CN113639634A - 一种三维光学扫描测量仪及其误差分析方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种三维光学扫描测量仪及其误差分析方法,其包括XY方向滑台模组、电动伸缩器、底座、测量台、柔性夹持组件以及光学扫描测量装置,其中,所述底座的正端面上固定设置有控制面板,所述底座的顶端面上安装有所述测量台,位于所述测量台的左、右两侧均设有固定于所述底座上的支撑座,两个所述支撑座的顶端面上均固定设置有固定架,每个所述固定架的顶端均固定安装有所述电动伸缩器,每个所述电动伸缩器的驱动端均固定安装有所述柔性夹持组件。本发明采用步距球规进行一次性测量,得到三维光学扫描测量仪的探测误差、平面测量误差和尺寸测量误差。
Description
技术领域
本发明具体涉及三维光学扫描测量仪技术领域,具体是一种三维光学扫描测量仪及其误差分析方法。
背景技术
三维光学扫描仪是一种非接触式的高性能图像测量设备,具有检测速度快,效率高和可便携等特点,在产品开发、逆向工程、快速成型、质量控制等方向已取得广泛应用,特别适用于汽车、摩托车、模具、电子产品等行业;三维光学扫描仪与传统的三坐标测量机比较,其测量速度提高了数十倍,但是目前,对于三维光学扫描测量仪计量特性的误差分析方法还没有达到国家标准或国家校准规范。
发明内容
为此,本发明提出一种三维光学扫描测量仪及其误差分析方法以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的,本发明提供以下技术方案:一种三维光学扫描测量仪,其包括XY方向滑台模组、电动伸缩器、底座、测量台、柔性夹持组件以及光学扫描测量装置,其中,所述底座的正端面上固定设置有控制面板,所述底座的顶端面上安装有所述测量台,位于所述测量台的左、右两侧均设有固定于所述底座上的支撑座,两个所述支撑座的顶端面上均固定设置有固定架,每个所述固定架的顶端均固定安装有所述电动伸缩器,每个所述电动伸缩器的驱动端均固定安装有所述柔性夹持组件,且两个所述柔性夹持组件相对称设置;
所述底座的顶端面上还固定设置有所述XY方向滑台模组,且所述XY方向滑台模组位于所述测量台的后侧,所述XY方向滑台模组的驱动安装部固定安装有所述光学扫描测量装置。
进一步,作为优选,所述柔性夹持组件包括受力板、安装盘以及夹持棒,所述受力板的右侧面固定安装在所述电动伸缩器的驱动端上,所述受力板的左侧面边缘处固定设置有多个橡胶柱的一端,多个所述橡胶柱的另一端均固定连接在所述安装盘的右侧面上,所述安装盘的左侧面上圆周阵列有多个所述夹持棒。
进一步,作为优选,所述夹持棒包括嵌入式尾管、自适应夹持头以及固定杆,所述嵌入式尾管固定嵌于所述安装盘上,所述嵌入式尾管的左端端固定连接有所述固定杆的一端,所述固定杆的另一端固定安装有所述自适应夹持头。
进一步,作为优选,所述嵌入式尾管的右端面开设有内螺纹孔,所述内螺纹孔内螺纹连接有锁紧螺栓的外螺纹端,且所述锁紧螺栓的外螺纹端从所述受力板的右侧面穿过然后伸至所述内螺纹孔内。
进一步,作为优选,所述自适应夹持头包括橡胶顶头、壳体以及移动块,所述壳体的左端面上开设有滑槽口,所述滑槽口内滑动设置有所述移动块,所述移动块的左端固定设置有所述橡胶顶头;
位于所述滑槽口右侧的部分所述壳体内设置有多个筒状滑动腔,每个所述筒状滑动腔内均滑动设置有导向滑块,每个所述导向滑块的左端均固定连接有导向柱的一端,每个所述导向柱的另一端均穿过所述筒状滑动腔并固定连接在所述移动块上。
进一步,作为优选,位于所述滑槽口内的部分所述导向柱的外侧面上均适配套有弹簧。
进一步,作为优选,所述导向滑块设置为球体。
一种三维光学扫描测量仪的误差分析方法,其包括以下步骤:
S1:采用步距球规作为被测量设备;步距球规由三个哑光标准球和条形花岗石组成,三个哑光标准球均设置在条形花岗石上表面,且三个哑光标准球位于一条直线上,其中,三个哑光标准球从左往右依次设置为哑光标准球一、哑光标准球二以及哑光标准球三,哑光标准球一和哑光标准球三分别设置于条形花岗石的两端,哑光标准球一与哑光标准球三的球心距设置为1000mm;
靠近所述哑光标准球一的所述哑光标准球二与哑光标准球一的球心距设置为100mm;
哑光标准球二和哑光标准球三之间的部分所述条形花岗石的上表面进行抛光打磨并形成长平面,且所述长平面的平面度设置为3.0μm;
S2:测试前,先将三维光学扫描测量仪开机预热,并将三维光学扫描测量仪和步距球规在同一温度环境内平衡2小时,然后固定步距球规,用三维光学扫描测量仪对步距球规进行整体扫描测量,得到步距球规的点云数据;
S3:对探测误差进行分析;通过三维光学扫描测量仪扫描测量得到的点云数据,用三维光学扫描测量仪软件拟合哑光标准球一,拟合哑光标准球一的探测误差为测量点到拟合哑光标准球一球心之间距离的最大值与最小值之差,可得公式:
P=Rmax-Rmin
式中,P设置为探测误差;
Rmax设置为测量点到拟合哑光标准球一球心之间距离的最大值;
Rmin设置为测量点到拟合哑光标准球一球心之间距离的最小值;
S4:对平面测量误差进行分析;通过三维光学扫描测量仪扫描测量得到的点云数据,用三维光学扫描测量仪软件计算长平面的平面度,平面测量误差为三维光学扫描测量仪测得平面度值与长平面平面度的约定真值之差,可得公式:
F=F1-F2
式中,F设置为平面测量误差;
F1设置为平面度测得值;
F2设置为平面度实测值;
S5:对尺寸测量误差进行分析;通过三维光学扫描测量仪扫描测量得到的点云数据,用三维光学扫描测量仪软件计算三个哑光标准球之间的球心距,尺寸测量误差为三维光学扫描测量仪测得球心距与球心距的约定真值之差,可得公式:
E=L1-L2
式中,E设置为尺寸测量误差;
L1设置为球心距测得值;
L2设置为球心距约定真值;
S6:根据以上得到的探测误差、平面测量误差和尺寸测量误差数据,来判定三维光学扫描测量仪的状态是否满足使用要求。
进一步,作为优选,S1中,所述条形花岗石的长为1100mm、宽为80mm,且其高度设置为80mm;所述长平面的长为900mm、宽为80mm。
本发明采用以上技术,与现有的技术相比具有以下有益效果:本发明装置中设置有柔性夹持组件,其能够针对多种形态的被测量物进行夹持,省时省力,且,本发明中采用步距球规进行一次性测量,以得到三维光学扫描测量仪的探测误差、平面测量误差和尺寸测量误差,并根据探测误差、平面测量误差和尺寸测量误差数据,来判定三维光学扫描测量仪的状态是否满足使用要求。
附图说明
图1为一种三维光学扫描测量仪的结构示意图;
图2为一种三维光学扫描测量仪中柔性夹持组件的结构示意图;
图3为一种三维光学扫描测量仪中自适应夹持头的结构剖视图;
图4为一种三维光学扫描测量仪的误差分析方法中步距球规的示意图。
图中:1、XY方向滑台模组;2、电动伸缩器;3、支撑座;4、底座;5、控制面板;6、测量台;7、固定架;8、柔性夹持组件;801、受力板;802、锁紧螺栓;803、橡胶柱;804、嵌入式尾管;805、自适应夹持头;8051、橡胶顶头;8052、导向柱;8053、筒状滑动腔;8054、导向滑块;8055、弹簧;8056、壳体;8057、移动块;806、固定杆;807、安装盘;9、光学扫描测量装置;10、哑光标准球一;11、哑光标准球二;12、长平面;13、哑光标准球三;14、条形花岗石。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
实施例:请参阅附图1-3,本发明提供一种技术方案:一种三维光学扫描测量仪,其包括XY方向滑台模组1、电动伸缩器2、底座4、测量台6、柔性夹持组件8以及光学扫描测量装置9,其中,底座4的正端面上固定设置有控制面板5,底座4的顶端面上安装有测量台6,位于测量台6的左、右两侧均设有固定于底座4上的支撑座3,两个支撑座3的顶端面上均固定设置有固定架7,每个固定架7的顶端均固定安装有电动伸缩器2,每个电动伸缩器2的驱动端均固定安装有柔性夹持组件8,且两个柔性夹持组件8相对称设置;
底座4的顶端面上还固定设置有XY方向滑台模组1,且XY方向滑台模组1位于测量台6的后侧,XY方向滑台模组1的驱动安装部固定安装有光学扫描测量装置9。
本实施例中,柔性夹持组件8包括受力板801、安装盘807以及夹持棒,受力板801的右侧面固定安装在电动伸缩器2的驱动端上,受力板801的左侧面边缘处固定设置有多个橡胶柱803的一端,多个橡胶柱803的另一端均固定连接在安装盘807的右侧面上,安装盘807的左侧面上圆周阵列有多个夹持棒。
本实施例中,夹持棒包括嵌入式尾管804、自适应夹持头805以及固定杆806,嵌入式尾管804固定嵌于安装盘807上,嵌入式尾管804的左端端固定连接有固定杆806的一端,固定杆806的另一端固定安装有自适应夹持头805。
本实施例中,嵌入式尾管804的右端面开设有内螺纹孔,内螺纹孔内螺纹连接有锁紧螺栓802的外螺纹端,且锁紧螺栓802的外螺纹端从受力板801的右侧面穿过然后伸至内螺纹孔内。
本实施例中,自适应夹持头805包括橡胶顶头8051、壳体8056以及移动块8057,壳体8056的左端面上开设有滑槽口,滑槽口内滑动设置有移动块8057,移动块8057的左端固定设置有橡胶顶头8051;
位于滑槽口右侧的部分壳体8056内设置有多个筒状滑动腔8053,每个筒状滑动腔8053内均滑动设置有导向滑块8054,每个导向滑块8054的左端均固定连接有导向柱8052的一端,每个导向柱8052的另一端均穿过筒状滑动腔8053并固定连接在移动块8057上。
本实施例中,位于滑槽口内的部分导向柱8052的外侧面上均适配套有弹簧8055。
本实施例中,导向滑块8054设置为球体。
请参阅附图4,一种三维光学扫描测量仪的误差分析方法,其包括以下步骤:
S1:采用步距球规作为被测量设备;步距球规由三个哑光标准球和条形花岗石14组成,三个哑光标准球均设置在条形花岗石14上表面,且三个哑光标准球位于一条直线上,需要说明的是,三个哑光标准球均采用工业陶瓷制成,表面需要进行哑光处理,且球直径设置为38mm、球圆度设置为1.0μm;
其中,三个哑光标准球从左往右依次设置为哑光标准球一10、哑光标准球二11以及哑光标准球三13,哑光标准球一10和哑光标准球三13分别设置于条形花岗石14的两端,哑光标准球一10与哑光标准球三13的球心距设置为1000mm;
靠近哑光标准球一10的哑光标准球二11与哑光标准球一10的球心距设置为100mm;
哑光标准球二11和哑光标准球三13之间的部分条形花岗石14的上表面进行抛光打磨并形成长平面12,且长平面12的平面度设置为3.0μm;
S2:测试前,先将三维光学扫描测量仪开机预热,并将三维光学扫描测量仪和步距球规在同一温度环境内平衡2小时,然后固定步距球规,用三维光学扫描测量仪对步距球规进行整体扫描测量,得到步距球规的点云数据;
S3:对探测误差进行分析;通过三维光学扫描测量仪扫描测量得到的点云数据,用三维光学扫描测量仪软件拟合哑光标准球一10,拟合哑光标准球一10的探测误差为测量点到拟合哑光标准球一10球心之间距离的最大值与最小值之差,可得公式:
P=Rmax-Rmin
式中,P设置为探测误差;
Rmax设置为测量点到拟合哑光标准球一10球心之间距离的最大值;
Rmin设置为测量点到拟合哑光标准球一10球心之间距离的最小值;
S4:对平面测量误差进行分析;通过三维光学扫描测量仪扫描测量得到的点云数据,用三维光学扫描测量仪软件计算长平面12的平面度,平面测量误差为三维光学扫描测量仪测得平面度值与长平面平面度的约定真值之差,可得公式:
F=F1-F2
式中,F设置为平面测量误差;
F1设置为平面度测得值;
F2设置为平面度实测值;
S5:对尺寸测量误差进行分析;通过三维光学扫描测量仪扫描测量得到的点云数据,用三维光学扫描测量仪软件计算三个哑光标准球之间的球心距,尺寸测量误差为三维光学扫描测量仪测得球心距与球心距的约定真值之差,可得公式:
E=L1-L2
式中,E设置为尺寸测量误差;
L1设置为球心距测得值;
L2设置为球心距约定真值;
S6:根据以上得到的探测误差、平面测量误差和尺寸测量误差数据,来判定三维光学扫描测量仪的状态是否满足使用要求。
本实施例中,S1中,条形花岗石14的长为1100mm、宽为80mm,且其高度设置为80mm;长平面12的长为900mm、宽为80mm。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例,对于本领域的普通技术人员而言,可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型,本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (9)
1.一种三维光学扫描测量仪,其包括XY方向滑台模组(1)、电动伸缩器(2)、底座(4)、测量台(6)、柔性夹持组件(8)以及光学扫描测量装置(9),其中,所述底座(4)的正端面上固定设置有控制面板(5),其特征在于:所述底座(4)的顶端面上安装有所述测量台(6),位于所述测量台(6)的左、右两侧均设有固定于所述底座(4)上的支撑座(3),两个所述支撑座(3)的顶端面上均固定设置有固定架(7),每个所述固定架(7)的顶端均固定安装有所述电动伸缩器(2),每个所述电动伸缩器(2)的驱动端均固定安装有所述柔性夹持组件(8),且两个所述柔性夹持组件(8)相对称设置;
所述底座(4)的顶端面上还固定设置有所述XY方向滑台模组(1),且所述XY方向滑台模组(1)位于所述测量台(6)的后侧,所述XY方向滑台模组(1)的驱动安装部固定安装有所述光学扫描测量装置(9)。
2.根据权利要求1所述的一种三维光学扫描测量仪,其特征在于:所述柔性夹持组件(8)包括受力板(801)、安装盘(807)以及夹持棒,所述受力板(801)的右侧面固定安装在所述电动伸缩器(2)的驱动端上,所述受力板(801)的左侧面边缘处固定设置有多个橡胶柱(803)的一端,多个所述橡胶柱(803)的另一端均固定连接在所述安装盘(807)的右侧面上,所述安装盘(807)的左侧面上圆周阵列有多个所述夹持棒。
3.根据权利要求2所述的一种三维光学扫描测量仪,其特征在于:所述夹持棒包括嵌入式尾管(804)、自适应夹持头(805)以及固定杆(806),所述嵌入式尾管(804)固定嵌于所述安装盘(807)上,所述嵌入式尾管(804)的左端端固定连接有所述固定杆(806)的一端,所述固定杆(806)的另一端固定安装有所述自适应夹持头(805)。
4.根据权利要求3所述的一种三维光学扫描测量仪,其特征在于:所述嵌入式尾管(804)的右端面开设有内螺纹孔,所述内螺纹孔内螺纹连接有锁紧螺栓(802)的外螺纹端,且所述锁紧螺栓(802)的外螺纹端从所述受力板(801)的右侧面穿过然后伸至所述内螺纹孔内。
5.根据权利要求3所述的一种三维光学扫描测量仪,其特征在于:所述自适应夹持头(805)包括橡胶顶头(8051)、壳体(8056)以及移动块(8057),所述壳体(8056)的左端面上开设有滑槽口,所述滑槽口内滑动设置有所述移动块(8057),所述移动块(8057)的左端固定设置有所述橡胶顶头(8051);
位于所述滑槽口右侧的部分所述壳体(8056)内设置有多个筒状滑动腔(8053),每个所述筒状滑动腔(8053)内均滑动设置有导向滑块(8054),每个所述导向滑块(8054)的左端均固定连接有导向柱(8052)的一端,每个所述导向柱(8052)的另一端均穿过所述筒状滑动腔(8053)并固定连接在所述移动块(8057)上。
6.根据权利要求5所述的一种三维光学扫描测量仪,其特征在于:位于所述滑槽口内的部分所述导向柱(8052)的外侧面上均适配套有弹簧(8055)。
7.根据权利要求5所述的一种三维光学扫描测量仪,其特征在于:所述导向滑块(8054)设置为球体。
8.一种三维光学扫描测量仪的误差分析方法,其特征在于,其包括以下步骤:
S1:采用步距球规作为被测量设备;步距球规由三个哑光标准球和条形花岗石(14)组成,三个哑光标准球均设置在条形花岗石(14)上表面,且三个哑光标准球位于一条直线上,其中,三个哑光标准球从左往右依次设置为哑光标准球一(10)、哑光标准球二(11)以及哑光标准球三(13),哑光标准球一(10)和哑光标准球三(13)分别设置于条形花岗石(14)的两端,哑光标准球一(10)与哑光标准球三(13)的球心距设置为1000mm;
靠近所述哑光标准球一(10)的所述哑光标准球二(11)与哑光标准球一(10)的球心距设置为100mm;
哑光标准球二(11)和哑光标准球三(13)之间的部分所述条形花岗石(14)的上表面进行抛光打磨并形成长平面(12),且所述长平面(12)的平面度设置为3.0μm;
S2:测试前,先将三维光学扫描测量仪开机预热,并将三维光学扫描测量仪和步距球规在同一温度环境内平衡2小时,然后固定步距球规,用三维光学扫描测量仪对步距球规进行整体扫描测量,得到步距球规的点云数据;
S3:对探测误差进行分析;通过三维光学扫描测量仪扫描测量得到的点云数据,用三维光学扫描测量仪软件拟合哑光标准球一(10),拟合哑光标准球一(10)的探测误差为测量点到拟合哑光标准球一(10)球心之间距离的最大值与最小值之差,可得公式:
P=Rmax-Rmin
式中,P设置为探测误差;
Rmax设置为测量点到拟合哑光标准球一(10)球心之间距离的最大值;
Rmin设置为测量点到拟合哑光标准球一(10)球心之间距离的最小值;
S4:对平面测量误差进行分析;通过三维光学扫描测量仪扫描测量得到的点云数据,用三维光学扫描测量仪软件计算长平面(12)的平面度,平面测量误差为三维光学扫描测量仪测得平面度值与长平面平面度的约定真值之差,可得公式:
F=F1-F2
式中,F设置为平面测量误差;
F1设置为平面度测得值;
F2设置为平面度实测值;
S5:对尺寸测量误差进行分析;通过三维光学扫描测量仪扫描测量得到的点云数据,用三维光学扫描测量仪软件计算三个哑光标准球之间的球心距,尺寸测量误差为三维光学扫描测量仪测得球心距与球心距的约定真值之差,可得公式:
E=L1-L2
式中,E设置为尺寸测量误差;
L1设置为球心距测得值;
L2设置为球心距约定真值;
S6:根据以上得到的探测误差、平面测量误差和尺寸测量误差数据,来判定三维光学扫描测量仪的状态是否满足使用要求。
9.根据权利要求8所述的一种三维光学扫描测量仪的误差分析方法,其特征在于:S1中,所述条形花岗石(14)的长为1100mm、宽为80mm,且其高度设置为80mm;所述长平面(12)的长为900mm、宽为80mm。
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