CN110207626A - 一种平面度的激光测量装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种平面度的激光测量装置，包括激光发射装置和激光接收装置，激光发射装置与待测平面固定连接，激光发射装置的激光器可在回转机电组件的作用下旋转，将发射的线激光形成激光面，该激光面与待测平面平行；激光接收装置位于该激光面上，用于接收激光发射装置发出的激光。本发明还公开了采用上述装置的平面度的激光测量方法，即通过比较前后激光接收装置接收的激光高度的变化来获取结构件的法向变形情况。本发明提供的平面度的激光测量装置及方法，设备轻便，布置灵活，安装简单，可设置于待测平面上任意位置，测量直接且盲区小，能够实现实时性和高精度测量。

Description

一种平面度的激光测量装置及方法

技术领域

本发明涉及平面度测量领域，尤其涉及一种平面度的激光测量装置及方法。

背景技术

大型结构件在重力或温变的作用下，其表面的平面度将发生变化，会对装备的机构精度以及使用性能产生影响，因此需要对平面度进行测量，通过补偿变化量来保证装备的正常使用。

现针对构件平面度的测量方法主要有两种，一种是接触法，主要通过将速度传感器或是应变片安装在待测构件上，设备较小，成本较低，操作简便，但是加速度法需要进行两次积分来获得位移量，其精度和效果依赖于算法，应变片的安装布置较繁琐，可靠性不高，并且测量精度也不高；另一种是非接触法，主要通过工业相机或是激光跟踪仪来进行测量，测量时，须在远离待测平面且与待测平面相对的合适位置安装工业相机或者激光跟踪仪等检测设备，尽管精度较高，但是设备昂贵、复杂笨重，在检测设备和待测平面之间不能有遮挡，对于高度较高或者待检测面朝上的平面，需要搭设支架安装固定检测设备，检测设备安装极其不便，对于部分平面根本无法测量，存在检测盲区。

发明内容

本发明旨在提供一种平面度的激光测量装置及方法，设备轻便，布置灵活，安装简单，可设置于待测平面上任意位置，测量直接且盲区小，能够实现实时性和高精度测量。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

本发明公开的平面度的激光测量装置，包括激光发射装置和激光接收装置，所述激光发射装置和所述激光接收装置均与待测平面固定连接，所述激光发射装置发出的激光与所述待测平面平行，所述激光接收装置用于接收所述激光发射装置发出的激光。

本发明的有益效果是：设备安装后，通过待测平面上多个激光接收装置所接收到的激光高度情况，可检测此平面的平面度；通过初始安装时和使用一段时间后两次测量出的激光高度，可检测此平面的平面度的变化。本方案设备轻便，布置灵活，安装简单，可设置于待测平面上任意位置，发射器安装座和激光接收装置直接固定在待测平面，特别是对于高度较高或者朝上的待测面，无须搭建支架，检测方便，且对于部分非接触法无法检测的面，也可将本方案的设备安装在其表面进行检测，计算量小，测量精度高。

进一步的，所述激光发射装置包括激光装置和连接座，所述激光装置包括激光器、回转机电组件和夹具，所述连接座的一端与所述待测平面固定连接，所述回转机电组件固定安装于所述连接座的另一端，所述夹具与所述回转机电组件的输出轴固定连接，所述夹具将所述激光器夹紧，所述激光器发射的激光旋转形成激光面，所述激光接收装置在所述激光面上。

采用上述进一步方案的有益效果是：激光发射装置通过夹具夹紧，拆装方便，激光发射装置在发出的激光回转机电组件的带动下转动，形成激光平面，在激光平面各个位置的激光接收装置均能接收到激光，可检测此时待测平面的平面度；在检测平面度变化时，可同时检测出各个设置激光接收装置处的激光法向高度，提高检测效率。

进一步的，所述激光发射装置包括激光装置和连接座，所述连接座包括动平台、静平台以及第一距离调节机构，所述第一距离调节机构的一端与所述静平台固定连接，所述第一距离调节机构的另一端与所述动平台连接，所述静平台与所述待测平面固定连接，所述动平台与所述激光装置固定连接，所述第一距离调节机构用于调节所述动平台和所述静平台之间的间距。

采用上述进一步方案的有益效果是：可通过调节动平台和静平台之间的距离来调节激光装置的高度，使激光装置发出的激光在激光接收装置的接收范围内，适应性好。

进一步的，所述激光发射装置包括激光装置和连接座，所述连接座包括动平台、静平台以及角度调节机构，所述角度调节机构的一端与所述静平台连接，所述角度调节机构的另一端与所述动平台固定连接，所述静平台与所述待测平面固定连接，所述动平台与所述激光装置固定连接，所述角度调节机构用于调节所述动平台和所述静平台之间的夹角。

采用上述进一步方案的有益效果是：可通过角度调节机构调节动平台和静平台之间的夹角以调整激光发射装置发出的激光与待测平面的夹角，当激光发射装置发出的激光倾斜度过大，在激光接收装置的接收范围之外时，也可通过角度调节机构调整激光发射装置发出激光的角度，使激光接收装置能够接收到激光发射装置发出的激光，适应性好。

进一步的，所述激光接收装置包括激光接收器和第二距离调节机构，所述第二距离调节机构的一端与所述待测平面固定连接，所述第二距离调节机构的另一端与所述激光接收器固定连接，所述第二距离调节机构用于调节所述待测平面与所述激光接收器之间的距离，所述激光接收器在所述激光面上，所述激光接收器用于接收所述激光发射装置发出的激光。

采用上述进一步方案的有益效果是：可通过第二调节机构调节激光接收器与待测平面的距离，使激光接收器能够接收到激光发射装置发出的激光，适应性好，激光接收器和激光装置与待测平面的距离均可调整，测量精度更高，在仅可调节激光装置与待测平面的距离时，测量精度在毫米级，而在调整激光接收器和激光发射装置与待测平面的距离均可调整时，测量精度在毫米级以下。

进一步的，所述激光发射装置和所述激光接收装置均与所述待测平面可拆卸连接。

采用上述进一步方案的有益效果是：装置可重复在各个待测面使用，避免浪费，且在测量时安装装置，可避免装置一直设置于待测平面，对构件的正常工作产生影响，且易造成装置的损坏。

进一步的，所述激光发射装置与所述待测平面固定的端面和/或所述激光接收装置与所述待测平面固定的端面固定连接有磁性件，所述激光发射装置和/或所述激光接收装置通过所述磁性件与所述待测平面磁性粘接。

采用上述进一步方案的有益效果是：现有大多数设备的待测平面均为金属面，通过发射器安装座和激光接收装置通过磁性件与待测平面固定，拆装方便、快捷。

进一步的，还包括人机交互平台和通信模块，所述人机交互平台通过所述通信模块分别与所述激光发射装置和所述激光接收装置进行信息交互。

采用上述进一步方案的有益效果是：便于数据处理及远程操控，激光发射装置和激光接收装置在待测平面上安装好后，通过人机交互平台进行操作、接收、记录测量数据并进行计算。

进一步的，所述激光接收装置有多个，多个所述激光接收装置分布于所述激光发射装置的四周。

采用上述进一步方案的有益效果是：可同时检测待测平面多个位置的法向高度变化，也可通过多个检测位置检测待测平面的平面度。

本发明还公开了一种平面度的激光测量方法，采用上述的平面度的激光测量装置，包括以下步骤：

安装测量装置：将所述平面度的激光测量装置的所述激光接收装置和所述激光发射装置固定在所述待测平面的不同位置；

确定基准高度：将所述激光接收装置和所述激光发射装置固定好后，通过所述激光发射装置发出激光，使所述激光接收装置接收所述激光，测量此时所述激光接收装置接收到的所述激光的法向高度，并以此为基准高度；

测量法向变形量：在完成所述确定基准高度步骤后，经过预定时间，再次通过所述激光发射装置发出激光，使所述激光接收装置接收此时发出的所述激光，测量此时所述激光接收装置接收到的所述激光的法向高度，与所述基准高度进行比对，通过此时测量的所述激光接收装置接收到的所述激光的法向高度与所述基准高度的差得出此时的所述待测平面的法向变形量。

采用上述进一步方案的有益效果是：设备小巧，可灵活布置，携带、安装方便，激光发射装置和激光接收装置直接固定在待测平面，特别是对于高度较高或者朝上的待测面，无须搭建支架，检测方便，且对于部分非接触法无法检测的面，也可将本方案的设备安装在其表面进行检测，计算量小，测量精度高。

附图说明

图1为安装有本发明的实施例的待测平面示意图；

图2为安装有本发明的实施例的待测平面俯视图；

图3为激光发射装置示意图；

图4为激光装置示意图；

图5为第一距离调节机构和角度调节机构的实施例示意图；

图6为激光接收装置示意图；

图中：1-激光发射装置、11-激光装置、111-激光器、112-回转机电组件、113-夹具、12-连接座、121-动平台、122-静平台、123-第一距离调节机构、1231-壳体、1232-蜗轮蜗杆机构、1233-调节丝杆机构、12331-螺母座、124-角度调节机构、1241-球铰支座、2-激光接收装置、21-激光接收器、22-固定螺母、23-连接件、24-调节螺栓、3-待测平面。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本发明进行进一步详细说明。

如图1-图6所示，本发明公开的平面度的激光测量装置，包括激光发射装置1和激光接收装置2，激光发射装置1包括激光装置11和连接座12，激光装置11包括激光器111、回转机电组件112和夹具113，回转机电组件112可选用回转电机，回转电机为伺服电机，连接座12的一端与待测平面3固定连接，回转机电组件112固定安装于连接座12的另一端，夹具113与回转机电组件112的输出轴固定连接，夹具113将激光器111夹紧，激光器111发出的激光与待测平面3平行。

激光接收装置2包括激光接收器21和第二距离调节机构，第二距离调节机构的一端与待测平面3固定连接，第二距离调节机构的另一端与激光接收器21固定连接，第二距离调节机构用于调节待测平面3与激光接收器21之间的距离，激光器111发射的激光在回转机电组件112的带动下旋转形成激光面，激光接收器21在激光面上，激光接收器21用于接收其自身接收范围内的激光器111发出的激光，激光接收装置2有多个，将激光发射装置1设置于待测平面3的中心，多个激光接收装置2围绕在激光发射装置1的四周，呈辐射状分布。

连接座12包括动平台121、静平台122、第一距离调节机构123以及角度调节机构124，第一距离调节机构123的一端与静平台122固定连接，第一距离调节机构123的另一端与角度调节机构124的一端固定连接，角度调节机构124的另一端与动平台121固定连接，静平台122与待测平面3固定连接，动平台121与回转机电组件112固定连接，第一距离调节机构123用于调节动平台121和静平台122之间的间距，角度调节机构124用于调节动平台121和静平台122之间的夹角。

第一距离调节机构123可选用现有的伸缩装置，如电动伸缩杆、液压伸缩杆等，角度调节机构124可选用球铰支座1241，可设置一个带自锁结构的球铰支座1241，也可选用至少个球铰支座1241，对应设置与球铰支座1241个数相同的第一距离调节机构123，各个球铰支座1241的一端分别与其对应设置的第一距离调节机构123固定连接，球铰支座1241的另一端均与动平台121固定连接，所有第一距离调节机构123不在同一条直线上，所有球铰支座1241与动平台121固定连接的位置不在同一条直线上。

优选的一种方案为，设置3对球铰支座1241和第一距离调节机构123，3个第一距离调节机构123均设置在静平台122上，3个第一距离调节机构123的连线围成一个三角形，3个球铰支座1241与动平台121连接位置的连线围成与3个第一距离调节机构123的连线相同的三角形；也可设置4对球铰支座1241和第一距离调节机构123，4对球铰支座1241和第一距离调节机构123呈矩阵分布，形成四杆并联结构。

角度调节机构124也可选用万向联轴节替换上述的球铰支座1241。

第一距离调节机构123的一种方案为：包括壳体1231、蜗轮蜗杆机构1232以及调节丝杆机构1233，壳体1231与静平台122固定连接，蜗轮蜗杆机构1232设置在壳体1231内且与壳体1231转动连接，蜗轮蜗杆机构1232与调节丝杆机构1233传动连接，蜗轮蜗杆机构1232的蜗杆的一端穿出壳体1231，用于控制整个第一距离调节机构123，另一端与壳体1231转动连接，蜗轮与蜗杆啮合，蜗轮与壳体1231转动连接，调节丝杆机构1233的丝杆的一端与蜗轮蜗杆机构1232的蜗轮同轴固定连接，另一端穿出壳体1231，调节丝杆机构1233的调节螺母为与丝杆穿出壳体1231端传动连接的螺母座12331，螺母座12331一端开有与丝杆端部适配的螺纹孔，螺纹孔为盲孔，丝杆的端部嵌入螺母座12331的螺纹孔内且丝杆的外螺纹与螺母座12331螺纹孔的内螺纹适配，螺母座12331与丝杆的传动方式同丝杆螺母的传动方式，螺母座12331上与开设螺纹孔的端面相对的端面与角度调节机构124固定连接。

第二距离调节机构可选用现有的伸缩装置，如电动伸缩杆、液压伸缩杆等。

第二距离调节机构的一种方案为，包括“U”型的连接件23、调节螺栓24以及固定螺母22，连接件23的开口方向与待测平面3平行，连接件23的一侧面与待测平面3可拆卸连接，连接件23上与待测平面3连接面相对的侧面上开有与调节螺栓24适配的通孔，调节螺栓24的螺杆端依次穿过通孔和固定螺母22后与激光发射装置1固定连接。也可将通孔改为螺纹通孔，以此替换固定螺母22。

静平台122与待测平面3可拆卸连接，第二距离调节机构与待测平面3可拆卸连接，可选在待测平面3上安装激光发射装置1以及激光接收装置2的位置设置螺纹孔，在静平台122和第二距离调节机构上开设连接孔，通过螺栓、连接孔和螺纹孔的配合分别将静平台122与待测平面3以及第二距离调节机构与待测平面3连接。

在待测平面3为可与磁性物质吸引的材料，如铁质时，静平台122与待测平面3固定的端面和第二距离调节机构与待测平面3固定的端面固定连接有磁性件，静平台122和第二距离调节机构通过磁性件与待测平面3磁性粘接。

还包括人机交互平台和通信模块，人机交互平台通过通信模块分别与激光发射装置1和激光接收装置2进行信息交互，通信模块可选用现有的总线等有线通信模块，也可选用如WIFI、蓝牙等现有的无线通信模块，当第一距离调节机构123、第二距离调节机构以及角度调节机构124选用电控装置时，人机交互平台可控制发射器、激光接收器21、回转机电组件112、第一距离调节机构123、第二距离调节机构以及角度调节机构124，可通过人机交互平台进行操作、接收、记录测量数据并进行计算，人机交互平台可为PC、PAD或者手机等现有平台。

本发明还公开了一种平面度的激光测量方法，采用上述的平面度的激光测量装置，包括以下步骤：

安装测量装置：将平面度的激光测量装置的激光接收装置2和激光发射装置1固定在待测平面3的不同位置；优选的，将激光发射装置1安装在待测平面3的中心位置，设置多个激光接收装置2，多个激光接收装置2围绕在激光发射装置1四周，多个激光接收装置2呈辐射状分布；

在安装测量装置之前，通过第一距离调节机构123和第二距离调节机构粗调激光发射装置1的激光装置11和激光接收器21的高度，待将激光发射装置1和激光接收装置2安装在待测平面3后，在通过第一距离调节机构123、第二距离调节机构和角度调节机构124调节激光发射装置1发出的激光与激光接收器21的相对位置，使激光在激光接收器21的接收范围内。

确定基准高度：将激光接收装置2和激光发射装置1固定好后，通过激光发射装置1发出激光，使激光接收装置2接收激光，测量此时激光接收装置2接收到的激光的法向高度，并以此为基准高度，在激光发射装置1发出激光后，通过回转机电组件112带动激光器111转动，使激光发射装置1发出的激光形成激光面，设置在待测平面3上的多个激光接收装置2接收此激光面的激光，形成设置各个激光接收装置2处的基准高度；

测量法向变形量：在完成确定连接座12高度步骤后，经过预定时间，再次通过激光发射装置1发出激光，使激光接收装置2接收此时发出的激光，测量此时激光接收装置2接收到的激光的法向高度，与基准高度进行比对，通过此时测量的激光接收装置2接收到的激光的法向高度与基准高度的差得出此时的待测平面3的法向变形量；激光发射装置1的激光器111转动使其发射的激光形成激光面，设置在待测平面3上的多个激光接收装置2接收到的激光的法向高度与其对应位置的基准高度比对，可得出此时各个设置激光接收装置2位置处待测平面3的法向变形量。

当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种平面度的激光测量装置，其特征在于：包括激光发射装置(1)和激光接收装置(2)，所述激光发射装置(1)和所述激光接收装置(2)均与待测平面(3)固定连接，所述激光发射装置(1)发出的激光与所述待测平面(3)平行，所述激光接收装置(2)用于接收所述激光发射装置(1)发出的激光。

2.根据权利要求1所述的平面度的激光测量装置，其特征在于：所述激光发射装置(1)包括激光装置(11)和连接座(12)，所述激光装置(11)包括激光器(111)、回转机电组件(112)和夹具(113)，所述连接座(12)的一端与所述待测平面(3)固定连接，所述回转机电组件(112)固定安装于所述连接座(12)的另一端，所述夹具(113)与所述回转机电组件(112)的输出轴固定连接，所述夹具(113)将所述激光器(111)夹紧，所述激光器(111)发射的激光旋转形成激光面，所述激光接收装置(2)在所述激光面上。

3.根据权利要求1所述的平面度的激光测量装置，其特征在于：所述激光发射装置(1)包括激光装置(11)和连接座(12)，所述连接座(12)包括动平台(121)、静平台(122)以及第一距离调节机构(123)，所述第一距离调节机构(123)的一端与所述静平台(122)固定连接，所述第一距离调节机构(123)的另一端与所述动平台(121)连接，所述静平台(122)与所述待测平面(3)固定连接，所述动平台(121)与所述激光装置(11)固定连接，所述第一距离调节机构(123)用于调节所述动平台(121)和所述静平台(122)之间的间距。

4.根据权利要求1所述的平面度的激光测量装置，其特征在于：所述激光发射装置(1)包括激光装置(11)和连接座(12)，所述连接座(12)包括动平台(121)、静平台(122)以及角度调节机构(124)，所述角度调节机构(124)的一端与所述静平台(122)连接，所述角度调节机构(124)的另一端与所述动平台(121)固定连接，所述静平台(122)与所述待测平面(3)固定连接，所述动平台(121)与所述激光装置(11)固定连接，所述角度调节机构(124)用于调节所述动平台(121)和所述静平台(122)之间的夹角。

5.根据权利要求1-4任一项所述的平面度的激光测量装置，其特征在于：所述激光接收装置(2)包括激光接收器(21)和第二距离调节机构，所述第二距离调节机构的一端与所述待测平面(3)固定连接，所述第二距离调节机构的另一端与所述激光接收器(21)固定连接，所述第二距离调节机构用于调节所述待测平面(3)与所述激光接收器(21)之间的距离，所述激光接收器(21)在所述激光面上，所述激光接收器(21)用于接收所述激光发射装置(1)发出的激光。

6.根据权利要求1-4任一项所述的平面度的激光测量装置，其特征在于：所述激光发射装置(1)和所述激光接收装置(2)均与所述待测平面(3)可拆卸连接。

7.根据权利要求6所述的平面度的激光测量装置，其特征在于：所述激光发射装置(1)与所述待测平面(3)固定的端面和/或所述激光接收装置(2)与所述待测平面(3)固定的端面固定连接有磁性件，所述激光发射装置(1)和/或所述激光接收装置(2)通过所述磁性件与所述待测平面(3)磁性粘接。

8.根据权利要求1-4任一项所述的平面度的激光测量装置，其特征在于：还包括人机交互平台和通信模块，所述人机交互平台通过所述通信模块分别与所述激光发射装置(1)和所述激光接收装置(2)进行信息交互。

9.根据权利要求1-4任一项所述的平面度的激光测量装置，其特征在于：所述激光接收装置(2)有多个，多个所述激光接收装置(2)分布于所述激光发射装置(1)的四周。

10.一种平面度的激光测量方法，其特征在于：采用如权利要求1-9任一项所述的平面度的激光测量装置，包括以下步骤：

安装测量装置：将所述平面度的激光测量装置的所述激光接收装置(2)和所述激光发射装置(1)固定在所述待测平面(3)的不同位置；

确定基准高度：将所述激光接收装置(2)和所述激光发射装置(1)固定好后，通过所述激光发射装置(1)发出激光，使所述激光接收装置(2)接收所述激光，测量此时所述激光接收装置(2)接收到的所述激光的法向高度，并以此为基准高度；

测量法向变形量：在完成所述确定基准高度步骤后，经过预定时间，再次通过所述激光发射装置(1)发出激光，使所述激光接收装置(2)接收此时发出的所述激光，测量此时所述激光接收装置(2)接收到的所述激光的法向高度，与所述基准高度进行比对，通过此时测量的所述激光接收装置(2)接收到的所述激光的法向高度与所述基准高度的差得出此时的所述待测平面(3)的法向变形量。