CN115077412A - 型面检测设备和型面检测方法、存储介质 - Google Patents

Abstract

本公开涉及一种型面检测设备和型面检测方法、存储介质。该型面检测方法包括：采用型面检测设备的第一测量单元对待测物体进行粗精度快速测量，得到待测物体外形轮廓的粗精度数据；采用型面检测设备的控制装置根据粗精度数据，确定激光测量头的测量行程和步骤；采用型面检测设备的第二测量单元完成待测物体的高精度型面测量。本公开可以实现对不规则检测路径的实时、自动规划，可以实现狭小空间内被测物体的高精度、非接触测。

Description

型面检测设备和型面检测方法、存储介质

技术领域

本公开涉及航空发动机领域，特别涉及一种型面检测设备和型面检测方法、存储介质。

背景技术

民用航空发动机结构复杂，由大量繁多的独立零件组合而成，零部件精度、配合精度要求高，试验要求苛刻，对装配和检测技术方面提出艰巨考验。

而装配作为发动机制造过程中最终的工艺阶段、最重要的生产环节之一，直接影响发动机最终的性能、可靠性、安全性。例如：发动机涡轮导向器流道尺寸影响着高压涡轮以及低压涡轮的装配精度，为了提高发动机的装配质量和精度，需要在装配时对涡轮导向器流道进行测量。相关技术传统测量方式为操作人员通过卡规的量具进行测量，依赖工人的经验并且精度不能保证，因此自动化测量技术的研究具有重要意义。也有采用三坐标测量机进行逐点测量或者扫描测量。相关技术方法精度较之前有所提高，但是测点数量较少，且涡轮导向器流道是一个扭转的空间曲面、空间较小，探针与叶片的接触可能会在叶片表面产生划痕，影响产品质量。

发明内容

鉴于以上技术问题中的至少一项，本公开提供了一种型面检测设备和型面检测方法、存储介质，可以实现狭小空间内被测物体的高精度、非接触测量。

根据本公开的一个方面，提供一种型面检测设备，包括激光测量头和控制装置，其中，所述激光测量头为双模式、双量程激光测量装置，所述双模式、双量程激光测量装置包括第一测量单元和第二测量单元，其中：

第一测量单元，用于对待测物体进行粗精度快速测量，得到待测物体外形轮廓的粗精度数据；

控制装置，用于根据粗精度数据，确定激光测量头的测量行程和步骤；

第二测量单元，用于完成待测物体的高精度型面测量。

在本公开的一些实施例中，所述双模式、双量程激光测量装置还包括激光器、聚焦透镜和至少一个衍射光学元件，其中：

聚焦透镜，用于对激光器发出的激光束进行聚焦；

衍射光学元件，用于对激光束进行分束，使得分束后的激光束入射到待测物体表面；

第一测量单元和第二测量单元，用于对待测物体表面散射返回的光进行成像，确定激光器与待测物体表面的距离。

在本公开的一些实施例中，所述型面检测设备还包括运动执行机构和运动控制器，其中：

激光测量头安装在运动执行机构上；

控制装置控制运动控制器驱动运动执行机构，实现激光测量头的移动。

在本公开的一些实施例中，第一测量单元，用于快速检测待测物体表面，并反馈检测数据至控制装置；

控制装置，用于对检测数据进行数据处理，获得激光头与待测物体表面的距离及待测物体型面；判断激光头与待测物体表面的距离是否大于预定距离；在激光头与待测物体表面在任一方向距离小于等于预定距离的情况下，通过运动控制器控制运动执行机构停止在该方向的运动；在激光头与待测物体表面的距离大于预定距离的情况下，通过运动控制器控制运动执行机构继续在该方向的运动，确定最优测量行程。

在本公开的一些实施例中，在测量行程过程中，第一测量单元和第二测量单元同时工作。

在本公开的一些实施例中，所述运动执行机构还包括微马达；

衍射光学元件，用于对激光束进行分束，形成两个互相垂直的光束阵列，其中第一方向的光束阵列经过微马达驱动的扫描装置实现扫描，第二方向的光束阵列固定不动，形成一组参考点，用于纠正微马达扫描的角度误差，以便控制装置得到小区域范围的三维轮廓，通过三维图像拼接计算将不同插入点测得的三维轮廓拼接，得到待测物体的三维信息。

在本公开的一些实施例中，第一测量单元包括第一电荷耦合元件和第一接收镜头；第二测量单元包括第二电荷耦合元件和第二接收镜头。

在本公开的一些实施例中，第一测量单元的量程大于第二测量单元的量程。

在本公开的一些实施例中，第一测量单元的测量精度小于第二测量单元的测量精度。

在本公开的一些实施例中，第一测量单元的读取速率大于第二测量单元的读取速率。

在本公开的一些实施例中，所述型面检测设备还包括包裹在激光测量头外部的温度保护装置，其中：

温度保护装置，用于确保测试环境的温度处于预定温度范围内。

在本公开的一些实施例中，所述型面检测设备还包括喷涂装置和涂层厚度标定装置，其中：

喷涂装置，用于在待测物体为非合作物体的情况下，在待测物体上形成表面涂层；

涂层厚度标定装置，用于喷涂前对喷涂物质进行厚度标定，在完成待测物体的表面轮廓测量后，根据涂层厚度修正测量结果。

根据本公开的另一方面，提供一种型面检测方法，包括：

采用型面检测设备的第一测量单元对待测物体进行粗精度快速测量，得到待测物体外形轮廓的粗精度数据；

采用型面检测设备的控制装置根据粗精度数据，确定激光测量头的测量行程和步骤；

采用型面检测设备的第二测量单元完成待测物体的高精度型面测量，其中，所述型面检测设备为如上述任一实施例所述的型面检测设备。

在本公开的一些实施例中，所述的型面检测方法还包括：

聚焦透镜对激光器发出的激光束进行聚焦；

衍射光学元件对激光束进行分束，使得分束后的激光束入射到待测物体表面；

第一测量单元和第二测量单元对待测物体表面散射返回的光进行成像，确定激光器与待测物体表面的距离。

在本公开的一些实施例中，所述的型面检测方法还包括：

控制装置控制运动控制器驱动运动执行机构，实现激光测量头的移动。

在本公开的一些实施例中，所述的型面检测方法还包括：

第一测量单元快速检测待测物体表面，并反馈检测数据至控制装置；

控制装置对检测数据进行数据处理，获得激光头与待测物体表面的距离及待测物体型面；

控制装置判断激光头与待测物体表面的距离是否大于预定距离；

在激光头与待测物体表面在任一方向距离小于等于预定距离的情况下，控制装置通过运动控制器控制运动执行机构停止在该方向的运动；

在激光头与待测物体表面的距离大于预定距离的情况下，控制装置通过运动控制器控制运动执行机构继续在该方向的运动，确定最优测量行程。

在本公开的一些实施例中，在测量行程过程中，第一测量单元和第二测量单元同时工作。

在本公开的一些实施例中，所述的型面检测方法还包括：

衍射光学元件对激光束进行分束，形成两个互相垂直的光束阵列，其中第一方向的光束阵列经过微马达驱动的扫描装置实现扫描，第二方向的光束阵列固定不动，形成一组参考点，用于纠正微马达扫描的角度误差；

控制装置得到小区域范围的三维轮廓，通过三维图像拼接计算将不同插入点测得的三维轮廓拼接，得到待测物体的三维信息。

在本公开的一些实施例中，所述的型面检测方法还包括：

温度保护装置确保测试环境的温度处于预定温度范围内。

在本公开的一些实施例中，所述的型面检测方法还包括：

喷涂装置在待测物体为非合作物体的情况下，在待测物体上形成表面涂层；

涂层厚度标定装置喷涂前对喷涂物质进行厚度标定，在完成待测物体的表面轮廓测量后，根据涂层厚度修正测量结果。

根据本公开的另一方面，提供一种非瞬时性计算机可读存储介质，其中，所述非瞬时性计算机可读存储介质存储有计算机指令，所述指令被处理器执行时实现如上述任一实施例所述的型面检测方法。

本公开可以实现对不规则检测路径的实时、自动规划，可以实现狭小空间内被测物体的高精度、非接触测量。

附图说明

为了更清楚地说明本公开实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本公开型面检测设备一些实施例的示意图。

图2为本公开双模式、双量程激光测量装置一些实施例的示意图。

图3为本公开双模式、双量程激光测量装置另一些实施例的示意图。

图4为本公开运动执行机构的运动方式一些实施例的示意图。

图5为本公开型面检测方法一些实施例的示意图。

图6为本公开型面检测方法另一些实施例的示意图。

具体实施方式

下面将结合本公开实施例中的附图，对本公开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公开一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本公开及其应用或使用的任何限制。基于本公开中的实施例，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，都属于本公开保护的范围。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本公开的范围。

同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。

对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。

在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

进气结冰和冰撞击是航空发动机安全性的严重考虑因素，与结冰有关的飞行事故每年都有发生。相关技术民用飞机发动机对结冰的反应非常敏感，极容易造成危险。一旦发动机进气系统结冰，会改变进气系统的空气动力特性，增加流动阻力，造成进气流场分布不均，轻者发生气流畸变，影响发动机的工作稳定性，严重时它可能导致熄火停车，造成致命后果。如果发动机进气系统结冰，防冰系统开启滞后或失效，还会造成融化或离心脱落的冰块被发动机吸入，产生发动机外来物损伤的严重问题。对发动机结冰事故调查发现，由于结冰常常引起发动机气动稳定性不足、空中自动熄火等严重威胁飞行安全的事故。发动机适航取证要求进行结冰和冰撞击的试验验证，而叶片表面结冰厚度和结冰形状确定是开展适航验证的重要前提。由于冰的透明的特点，导致激光、光线会直接穿过零件而不会反射到检测设备，并且冰形检测对检测环境和温度(低温)的要求也较高。在发动机和汽车行业内还存在大量需要在高温时进行型面轮廓检测的需求。

因此如何在高低温的苛刻检测环境下，对冰这类物质进行外型面检测，以及包含不规则、狭小检测路径的非接触式测量目前亟需解决的问题。

鉴于以上技术问题中的至少一项，本公开提供了一种型面检测设备和型面检测方法，下面通过实施例对本公开进行说明。

图1为本公开型面检测设备一些实施例的示意图。如图1所示，本公开型面检测设备可以包括激光测量头1和控制装置2，其中，所述激光测量头1可以为双模式、双量程激光测量装置。本公开型面检测设备可以实现检测路径的实时、自动规划和目标物型面检测。

图2为本公开双模式、双量程激光测量装置一些实施例的示意图。如图2所示，所述双模式、双量程激光测量装置可以包括第一测量单元11和第二测量单元12，其中：

第一测量单元11，用于对待测物体进行粗精度快速测量，得到待测物体外形轮廓的粗精度数据。

控制装置2，用于根据粗精度数据，确定激光测量头1的测量行程和步骤，计算最优化测量路线，规避XYZ方向可能出现的干扰和触碰风险。

在本公开的一些实施例中，控制装置2可以实现为计算机程序控制及数据处理系统。

第二测量单元12，用于完成待测物体的高精度型面测量。

本公开上述实施例中，第一测量单元和第二测量单元结合完成高速、高精度精密测量，获得高精度三维轮廓数据。

在本公开的一些实施例中，如图2所示，第一测量单元11可以包括第一CCD(Charge-coupled Device，电荷耦合元件)111和第一接收镜头112；第二测量单元12包括第二电荷耦合元件121和第二接收镜头122。

在本公开的一些实施例中，如图2所示，第一测量单元11的光轴与激光器13的夹角为ψ1，第二测量单元12的光轴与激光器13的夹角为ψ2。

在本公开的一些实施例中，第一测量单元11的量程大于第二测量单元12的量程。

在本公开的一些实施例中，第一测量单元11的测量精度小于第二测量单元12的测量精度。

在本公开的一些实施例中，第一测量单元11的读取速率大于第二测量单元12的读取速率。

在本公开的一些实施例中，表1给出了本公开双模式、双量程激光测量装置的参数。

表1

模块	精度	量程	速率
				第一测量单元	≥3μm	≥20mm	≥1000帧/秒
第二测量单元	≤3μm	≤20mm	≤300帧/秒

本公开双模式、双量程激光测量装置可以为激光三维轮廓精密测量装置。本公开激光三维轮廓精密测量装置同时采用粗测(大量程)与精密(小量程)测量两种测量单元，为了在同一个激光测距模块中实现粗-精两种模式的测量，激光测量头集成两套接收装置，采用两个CCD相机接收配置，短焦距的为粗精度大量程接收装置，用于实现被测物体的快速、粗测，较长焦距的为高精度小量程接收装置，用于实现被测物体的高精度测量。

如图2所示，本公开通过三角测距的方式分别实现两个量程、两种模式的测量，其中，激光为受激放射光放大的一种光源。三角测距是指在地面上布设一系列连续三角形，采取测角方式测定各三角形顶点水平位置(坐标)的方法。三角法测距的命名由来是因为激光发射器、检测面、CCD相机需要三角形的结构进行铺设,所以这个测距系统被称为三角法测距。

图3为本公开双模式、双量程激光测量装置另一些实施例的示意图。如图2和图3所示，本公开双模式、双量程激光测量装置还可以包括激光器13、聚焦透镜14和至少一个DOE(Diffractive Optical Elements，衍射光学元件)衍射光学元件15，其中：

聚焦透镜14，用于对激光器13发出的激光束进行聚焦。

衍射光学元件15，用于对激光束进行分束，使得分束后的激光束入射到待测物体表面。

在本公开的一些实施例中，衍射光学元件15可以为衍射光栅，其中，衍射光栅为一种由密集、等间距平行刻线构成的光学器件。

第一测量单元11和第二测量单元12，用于对待测物体表面散射返回的光进行成像，确定激光器13与待测物体表面的距离。

由于激光测量装置测量速度主要取决于CCD的读取速度，而其中主要受限于高分辨率CCD的读取速率，通常情况下，高精度接收的CCD读取速率约为300帧/秒，而低精度接收CCD的读取速率超过1000帧/秒。简单提高CCD读取速率虽然可以提高测量速率，但是该方法仅提高了单点数据率，对于提高待测件的实际测量速率贡献有限。为了进一步有效提高测量速率，本公开双模式、双量程激光测量装置采用多光束激光三角测距技术测量待测物体表面距离。使用衍射元件(DOE)制备多束夹角精确的光束，实现多点测距，并且每一个点与接收CCD夹角精确测定，确保高精度测量，同时确保测量点之间保持较高的空间分辨率。

本公开通过多光束测量，相同一帧的数据，可以线性增加有效测量点，通过将光束设计成一维线性排列，则可以达到线激光同样的作用，同时，由于其中各个点是离散的，可以大幅提高空间分辨率，从而提高测量精度。当需要均匀分布测量点时，还可以发展光纤阵列输出多光束，得到互相平行的多光束，确保照射到待测物体表面的点的间距不随表面距离而变化。粗测和精密测量两个测量单元可以使用一个或者多个DOE，使用多个DOE可以实施不同的分光束策略，进一步提高检测速度和精度。

三角测距是激光器发出的激光束经聚焦后入射到待测物体表面上，从待测物体表面散射返回的光由成像透镜成像于图像传感器CCD上，通过这种方式，可以获得激光器与待测物体表面的距离。本公开基于三角测距方式，在聚焦透镜与待测物体之间插入DOE原件，对激光束进行分束，提高检测速率。

本公开大量程单元采用短焦距CCD，小量程单元采用较长焦距的CCD，例如：大量程接收镜头可采用1：5镜头，在小角度的基础上，放大量程。小量程接收采用高分辨率镜头，1：1高精度接收图像。CCD可选用4096*1024像素或者更大像素的型号，低精度、大量程测量单元CCD像素尺寸≥3μm，例如，50-100μm，而高精度、小量程测量单元接收所选用的CCD像素尺寸≤3μm。双模式激光测量系统的设置可参考表1。

在本公开的一些实施例中，如图1所示，本公开型面检测设备还可以包括运动执行机构3和运动控制器4，其中：

激光测量头1安装在运动执行机构3上。

控制装置2控制运动控制器4驱动运动执行机构3，实现激光测量头1的移动。

在本公开的一些实施例中，第一测量单元11可以用于快速检测待测物体表面，并反馈检测数据至控制装置2；

控制装置2，可以用于对检测数据进行数据处理，获得激光头与待测物体表面的距离及待测物体型面；判断激光头与待测物体表面的距离是否大于预定距离；在激光头与待测物体表面在任一方向距离小于等于预定距离的情况下，通过运动控制器4控制运动执行机构3停止在该方向的运动；在激光头与待测物体表面的距离大于预定距离的情况下，通过运动控制器4控制运动执行机构3继续在该方向的运动，确定最优测量行程。

在本公开的一些实施例中，控制装置2，可以用于获得激光头与被测物体表面的距离及被测物体型面；基于激光头与被测物体表面的距离，在x、y、z中任一方向(共6个方向：+x、-x、+y、-y、+z、-z)，当激光头与被测物体表面的距离≤设定值(例如≤1mm)，由运动控制器控制、确保运动执行机构停止此方向的运动；当被测方向的被测面距离测量头距离≤1mm，探头在被测方向上停止前进，运动执行机构进行微动，大量程测量单元同时进行微动方向的检测；当检测结果(与被测物体的距离)≥设定值(例如>1mm)时，运动执行机构继续该方向的运动。通过以上过程的反复迭代，最终可以获得最优化的检测路径。

在本公开的一些实施例中，检测过程中，第一测量单元11和第二测量单元12同时工作，第一测量单元11可以更快速的获得检测结果，并实时反馈至控制装置，第二测量单元12进行高精度的型面检测。最终，通过CCD、接收镜头和角度的配置，实现双模式、双量程测试，确保检测路径的实时规划，并且同时进行被测型面的快速、高精度检测，在检测过程中，不排除人为停止、控制、规划测量路径和步骤。

图4为本公开运动执行机构的运动方式一些实施例的示意图。如图4所示，本公开运动执行机构3可以包括柔性机器人手臂、微马达和旋转台31，其中：

衍射光学元件15，用于对激光束进行分束，形成两个互相垂直的光束阵列，其中第一方向的光束阵列经过微马达驱动的扫描装置实现扫描，第二方向的光束阵列固定不动，形成一组参考点，用于纠正微马达扫描的角度误差，以便控制装置2得到小区域范围的三维轮廓，通过三维图像拼接计算将不同插入点测得的三维轮廓拼接，得到待测物体的三维信息。

在本公开的一些实施例中，如图4所示，激光传输光纤将激光传输到测量头，经过分束照射到DOE元件上，形成两个互相垂直的光束阵列，其中，Y方向光束阵列经过微马达驱动的扫描装置实现扫描，X方向的光束阵列固定不动，形成一组参考点，纠正微马达扫描的角度误差。本公开上述实施例可以得到小区域范围的三维轮廓，通过三维图像拼接计算逐个将不同插入点测得的三维轮廓拼接，最终得到待测物体的三维信息。

图3实施例中激光器发出连续光，经聚焦透镜进行聚焦，通过衍射元件(DOE)对聚焦光进行分束(见图3)，照射到待测目标物表面。将图3中虚线框中的组件集成在图4中的探头(激光测量头1)上，如图3所示，激光测量头1可以包括：1个激光器13、1个聚焦透镜14、2个DOE 15、第一测量单元11和第二测量单元12。

图2为本公开双模式激光头的示意图。如图2所示，第一测量单元11和第二测量单元12为两套CCD相机及镜头组件，第一测量单元11包括第一CCD111(读取速率1000帧/秒)和第一接收镜头112，第一测量单元11为粗测单元；第二测量单元12包括第二电荷耦合元件121(读取速率300帧/秒)和第二接收镜头122，第二测量单元12为精密测量单元，第一测量单元11和第二测量单元12共同构成双模式激光测量系统。

在本公开的一些实施例中，如图4所示，本公开型面检测设备还可以包括内窥镜传导光纤、激光传输光纤。

在本公开的一些实施例中，激光测量头安装在柔性运动执行机构上。

在本公开的一些实施例中，控制装置可以用于控制运动控制器驱动运动执行机构，通过旋转台+微马达驱动的方式实现激光测量头在xyz三个方向的高精度移动，运动控制机构设有检测路径记录功能，可以在检测后记录此次检测路径，下次使用时可以直接调用。

在本公开的一些实施例中，如图1所示，所述型面检测设备还可以包括光源系统6，其中：

光源系统6，用于在检测过程中适时启动光源系统，确保待检区域的亮度满足检测要求。

在本公开的一些实施例中，光源系统6可以使用LED或其他冷光系统等。

在本公开的一些实施例中，如图1所示，所述型面检测设备还可以包括包裹在激光测量头1和光源系统6外部的温度保护装置5，其中：

温度保护装置5，用于确保测试环境的温度处于预定温度范围内。

本公开上述实施例对于高温的温度检测，在激光测量头外部包裹温度保护装置，确保低温(最低检测温度为零下30C°)和高温(最高检测温度为100C°)测试环境中的检测结果。

在本公开的一些实施例中，温度保护装置5可以使用气凝胶保护层。

在本公开的一些实施例中，如图1所示，所述型面检测设备还可以包括显示系统7，其中：

显示系统7，用于对控制装置2输出的测量结果进行显示。

在本公开的一些实施例中，所述型面检测设备还可以包括喷涂装置和涂层厚度标定装置，其中：

喷涂装置，用于在待测物体为非合作物体的情况下，在待测物体上形成表面涂层。

在本公开的一些实施例中，喷涂装置，用于在被检对象为非合作物体(即漫反射体)表面轮廓测量的情况下，可以在物体表面使用显影剂、喷粉喷雾、涂云纹、散斑等，在被测物体上形成表面涂层。

在本公开的一些实施例中，表面涂层的厚度≤100μm，确保激光不会穿透被测物体的表面。

涂层厚度标定装置，用于喷涂前对喷涂物质进行厚度标定，在完成待测物体的表面轮廓测量后，根据涂层厚度修正测量结果。

基于本公开上述实施例提供的型面检测设备，可以实现对不规则检测路径的实时、自动规划，满足测试环境(高温、低温)和被测对象(非合作目标：即漫反射体，如冰)的苛刻要求，最终完成狭小空间内被测物体的高精度、非接触测量。

本公开上述实施例采用一种基于内窥镜传导光纤的双模式高精度激光测量装置，可以解决测量路径与环境狭小、测量行程自动规划应用需求，最终实现被测物体的高精度非接触测量。

图5为本公开型面检测方法一些实施例的示意图。优选的，本实施例可由本公开型面检测设备(例如本公开图1-图4任一实施例所述的型面检测设备)执行。该方法可以包括步骤51-步骤53，其中：

步骤51，采用型面检测设备的第一测量单元11对待测物体进行粗精度快速测量，得到待测物体外形轮廓的粗精度数据。

步骤52，采用型面检测设备的控制装置2根据粗精度数据，确定激光测量头1的测量行程和步骤。

步骤53，采用型面检测设备的第二测量单元12完成待测物体的高精度型面测量，其中，所述型面检测设备为如上述任一实施例所述的型面检测设备。

在本公开的一些实施例中，所述的型面检测方法还可以包括：聚焦透镜14对激光器13发出的激光束进行聚焦；衍射光学元件15对激光束进行分束，使得分束后的激光束入射到待测物体表面；第一测量单元11和第二测量单元12对待测物体表面散射返回的光进行成像，确定激光器13与待测物体表面的距离。

在本公开的一些实施例中，所述的型面检测方法还可以包括：控制装置2控制运动控制器4驱动运动执行机构3，实现激光测量头1的移动。

在本公开的一些实施例中，所述的型面检测方法还可以包括：第一测量单元11快速检测待测物体表面，并反馈检测数据至控制装置2；控制装置2对检测数据进行数据处理，获得激光头与待测物体表面的距离及待测物体型面；控制装置2判断激光头与待测物体表面的距离是否大于预定距离；在激光头与待测物体表面在任一方向距离小于等于预定距离的情况下，控制装置2通过运动控制器4控制运动执行机构3停止在该方向的运动；在激光头与待测物体表面的距离大于预定距离的情况下，控制装置2通过运动控制器4控制运动执行机构3继续在该方向的运动，确定最优测量行程。

在本公开的一些实施例中，在测量行程过程中，第一测量单元11和第二测量单元12同时工作。

在本公开的一些实施例中，所述的型面检测方法还可以包括：衍射光学元件15对激光束进行分束，形成两个互相垂直的光束阵列，其中第一方向的光束阵列经过微马达驱动的扫描装置实现扫描，第二方向的光束阵列固定不动，形成一组参考点，用于纠正微马达扫描的角度误差；控制装置2得到小区域范围的三维轮廓，通过三维图像拼接计算将不同插入点测得的三维轮廓拼接，得到待测物体的三维信息。

在本公开的一些实施例中，所述的型面检测方法还可以包括：温度保护装置5确保测试环境的温度处于预定温度范围内。

在本公开的一些实施例中，所述的型面检测方法还可以包括：喷涂装置在待测物体为非合作物体的情况下，在待测物体上形成表面涂层；涂层厚度标定装置喷涂前对喷涂物质进行厚度标定，在完成待测物体的表面轮廓测量后，根据涂层厚度修正测量结果。

图6为本公开型面检测方法另一些实施例的示意图。优选的，本实施例可由本公开型面检测设备(例如本公开图1-图4任一实施例所述的型面检测设备)执行。该方法可以包括步骤61-步骤65，其中：

步骤61，对本公开型面检测设备进行标定。

在本公开的一些实施例中，步骤61可以包括：分别使用本公开的测量装置和另一测试装置(如：干涉测距仪、三坐标测量设备等，本实施例采用干涉测距仪)同时测量待测的标定用目标物的深度/距离，控制激光测量头将待测的标定用目标物放置在焦平面上，使待测的标定用目标物体表面能形成多个清晰的亮斑，调整、固定CCD相机及镜头的位置和角度，使CCD相机能接收到所有亮斑的清晰图像。记录干涉测距仪的测量数据和三角测距系统中的光斑成像信息，将各个光束的光斑中心位置信息作为系统模型的输入变量，将与之相对应的干涉测距仪测量数据作为系统输出期望值，完成对每束光的三角测距标定。

步骤62，在检测过程中，第一测量单元11和第二测量单元12同时工作，两套测量单元的检测结果将实时反馈至控制装置，由于第一测量单元11(第一CCD111和第一接收镜头112)检测速率大于精密测量系统(第二CCD121和第二接收镜头122)，控制装置可以更快获得粗测系统的检测结果并通过显示系统显示。

步骤63，通过第一CCD111和第一接收镜头112获得被测物体的型面粗测结果，控制装置根据此结果，自动规划测量路径和步骤：当激光头在任一被测方向上与被测物体表面距离≤10mm，通过运动执行机构停止激光头在此方向上的前进/运动，旋转台进行360°旋转，并通过运动执行机构对激光测量头进行三个方向的驱动。

步骤64，当激光头运动到所需检测位置时，通过第二CCD121和第二接收镜头122可以获得被测物体型面的精密测量结果。

步骤65，在测量过程中，根据测量及显示结果，可根据用户指令随时调整测量路径和步骤，例如，可根据用户指令控制运动执行机构确保在所需检测位置进行粗测和精密测量。

基于本公开上述实施例提供的型面检测方法，可以实现对不规则检测路径的实时、自动规划，满足测试环境(高温、低温)和被测对象(非合作目标：即漫反射体，如冰)的苛刻要求，最终完成狭小空间内被测物体的高精度、非接触测量。

本公开上述实施例采用一种基于内窥镜传导光纤的双模式高精度激光测量装置，可以解决测量路径与环境狭小、测量行程自动规划应用需求，最终实现被测物体的高精度非接触测量。

根据本公开的另一方面，提供一种非瞬时性计算机可读存储介质，其中，所述非瞬时性计算机可读存储介质存储有计算机指令，所述指令被处理器执行时实现如上述任一实施例(例如图5或图6实施例)所述的型面检测方法。

基于本公开上述实施例提供的非瞬时性计算机可读存储介质，可以实现对不规则检测路径的实时、自动规划，满足测试环境(高温、低温)和被测对象(非合作目标：即漫反射体，如冰)的苛刻要求，最终完成狭小空间内被测物体的高精度、非接触测量。

本领域内的技术人员应明白，本公开的实施例可提供为方法、装置、或计算机程序产品。因此，本公开可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本公开可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用非瞬时性存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本公开是参照根据本公开实施例的方法、设备(系统)和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

在上面所描述的控制装置可以实现为用于执行本申请所描述功能的通用处理器、可编程逻辑控制器(PLC)、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件或者其任意适当组合。

至此，已经详细描述了本公开。为了避免遮蔽本公开的构思，没有描述本领域所公知的一些细节。本领域技术人员根据上面的描述，完全可以明白如何实施这里公开的技术方案。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指示相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种非瞬时性计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

本公开的描述是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本公开限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显然的。选择和描述实施例是为了更好说明本公开的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本公开从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。

Claims (19)

1.一种型面检测设备，其特征在于，包括激光测量头和控制装置，其中，所述激光测量头为双模式、双量程激光测量装置，所述双模式、双量程激光测量装置包括第一测量单元和第二测量单元，其中：

第一测量单元，用于对待测物体进行粗精度快速测量，得到待测物体外形轮廓的粗精度数据；

控制装置，用于根据粗精度数据，确定激光测量头的测量行程和步骤；

第二测量单元，用于完成待测物体的高精度型面测量。

2.根据权利要求1所述的型面检测设备，其特征在于，所述双模式、双量程激光测量装置还包括激光器、聚焦透镜和至少一个衍射光学元件，其中：

聚焦透镜，用于对激光器发出的激光束进行聚焦；

衍射光学元件，用于对激光束进行分束，使得分束后的激光束入射到待测物体表面；

第一测量单元和第二测量单元，用于对待测物体表面散射返回的光进行成像，确定激光器与待测物体表面的距离。

3.根据权利要求1或2所述的型面检测设备，其特征在于，还包括运动执行机构和运动控制器，其中：

激光测量头安装在运动执行机构上；

控制装置控制运动控制器驱动运动执行机构，实现激光测量头的移动。

4.根据权利要求3所述的型面检测设备，其特征在于，

第一测量单元，用于快速检测待测物体表面，并反馈检测数据至控制装置；

控制装置，用于对检测数据进行数据处理，获得激光头与待测物体表面的距离及待测物体型面；判断激光头与待测物体表面的距离是否大于预定距离；在激光头与待测物体表面在任一方向距离小于等于预定距离的情况下，通过运动控制器控制运动执行机构停止在该方向的运动；在激光头与待测物体表面的距离大于预定距离的情况下，通过运动控制器控制运动执行机构继续在该方向的运动，确定最优测量行程。

5.根据权利要求4所述的型面检测设备，其特征在于，

在测量行程过程中，第一测量单元和第二测量单元同时工作。

6.根据权利要求4所述的型面检测设备，其特征在于，所述运动执行机构还包括微马达；

衍射光学元件，用于对激光束进行分束，形成两个互相垂直的光束阵列，其中第一方向的光束阵列经过微马达驱动的扫描装置实现扫描，第二方向的光束阵列固定不动，形成一组参考点，用于纠正微马达扫描的角度误差，以便控制装置得到小区域范围的三维轮廓，通过三维图像拼接计算将不同插入点测得的三维轮廓拼接，得到待测物体的三维信息。

7.根据权利要求1或2所述的型面检测设备，其特征在于，

第一测量单元包括第一电荷耦合元件和第一接收镜头；第二测量单元包括第二电荷耦合元件和第二接收镜头。

8.根据权利要求1或2所述的型面检测设备，其特征在于，

第一测量单元的量程大于第二测量单元的量程；

和/或，

第一测量单元的测量精度小于第二测量单元的测量精度；

和/或，

第一测量单元的读取速率大于第二测量单元的读取速率。

9.根据权利要求1或2所述的型面检测设备，其特征在于，还包括包裹在激光测量头外部的温度保护装置，其中：

温度保护装置，用于确保测试环境的温度处于预定温度范围内。

10.根据权利要求1或2所述的型面检测设备，其特征在于，还包括喷涂装置和涂层厚度标定装置，其中：

喷涂装置，用于在待测物体为非合作物体的情况下，在待测物体上形成表面涂层；

涂层厚度标定装置，用于喷涂前对喷涂物质进行厚度标定，在完成待测物体的表面轮廓测量后，根据涂层厚度修正测量结果。

11.一种型面检测方法，其特征在于，包括：

采用型面检测设备的第一测量单元对待测物体进行粗精度快速测量，得到待测物体外形轮廓的粗精度数据；

采用型面检测设备的控制装置根据粗精度数据，确定激光测量头的测量行程和步骤；

采用型面检测设备的第二测量单元完成待测物体的高精度型面测量，其中，所述型面检测设备为如权利要求1-9中任一项所述的型面检测设备。

12.根据权利要求11所述的型面检测方法，其特征在于，还包括：

聚焦透镜对激光器发出的激光束进行聚焦；

衍射光学元件对激光束进行分束，使得分束后的激光束入射到待测物体表面；

第一测量单元和第二测量单元对待测物体表面散射返回的光进行成像，确定激光器与待测物体表面的距离。

13.根据权利要求11或12所述的型面检测方法，其特征在于，还包括：

控制装置控制运动控制器驱动运动执行机构，实现激光测量头的移动。

14.根据权利要求13所述的型面检测方法，其特征在于，还包括：

第一测量单元快速检测待测物体表面，并反馈检测数据至控制装置；

控制装置对检测数据进行数据处理，获得激光头与待测物体表面的距离及待测物体型面；

控制装置判断激光头与待测物体表面的距离是否大于预定距离；

在激光头与待测物体表面在任一方向距离小于等于预定距离的情况下，控制装置通过运动控制器控制运动执行机构停止在该方向的运动；

在激光头与待测物体表面的距离大于预定距离的情况下，控制装置通过运动控制器控制运动执行机构继续在该方向的运动，确定最优测量行程。

15.根据权利要求14所述的型面检测方法，其特征在于，

在测量行程过程中，第一测量单元和第二测量单元同时工作。

16.根据权利要求14所述的型面检测方法，其特征在于，还包括：

衍射光学元件对激光束进行分束，形成两个互相垂直的光束阵列，其中第一方向的光束阵列经过微马达驱动的扫描装置实现扫描，第二方向的光束阵列固定不动，形成一组参考点，用于纠正微马达扫描的角度误差；

控制装置得到小区域范围的三维轮廓，通过三维图像拼接计算将不同插入点测得的三维轮廓拼接，得到待测物体的三维信息。

17.根据权利要求11或12所述的型面检测方法，其特征在于，还包括：

温度保护装置确保测试环境的温度处于预定温度范围内。

18.根据权利要求11或12所述的型面检测方法，其特征在于，还包括：

喷涂装置在待测物体为非合作物体的情况下，在待测物体上形成表面涂层；

涂层厚度标定装置喷涂前对喷涂物质进行厚度标定，在完成待测物体的表面轮廓测量后，根据涂层厚度修正测量结果。

19.一种非瞬时性计算机可读存储介质，其特征在于，所述非瞬时性计算机可读存储介质存储有计算机指令，所述指令被处理器执行时实现如权利要求11-18中任一项所述的型面检测方法。

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