一种五维坐标远心光学测量系统技术方案

一种五维坐标远心光学测量系统，其特征在于：其包含有镜头（１）、两维转台（２）、工作台（３）、立柱（４）、基座（５）；其中：基座（５）水平布置在整个设备最底部；用于实现水平面内二维动作的工作台（３）布置在基座（５）上；立柱（４）固定在工作台（３）上；能实现竖直方向动作的镜头（１）布置在立柱（４）上部；用于固定放置被测物体的两维转台（２）具体由两部分构成：布置连接在立柱（４）上且能实现绕水平轴旋转动作的转台基体（２０１）、布置连接在转台基体（２０１）上且能围绕与转台基体（２０１）的旋转轴心垂直的轴旋转的小转台（２０２）。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及物体几何测量设备，特别提供了一会尤其适用于测量具有复杂空 间形状结构中较小尺寸结构的五维坐标远心光学测量系统。
技术介绍
现有技术中，对具有复杂空间形状结构的物体中较小尺寸结构的测量设备中，比 较典型的是光学三坐标测量机(例如德国、美国的某些公司生产的光学三坐标测量机)；虽 然相对而言其可能具有的精度很高，但它们都属于“单焦”平面的光学视像系统，没有使用 远心光学镜头之类的先进部件。以叶片作为被测物体为例，叶片气膜孔轮廓是叶片气膜孔与叶片表面的相贯线， 是空间不规则曲线，在传统的光学三坐标镜头下均不能显示完整清晰的气膜孔图像，无法 计算轮廓曲线构成的圆的直径和几何中心坐标，因此，不能测量高涡高导叶片气膜孔位置 尺寸。以日本生产的二维视像测量仪为对比例，其并没有设置用于灵活调整被测物体空间 姿态的结构，无法调整到所期望的最佳空间姿态，从而无法获取叶片气膜孔空间曲线轮廓 图像，因此也不能测量气膜孔的位置尺寸。以某型发动机高压涡轮叶片为例，其除具有一般三维曲面的叶盆、叶背以外，在 其叶身上加工了 9排79个不同角度的气膜孔，孔径规格为Φ0.、吣5! 及Φ0. 50+0-05mm 两种，气膜孔间距为3mm-4mm，气膜孔轴线与叶片基准面C的倾斜角度分别为0°、30°、 45°、75°、90° UOO0，Φ0. 3Q+°_°5mm 孔的位置度为 Φ0. 15讓，Φ0. 5Q+a°5mm 孔的位置度为 Φ0. 10謹。由于这些孔的直径很小，只有Φ0. S^imm和Φ0. δ^ ^πιπι，传统的三坐标测量机 的最小测头直径为Φ0. 5mm,因此，无法伸到气膜孔内部进行采点；如使用Φ0. 025mm的光 纤测头测量气膜孔，因电火花加工的气膜孔边缘和孔壁较为粗糙，会给气膜孔位置度的测 量造成粗大探测误差。人们期望获得一种技术效果更好的尤其适用于测量具有复杂空间形状结构中较 小尺寸结构的五维坐标远心光学测量系统。
技术实现思路
本技术的目的是提供一种技术效果更好的尤其适用于测量具有复杂空间形 状结构中较小尺寸结构的五维坐标远心光学测量系统。本技术一种五维坐标远心光学测量系统，其特征在于其包含有镜头1、两维 转台2、工作台3、立柱4、基座5 ；其中基座5水平布置在整个设备最底部；用于实现水平面内二维动作的工作台3布置 在基座5上；立柱4固定在工作台3上；能实现竖直方向动作的镜头1布置在立柱4上部；用于固定放置被测物体的两维转台2具体由两部分构成布置连接在立柱4上且 能实现绕水平轴旋转动作的转台基体201、布置连接在转台基体201上且能围绕与转台基 体201的旋转轴心垂直的轴旋转的小转台202。被测物体放置在小转台202上。所述五维坐标远心光学测量系统中，要求保护的优选内容具体如下所述五维坐标远心光学测量系统中，所述镜头1具体为远心光学镜头。所述五维坐标远心光学测量系统中，布置在基座5上的用于实现水平面内二维动 作的工作台3具体分为两部分X向工作台301、Y向工作台302 ；二者其中之一直接布置在 基座5，另一个布置在前一个上方而且二者相互接触；立柱4固定在工作台3中X向工作台301或Y向工作台302 二者中位于最上部的 其中之一之上。所述五维坐标远心光学测量系统中，布置在基座5上的用于实现水平面内二维动 作的工作台3具体分为两部分Χ向工作台301、Υ向工作台302 ；二者其中之一直接布置在 基座5，另一个布置在前一个上方而且二者相互接触；立柱4固定在工作台3中X向工作台301或Y向工作台302 二者中位于最上部的 其中之一之上。所述五维坐标远心光学测量系统中，还设置有摄像机6，其具体布置在立柱4上的 镜头1上方；所述两维转台2的转台基体201和小转台202中都设置有用于分别带动二者进行 旋转动作的步进电机；所述小转台202上还设置有用于装夹固定被测物体的卡具203。所述五维坐标远心光学测量系统中，还设置有摄像机6，其具体布置在立柱4上的 镜头1上方。所述五维坐标远心光学测量系统中，还设置有照明系统7，其具体布置在镜头1周 围，并能够和镜头1、摄像机6 —起在竖直方向沿立柱4动作。下面对本技术相关的问题作一介绍综合现有技术中的相关问题进行分析，对于气膜孔位置度这类测量问题，最好是 采用非接触视像测量方法，同时还必须解决叶片空间姿态的定位问题和气膜孔空间不规则 轮廓曲线图像的采集问题，光学镜头不能是“单焦”平面，需要有较大景深。(1)远心光学镜头的研制以空间形状的叶片作为被测物体为例，由于叶片气膜孔与叶片表面的相贯线，即 轮廓曲线是一条不规则的封闭空间曲线，它不在任何某一平面内，所以，在光学三坐标等视 像测量设备下，都不能获得清晰的几何图像，原因就是它们的光学测量头是“单焦”镜头，无 法在同一位置看清空间曲线的轮廓，因此，要解决这个问题，必须要研制大景深的具有远心 光学原理的测量镜头，以解决图像采集问题。远心光学镜头是本技术中一个很突出的 创新点。本技术是将远心光学镜头成功应用到坐标光学测量系统，主要技术包括光学 视像技术、光电信号转换技术、图像数据处理技术及几何参数评价软件开发技术等等，其测 量原理和流程如附图说明图1所示。(2)远心光学镜头、二维转台和坐标测量技术的综合运用由于叶片气膜孔与叶片型面的相贯线是一条封闭的空间曲线，它不在任何同一平 面内。因此，使用常见光学测量系统无法解决叶片气膜孔位置尺寸的测量问题。但是，本技术综合应用远心光学镜头、两维转台2、三个直线坐标方向能够调整的测量技术，研制了一台光轴方向带有一定景深的具有X、Y、Z三个直线轴和W、U两个旋 转轴的五维测量系统，这些光机电技术的综合应用和远心光学镜头、两维转台2、沿三个直 线坐标运动的机械结构的集成综合应用，是本技术的突出特点。远心光学镜头的研制成功，解决了图像采集过程中的景深问题，使不同焦平面上 的轮廓曲线能够同时清晰的显示在屏幕上；两维转台2的研制和成功应用，创造性地解决 了叶片空间姿态的定位问题。(3)本技术在实际应用时，可以将不规则的空间曲线投影在垂直于其轴线的 平面内，显示其真实圆的图形，并进行气膜孔位置尺寸数据转换，使用本技术所述的五 维坐标远心光学测量系统可以将叶片气膜孔轴线旋转到与光学测量头光轴轴线一致的方 向上，准确控制叶片的空间姿态后，进行叶片气膜孔位置尺寸的检测从而很好地实现测量 目的。本技术综合应用远心光学镜头、两维转台2和三维直线坐标测量技术，成功 研制出一台光轴方向带有一定景深的具有X、Y、Z三个直线轴和W、U两个旋转轴的五维测 量系统。本技术能够清晰地采集空间曲面上不规则小孔(或轴)轮廓曲线的图像，并 对图像进行处理和计算，确定孔的大小和中心位置坐标。本技术解决了叶片型面气膜 孔位置尺寸等这一类典型的测量难题。本技术填补了现有技术的空白，并且可以应用 到各类复杂结构零件微小几何量尺寸的测量。本技术的有益效果本技术可以在上述内容的基础上进一步研究开发相关的专用测量软件，用以 解决叶片气膜孔图像的处理和计算、伺服系统控制、自动测量、手动测量和位置尺寸的评价 等问题。可以采用软件控制三个直线坐标轴和两个旋转轴的位移，能够使五个坐标有序运 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种五维坐标远心光学测量系统，其特征在于：其包含有镜头（１）、两维转台（２）、工作台（３）、立柱（４）、基座（５）；其中：基座（５）水平布置在整个设备最底部；用于实现水平面内二维动作的工作台（３）布置在基座（５）上；立柱（４）固定在工作台（３）上；能实现竖直方向动作的镜头（１）布置在立柱（４）上部；用于固定放置被测物体的两维转台（２）具体由两部分构成：布置连接在立柱（４）上且能实现绕水平轴旋转动作的转台基体（２０１）、布置连接在转台基体（２０１）上且能围绕与转台基体（２０１）的旋转轴心垂直的轴旋转的小转台（２０２）。

【技术特征摘要】
一种五维坐标远心光学测量系统，其特征在于其包含有镜头(1)、两维转台(2)、工作台(3)、立柱(4)、基座(5)；其中基座(5)水平布置在整个设备最底部；用于实现水平面内二维动作的工作台(3)布置在基座(5)上；立柱(4)固定在工作台(3)上；能实现竖直方向动作的镜头(1)布置在立柱(4)上部；用于固定放置被测物体的两维转台(2)具体由两部分构成布置连接在立柱(4)上且能实现绕水平轴旋转动作的转台基体(201)、布置连接在转台基体(201)上且能围绕与转台基体(201)的旋转轴心垂直的轴旋转的小转台(202)。2.按照权利要求1所述五维坐标远心光学测量系统，其特征在于所述五维坐标远心光学测量系统中，所述镜头(1)具体为远心光学镜头。3.按照权利要求2所述五维坐标远心光学测量系统，其特征在于所述五维坐标远心光学测量系统中，布置在基座(5)上的用于实现水平面内二维动作 的工作台(3)具体分为两部分X向工作台(301)、Y向工作台(302) ；二者其中之一直接布 置在基座(5)，另一个布置在前一个上方而且二者相互接触；立柱(4)固定在工作台(3)中X向工作台(301)或Y向工作台(302) 二者中位于最上 部的其中之一之上。4.按照权利要求3所述五维坐标...

【专利技术属性】
技术研发人员：王呈，谭甄，陈琦，黄伟，朱明，曾杰，鲁玉峰，曾庆溥，曹影志，胡东清，陈靖波，王玉，朱立志，
申请(专利权)人：沈阳黎明航空发动机集团有限责任公司，
类型：实用新型
国别省市：89[中国|沈阳]