本发明专利技术公开了一种非接触式直线度测量的装置和方法。该装置包括无衍射光发射机构和设置在导轨上的直线基准偏差及激光三角测距综合测量机构；该机构沿导轨移动改变待测位置，完成直线度扫描测量；导轨两端升降架可调整该机构到待测物表面的距离至量程范围；无衍射光发射机构固定在光源升降架上，可以上下、横向移动及偏转方向，使得无衍射光直线基准光斑照射于毛玻璃的中心，且其光束方向与导轨基本平行。综合测量机构能够同步测量其到待测物距离的变化和毛玻璃上光斑位置对直线基准的偏离量，两者之差能够在长距离直线度测量中补偿导轨弯曲误差的影响。通过本发明专利技术，可解决管道、钢轨等较长且敞开、表面非光滑物体的直线度测量问题。问题。问题。
【技术实现步骤摘要】
一种非接触式直线度测量的装置和方法
[0001]本专利技术属于精密仪器及几何量测量相关
，更具体地，涉及一种非接触式直线度测量的装置和方法。
技术介绍
[0002]随着科技的发展，现代工业对加工精度的要求越来越高，直线度的测量在机械制造业、航空、船舶制造等领域应用十分广泛，如精密机床导轨的直线度检测、高速铁路的铁轨直线度检测、船舶轴系校中、管道直线度测量等等，因此提升直线度的测量精度、量程、速度等性能十分重要。
[0003]直线度测量方法大致可分为两种：一种是传统的测量方法，主要包括垂线法、检测平台法和钢丝法等，另一种是现代测量方法，主要利用激光干涉仪或PSD位置传感器、电容位移传感器等传感器进行测量。传统测量方法虽然操作简单且工具的成本不高，但由于测量是人工进行的，效率低下，而且测量结果受到检测人员操作水平以及人为主观影响，误差较大。激光干涉仪是非接触式测量，精度高，但是仪器价格高昂且使用门槛高，不适用于工作环境恶劣的地方。使用传感器测量，大都是接触式测量，在中国专利CN201510741425.2中公布了一种深孔直线度检测装置，测头置于待测深孔内，深孔外部的激光器向孔内发射激光照射在测头的PSD传感器上，当牵引线带动测头移动，测头在深孔中会由于内孔变形而产生位移，导致PSD传感器上光斑位置变化，通过计算机分析收集到的数据评定深孔直线度，但是此方法是接触式测量，有可能会损伤物件表面，适用场景有限，另一方面他采用的是普通高斯光束作为直线基准，当测距较长时光斑位置分辨率会降低。
[0004]在进行中、长距离直线度测量时需要有一个直线基准，选择直线基准通常有两种方案，一种是选择实际物体如高精度导轨、平晶等作为直线基准，在中国专利技术专利CN201710203901.4中公布了一种非接触式钢轨直线度自动测量装置，通过在高精度导轨上移动激光位移传感器进行直线度测量，此方法本质上就是利用高精度导轨作为直线基准，但是此方法需要有比待测物体更长的精密导轨，且精密导轨越长越难保证其自身的直线度。另一种是以激光为直线基准，在中国专利技术专利CN201310106703.8中公布了一种非接触内孔直线度测量装置和方法，此方法以光线为基准，光电传感器随中心支架移动，中心支架与待测物体内孔间由气浮垫产生气膜隔开一段距离，并随着待测物体内孔中心变化而移动，实现非接触式随动测量，当光电传感器光敏面中心与光束之间产生相对移动，传感器就会将位移量转变为电信号，经计算机处理后得出测量结果，此方法虽然不是接触式测量，但其通过气浮使得测头与被测表面保持一个等于气膜厚度的不变间隔，等效于接触式测量，且气浮支撑不适合敞开物体及非光滑内孔物体的直线度测量，另外他也是采用普通高斯激光作为直线基准。
技术实现思路
[0005]针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种非接触式直线度测量的
装置和方法，解决管道、钢轨等较长且敞开、表面非光滑物体的直线度测量问题。
[0006]为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种非接触式直线度测量的装置，该装置包括光发射机构和综合测量机构，其中：
[0007]所述光发射机构用于发射无衍射光作为直线基准，所述综合测量机构由无衍射光直线基准偏差测量光路和激光三角测距光路综合而成，用于进行直线基准光斑位移变化和测距光斑位移变化的测量；
[0008]所述综合测量机构包括毛玻璃、透镜组、相机、激光器、第三平凸透镜、第四平面反射镜和双凸透镜，所述光发射机构与毛玻璃、透镜组和相机构成无衍射光直线基准偏差测量光路；所述激光器、第三平凸透镜、第四平面反射镜和双凸透镜构成激光三角测距光路；
[0009]当所述光发射机构发出无衍射光后经过所述毛玻璃到达所述相机并在所述相机中形成直线基准光斑，与此同时，所述激光器发出激光经过所述第三平凸透镜照射在所述第四平面反射镜上，经该第四平面反射镜反射聚焦在待测物体表面，待测物体散射的光线进入所述双凸透镜并聚焦形成激光三角测距测量光，以此形成测距光斑，所述测量光与所述无衍射光同时到达所述相机并成像，利用所述相机中的图像计算测距光斑位移变化和直线基准光斑位移变化，并以此计算获得待测物体的直线度。
[0010]进一步优选地，在所述激光三角测距光路中，激光从所述激光器出射，经过所述第三平凸透镜照射在第四平面反射镜的B点，经第四平面反射镜反射聚焦在待测物体表面上的A点，A点和B点的连线与所述毛玻璃在同一条直线上，满足阿贝原则。
[0011]进一步优选地，所述光发射机构发射的无衍射光照射在所述毛玻璃的中心。
[0012]进一步优选地，所述无衍射光直线基准偏差测量光路中还包括多个平面反射镜，用于改变光路的方向和位置，其中，所述毛玻璃和透镜组之间设置有第一平面反射镜和第二平面反射镜。
[0013]进一步优选地，所述透镜组和相机之间设置有第三平面反射镜，所述无衍射光经过该第三平面反射镜反射和激光三角测距测量光同时进入所述相机中成像。
[0014]进一步优选地，所述透镜组为两个或者多个透镜，用于调整焦距，使得毛玻璃上的直线基准光斑在相机上精确聚焦。
[0015]进一步优选地，所述装置还包括导轨、左升降架和右升降架，所述导轨两端设置在左升降架和右升降架上，所述综合测量机构设置在所述导轨上，导轨在所述左升降架和右升降架上移动带动该综合测量装置移动，使其满足所述综合测量机构的量程要求，该综合测量机构在导轨上的移动使其能够扫描测量直线度。
[0016]按照本专利技术的另一个方面，提供了一种上述所述的非接触式直线度测量的装置的测量方法，该方法包括下列步骤：
[0017]S1、所述综合测量机构上下移动Δh，标定Δh与所述直线基准光斑在所述相机中的位移变化Δy1之间的关系Δh(Δy1)；同时标定综合测量机构与待测物体表面之间的距离的变化ΔH与所述测距光斑在相机中位移的变化Δy2之间的关系ΔH(Δy2)，标定时ΔH＝Δh；
[0018]S2、对于待测物体，测量测距光斑在相机中位移的变化Δy2，测量直线基准光斑在相机中的位移变化Δy1；
[0019]S3、将步骤S2中获得Δy1和Δy2带入所述Δh(Δy1)和ΔH(Δy2)中，以此获得实际
的ΔH和Δh；该实际的ΔH和Δh之间的差即为所求的待测物体的直线度Str＝ΔH(Δy2)
‑
Δh(Δy1)。
[0020]总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，具备下列有益效果：
[0021]1.本专利技术装置是利用激光三角测距的非接触式测量，测量精度可达到微米级，适合各种测量表面，包括管道、钢轨等较长且敞开、表面非光滑等物体的直线度测量；
[0022]2.本专利技术中由于测量时综合测量机构相对直线基准的偏差可以由直线基准光斑位移变化量Δy1求出，因此对导轨的精度要求不高，一般的导轨即可，不需要长距离的高精度导轨；
[0023]3.本专利技术采用无衍射光作为直线基准，无衍射光的光束截面形状是明暗相间的同心环，是一种不随光的传播距离变本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种非接触式直线度测量的装置，其特征在于，该装置包括光发射机构(1)和综合测量机构(15)，其中：所述光发射机构用于发射无衍射光作为直线基准，所述综合测量机构由无衍射光直线基准偏差测量光路和激光三角测距光路综合而成，用于进行直线基准光斑位移变化和测距光斑位移变化的测量；所述综合测量机构包括毛玻璃(3)、透镜组、相机(9)、激光器(10)、第三平凸透镜(11)、第四平面反射镜(12)和双凸透镜(13)，所述光发射机构与毛玻璃(3)、透镜组和相机(9)构成无衍射光直线基准偏差测量光路；所述激光器(10)、第三平凸透镜(11)、第四平面反射镜(12)和双凸透镜(13)构成激光三角测距光路；当所述光发射机构发出无衍射光后经过所述毛玻璃(3)和透镜组到达所述相机(9)并在所述相机中形成直线基准光斑，与此同时，所述激光器(10)发出激光经过所述第三平凸透镜(11)照射在所述第四平面反射镜(12)上，经该第四平面反射镜(12)反射后聚焦在待测物体表面，待测物体散射光线进入所述双凸透镜(13)并聚焦形成激光三角测距测量光，以此形成测距光斑，所述测量光与所述无衍射光同时到达所述相机(9)并成像，利用所述相机(9)中的图像计算测距光斑位移变化和直线基准光斑位移变化，并以此计算获得待测物体的直线度。2.如权利要求1所述的一种非接触式直线度测量的装置，其特征在于，在所述激光三角测距光路中，激光从所述激光器(10)出射，经过所述第三平凸透镜(11)照射在第四平面反射镜(12)的B点，经第四平面反射镜(12)反射聚焦在待测物体表面上的A点，A点和B点的连线与所述毛玻璃(3)在同一条直线上，满足阿贝原则。3.如权利要求2所述的一种非接触式直线度测量的装置，其特征在于，所述光发射机构发射的无衍射光照射在所述毛玻璃(3)的中心。4.如权利要求3所述的一种非接触式直线度测量的装置，其特征在于，所述无衍射光直线基准...
【专利技术属性】
技术研发人员：赵斌，吴宇，代宇航，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：
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