横梁，横梁上套接有滑块，连接轴一端竖直向下穿过滑块与圆弧轨道连接；横梁两端分别垂直连接有滑杆，每个滑杆与对应的滑轨活动连接。圆弧轨道上设置有能沿其运动的滚珠，激光传感器固定在滚珠上。感应同步器为旋转式感应同步器。本技术的有益效果是：本技术的非接触式激光测量系统，以光束作为测量手段，测量系统未直接接触被测物，从而消除因接触形变带来的测量误差；在传统的三维直线运动的基础上，通过圆弧轨道、滚珠、连接轴实现测头的二维角度的转动，能对各种柔软材质、易变形工件和异形曲面进行几何测量；测量灵活、测量范围广，能拓展测量功能，提高测量精度。附图说明图1是本技术一种非接触式激光测量系统的结构示意图；图2是本技术一种非接触式激光测量系统的测头结构示意图；图3是本技术一种非接触式激光测量系统的工作原理图；图4是本技术一种非接触式激光测量系统的实物测量原理图；图5是本技术一种非接触式激光测量系统的平面测量原理图。图中，1.圆弧轨道，2.激光传感器，3.感应同步器，4.连接轴，5.编码器，6.工作台，7.滑轨，8.横梁，9.滑块，10.滑杆，11.滚珠。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本技术进行详细说明。一种非接触式激光测量系统，如图1所示，包括测头和驱动装置，测头包括圆弧轨道1，圆弧轨道1上活动连接有激光传感器2，如图2所示，圆弧轨道1上设置有滚珠11，激光传感器2固定在滚珠11上，滚珠11带动激光传感器2在圆弧轨道1上运动，激光传感器2发出的光线在任意时刻都经过圆弧轨道1的圆心。圆弧轨道1上同心设置有感应同步器3，感应同步器3的定子安装在圆弧轨道1的中心位置，转子安装在激光位移传感器2上，感应同步器3用于拾取激光传感器2在圆弧轨道1上的运动角度。激光传感器2为激光位移传感器，其型号为MPS-XXXS、IL-300、TFminiPlus中的任意一种。感应同步器3为旋转式感应同步器，其型号为GJDCJXT或T2。如图3所示，激光传感器2能够在圆弧轨道1上做圆弧运动，转动的角度α通过感应同步器3拾取到，定义由测头起始点逆时针转动为正，区间为(0～90°)，由测头起始点顺时针转动为负，区间为(-90°～0)，使得激光传感器2在被测范围内能进行任意角度旋转。即可实现被测范围内任意角度的几何测量，对于异型曲面也能得出较高精度的测量结果。圆弧轨道1连接有连接轴4，连接轴4上设置有编码器5，编码器5用于对圆弧轨道1绕连接轴4的旋转角度β进行拾取，定义绕z轴顺时针旋转为正，区间为(0～180°)，绕z轴逆时针旋转为负，区间为(-180°～0)。驱动装置包括工作台6，工作台6上平行设置有一对滑轨7，还包括有横梁8，横梁8上套接有滑块9，连接轴4一端竖直向下穿过滑块9与圆弧轨道1连接；横梁8两端分别垂直连接有滑杆10，每个滑杆10与对应的滑轨7活动连接。本技术的测量系统的测量方法如下：步骤1、确定测头的坐标系原点位置为圆弧轨道1的圆心(x0，y0，z0)，在测量时同样也要确定测头的初始状态，当激光传感器2在圆弧轨道1上移动时以激光传感器1垂直于工作台6的位置为测头的初始位置。当圆弧轨道1在旋转时以圆弧轨道平行于yoz面为圆弧轨道的初始位置。在对被测物进行测量时，圆弧轨道1的旋转角度和激光传感器2的转动角度都是相对于测头系统初始状态的角度。步骤2、调节激光传感器4的光束到达被测点；步骤3、获取测头的转动角度、测头的坐标系原点距离被测点的垂直距离L，根据测头的转动角度、距离L及测头的坐标系原点得到被测点位置坐标，被测点位置坐标为相对于测头坐标系原点的位置坐标；步骤4、将步骤3得到的被测点位置坐标转化为相对于三坐标系原点的位置坐标。如图4所示，在测量时测量所得点C的坐标为相对于测头坐标系原点B1的位置坐标，而测头坐标系原点B1在整个测量过程中都与三坐标坐标原点O有确定的相对关系。这样，所测点C的位置坐标就可以映射到三坐标坐标系中。同样的，所测点D的位置坐标及所有被测点的坐标也都可以映射到三坐标坐标系中，这样即实现了对坐标的统一。实施例1如图5所示，在被测范围内，比如对于形状不规则的平面，首先确定测头的坐标系原点和初始位置，此时激光传感器2位于yoz平面内，设定激光传感器2与圆弧轨道1此时处于的a位置为测头的初始位置，以圆弧轨道1的圆心为测头坐标系的原点即点B(x0，y0，z0)；驱动激光传感器2在圆弧轨道1上运动，使激光传感器2的光束到达被测点，通过感应同步器3获取激光传感器2的转动角度α1，此时α＝α1，β＝β1＝0，其中，距离L通过激光传感器2测量得到，在圆弧轨道1上移动激光传感器2到b，使光点到达被测点，此时激光传感器2测量点的坐标为(x1,y1,z1)，因为激光传感器2发出的光线在任意时刻都通过圆弧轨道1的圆心位置，且L与L1在同一平面即(yoz)内，通过下式得到被测点位置坐标(x1,y1,z1)：L1＝L×sexα1(1)；x0＝x1(2)；|z1-z0|＝L1×cosα1(3)；|y1-y0|＝L1×sinα1(4)；三坐标测量机在测量时首先要对三坐标坐标原点定标，设三坐标本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种非接触式激光测量系统，其特征在于，包括测头和驱动装置，所述测头包括圆弧轨道(1)，所述圆弧轨道(1)上活动连接有激光传感器(2)，所述圆弧轨道(1)上同心设置有拾取激光传感器(2)运动角度的感应同步器(3)，所述圆弧轨道(1)通过连接轴(4)与驱动装置连接，所述连接轴(4)上设置有编码器(5)。/n

【技术特征摘要】
1.一种非接触式激光测量系统，其特征在于，包括测头和驱动装置，所述测头包括圆弧轨道(1)，所述圆弧轨道(1)上活动连接有激光传感器(2)，所述圆弧轨道(1)上同心设置有拾取激光传感器(2)运动角度的感应同步器(3)，所述圆弧轨道(1)通过连接轴(4)与驱动装置连接，所述连接轴(4)上设置有编码器(5)。


2.根据权利要求1所述的一种非接触式激光测量系统，其特征在于，所述驱动装置包括工作台(6)，所述工作台(6)上平行设置有一对滑轨(7)，还包括有横梁(8)，所述横梁(8)上套接有滑块(9)，所述连接轴(4)一端竖直向下穿过滑块(9)与圆弧轨道(1)连接；所述横梁(...

【专利技术属性】
技术研发人员：于殿泓，周小亮，李琳，张辉，
申请(专利权)人：西安理工大学，
类型：新型
国别省市：陕西;61