CN106500635A - 基于激光超声的长方体工件几何尺寸测量系统 - Google Patents

基于激光超声的长方体工件几何尺寸测量系统 Download PDF

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CN106500635A CN201610850320.5A CN201610850320A CN106500635A CN 106500635 A CN106500635 A CN 106500635A CN 201610850320 A CN201610850320 A CN 201610850320A CN 106500635 A CN106500635 A CN 106500635A
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甘春标
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Abstract

基于激光超声的长方体工件几何尺寸测量系统，包括光路形成系统、数据采集系统、数据处理系统，光路形成系统包括激光发射器、光路调节系统、扫描振镜，数据采集系统包括电容式位移传感器、前置放大器、高速数据采集卡，数据处理系统通过频域‑波数域滤波算法对采集到的数据波形进行处理；长方体工件的长、宽、高的测量方法为：（1）利用表面波沿长度方向传播时经由左、右边缘一次反射后到达O点的时间来计算长度；（2）利用表面波沿宽度方向传播时经由前、后边缘一次反射后到达O点的时间来计算宽度；（3）利用纵波经过长方体工件下表面反射后到达O点的时间来计算高度。本发明能够在各种极端环境下实现长方体工件几何尺寸的非接触式测量。

Description

基于激光超声的长方体工件几何尺寸测量系统
技术领域
本发明属于激光超声无损检测领域，具体涉及一种基于激光超声的长方体工件几何尺寸测量系统。
背景技术
工件的尺寸检测，在生产企业中是必不可少的，大多数企业采用的是人工抽检，这会导致检测结果不准确，同时，浪费人力，效率也低。对于精密的甚至是微小的零部件，尺寸检测需要保证精度，又要保证工件的完整性，同时需要迅速便捷，形成流水线式的测量。
常见的尺寸测量方式有接触式和非接触式两类。接触式测量不适合在线检测，同时也容易破坏被测零件表面，因此目前常选用非接触式测量方案。非接触式测量应用比较广泛的是超声测量和激光测量两种。公告号CN101796373A“用于借助于超声波全面检测检验对象的几何尺寸的方法”通过超声测量圆管零部件内外径,这个方法需要用到水耦合剂，这正是传统超声检测的弊端，由于需要耦合剂，就存在对检测环境的限制，要防止耦合剂失效。激光测量又分为激光光学测量和激光超声测量两种。公告号CN202903132U“非接触式热目标尺寸测量系统”利用热像仪和激光测距来测量有形热目标的尺寸,但其检测的热信号需要有热量变化，因此限制了测量目标和测量环境，另一方面，激光测距利用光学反射原理，由于较难保证被测物体表面的绝对光滑，就必然存在漫反射，导致了检测误差,这也是激光光学测量方法的一大问题。
激光超声检测法具有非接触、宽带、可远程控制、高穿透性的特点，并可同时激发多种模式超声波，是一种无损检测技术。公告号CN104792285A“一种基于激光超声的板材厚度在线测量系统”利用激光入射后纵波(或横波)和其反射波到达传感器的时间差测量了板材的厚度；公告号CN103792191A“使用激光超声检测系统检测复合结构的系统和方法”利用具有多个特性的脉冲激光束接触复合结构时产生公差内的多个超声波的特点来检测复合结构的存在；公告号CN104345092A“一种扫查式激光超声检测方法及其系统”利用激光超声纵波信号检测材料缺陷。激光超声检测的应用范围很广，但大多集中在上述公开专利涉及的激光超声探伤、测厚等方面，少有通过激光超声检测长方体工件整体几何尺寸的方案。
发明内容
为了解决现有技术的上述不足，本发明提供一种基于激光超声的长方体工件几何尺寸测量系统，可以测量长方体工件的长、宽、高，能够在各种极端环境下实现非接触式测量，并且测量误差较小。
为了解决上述技术问题，本发明采用以下的技术方案：
基于激光超声的长方体工件尺寸测量系统，包括光路形成系统、数据采集系统、数据处理系统；
所述光路形成系统包括激光发射器、光路调节系统、扫描振镜，激光发射器发出的激光经过光路调节系统的分光镜后分成第一激光束和第二激光束，第一激光束经分光镜反射形成触发信号，第二激光束透过分光镜并聚焦后射向扫描振镜，扫描振镜在长方体工件上表面扫描入射从而激发出激光超声波，该激光超声波包括仅能在长方体工件上表面传播的表面波、以及能透射入长方体工件内以球面波形式传播的纵波和横波；
所述数据采集系统包括电容式位移传感器、前置放大器、高速数据采集卡，所述电容式位移传感器位于长方体工件上方，长方体工件的上表面形成电容式位移传感器的下极板，电容式位移传感器与扫描振镜所在的平面平行于长方体工件的长边，所述电容式传感器的输出电压经过前置放大器放大后，由高速数据采集卡进行数据采集，高速数据采集卡由所述触发信号触发开始工作；
长方体工件的上表面形成电容式位移传感器的下极板，电容式位移传感器的振动膜为上极板，振动膜由高弹性、耐高温、抗辐射材料制成，适合在极端环境下工作，因此本系统能在高温、强腐蚀、高辐射等极端环境下测量长方体工件的几何尺寸。当激光超声波(表面波、纵波、横波)到达电容式位移传感器在长方体工件上表面的对心处时，会使该对心处发生上下位移变化，使得电容式位移传感器的上、下极板间距发生变化，于是电容式位移传感器的电容发生变化，从而电容式位移传感器的输出电压发生变化；
所述数据处理系统通过频域-波数域滤波算法对高速数据采集卡所采集到的数据波形进行处理，频域-波数域滤波算法将空间域-时间域上的数据波形进行二维傅氏变换，转换为频域-波数域上的波形，由于三种波的频率段、波数段、和能量不一样，因此可根据不同的频率段、波数段实现对各种波的提取，进而过滤出不同种类的波形，之后再二维傅氏反变换回空间域-时间域以提取所需的时间特征量；
所述数据处理系统还包括模拟软件和显示屏，反映计算后的长方体工件长、宽、高尺寸的长方体工件三维图像可通过所述模拟软件在显示屏上显示；
设扫描振镜与电容式位移传感器的水平距离为L，电容式位移传感器在长方体工件上表面的对心处为O点，表面波在长方体工件中的传播速度为Vs，纵波在长方体工件中的传播速度为Vl，横波在长方体工件中的传播速度为Vt，则长方体工件的长、宽、高的测量方法如下：
(1)利用表面波沿长度方向传播时经由左、右边缘一次反射后到达O点的时间来计算长方体工件的长度，表面波从扫描点沿长方体工件上表面向左传播到左边缘处再反射后到达O点的时间为T1，表面波从扫描点沿长方体工件上表面向右传播到右边缘处再反射后到达O点的时间为T2，则长方体工件的长度
(2)利用表面波沿宽度方向传播时经由前、后边缘一次反射后到达O点的时间来计算长方体工件的宽度，表面波从扫描点沿长方体工件上表面向前传播到前边缘处再反射后到达O点的时间为T3，表面波从扫描点沿长方体工件上表面向后传播到后边缘处再反射后到达O点的时间为T4，则长方体工件的宽度
(3)利用纵波或横波经过长方体工件下表面一次反射后到达O点的时间来计算长方体工件的高度，纵波从扫描点沿长方体工件内部传播到下表面再反射后到达O点的时间为T5，横波从扫描点沿长方体工件内部传播到下表面再反射后到达O点的时间为T6，则长方体工件的高度或者，
由于激光超声波传播时会有能量衰减，为了提高计算精度，故在上述长方体工件的长、宽、高的测量方法中，在选取时间特征量时，统一取表面波、纵波、横波一次反射后到达O点的信号做处理分析。
进一步地，由于纵波的传播速度大于表面波大于横波，但表面波与横波的传播速度接近，所以在测量长方体工件高度时选用纵波分析，也即这样可以减小采集数据量，并且纵波更容易区分。
进一步地，扫描振镜在上方体工件上表面的扫描点是点阵列，根据电容式位移传感器所接受到的一定时间内来自这些点阵列的数据，取出同一时刻各个阵列点的表面波传播数据，由matlab的contour指令做出对应时刻表面波的传播波形，从中可看出表面波的传播方向,以此区分出表面波传播到对心处产生的波峰中，哪些是长度方向传来的反射波的波峰，哪些是宽度方向传来的反射波的波峰。
进一步地，所述光路调节系统包括沿竖向依次向上布置的第一凸透镜、分光镜、第一反射镜，以及沿竖向依次向下布置的第二反射镜、第二凸透镜，第一反射镜和第二反射镜倾斜45度设置并相互对称；
激光发射器发出的激光经第一凸透镜聚焦后射入分光镜，经分光镜分成第一激光束和第二激光束，第一激光束经分光镜反射形成作用于高速数据采集卡的触发信号，第二激光束透过分光镜并经第一反射镜反射后水平射向第二反射镜，经第二反射镜反射后竖直向下射出，再经过第二凸透镜聚焦后射向扫描振镜。
进一步地，所述光路形成系统还包括激光扫描移动平台，该激光扫描移动平台包括第一升降台和供第一升降台横向移动的导轨，所述激光发射器、光路调节系统、扫描振镜设在一控制柜内，该控制柜由所述第一升降台控制升降；
所述数据采集系统还包括传感器移动平台，该传感器移动平台包括第二升降台和供第二升降台横向移动的导轨，激光扫描移动平台和传感器移动平台共用同一导轨，所述第二升降台控制一伸出臂升降，所述电容式位移传感器固定在该伸出臂的下端；
所述第一升降台和第二升降台由多个交叉铰接的X型杆件经上下铰接而构成，从而实现竖直方向的升降运动。
进一步地，所述电容式位移传感器的振动膜由高弹性、耐高温、抗辐射材料制成，以在高温、强腐蚀、高辐射的极端环境下工作。
进一步地，所述高速数据采集卡的采样频率与与在扫描点激发出的激光超声的分辨率对应。
进一步地，所述电容式位移传感器设在长方体工件上表面20mm处。
本发明的有益效果在于：(1)采用电容式位移传感器实现非接触式测量，电容式位移传感器的振动膜由高弹性、耐高温、抗辐射材料制成，因此本系统能在高温、强腐蚀、高辐射等极端环境下正常工作，可在极端环境下测量长方体工件的几何尺寸；
(2)通过频域-波数域滤波算法对高速数据采集卡所采集到的数据波形进行处理，根据三种波所处的频率段、波数段实现对各种波的提取，并反变换回空间域-时间域，从而可以进一步提取所需的时间特征量，计算后的长方体工件三维尺寸图像可在显示屏上展示；
(3)设有激光扫描移动平台和传感器移动平台，可以调节扫描振镜的高度和电容式位移传感器的高度，以及扫描振镜和电容式位移传感器之间的横向距离，以适应各种不同尺寸的长方体工件的长、宽、高的测量，同一导轨能保持扫描振镜和电容式位移传感器在同一横向直线上；
(4)由于激光超声的测量精度较高，且对待测物体表面粗糙度没有要求，因此可以测量高精的或者表面不平整的零部件。只要是能吸收激光的材料，都在本系统的测量范围内。
附图说明
图1为本发明基于激光超声的长方体工件几何尺寸测量系统实施例的原理图。
图2为本发明基于激光超声的长方体工件几何尺寸测量系统实施例的三维结构图。
图3为本发明基于激光超声的长方体工件几何尺寸测量系统实施例的光路调节系统的结构图。
图4为本发明的测量长方体工件的长和宽的几何原理图。
图5为本发明的测量长方体工件的高度的几何原理图。
图6为采用频域-波数域滤波算法对纵波的数据处理结果图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施方式，对本发明作进一步详细说明，应当理解，此处描述的实施方式仅用于具体阐述本发明，并不构成对本发明的限制。
参照图1-6：基于激光超声的长方体工件几何尺寸测量系统，包括光路形成系统、数据采集系统、数据处理系统。
所述光路形成系统包括激光扫描移动平台4、以及设在控制柜5内的激光发射器1、光路调节系统2、扫描振镜3，激光扫描移动平台4包括第一升降台41和供第一升降台41横向移动的导轨42，控制柜1由第一升降台41控制升降，通过上位机控制激光发射器1发出一束激光，该激光经过光路调节系统2的分光镜32后分成第一激光束A和第二激光束B，第一激光束A经分光镜32反射形成触发信号，第二激光束B透过分光镜32并经过聚焦后射向扫描振镜3，扫描振镜3在长方体工件6上表面扫描入射从而激发出激光超声波，该激光超声波包括仅能在长方体工件6上表面传播的表面波、以及既能在长方体工件6上表面传播也能透射入长方体工件6内以球面波形式传播的纵波和横波。
具体的，所述光路调节系统2包括沿竖向依次向上布置的第一凸透镜21、分光镜22、第一反射镜23，以及沿竖向依次向下布置的第二反射镜24、第二凸透镜25，第一反射镜23和第二反射镜24倾斜45度设置并相互对称；
激光发射器1发出的激光经第一凸透镜21聚焦后射入分光镜22，经分光镜22分成第一激光束A和第二激光束B，第一激光束A经分光镜22反射形成触发信号，第二激光束B透过分光镜22并经第一反射镜23反射后水平射向第二反射镜24，经第二反射镜24反射后竖直向下射出，再经过第二凸透镜25聚焦后射向扫描振镜3。
所述数据采集系统包括传感器移动平台7、电容式位移传感器8、前置放大器9、高速数据采集卡10，传感器移动平台7包括第二升降台71和供第二升降台71横向移动的导轨42，激光扫描移动平台4的第一升降台41和传感器移动平台7的第二升降台71共用同一导轨42，所述电容式位移传感器8固定于一伸出臂11下端，位于长方体工件6上方，伸出臂11由第二升降台71控制升降，进而调节电容式位移传感器8在长方体工件6上方的高度，所述电容式位移传感器8与扫描振镜3所在的平面平行于长方体工件6的长边，所述电容式传感器8的输出电压经过前置放大器9放大后，由高速数据采集卡10进行数据采集，高速数据采集卡10由第一激光束A形成的触发信号触发开始工作。
长方体工件6的上表面形成电容式位移传感器8的下极板，电容式位移传感器8的振动膜为上极板，其振动膜由高弹性、耐高温、抗辐射材料制成，适合在极端环境下工作。因此本系统能在高温、强腐蚀、高辐射等极端环境下测量长方体工件的几何尺寸。当激光超声波(表面波、纵波、横波)到达电容式位移传感器8在长方体工件上表面的对心处(电容式位移传感器在长方体工件上表面的垂足)时，会使该对心处发生上下位移变化，使得电容式位移传感器8的上、下极板间距发生变化，于是电容式位移传感器8的电容发生变化，从而电容式位移传感器8的输出电压发生变化。
所述数据处理系统通过频域-波数域滤波算法对高速数据采集卡10所采集到的数据波形进行处理，频域-波数域滤波算法将空间域-时间域(除二位坐标外，用颜色代表能量)上的数据波形进行二维傅氏变换，转换为频域-波数域(除二位坐标外，用颜色代表能量)上的波形，由于表面波、纵波、横波的频率段、波数段、和能量不一样，因此可根据不同的频率段、波数段实现对各种波的提取，进而过滤出不同种类(指表面波、纵波、横波)的波形，之后再二维傅氏反变换回空间域-时间域以提取所需的时间特征量。
具体来说，时间域通过傅氏变换形成频域，空间域通过傅氏变换形成波数域，于是转换成了频域-波数域上的二维坐标图形，另外还用颜色代表能量。
高速数据采集卡10所采集的数据波形是很可能是混叠的，并且是含噪的，在提取不同种类的波形时，在某个特定的频率段和波数段，提取大能量的点(因为一次反射的数据能量大，多次反射后被采集到的数据其能量会有衰减)，这样还可滤除能量更小的噪声，于是得到峰值分明、平滑、噪声干扰小的不同种类数据波形。
扫描振镜3在上方体工件6上表面的扫描点是点阵列，根据电容式位移传感器8所接受到的一定时间内来自这些点阵列的数据，取出同一时刻各个阵列点的表面波传播数据，由matlab的contour指令做出对应时刻表面波的传播波形，从中可看出表面波的传播方向,以此区分出表面波传播到对心处产生的波峰中，哪些是长度方向传来的反射波的波峰，哪些是宽度方向传来的反射波的波峰。
所述数据处理系统还包括模拟软件和显示屏12，反映计算后的长方体工件长、宽、高尺寸的长方体工件三维图像可通过所述模拟软件在显示屏12上显示。
设扫描振镜3的中心与电容式位移传感器8的中心的水平距离为L，电容式位移传感器8在长方体工件6上表面的对心处(电容式位移传感器在长方体工件上表面的垂足)为O点，查得表面波在长方体工件6中的传播速度为Vs，纵波在长方体工件6中的传播速度为Vl，横波在长方体工件6中的传播速度为Vt，则如图4、图5所示，长方体工件6的长、宽、高的测量方法如下：
(1)利用表面波沿长度方向传播时经由左、右边缘一次反射后到达O点的时间来计算长方体工件的长度，表面波从扫描点(扫描振镜3在长方体工件上表面的垂足)沿长方体工件上表面向左传播到左边缘C点处再反射后到达O点的时间为T1，表面波从扫描点沿长方体工件上表面向右传播到右边缘D点处再反射后到达O点的时间为T2，由于这两者路径之和为长方体工件的长度的两倍，则长方体工件的长度
(2)利用表面波沿宽度方向传播时经由前后边缘一次反射后到达O点的时间来计算长方体工件的宽度，表面波从扫描点沿长方体工件上表面向前传播到前边缘E点处再反射后到达O点的时间为T3，表面波从扫描点沿长方体工件上表面向后传播到后边缘F点处再反射后到达O点的时间为T4，则长方体工件的宽度
(3)利用纵波或横波经过长方体工件下表面反射后到达O点的时间来计算长方体工件的高度，纵波从扫描点沿长方体工件内部传播到下表面G点处再反射后到达O点的时间为T5，横波从扫描点沿长方体工件内部传播到下表面G点处再反射后到达O点的时间为T6，则长方体工件的高度或者，
表面波在长方体工件6上表面是不断地进行反射的，纵波和横波在长方体工件6内部也是不断地进行反射的，由于激光超声波传播时会有能量衰减，为了提高计算精度，故在上述长方体工件的长、宽、高的测量方法中，在选取时间特征量时，统一取表面波、纵波、横波一次反射后到达O点的信号做处理分析。一次反射是指第一次反射。
由于纵波的传播速度大于表面波大于横波，但表面波与横波的传播速度接近，所以在测量长方体工件6高度时优选采用纵波分析，也即由于纵波的速度快于横波，这样可以减小高速数据采集卡10的采集数据量，并且和横波相比，纵波更容易和表面波区分开来。
图6为采用频域-波数域滤波算法对纵波的数据处理结果图。对纵波的数据处理结果图。从算法处理后的波形图上可以明显看出两个峰值位置，由于纵波既能在表面传播也能透射入长方体工件内传播，故，第一个峰值是纵波从扫描点直接沿长方体工件上表面传播到O点处引起的电压变化，第二个峰值则是纵波透射入长方体工件内经下表面反射后再到达O点处引起的电压变化，第二个峰值和扫描点(对应波形图的起点时刻)的时间间隔，也即第二个峰值对应的横坐标就是需要的T5，代入公式则可得到该长方体工件的高度。
本实施例设有激光扫描移动平台4和传感器移动平台7，因此可以调节扫描振镜3的高度和电容式位移传感器8的高度，以及扫描振镜3和电容式位移传感器8之间的横向距离，以适应各种不同尺寸的长方体工件的长、宽、高的测量，采用同一导轨42能保持扫描振镜3和电容式位移传感器8在同一横向直线上，以实现激光超声波的发生和接收。
本实施例中，所述第一升降台41和第二升降台71由多个交叉铰接的X型杆件经上下铰接而构成，从而实现竖直方向的升降运动。
本实施例中，所述高速数据采集卡10的采样频率与扫描振镜3在扫描点所激发出的激光超声的分辨率对应。
本实施例中，所述电容式位移传感器8设在长方体工件上表面20mm处。
本实施例中，所述激光发射器1为Nd:YAG激光器，其发射的激光波长为1064nm。
总之，以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.基于激光超声的长方体工件几何尺寸测量系统，其特征在于：包括光路形成系统、数据采集系统、数据处理系统；
所述光路形成系统包括激光发射器、光路调节系统、扫描振镜，激光发射器发出的激光经过光路调节系统的分光镜后分成第一激光束和第二激光束，第一激光束经分光镜反射形成触发信号，第二激光束透过分光镜并聚焦后射向扫描振镜，扫描振镜在长方体工件上表面扫描入射从而激发出激光超声波，该激光超声波包括仅能在长方体工件上表面传播的表面波、以及能透射入长方体工件内以球面波形式传播的纵波和横波；
所述数据采集系统包括电容式位移传感器、前置放大器、高速数据采集卡，所述电容式位移传感器位于长方体工件上方，长方体工件的上表面形成电容式位移传感器的下极板，电容式位移传感器与扫描振镜所在的平面平行于长方体工件的长边，所述电容式传感器的输出电压经过前置放大器放大后，由高速数据采集卡进行数据采集，高速数据采集卡由所述触发信号触发开始工作；
所述数据处理系统通过频域-波数域滤波算法对高速数据采集卡所采集到的数据波形进行处理，频域-波数域滤波算法将空间域-时间域上的数据波形进行二维傅氏变换，转换为频域-波数域上的波形，由于三种波的频率段、波数段、和能量不一样，因此可根据不同的频率段、波数段实现对各种波的提取，进而过滤出不同种类的波形，之后再二维傅氏反变换回空间域-时间域以提取所需的时间特征量；
设扫描振镜与电容式位移传感器的水平距离为L，电容式位移传感器在长方体工件上表面的对心处为O点，表面波在长方体工件中的传播速度为Vs，纵波在长方体工件中的传播速度为Vl，横波在长方体工件中的传播速度为Vt，则长方体工件的长、宽、高的测量方法如下：
(1)利用表面波沿长度方向传播时经由左、右边缘一次反射后到达O点的时间来计算长方体工件的长度，表面波从扫描点沿长方体工件上表面向左传播到左边缘处再反射后到达O点的时间为T1，表面波从扫描点沿长方体工件上表面向右传播到右边缘处再反射后到达O点的时间为T2，则长方体工件的长度
(2)利用表面波沿宽度方向传播时经由前、后边缘一次反射后到达O点的时间来计算长方体工件的宽度，表面波从扫描点沿长方体工件上表面向前传播到前边缘处再反射后到达O点的时间为T3，表面波从扫描点沿长方体工件上表面向后传播到后边缘处再反射后到达O点的时间为T4，则长方体工件的宽度
(3)利用纵波或横波经过长方体工件下表面一次反射后到达O点的时间来计算长方体工件的高度，纵波从扫描点沿长方体工件内部传播到下表面再反射后到达O点的时间为T5，横波从扫描点沿长方体工件内部传播到下表面再反射后到达O点的时间为T6，则长方体工件的高度或者，
由于激光超声波传播时会有能量衰减，为了提高计算精度，故在上述长方体工件的长、宽、高的测量方法中，在选取时间特征量时，统一取表面波、纵波、横波一次反射后到达O点的信号做处理分析。
2.如权利要求1所述的基于激光超声的长方体工件几何尺寸测量系统，其特征在于：由于纵波的传播速度大于表面波大于横波，但表面波与横波的传播速度接近，所以在测量长方体工件高度时选用纵波分析，也即这样可以减小采集数据量，并且纵波更容易区分。
3.如权利要求1所述的基于激光超声的长方体工件几何尺寸测量系统，其特征在于：扫描振镜在上方体工件上表面的扫描点是点阵列，根据电容式位移传感器所接受到的一定时间内来自这些点阵列的数据，取出同一时刻各个阵列点的表面波传播数据，由matlab的contour指令做出对应时刻表面波的传播波形，从中可看出表面波的传播方向,以此区分出表面波传播到对心处产生的波峰中，哪些是长度方向传来的反射波的波峰，哪些是宽度方向传来的反射波的波峰。
4.如权利要求1-3之一所述的基于激光超声的长方体工件几何尺寸测量系统，其特征在于：所述光路调节系统包括沿竖向依次向上布置的第一凸透镜、分光镜、第一反射镜，以及沿竖向依次向下布置的第二反射镜、第二凸透镜，第一反射镜和第二反射镜倾斜45度设置并相互对称；
激光发射器发出的激光经第一凸透镜聚焦后射入分光镜，经分光镜分成第一激光束和第二激光束，第一激光束经分光镜反射形成作用于高速数据采集卡的触发信号，第二激光束透过分光镜并经第一反射镜反射后水平射向第二反射镜，经第二反射镜反射后竖直向下射出，再经过第二凸透镜聚焦后射向扫描振镜。
5.如权利要求1-3之一所述的基于激光超声的长方体工件几何尺寸测量系统，其特征在于：所述数据处理系统还包括模拟软件和显示屏，反映计算后的长方体工件长、宽、高尺寸的长方体工件三维图像可通过所述模拟软件在显示屏上显示。
6.如权利要求1-3之一所述的基于激光超声的长方体工件几何尺寸测量系统，其特征在于：所述光路形成系统还包括激光扫描移动平台，该激光扫描移动平台包括第一升降台和供第一升降台横向移动的导轨，所述激光发射器、光路调节系统、扫描振镜设在一控制柜内，该控制柜由所述第一升降台控制升降；
所述数据采集系统还包括传感器移动平台，该传感器移动平台包括第二升降台和供第二升降台横向移动的导轨，激光扫描移动平台和传感器移动平台共用同一导轨，所述第二升降台控制一伸出臂升降，所述电容式位移传感器固定在该伸出臂的下端。
7.如权利要求1-3之一所述的基于激光超声的长方体工件几何尺寸测量系统，其特征在于：所述电容式位移传感器的振动膜由高弹性、耐高温、抗辐射材料制成，以在高温、强腐蚀、高辐射的极端环境下工作。
8.如权利要求6所述的基于激光超声的长方体工件几何尺寸测量系统，其特征在于：所述第一升降台和第二升降台由多个交叉铰接的X型杆件经上下铰接而构成，从而实现竖直方向的升降运动。
9.如权利要求1-3之一所述的基于激光超声的长方体工件几何尺寸测量系统，其特征在于：所述高速数据采集卡的采样频率与在扫描点激发出的激光超声的分辨率对应。
10.如权利要求1-3之一所述的基于激光超声的长方体工件几何尺寸测量系统，其特征在于：所述电容式位移传感器设在长方体工件上表面20mm处。
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107271370A (zh) * 2017-07-04 2017-10-20 九江学院 一种基于材料内部缺陷检测的激光超声检测系统及其方法
CN107631717A (zh) * 2017-09-29 2018-01-26 斯沃博达汽车电子（昆山）有限公司 用于多规格制动盘的检测装置
CN108181241A (zh) * 2018-01-02 2018-06-19 北京汽车股份有限公司 一种车辆悬架结构缺陷检测系统及检测方法
TWI787107B (zh) * 2021-09-24 2022-12-11 盟立自動化股份有限公司 非接觸式曲面量測路徑規劃方法、非接觸式曲面量測方法及非接觸式曲面量測系統
CN115635508A (zh) * 2022-09-24 2023-01-24 重庆智能机器人研究院 机器人静态柔顺性测试装置及测试方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102004029761A1 (de) * 2004-06-21 2006-01-19 Branding, Elke Messgerät zur Erfassung von Geometrie und Größe ebener Flächen
CN102967281A (zh) * 2012-11-29 2013-03-13 中国航空综合技术研究所 脉冲激光体纵波厚度测量系统
CN104707871A (zh) * 2015-03-16 2015-06-17 浙江大学 基于激光超声的板材厚度在线检测及调整系统
CN104729435A (zh) * 2015-03-13 2015-06-24 浙江大学 基于激光超声的板材厚度在线测量系统
CN104772348A (zh) * 2015-04-02 2015-07-15 浙江大学 一种基于激光超声的板材厚度在线检测及调整系统
CN104792285A (zh) * 2015-04-02 2015-07-22 浙江大学 一种基于激光超声的板材厚度在线测量系统

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102004029761A1 (de) * 2004-06-21 2006-01-19 Branding, Elke Messgerät zur Erfassung von Geometrie und Größe ebener Flächen
CN102967281A (zh) * 2012-11-29 2013-03-13 中国航空综合技术研究所 脉冲激光体纵波厚度测量系统
CN104729435A (zh) * 2015-03-13 2015-06-24 浙江大学 基于激光超声的板材厚度在线测量系统
CN104707871A (zh) * 2015-03-16 2015-06-17 浙江大学 基于激光超声的板材厚度在线检测及调整系统
CN104772348A (zh) * 2015-04-02 2015-07-15 浙江大学 一种基于激光超声的板材厚度在线检测及调整系统
CN104792285A (zh) * 2015-04-02 2015-07-22 浙江大学 一种基于激光超声的板材厚度在线测量系统

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107271370A (zh) * 2017-07-04 2017-10-20 九江学院 一种基于材料内部缺陷检测的激光超声检测系统及其方法
CN107631717A (zh) * 2017-09-29 2018-01-26 斯沃博达汽车电子（昆山）有限公司 用于多规格制动盘的检测装置
CN108181241A (zh) * 2018-01-02 2018-06-19 北京汽车股份有限公司 一种车辆悬架结构缺陷检测系统及检测方法
TWI787107B (zh) * 2021-09-24 2022-12-11 盟立自動化股份有限公司 非接觸式曲面量測路徑規劃方法、非接觸式曲面量測方法及非接觸式曲面量測系統
CN115635508A (zh) * 2022-09-24 2023-01-24 重庆智能机器人研究院 机器人静态柔顺性测试装置及测试方法

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