CN101086442A - 光学非接触式三维形状测量仪 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种测量仪，尤其涉及一种利用激光技术对变截面厚度的物体截面形状测量的光学非接触式三维形状测量仪。包括机架、设于机架前部中心处的可在X轴及Y轴方向调整的二维移动台及设于二维移动台后部的横梁，其所述的横梁的两侧臂上相对设有线激光光源部，所述的横梁上固连两个长物距光学成像部，其光学轴线与线激光光源部的光学轴线成对称角度并在同一平面。本发明实现了对厚度差不超过20mm，长宽无需限制的非接触式截面变厚度物体的形状的测量，应用范围广、测量速度快、非接触、低成本、高精度，并且可以给出相当于三座标机的三个坐标数据，具有很高的经济效益和社会效益。

Description

光学非接触式三维形状测量仪
技术领域
本发明涉及一种测量仪，尤其涉及一种利用激光技术对变截面厚度的物体截面形状测量的光学非接触式三维形状测量仪。
背景技术
以往在变截面厚度截面形状的物体测量中(比如：航空发动机和燃气轮机的转、静子叶片等)，通常采用测量其截面的方法有样板测量法、双光跟测量法、三座标测量法等。
样板测量法是一种最为经典的曲面形状检验方法，它是利用设计时的截面参数制造数个截面的一维样板，通过在相应的截面位置观察其截面样板与被测截面之间的透光量判断其形状差。该方法简单、直观，是现今工业生产中的最常用的接触式检验手段。由于其检验时需要借助人眼判断透光量，无法精确给出其型面数据。不同的截面形状需要不同的截面样板，样板的需求量很大，成本很高。
双光跟测量法是利用接触在被测表面的滚轮，在截面厚度发生变化时，滚轮拖动一个探针往复移动，一束投影光线将探针的头部投影到一个划有相应截面形状的屏幕上，当探头的位置落入屏幕所划的公差带内时，认为被测截面是合格的。该方法检验精度较高、无需针对不同物体制作不同的样板，但是它的调整比较难、装置很大，需要避光工作。
三座标测量法是一种通用的机械零件形状测量方法，它是通过一个在笛卡儿坐标系中移动的探针来确定空间点的位置，当探针接触到被测件时，探针受力后，会触发测量机记录当前点的三个坐标信息。该方法测量精度高，不受被测件的形状限制，是工业测量中广泛应用的测量装置。正因为其高的测量精度，也使得其对环境的要求较高，需要控制环境的温度和湿度。同样由于其测量方法的限制，它的测量时间比较长、系统成本较高，难以适应生产过程产品质量检测。
发明内容
本发明是针对上述问题提出来的，其目的是提供一种结构简单、调控方便准确、操作可靠、测量速度快、非接触、低成本，并且可以达到相当于三座标测量法所得数据的光学非接触式三维形状测量仪。
为了实现上述目的，本发明解决技术问题的技术方案：包括机架、设于机架前部中心处的可在X轴及Y轴方向调整的二维移动台及设于二维移动台后部的横梁，其所述的横梁的两侧臂上相对设有线激光光源部，所述的横梁上固连两个长物距光学成像部，其光学轴线与线激光光源部的光学轴线成对称角度并在同一平面。
所述的线激光光源部由带有调整位置的聚光镜的半导体激光器、柱面镜、挡板和激光器外壳组成，半导体激光器设于激光器外壳后端通过紧定螺钉固定，柱面镜与半导体激光器相对设于激光器外壳前端与其相适配的凹槽内，通过挡板由螺钉固定。
所述的长物距光学成像部由成像镜头、转接筒和CCD摄像机组成，它们之间通过C型接口连接。
所述的两个长物距光学成像部的光学轴线与线激光光源部的光学轴线的对称角度为60°～80°之间。
本实用新型与现有技术相比具有下列优点和效果：
由于采用了线激光技术、二维移动台、两个相同的长物距光学成像部和线激光光源部对称安装，实现了对厚度差不超过20mm，长宽无需限制的非接触式截面变厚度物体的形状的测量。本发明应用范围广、测量速度快、非接触、低成本、高精度，并且可以给出相当于三座标机的三个坐标数据，具有很高的经济效益和社会效益。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：
图1是本发明光学非接触式三维形状测量仪的主视结构示意图。
图2是本发明光学非接触式三维形状测量仪的俯视结构示意图。
图3是本发明的激光光源部的A-A剖视结构示意图。
其中：机架1，横梁2，二维移动台3，Y轴调整杆4，X轴调整杆5，侧臂6，线激光光源部7，长物距光学成像部8，CCD摄像机9，转接筒10，成像镜头11，半导体激光器12，聚光镜13，柱面镜14，挡板15，凹槽16，激光器外壳17。
具体实施方式
实施例1
如图1、图2及图3所示本发明包括机架1、设于机架1前部中心处，可通过X轴调整杆5在X轴方向、通过Y轴调整杆4在Y轴方向调整的二维移动台3及设于二维移动台3后部的横梁2，其所述的横梁2的两侧臂6上相对设有线激光光源部7，两个长物距光学成像部8通过螺栓固定在横梁2上，其光学轴线与两线激光光源部7的光学轴线成对称角度为60°并在同一平面。
所述的线激光光源部7由带有调整位置的聚光镜13的半导体激光器12、柱面镜14、挡板15和激光器外壳17组成，半导体激光器12设于激光器外壳17后端通过紧定螺钉固定，柱面镜14与半导体激光器12相对设于激光器外壳17前端与其相适配的凹槽16内，通过挡板15由螺钉固定。
所述的长物距光学成像部8由成像镜头11、转接筒10和CCD摄像机9组成，它们之间通过C型接口连接。
实施例2
如图1、图2及图3所示本发明包括机架1、设于机架1前部中心处，可通过X轴调整杆5在X轴方向、通过Y轴调整杆4在Y轴方向调整的二维移动台3及设于二维移动台3后部的横梁2，其所述的横梁2的两侧臂6上相对设有线激光光源部7，两个长物距光学成像部8通过螺栓固定横梁2上，其光学轴线与两线激光光源部7的光学轴线成对称角度为80°并在同一平面。其余同实施例1。
实施例3
如图1、图2及图3所示本发明包括机架1、设于机架1前部中心处，可通过X轴调整杆5在X轴方向、通过Y轴调整杆4在Y轴方向调整的二维移动台3及设于二维移动台3后部的横梁2，其所述的横梁2的两侧臂6上相对设有线激光光源部7，两个长物距光学成像部8通过螺栓固定横梁2上，其光学轴线与两线激光光源部7的光学轴线成对称角度为70°并在同一平面。其余同实施例1。
具体使用时：
将被测物体置于二维移动台3上，调整二维移动台3的Y轴调整杆5，使被测物体表面与线激光光源部7的光学轴线方向垂直(长物距光学成像部8的光学轴线与线激光光源部7的光学轴线交点重合)，即可开始测量。从线激光光源部7发出的光投射到被测物体的表面上，线激光束被物体表面形状调制，通过与线激光光源部7的光学轴线方向成70°角的长物距光学成像部8可观察到线激光束受物体表面的形状调制产生变形。该变形的线激光束经过长物距光学成像部8成像后，得到该面的型面信息。同理可通过另一组线激光光源部7和长物距光学成像部8获得另一面的变形信息。当一个位置完成测量以后，可调整二维移动台3的X轴调整杆5到下一个测量位置继续测量，循环下去，一直到测量结束。
最后可通过图像采集卡对CCD摄像机9的模拟视频信号进行数字化处理，可在计算机监视器上对被测物进行直接观察，也可以进行图像处理软件自动分析，以得到被测物体单面或者双面信息。
以采用本发明对爆破片压痕剩余厚度进行非接触式测量的应用为例，由于爆破片压痕厚度方向很窄最宽不超过1mm，其形状为直角形沟槽，槽长较长(超过40mm)，又因爆破片成型时，还需进行球面拉伸处理，其沟槽会有较大的变形。因此，采用传统的测量方法测量槽底的深度或剩余厚度是很困难的。应用本发明只需将爆破片固定于二维移动台3上，使被测爆破片表面与两线激光光源部7的光学轴线方向垂直，从线激光光源部7发出的光投射到爆破片的沟槽表面上，再将两个与线激光光源部7的光学轴线方向成75°角的长物距光学成像部8分别对准爆破片的两面沟槽，线激光束被爆破片沟槽表面形状调制，通过长物距光学成像部8可观察到线激光束受爆破片沟槽表面的形状调制产生的变形。该变形的线激光束经过长物距光学成像部8成像后，即可获得爆破片沟槽的型面信息。当一个位置完成测量以后，可调整二维移动台3的X轴调整杆5到下一个测量位置继续测量，循环下去，一直到测量结束。最后通过图像采集卡对CCD摄像机9的模拟视频信号进行数字化处理，可在计算机监视器上对爆破片沟槽进行直接观察。

Claims (4)

1、一种光学非接触式三维形状测量仪，包括机架(1)、设于机架(1)前部中心处的可在X轴及Y轴方向调整的二维移动台(3)及设于二维移动台(3)后部的横梁(2)，其特征在于所述的横梁(2)的两侧臂(6)上相对设有线激光光源部(7)，所述的横梁(2)上固连两个长物距光学成像部(8)，其光学轴线与线激光光源部(7)的光学轴线成对称角度并在同一平面。
2、根据权利要求1所述的光学非接触式三维形状测量仪，其特征在于所述的线激光光源部(7)由带有调整位置的聚光镜(13)的半导体激光器(12)、柱面镜(14)、挡板(15)和激光器外壳(17)组成，半导体激光器(12)设于激光器外壳(17)后端通过紧定螺钉固定，柱面镜(14)与半导体激光器(12)相对设于激光器外壳(17)前端与其相适配的凹槽(16)内，通过挡板(15)由螺钉固定。
3、根据权利要求1所述的光学非接触式三维形状测量仪，其特征在于所述的长物距光学成像部(8)由成像镜头(11)、转接筒(10)和CCD摄像机(9)组成，它们之间通过C型接口连接。
4、根据权利要求1所述的光学非接触式三维形状测量仪，其特征在于所述的两个长物距光学成像部(8)的光学轴线与线激光光源部(7)的光学轴线的对称角度为60°～80°之间。
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