CN114608471B - 一种曲面扫描测量装置及其扫描测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种曲面扫描测量装置，包括支撑座、直线移动架、柔性铰链、扫描传感器、直线驱动机构和控制模块，直线移动架通过柔性铰链设于支撑座上，扫描传感器设于直线移动架上且伸出至支撑座外，用于测量相对被测曲面的位置，支撑座与直线移动架间设有用于测量直线移动架位移量的测量机构，直线驱动机构设于支撑座与直线移动架之间，用于驱动直线移动架移动以使扫描传感器相对被测曲面位置保持在设定值范围内，扫描传感器、直线驱动机构和测量机构与控制模块信号连接。还公开了一种曲面扫描测量方法，包括步骤：初始位置调节；运动过程调节；获得曲面表面信息。本曲面扫描测量装置结构简单、精度高且量程大。本曲面扫描测量方法精度高且量程大。

Description

一种曲面扫描测量装置及其扫描测量方法

技术领域

本发明涉及机械微纳测量技术领域，尤其涉及一种曲面扫描测量装置及其扫描测量方法。

背景技术

随着科学技术的不断发展，越来越多的曲面应用出现，曲面在加工过程中，曲面的测量对加工精度的要求非常重要。

曲面的测量一般分为两种，接触式测量和非接触式测量。接触式测量原理简单，精度高，但是容易造成工件表面的划伤。非接触式测量采用扫描传感器扫描进行，受扫描传感器限制，当需要兼顾量程和精度的时候，往往存在结构复杂，精度难以达到要求等问题。也就是说，现有的曲面测量装置，扫描传感器的精度和量程很难兼顾，高精度扫描传感器量程都比较小，这就导致了高低差较大曲面的高精度扫描测量很难实现。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种结构简单、精度高且量程大的曲面扫描测量装置；还公开了一种精度高且量程大的曲面扫描测量方法。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种曲面扫描测量装置，包括支撑座、直线移动架、柔性铰链、扫描传感器、直线驱动机构和控制模块，所述直线移动架通过柔性铰链装设于支撑座上，所述扫描传感器设于直线移动架上且伸出至支撑座外，用于测量相对被测曲面的位置，所述支撑座与直线移动架之间设有用于测量直线移动架位移量的测量机构，所述直线驱动机构设于支撑座与直线移动架之间，用于驱动直线移动架移动以使扫描传感器相对被测曲面的位置保持在设定值范围内，所述扫描传感器、直线驱动机构和测量机构均与控制模块信号连接。

作为上述技术方案的进一步改进：

所述支撑座的中部设有安装口，所述直线移动架位于安装口内。

所述直线移动架的相对两侧均通过柔性铰链装设于支撑座上。

所述直线移动架上设有导向槽，所述扫描传感器滑设于导向槽内，所述扫描传感器与直线移动架之间设有用于锁紧两者的锁紧机构。

所述锁紧机构包括锁紧块和锁紧螺钉，所述锁紧块通过锁紧螺钉固定在直线移动架上，所述锁紧块抵紧在扫描传感器上。

所述测量机构包括对应布置的读数头和光栅尺，所述读数头和光栅尺分别设置在支撑座和直线移动架，所述读数头与控制模块信号连接。

所述支撑座于直线移动架的一侧设有安装座，所述读数头设于安装座上，所述光栅尺设于直线移动架上。

所述读数头通过螺栓固定在安装座上。

一种曲面扫描测量方法，采用上述的曲面扫描测量装置进行，包括如下步骤：

S1、初始位置调节：调节扫描传感器与待测工件的相对位置，使扫描传感器相对待测工件的被测曲面的位置在设定值范围内；

S2、运动过程调节：待测工件相对扫描传感器直线运动，待扫描传感器离开设定值范围时，控制模块通过直线驱动机构使扫描传感器相对待测工件的被测曲面的位置回到设定值范围内；

S3、获得曲面表面信息：控制模块根据扫描传感器数据和测量机构的测量数据获得曲面表面信息。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

本发明曲面扫描测量装置，扫描测量过程：首先，调节扫描传感器与待测工件的相对位置，使扫描传感器相对待测工件的被测曲面的位置在设定值范围内；其次，待测工件相对扫描传感器直线匀速运动，控制模块通过直线驱动机构使扫描传感器相对待测工件的被测曲面的位置保持在设定值范围内；然后，控制模块根据扫描传感器数据和测量机构的测量数据获得曲面表面信息。本曲面扫描测量装置的直线移动架通过柔性铰链装设于支撑座上，扫描传感器随直线移动架移动，行程大，适用于高低差较大曲面的扫描测量。并且，扫描传感器、直线驱动机构和测量机构均与控制模块信号连接，在各部件之间配合作用下，提高了测量精度，并使结构紧凑。本曲面扫描测量装置结构简单紧凑、精度高且量程大。

本发明曲面扫描测量装置，直线移动架安装在支撑座中部的安装口内。使结构更加紧凑，减少占用空间。

本发明曲面扫描测量装置，扫描传感器滑设于直线移动架上的导向槽内，并通过锁紧机构锁紧。这样，在支撑座固定后，同样可以调节扫描传感器与待测工件的相对位置，调节更加方便。

本发明的曲面扫描测量方法，直线移动架通过柔性铰链装设于支撑座上，扫描传感器随直线移动架移动，行程大，适用于高低差较大曲面的扫描测量。并且，扫描传感器、直线驱动机构和测量机构均与控制模块信号连接，在各部件之间配合作用下，提高了测量精度。本曲面扫描测量方法精度高且量程大。

附图说明

图1是本发明曲面扫描测量装置的第一视角立体结构示意图。

图2是本发明曲面扫描测量装置的第二视角立体结构示意图。

图3是图1中A处的放大图。

图4是图2中B处的放大图。

图5是本发明曲面扫描测量装置的主视结构示意图。

图6是本发明曲面扫描测量装置的侧视结构示意图。

图中各标号表示：

1、支撑座；11、安装口；2、直线移动架；21、导向槽；3、柔性铰链；4、扫描传感器；5、直线驱动机构；6、测量机构；61、读数头；62、光栅尺；7、锁紧机构；71、锁紧块；72、锁紧螺钉；8、安装座。

具体实施方式

以下将结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。

实施例一：

图1至图6示出了本发明曲面扫描测量装置的一种实施例，本曲面扫描测量装置包括支撑座1、直线移动架2、柔性铰链3、扫描传感器4、直线驱动机构5和控制模块，直线移动架2通过柔性铰链3装设于支撑座1上，扫描传感器4设于直线移动架2上且伸出至支撑座1外，用于测量相对被测曲面的位置，支撑座1与直线移动架2之间设有用于测量直线移动架2位移量的测量机构6，直线驱动机构5设于支撑座1与直线移动架2之间，用于驱动直线移动架2移动以使扫描传感器4相对被测曲面的位置保持在设定值范围内，扫描传感器4、直线驱动机构5和测量机构6均与控制模块信号连接。

扫描测量过程：首先，调节扫描传感器4与待测工件的相对位置，使扫描传感器4相对待测工件的被测曲面的位置在设定值范围内；其次，待测工件相对扫描传感器4直线匀速运动，控制模块通过直线驱动机构5使扫描传感器4相对待测工件的被测曲面的位置保持在设定值范围内；然后，控制模块根据测量机构6的测量数据获得曲面表面信息。本曲面扫描测量装置的直线移动架2通过柔性铰链3装设于支撑座1上，扫描传感器4随直线移动架2移动，行程大，适用于高低差较大曲面的扫描测量。并且，扫描传感器4、直线驱动机构5和测量机构6均与控制模块信号连接，在各部件之间配合作用下，提高了测量精度，并使结构紧凑。本曲面扫描测量装置结构简单紧凑、精度高且量程大。

本实施例中，支撑座1的中部设有安装口11，直线移动架2位于安装口11内。使结构更加紧凑，减少占用空间。

本实施例中，如图1、图2和图5所示，直线移动架2的相对两侧均通过柔性铰链3装设于支撑座1上。直线移动架2在两侧柔性铰链3的作用下，实现平稳的直线运动。

本实施例中，直线移动架2上设有导向槽21，扫描传感器4滑设于导向槽21内，扫描传感器4与直线移动架2之间设有用于锁紧两者的锁紧机构7。这样，在支撑座1固定后，同样可以调节扫描传感器4与待测工件的相对位置，调节更加方便。

本实施例中，如图4所示，锁紧机构7包括锁紧块71和锁紧螺钉72，锁紧块71通过锁紧螺钉72固定在直线移动架2上，锁紧块71抵紧在扫描传感器4上。只要拧松锁紧螺钉72，解除锁紧块71对扫描传感器4的抵紧作用，即可滑动调节扫描传感器4，以调节扫描传感器 4与待测工件的相对位置，位置调节好后，再拧紧锁紧螺钉72，使锁紧块71抵紧在扫描传感器4上，实现对扫描传感器4的位置固定。

本实施例中，如图3所示，测量机构6包括对应布置的读数头61和光栅尺62，读数头61和光栅尺62分别设置在支撑座1和直线移动架2，读数头61与控制模块信号连接。光栅尺62测量直线移动架2位移变化，从而测量扫描传感器4在每个测量点的位置变化，控制模块根据扫描传感器4和测量机构6的测量数据获得曲面表面信息，从而实现对待测工件的被测曲面的扫描测量。具体地，支撑座1于直线移动架2的一侧设有安装座8，读数头61设于安装座8上，光栅尺62设于直线移动架2上。读数头61通过螺栓固定在安装座8上，拆装方便。

具体地，扫描传感器4设于直线移动架2一侧的中部，并与直线移动架2的直线移动方向平行，直线驱动机构5位于直线移动架2的另一侧，直线驱动机构5优选为电缸或者直线音圈电机。具体使用时，待测工件固定在测量设备上，支撑座1固定在测量设备上，并位于待测工件的被测曲面一侧，测量设备驱动待测工件直线运动，如，先驱动待测工件沿X轴直线运动，当扫描传感器4到达X轴的指定位置后，再驱动待测工件沿Y轴微量调节，接着，再驱动待测工件沿X轴直线返回，由此，对待测工件的被测曲面进行全面扫描测量。

通过直线音圈电机的驱动，柔性铰链3携带扫描传感器4实现一个较大范围的运动(行程由柔性铰链3的材料及尺寸参数决定，目前设计的平台单边行程为2.5mm，双边合计行程 5mm)，使被测曲面始终保持在扫描传感器4的量程范围内。通过测量机构6获得扫描传感器 4的位移，最后结合测量机构6和扫描传感器4的测量值，获得被测曲面被测点的位置信息。

实施例二：

一种曲面扫描测量方法，采用实施例的曲面扫描测量装置进行，包括如下步骤：

S1、初始位置调节：调节扫描传感器4与待测工件的相对位置，使扫描传感器4相对待测工件的被测曲面的位置在设定值范围内；

S2、运动过程调节：待测工件相对扫描传感器4直线运动(相对运动优为直线匀速运动)，待扫描传感器4离开设定值范围时，控制模块通过直线驱动机构5使扫描传感器4相对待测工件的被测曲面的位置回到设定值范围内；

S3、获得曲面表面信息：控制模块根据扫描传感器4和测量机构6的测量数据获得曲面表面信息。

本曲面扫描测量方法，直线移动架2通过柔性铰链3装设于支撑座1上，扫描传感器4 随直线移动架2移动，行程大，适用于高低差较大曲面的扫描测量。并且，扫描传感器4、直线驱动机构5和测量机构6均与控制模块信号连接，在各部件之间配合作用下，提高了测量精度。本曲面扫描测量方法精度高且量程大。

测量设备的直线运动轴带动工件做直线匀速运动，在扫描传感器4(一级传感器)范围内设定一个测量区间，一旦测量表面离开这个区间便驱动直线音圈电机控制直线移动架2带动扫描传感器4移动，使测量表面回到这个区间的中间位置，同时通过测量机构6(二级传感器)记录直线移动架2的位移数据，最终结合两个传感器数据即可获得曲面表面信息。

虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围的情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。

Claims (7)

1.一种曲面扫描测量装置，其特征在于：包括支撑座(1)、直线移动架(2)、柔性铰链(3)、扫描传感器(4)、直线驱动机构(5)和控制模块，所述直线移动架(2)通过柔性铰链(3)装设于支撑座(1)上，所述扫描传感器(4)设于直线移动架(2)上且伸出至支撑座(1)外，用于测量相对被测曲面的位置，所述支撑座(1)与直线移动架(2)之间设有用于测量直线移动架(2)位移量的测量机构(6)，所述直线驱动机构(5)设于支撑座(1)与直线移动架(2)之间，用于驱动直线移动架(2)移动以使扫描传感器(4)相对被测曲面的位置保持在设定值范围内，所述扫描传感器(4)、直线驱动机构(5)和测量机构(6)均与控制模块信号连接，所述直线移动架(2)上设有导向槽(21)，所述扫描传感器(4)滑设于导向槽(21)内，所述扫描传感器(4)与直线移动架(2)之间设有用于锁紧两者的锁紧机构(7)，所述锁紧机构(7)包括锁紧块(71)和锁紧螺钉(72)，所述锁紧块(71)通过锁紧螺钉(72)固定在直线移动架(2)上，所述锁紧块(71)抵紧在扫描传感器(4)上，在支撑座(1)固定后，同样可以调节扫描传感器(4)与待测工件的相对位置。

2.根据权利要求1所述的曲面扫描测量装置，其特征在于：所述支撑座(1)的中部设有安装口(11)，所述直线移动架(2)位于安装口(11)内。

3.根据权利要求2所述的曲面扫描测量装置，其特征在于：所述直线移动架(2)的相对两侧均通过柔性铰链(3)装设于支撑座(1)上。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的曲面扫描测量装置，其特征在于：所述测量机构(6)包括对应布置的读数头(61)和光栅尺(62)，所述读数头(61)和光栅尺(62)分别设置在支撑座(1)和直线移动架(2)，所述读数头(61)与控制模块信号连接。

5.根据权利要求4所述的曲面扫描测量装置，其特征在于：所述支撑座(1)于直线移动架(2)的一侧设有安装座(8)，所述读数头(61)设于安装座(8)上，所述光栅尺(62)设于直线移动架(2)上。

6.根据权利要求5所述的曲面扫描测量装置，其特征在于：所述读数头(61)通过螺栓固定在安装座(8)上。

7.一种曲面扫描测量方法，其特征在于，采用权利要求1至6中任一项所述的曲面扫描测量装置进行，包括如下步骤：

S1、初始位置调节：调节扫描传感器(4)与待测工件的相对位置，使扫描传感器(4)相对待测工件的被测曲面的位置在设定值范围内；

S2、运动过程调节：待测工件相对扫描传感器(4)直线运动，待扫描传感器(4)离开设定值范围时，控制模块通过直线驱动机构(5)使扫描传感器(4)相对待测工件的被测曲面的位置回到设定值范围内；

S3、获得曲面表面信息：控制模块根据扫描传感器(4)数据和测量机构(6)的测量数据获得曲面表面信息。