CN112748113B - 一种集成激光测量与超声探伤的测头装置及其测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种集成激光测量与超声探伤的测头装置及其测量方法。现有几何量测量与探伤分步进行、检测过程繁琐。本发明包括前面板、后面板、步进电机、主动齿轮、第一传动齿轮、第二传动齿轮、第一组件、激光发射器、第二组件、激光超声波接收器、固定座和激光位移传感器；步进电机驱动主动齿轮，主动齿轮与第一传动齿轮啮合；通过传动比为1的第一传动齿轮和第二传动齿轮传动保证激光发射器与激光超声波接收器的同步反向运动，实现对激光位移传感器测量点的实时跟踪。本发明集成激光测量与激光超声探伤于一体，解决了现有技术中将几何量测量与探伤分步进行、检测过程繁琐的问题，降低了检测的时间成本。

Description

一种集成激光测量与超声探伤的测头装置及其测量方法

技术领域

本发明属于非接触式测量及超声无损探伤领域，特别涉及一种集成激光测量与超声探伤的测头装置及其测量方法。

背景技术

在非接触式测量领域，主要采用的方式有：激光三角法、结构光法、双目立体视觉法等。其中激光三角法由于同时兼具测量精度较高、测量速度快及测量成本相对低廉等特点，被广泛应用于逆向工程曲面测量、几何量测量、零件形状测量等方面。

在超声无损探伤领域，按是否与被测物体接触，分为接触式和非接触式两种。其中非接触式无损检测主要采用的方法有：空气耦合超声、电磁超声、激光超声等。并且，空气耦合超声检测由于其换能器与空气声阻抗的匹配较为困难，从而导致空气耦合超声换能器的效率低、频带窄，使整个检测系统的灵敏度和分辨率受到影响；电磁超声检测由于其仅仅适用于铁磁性材料，对于非金属材料或复合材料的探伤，具有一定的局限性；而激光超声探伤通过激光器发射脉冲激光，在被测物表面产生超声波，然后通过光学方法接收激光束在被检测材料中产生的超声波，并经过一系列处理，即可对被测物表面进行探伤，能够实现快速、实时检测，不但可以适用于金属、非金属材料的检测，还可以在气体、液体中发出超声信号，因此，激光超声检测技术得以广泛应用。

激光超声的产生机理主要有两种：

1、热弹机制：脉冲激光入射到被测物表面，当激光的光功率密度低于固体表面的损伤阈值，产生的热能不足以使固体表面熔化，部分激光能量被材料吸收引起局部温度升高，由材料热膨胀带动和单位面积动量变化引起压力变化而产生的表面运动形成超声波。

2、热蚀机制：脉冲激光入射到被测物表面，当激光功率密度较高时，其中一部分能量被被测物吸收而转化为热能，固体表面温度上升，使被测物表面局部出现熔化及气化而穿孔，或产生严重变形。虽然此时热弹激发效应仍然存在，但是烧蚀激发效应起决定性作用。

目前，在实际应用场景中，几何量测量及探伤操作过程大都采用分开、分时进行的检测方式，使检测的时间成本增高，检测效率降低，对于实际应用及生产现场，将是一个潜在的成本损耗环节。为此，公开号为CN201548222U的专利中公开了一种带超声波探伤系统的三坐标测量仪，主要包括：探测装置、数据采集处理系统及超声波探伤系统，实现了同时对被测物的测量兼探伤功能；但是，该方法涉及对三坐标测量机整体结构的改进，使三坐标测量机的功能性单一，成本相对较高，另外，其采用探针检测，为接触式测量，对于被测物会造成一定程度的损伤。此外，在公开号为CN110208373U的专利中公开了一种具有尺寸测量功能的钢管超声探伤装置，主要包括：箱体、滚轮机构、送料机构、探伤机构和尺寸测量机构等，实现了对钢管的几何尺寸测量及探伤功能；但是，该装置主要针对钢管进行设计，属于专用设备；同时，在公开号为CN109675820A的专利中公开了一种零件尺寸测量探伤机器人，主要包括：零件尺寸测量探伤机器人本体、入料机构、滑杆移动机构、机械手搬料机构、排料机构等，实现了将测量与探伤的一体集成，但是，并不能实现对被测物某测量点的测量值与探伤情况进行实时反馈，实际也是将测量与探伤分步操作。

综上，当前针对测量与探伤集成一体的装置主要集中于三种方案：1、针对测量机本体结构进行改进，成本较高；2、针对被检测对象，设计专用设备，功能单一；3、将测量与探伤机构依次分别设置于一个装置中，实际也是分步进行，不能实现对被测点的几何量及损伤情况同时进行实时反馈。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种集成激光测量与超声探伤的测头装置及其测量方法，该测头装置集成激光测量与激光超声探伤于一体，并且通过步进电机驱动齿轮减速传动，以及通过传动比为1的两个齿轮传动保证激光发射器与激光超声波接收器的实时同步反向运动，能够迅速反应被测量点的几何参数及损伤情况，明显提高了检测效率。

本发明一种集成激光测量与超声探伤的测头装置，包括前面板、后面板、步进电机、主动齿轮、第一传动齿轮、第二传动齿轮、第一组件、激光发射器、第二组件、激光超声波接收器、固定座和激光位移传感器；所述的前面板和后面板固定；所述的第一组件包括第一轴、第一固持架A和第一固持架B；所述的第一轴通过轴承支承在前面板和后面板上，第一固持架A固定在第一轴一端；所述的第一传动齿轮固定在第一轴上，且位于前面板与后面板之间；所述的第一固持架A与第一固持架B通过第一螺栓和第一螺母连接，并夹紧激光发射器。所述的第二组件包括第二轴、第二固持架A和第二固持架B；所述的第二轴通过轴承支承在前面板和后面板上，第二固持架A固定在第二轴一端；所述的第二传动齿轮固定在第二轴上，且位于前面板与后面板之间；第二传动齿轮与第一传动齿轮啮合，且第一传动齿轮与第二传动齿轮的传动比为1：1；所述的第二固持架A与第二固持架B通过第一螺栓和第一螺母连接，并夹紧激光超声波接收器。所述的固定座由一体成型的固定座翼板和固定座底板组成；所述的固定座底板与前面板通过第二螺栓和第二螺母连接，激光位移传感器通过第一螺钉固定在固定座翼板上；所述的激光发射器为脉冲激光发射器；步进电机的壳体与后面板通过第二螺钉固定连接；步进电机的输出轴上固定有主动齿轮；所述的主动齿轮与第一传动齿轮啮合；主动齿轮与第一传动齿轮的传动比为大于1；所述的步进电机由控制器控制；激光位移传感器和激光超声波接收器的信号输出端均接控制器。激光位移传感器的激光束平行于前面板，且激光位移传感器的激光束与激光发射器的激光束共面；激光发射器的激光束和与激光发射器的激光束共面的激光超声波接收器的中心轴线的交点位于激光位移传感器的激光束所在直线上；第一轴的中心轴线与激光位移传感器的激光束垂直，激光位移传感器的投光透镜中心位于经过第一轴的中心轴线和第二轴中心轴线的平面上。

优选地，连接座与前面板和后面板通过第三螺钉连接；所述的连接座设有一体成型的圆柱杆。

优选地，所述的主动齿轮与第一传动齿轮的传动比为Z₂/Z₁＝4，其中，Z₁为主动齿轮的齿数，Z₂为第一传动齿轮的齿数。

优选地，所述的前面板与后面板之间通过四个双头螺柱连接，所述双头螺柱的两端分别连接有压紧前面板和后面板的第三螺母。

更优选地，所述双头螺柱的中间无螺纹段直径大于两端有螺纹段的螺纹大径。

优选地，所述的激光位移传感器为点式激光位移传感器。

该集成激光测量与超声探伤的测头装置的测量方法，具体如下：

步骤一：将前面板和后面板固定在三坐标测量机的Z轴上，并使激光位移传感器的激光束与三坐标测量机的Z轴平行。

步骤二：将被测物放置在三坐标测量机的平台测量区域内，以三坐标测量机的X、Y、Z坐标轴建立测量坐标系。

步骤三：三坐标测量机的Z轴沿Z坐标轴平移，调整激光位移传感器在Z坐标轴上的位置，使激光位移传感器测得的被测点在光电探测器件上的成像点相对基点成像光轴和光电探测器件的交点的位移Δx＝0；其中，基点成像光轴为激光位移传感器的激光束射在测量基点上时在激光位移传感器上的成像光轴。然后，调整步进电机的旋转角度使得激光发射器的激光束与激光位移传感器的激光束相交于激光位移传感器的测量基点上。

步骤四：在三坐标测量机的Z轴沿X或Y坐标轴平移带动下，激光位移传感器对被测物表面进行扫描测量；在每个被测点位置，激光位移传感器将测量的Δx经控制器传送到计算机，计算机采用激光三角法测量值表达式算得当前被测点与测量基点的距离x，并保存当前被测点的坐标值，然后根据x计算激光发射器和激光超声波接收器的转角以及步进电机的旋转角度ψ；接着，计算机经控制器控制步进电机旋转角度ψ，使得激光发射器的激光束和激光位移传感器的激光束交点与当前被测点重合；最后，控制器将激光超声波接收器测得的当前被测点损伤信号传给计算机，计算机将当前被测点的坐标值与损伤信号对应存储。

步骤五：被测物整个表面扫描测量完毕后，计算机存储了各位置被测点的坐标值与损伤信号一一对应的数据，从而完成被测物的激光测量与超声探伤。

优选地，所述的激光三角法测量值表达式如下：

式中，α为激光位移传感器的激光束与激光位移传感器的基点成像光轴之间的夹角；x为被测点与测量基点之间的距离；l为激光发射器的激光束与基点成像光轴的交点到激光位移传感器的成像透镜中心之间的距离；l’为基点成像光轴与激光位移传感器上的光电探测器件的交点到成像透镜中心之间的距离；β为光电探测器件与基点成像光轴之间的夹角；Δx为被测点在光电探测器件上的成像点相对基点成像光轴和光电探测器件的交点的位移；l、l’、α和β均为激光位移传感器出厂时已知的参数；当被测点在光电探测器件上的成像点相对基点成像光轴和光电探测器件的交点右移时，被测点位于测量基点上方，±取正号，否则，被测点位于测量基点下方，±取负号。

优选地，测量中被测点与测量基点之间的距离为x时，对应的激光发射器或激光超声波接收器的转角Δδ计算如下：

式中，l₁为第一轴的中心轴线与激光位移传感器的激光束的距离；l_x为激光位移传感器的投光透镜中心到测量基点的距离，l_x＝f，f为激光位移传感器中投光透镜的焦距。

则步进电机的旋转角度：

式中，ψ为步进电机的旋转角度，Z₁为主动齿轮的齿数，Z₂为第一传动齿轮的齿数。当Δx减小时，激光发射器和激光超声波接收器的旋转方向均为偏离激光位移传感器的方向，步进电机的旋转方向与激光发射器的旋转方向相反；当Δx增大时，激光发射器和激光超声波接收器的旋转方向均为转向激光位移传感器的方向，步进电机的旋转方向与激光发射器的旋转方向相反。

优选地，激光发射器的激光束与激光位移传感器的激光束相交于激光位移传感器的测量基点上时，激光发射器的激光束与经过第一轴和第二轴中心轴线的平面之间的夹角δ₁计算如下：

式中，l₁为第一轴的中心轴线与激光位移传感器的激光束的距离，f为激光位移传感器中投光透镜的焦距。

本发明具有的有益效果是：

1.本发明集成激光测量与激光超声探伤于一体，解决了现有技术中将几何量测量与探伤分步进行、检测过程繁琐的问题，降低了检测的时间成本。

2.本发明采用步进电机驱动，通过齿轮减速传动，且通过传动比为1的两个齿轮传动保证激光发射器与激光超声波接收器的同步反向运动，实现对激光位移传感器测量点的实时跟踪。

3.本发明的结构原理简单，工作可靠，检测效率高，成本相对低廉。

附图说明

图1是本发明测头装置的整体结构立体图；

图2是本发明测头装置的整体结构侧视图；

图3是图2的后视图；

图4是本发明测头装置实时测量姿态的示意图

图5是本发明中固定座的立体结构图；

图6是本发明中第一轴与第一固持架A的装配示意图；

图7是本发明中第二轴与第二固持架A的装配示意图；

图8是本发明中激光发射器与激光超声波接收器的转角计算原理图；

图9是本发明中激光位移传感器所采用的激光三角法测量原理示意图。

图中：1、激光发射器，2、第一固持架B，3、激光位移传感器，4、固定座，5、第一螺钉，6、第二固持架B，7、激光超声波接收器，8、第一螺母，9、第二组件，9-1、第二轴，9-2、第二固持架A，10、第二螺栓，11、前面板，12、双头螺柱，13、第三螺母，14、后面板，15、第二传动齿轮，16、第三螺钉，17、连接座，18、步进电机，19、第二螺钉，20、第一传动齿轮，21、主动齿轮，22、第一组件，22-1、第一轴，22-2、第一固持架A，23、第一螺栓，24、轴承。

具体实施方式

下面通过附图详细解释本发明。

如图1、2、3和4所示，一种集成激光测量与超声探伤的测头装置，包括前面板11、后面板14、步进电机18、主动齿轮21、第一传动齿轮20、第二传动齿轮15、第一组件22、激光发射器1、第二组件9、激光超声波接收器7、固定座4和激光位移传感器3；前面板11和后面板14固定；如图1和图6所示，第一组件22包括第一轴22-1、第一固持架A22-2和第一固持架B2；第一轴22-1通过轴承24支承在前面板11和后面板14上，第一固持架A22-2固定在第一轴22-1一端；第一传动齿轮20固定在第一轴22-1上，且位于前面板11与后面板14之间；第一固持架A22-2与第一固持架B2通过第一螺栓23和第一螺母8连接，并夹紧激光发射器1。如图1和图7所示，第二组件9包括第二轴9-1、第二固持架A9-2和第二固持架B6；第二轴9-1通过轴承支承在前面板11和后面板14上，第二固持架A9-2固定在第二轴9-1一端；第二传动齿轮15固定在第二轴9-1上，且位于前面板11与后面板14之间；第二传动齿轮15与第一传动齿轮20啮合，且第一传动齿轮20与第二传动齿轮15的传动比为1：1；第二固持架A9-2与第二固持架B6通过第一螺栓23和第一螺母8连接，并夹紧激光超声波接收器7。如图1和图5所示，固定座4由一体成型的固定座翼板4-2和固定座底板4-1组成；固定座底板4-1与前面板11通过第二螺栓10和第二螺母连接，激光位移传感器3通过第一螺钉5固定在固定座翼板4-2上；激光发射器1为脉冲激光发射器，激光发射器1发出的激光入射到被测物表面会通过热弹机制产生超声波，激光超声波接收器7可接收激光发射器1发出的激光入射到被测物表面通过热弹机制产生的超声波。步进电机18的壳体与后面板14通过第二螺钉19固定连接；步进电机18的输出轴上固定有主动齿轮21；主动齿轮21与第一传动齿轮20啮合；主动齿轮21与第一传动齿轮20的传动比为大于1；步进电机18由控制器控制；激光位移传感器3和激光超声波接收器7的信号输出端均接控制器。如图4和8所示，激光位移传感器3的激光束平行于前面板11，且激光位移传感器3的激光束与激光发射器1的激光束共面；激光发射器1的激光束和与激光发射器1的激光束共面的激光超声波接收器7的中心轴线的交点位于激光位移传感器3的激光束所在直线上；第一轴22-1的中心轴线与激光位移传感器3的激光束垂直，激光位移传感器3的投光透镜中心位于经过第一轴22-1的中心轴线和第二轴9-1中心轴线的平面上。

作为一个优选实施例，连接座17与前面板11和后面板14通过第三螺钉16连接。连接座17设有一体成型的圆柱杆；圆柱杆可固定在三坐标测量机的Z轴上，使整个装置完成在三坐标测量机上的安装。

作为一个优选实施例，主动齿轮21与第一传动齿轮20的传动比为Z₂/Z₁＝4，其中，Z₁为主动齿轮21的齿数，Z₂为第一传动齿轮20的齿数。

作为一个优选实施例，前面板11与后面板14之间通过四个双头螺柱12连接，双头螺柱12的两端分别连接有压紧前面板11和后面板14的第三螺母13。

作为一个更优选实施例，双头螺柱12中间无螺纹段的直径大于两端有螺纹段的螺纹大径。

作为一个优选实施例，激光位移传感器3为点式激光位移传感器。

该集成激光测量与超声探伤的测头装置的测量方法，具体如下：

步骤一：将前面板11和后面板14固定在三坐标测量机的Z轴上(优选地，将连接座17的圆柱杆插入三坐标测量机的Z轴上，并通过拧紧夹紧螺栓，使圆柱杆与三坐标测量机的Z轴固定)，并使激光位移传感器3的激光束与三坐标测量机的Z轴平行。

步骤二：将被测物放置在三坐标测量机的平台测量区域内；可以通过调整被测物摆放姿态，保证被测物能被全部测量到。然后，以三坐标测量机的X、Y、Z坐标轴建立测量坐标系。

步骤三：三坐标测量机的Z轴沿Z坐标轴平移，调整激光位移传感器3在Z坐标轴上的位置，使激光位移传感器3测得的被测点在光电探测器件上的成像点相对基点成像光轴和光电探测器件的交点的位移Δx＝0；其中，基点成像光轴为激光位移传感器3的激光束射在测量基点上时在激光位移传感器3上的成像光轴。然后，调整步进电机18的旋转角度使得激光发射器1的激光束与激光位移传感器3的激光束相交于激光位移传感器3的测量基点上。

步骤四：在三坐标测量机的Z轴沿X或Y坐标轴平移带动下，激光位移传感器3对被测物表面进行扫描测量；在每个被测点位置，激光位移传感器3将测量的Δx经控制器传送到计算机，计算机采用激光三角法测量值表达式算得当前被测点与测量基点的距离x，并保存当前被测点的坐标值，然后根据x计算激光发射器1和激光超声波接收器7的转角以及步进电机18的旋转角度ψ；接着，计算机经控制器控制步进电机18旋转角度ψ，使得激光发射器1的激光束和激光位移传感器3的激光束交点与当前被测点重合；最后，控制器将激光超声波接收器7测得的当前被测点损伤信号传给计算机，计算机将当前被测点的坐标值与损伤信号对应存储。

步骤五：被测物整个表面扫描测量完毕后，计算机存储了各位置被测点的坐标值与损伤信号一一对应的数据，从而完成被测物的激光测量与超声探伤。后续，计算机可通过信号处理判断被测物表面各位置被测点的损伤情况。

如图9所示，激光三角法测量值表达式如下：

式中，α为激光位移传感器3的激光束与激光位移传感器3的基点成像光轴之间的夹角；x为被测点与测量基点之间的距离；l为激光发射器1的激光束与基点成像光轴的交点到激光位移传感器3的成像透镜中心之间的距离；l’为基点成像光轴与激光位移传感器3上的光电探测器件(PSD)的交点到成像透镜中心之间的距离；β为光电探测器件与基点成像光轴之间的夹角；Δx为被测点在光电探测器件上的成像点相对基点成像光轴和光电探测器件的交点的位移；l、l’、α和β均为激光位移传感器出厂时已知的参数；当被测点在光电探测器件上的成像点相对基点成像光轴和光电探测器件的交点右移时，被测点位于测量基点上方，±取正号，否则，被测点位于测量基点下方，±取负号。

如图4、8和9所示，测量中被测点与测量基点之间的距离为x时，对应的激光发射器1或激光超声波接收器7的转角Δδ计算如下：

式中，l₁为第一轴22-1的中心轴线与激光位移传感器3的激光束的距离；l_x为激光位移传感器3的投光透镜中心到测量基点的距离，l_x＝f，f为激光位移传感器3中投光透镜的焦距。

则步进电机18的旋转角度：

式中，ψ为步进电机18的旋转角度，Z₁为主动齿轮的齿数，Z₂为第一传动齿轮的齿数。

当Δx减小时，激光位移传感器3测量的当前被测点的Z向坐标小于上一被测点的Z向坐标(被测物表面高度降低)，则激光发射器1和激光超声波接收器7的旋转方向均为偏离激光位移传感器3的方向，而步进电机18的旋转方向与激光发射器1的旋转方向相反；当Δx增大时，激光位移传感器3测量的当前被测点的Z向坐标大于上一被测点的Z向坐标(被测物表面高度升高)，则激光发射器1和激光超声波接收器7的旋转方向均为转向激光位移传感器3的方向，而步进电机18的旋转方向与激光发射器1的旋转方向相反。

如图8和9所示，激光发射器1的激光束与激光位移传感器3的激光束相交于激光位移传感器3的测量基点上时，激光发射器1的激光束与经过第一轴22-1和第二轴9-1中心轴线的平面之间的夹角δ₁计算如下：

Claims (10)

1.一种集成激光测量与超声探伤的测头装置，包括前面板、后面板、固定座和激光位移传感器，所述的前面板和后面板固定；其特征在于：还包括步进电机、主动齿轮、第一传动齿轮、第二传动齿轮、第一组件、激光发射器、第二组件和激光超声波接收器；所述的第一组件包括第一轴、第一固持架A和第一固持架B；所述的第一轴通过轴承支承在前面板和后面板上，第一固持架A固定在第一轴一端；所述的第一传动齿轮固定在第一轴上，且位于前面板与后面板之间；所述的第一固持架A与第一固持架B通过螺栓和螺母连接，并夹紧激光发射器；所述的第二组件包括第二轴、第二固持架A和第二固持架B；所述的第二轴通过轴承支承在前面板和后面板上，第二固持架A固定在第二轴一端；所述的第二传动齿轮固定在第二轴上，且位于前面板与后面板之间；第二传动齿轮与第一传动齿轮啮合，且第一传动齿轮与第二传动齿轮的传动比为1：1；所述的第二固持架A与第二固持架B通过螺栓和螺母连接，并夹紧激光超声波接收器；所述的固定座由一体成型的固定座翼板和固定座底板组成；所述的固定座底板与前面板通过第二螺栓和第二螺母连接，激光位移传感器通过第一螺钉固定在固定座翼板上；所述的激光发射器为脉冲激光发射器；步进电机的壳体与后面板通过第二螺钉固定连接；步进电机的输出轴上固定有主动齿轮；所述的主动齿轮与第一传动齿轮啮合；主动齿轮与第一传动齿轮的传动比为大于1；所述的步进电机由控制器控制；激光位移传感器和激光超声波接收器的信号输出端均接控制器；激光位移传感器的激光束平行于前面板，且激光位移传感器的激光束与激光发射器的激光束共面；激光发射器的激光束和与激光发射器的激光束共面的激光超声波接收器的中心轴线的交点位于激光位移传感器的激光束所在直线上；第一轴的中心轴线与激光位移传感器的激光束垂直，激光位移传感器的投光透镜中心位于经过第一轴的中心轴线和第二轴中心轴线的平面上。

2.根据权利要求1所述一种集成激光测量与超声探伤的测头装置，其特征在于：连接座与前面板和后面板通过第三螺钉连接；所述的连接座设有一体成型的圆柱杆。

3.根据权利要求1所述一种集成激光测量与超声探伤的测头装置，其特征在于：所述的主动齿轮与第一传动齿轮的传动比为Z₂/Z₁＝4，其中，Z₁为主动齿轮的齿数，Z₂为第一传动齿轮的齿数。

4.根据权利要求1所述一种集成激光测量与超声探伤的测头装置，其特征在于：所述的前面板与后面板之间通过四个双头螺柱连接，所述双头螺柱的两端分别连接有压紧前面板和后面板的第三螺母。

5.根据权利要求4所述一种集成激光测量与超声探伤的测头装置，其特征在于：所述双头螺柱的中间无螺纹段直径大于两端有螺纹段的螺纹大径。

6.根据权利要求1所述一种集成激光测量与超声探伤的测头装置，其特征在于：所述的激光位移传感器为点式激光位移传感器。

7.根据权利要求1至6中任一项所述一种集成激光测量与超声探伤的测头装置的测量方法，其特征在于：该方法具体如下：

步骤一：将前面板和后面板固定在三坐标测量机的Z轴上，并使激光位移传感器的激光束与三坐标测量机的Z轴平行；

步骤二：将被测物放置在三坐标测量机的平台测量区域内，以三坐标测量机的X、Y、Z坐标轴建立测量坐标系；

步骤三：三坐标测量机的Z轴沿Z坐标轴平移，调整激光位移传感器在Z坐标轴上的位置，使激光位移传感器测得的被测点在光电探测器件上的成像点相对基点成像光轴和光电探测器件的交点的位移Δx＝0；其中，基点成像光轴为激光位移传感器的激光束射在测量基点上时在激光位移传感器上的成像光轴；然后，调整步进电机的旋转角度使得激光发射器的激光束与激光位移传感器的激光束相交于激光位移传感器的测量基点上；

步骤四：在三坐标测量机的Z轴沿X或Y坐标轴平移带动下，激光位移传感器对被测物表面进行扫描测量；在每个被测点位置，激光位移传感器将测量的Δx经控制器传送到计算机，计算机采用激光三角法测量值表达式算得当前被测点与测量基点的距离x，并保存当前被测点的坐标值，然后根据x计算激光发射器和激光超声波接收器的转角以及步进电机的旋转角度ψ；接着，计算机经控制器控制步进电机旋转角度ψ，使得激光发射器的激光束和激光位移传感器的激光束交点与当前被测点重合；最后，控制器将激光超声波接收器测得的当前被测点损伤信号传给计算机，计算机将当前被测点的坐标值与损伤信号对应存储；

步骤五：被测物整个表面扫描测量完毕后，计算机存储了各位置被测点的坐标值与损伤信号一一对应的数据，从而完成被测物的激光测量与超声探伤。

8.根据权利要求7所述一种集成激光测量与超声探伤的测头装置的测量方法，其特征在于：所述的激光三角法测量值表达式如下：

式中，α为激光位移传感器的激光束与激光位移传感器的基点成像光轴之间的夹角；x为被测点与测量基点之间的距离；l为激光发射器的激光束与基点成像光轴的交点到激光位移传感器的成像透镜中心之间的距离；l’为基点成像光轴与激光位移传感器上的光电探测器件的交点到成像透镜中心之间的距离；β为光电探测器件与基点成像光轴之间的夹角；Δx为被测点在光电探测器件上的成像点相对基点成像光轴和光电探测器件的交点的位移；l、l’、α和β均为激光位移传感器出厂时已知的参数；当被测点在光电探测器件上的成像点相对基点成像光轴和光电探测器件的交点右移时，被测点位于测量基点上方，±取正号，否则，被测点位于测量基点下方，±取负号。

9.根据权利要求8所述一种集成激光测量与超声探伤的测头装置的测量方法，其特征在于：测量中被测点与测量基点之间的距离为x时，对应的激光发射器或激光超声波接收器的转角Δδ计算如下：

式中，l₁为第一轴的中心轴线与激光位移传感器的激光束的距离；l_x为激光位移传感器的投光透镜中心到测量基点的距离，l_x＝f，f为激光位移传感器中投光透镜的焦距；

则步进电机的旋转角度：

式中，ψ为步进电机的旋转角度，Z₁为主动齿轮的齿数，Z₂为第一传动齿轮的齿数；当Δx减小时，激光发射器和激光超声波接收器的旋转方向均为偏离激光位移传感器的方向，步进电机的旋转方向与激光发射器的旋转方向相反；当Δx增大时，激光发射器和激光超声波接收器的旋转方向均为转向激光位移传感器的方向，步进电机的旋转方向与激光发射器的旋转方向相反。

10.根据权利要求7所述一种集成激光测量与超声探伤的测头装置的测量方法，其特征在于：激光发射器的激光束与激光位移传感器的激光束相交于激光位移传感器的测量基点上时，激光发射器的激光束与经过第一轴和第二轴中心轴线的平面之间的夹角δ₁计算如下：

式中，l₁为第一轴的中心轴线与激光位移传感器的激光束的距离，f为激光位移传感器中投光透镜的焦距。

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