CN115077422A - 一种复杂大工件表面轮廓自动追踪测量装置及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种复杂大工件表面轮廓自动追踪测量装置，包括执行测量工作台，在执行测量工作台上设有旋转安装组件，执行测量工作台控制旋转安装组在X轴、Y轴以及z轴上进行位置调节。本发明采用执行测量工作台以及旋转安装组件并结合软件对复杂大工件表面轮廓进行自动追踪测量，满足激光位移传感器的测量量程小以及工件表面复杂情况下的测量，通过旋转安装组件调节镜头的角度，以对工件表面凹槽或凸起的转角处进行测量，实现表面复杂且尺寸大的工件表面轮廓的无死角自动测量，提高工件表面轮廓测量的精准度。

Description

一种复杂大工件表面轮廓自动追踪测量装置及其方法

技术领域

本发明属于激光位移传感器应用技术领域，涉及到一种复杂大工件表面轮廓自动追踪测量装置及其方法。

背景技术

激光位移传感器的工作原理是先由激光二极管对准目标发射激光脉冲，经目标反射后激光向各方向散射，部分散射光返回到传感器接收器，被光学系统接收后成像到光电二极管上，通过记录并处理从光脉冲发出到返回被接收所经历的时间，即可测定目标距离。

对复杂工件表面加工时，需构建复杂大工件表面的轮廓，对于已知形貌且尺寸标准的工件很容易构建工件表面的外轮廓，从而获得工件所需加工的轨迹，但是现有对于形貌复杂且尺寸大的工件轮廓在获取的过程中存在以下问题：待加工工件表面轮廓不确定，形貌复杂，且激光位移传感器的测量量程小，无法对尺寸大且复杂的工件表面进行测量，现有采用手动对复杂大工件表面轮廓进行测量，存在测量精度差以及测量操作繁琐、复杂等问题，且工件表面凹凸部分由于镜头尺寸的限制，无法对工件测量死角进行测量，影响工件形貌测量的完整性和精度。

发明内容

本发明的目的在于提供的一种复杂大工件表面轮廓自动追踪测量装置及其方法，解决了现有技术中存在的问题。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种复杂大工件表面轮廓自动追踪测量装置，包括执行测量工作台，在执行测量工作台上设有旋转安装组件，执行测量工作台控制旋转安装组在X轴、Y轴以及z轴上进行位置调节；

旋转安装组件包括与连接柱固定连接的旋转传动板，旋转传动板中部沿圆周分布有若干传动齿牙，旋转传动板的截面由矩形和半圆组成，旋转传动板两端固定有限位挡板，限位挡板上开有圆弧限位滑槽，滑动导向转板两端设有与限位挡板滑动配合的的导向挡板，导向挡板上固定有滑动导柱，限位导柱与螺帽配合，滑动导向转板通过轴承安装有与传动齿牙相啮合的旋转限位丝杠，旋转限位丝杠一端与旋转电机连接，另一端滑动安装有夹持底盘。

进一步地，所述执行测量工作台包括U型工作台架，U型工作台架上滑动安装可沿Y轴进行移动的Y轴操作平台，Y轴操作平台上滑动安装有可沿x轴进行移动的X轴操作平台，Y轴操作平台的延伸板与设在U型工作台架上第一传动丝杠相配合，X轴操作平台的延伸板与安装在Y轴操作平台侧面的第二传动丝杠相配合，第二传动丝杠通过联轴器与第二执行电机连接，第一执行电机与第一传动丝杠连接，第二执行电机与第二传动丝杠连接；

进一步地，所述X轴操作平台上固定有导向板和第三传动丝杠，第三传动丝杠贯穿导向板与第三执行电机连接，导向板的限位槽内滑动安装有与第三传动丝杠相配合的限位连接板，限位连接板通过连接柱与旋转安装组件连接。

进一步地，所述夹持底盘内设有同心螺旋导轨，限位卡盘与夹持底盘螺纹配合，限位卡盘上沿圆周均布有若干限位导轨，夹持板滑动安装在限位导轨内，且夹持板底部与同心螺旋导轨相配合，夹持板上固定有弧形板。

一种复杂大工件表面轮廓自动追踪测量装置的方法，包括以下步骤：

S1、待测复杂大工件放置在执行测量工作台的下平台上，调节旋转安装组件在XY平面的初始位置以及初始高度，启动测量；

S2、第二执行电机工作带动第二传动丝杠工作，控制旋转安装组件上的镜头a和镜头b沿X轴方向进行移动，激光位移传感器实时采集镜头a的激光光强点到大工件表面的距离C，同时实时采集镜头b的激光光强点到大工件侧面的距离D，激光位移传感器的测量量程从激光光强点开始计算；

S3、分别实时判断距离C是否在测量量程内且距离D是否大于测量量程的下限数值，若满足，则第二传动丝杠工作，带动X轴操作平台沿X轴方向移动，若距离C不在测量量程内，执行步骤S4并同时判断距离D是否小于测量量程的下限数值；

S4、判断距离C是否大于测量量程的上限数值，若距离C大于测量量程的上限数值时，则执行步骤S5，若距离C小于测量量程的下限数值或距离D小于测量量程的下限数值时，则执行步骤S6;

S5、控制第三传动丝杠转动，直至镜头a的光强点到大工件表面的距离等于测量量程的下限数值或镜头b的光强点到大工件表面的距离等于测量量程的下限数值时，第三执行电机停止工作，第二执行电机继续工作；

S6、控制第三传动丝杠反向转动，直至镜头a的光强点到大工件表面的距离C等于测量量程的上限数值且距离D大于测量量程的下限数值时，第三执行电机停止工作，第二执行电机继续工作；

S7、判断当工件表面的凸起高度大于测量量程且凸起切线的延长线与x轴正方向的夹角大于设定的角度阈值时，或凹槽深度大于测量量程且凹槽切线的延长线与x轴正方向的夹角的绝对值大于设定的角度阈值时，控制旋转安装组件转动并进行距离补偿；

S8、判断镜头a在x轴方向上的移动距离是否大于待测工件的预设扫描长度，若小于待测工件的预设扫描长度，则重复执行步骤S2-S7,若等于待测工件的预设扫描长度，则第一执行电机工作带动第一传动丝杠进行转动，判断第一传动丝杠带动旋转安装组件沿y轴上的移动是否等于一个扫描间距，若等于一个扫描间距，则第二执行电机控制第二传动丝杠进行反向转动，并重复执行步骤S2-S7，直至镜头a在y轴方向上的移动距离是否大于待测工件的预设扫描宽度。

进一步地，镜头b垂直于镜头a。

进一步地凸起高度大于测量量程且凸起切线的延长线与x轴正方向的夹角大于设定的角度阈值时，采用凸起转角测量方法，具体步骤如下:

A1、判断距离D是否等于第一安全距离阈值L1,若等于第一安全距离阈值L1,则第三执行电机工作，带动连接柱向靠近X轴操作平台的方向移动，实时判断距离C是否大于测量量程，若距离C大于测量量程，并判断距离D是否小于第一安全距离阈值L1且大于测量量程下限数值，若在范围内，执行步骤A2；

A2、第二执行电机停止工作，转动电机启动工作，直至启动转动时长等于设定转动时长t停止，第二执行电机重新启动工作；

A3、控制第二执行电机工作，使得x轴操作平台继续沿x轴方向移动，重复执行步骤S3-S6;

A4、判断距离C是否等于第二安全距离阈值L2,若等于第二安全距离阈值L2时，则第二执行电机停止工作，转动电机启动反向转动，直至启动转动时长等于设定转动时长t停止；

A5、第三执行电机反向工作，带动旋转安装组件沿z轴负方向移动进行距离补偿。

进一步地，当凸起高度大于测量量程且凸起切线的延长线与x轴正方向的夹角大于设定的角度阈值时，进行距离补偿，距离补偿公式为：H1=L2*sin45°。

进一步地，凹槽深度大于测量量程且凹槽切线与x轴负方向的夹角的绝对值大于设定的角度阈值时，采用凹槽转角测量方法，具体步骤如下:

B1、自动调节镜头b进行180°的水平面转角调节，用于对镜头a下降时对工件表面进行测量，避免工件碰伤激光位移传感器的镜头；

B2、判断距离D是否小于测量量程下限数值且距离C大于测量量程上限数值时，第二执行电机停止工作，转动电机启动工作，直至启动转动时长等于设定转动时长t停止，第二执行电机重新启动工作；

B3、控制第二执行电机工作，使得x轴操作平台继续沿x轴方向移动，重复执行步骤S3-S6；

B4、判断距离C是否等于第二安全距离阈值L2,若等于第二安全距离阈值L2时，则第二执行电机停止工作，转动电机启动反向转动，直至启动转动时长等于设定转动时长t停止；

B5、第二执行电机反向工作，带动x轴操作平台沿x轴负方向移动进行位置补偿。

本发明的有益效果：

本发明提供的复杂工件表面轮廓测量装置，在执行测量工作台上进行XYZ轴方向的自由调节，满足空间内工件表面的轮廓测量，且通过旋转安装组件调节镜头的角度，以对工件表面凹槽或凸起的转角处进行测量，避免因工件表面的凹槽或凸起的转角处对测量镜头进行碰撞，损坏测量镜头，实现复杂大工件表面轮廓的无死角测量，提高工件表面轮廓测量的精准度。

本发明通过旋转传动板上传动齿牙与旋转限位丝杠间的配合，并在限位挡板的限位作用下，控制旋转限位丝杠以旋转传动板的轴线进行转动调节，实现180°的调节，带动两相互垂直镜头的转动角度控制，满足转动角度调节的需求，提高测量的应用范围。

本发明提供的复杂大工件表面轮廓自动追踪测量方法，通过采样软硬件像结合的方式，根据两相互垂直的镜头距离被测工件表面的距离，智能调控镜头的相对空间位置以及转动角度，以满足激光位移传感器测量量程小，避免传感器的镜头碰撞工件，能够对复杂工件表面轮廓进行自动追踪测量，全程无测量死角，提高了对未知且复杂工件测量的精确度，通过对转动角度的调控，能够自适应调节不同转动角度下的测量，满足工件的大尺寸以及复杂度高的测量要求。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述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发明的一些实施例，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为本发明中一种复杂大工件表面轮廓自动追踪测量装置的结构示意图；

图2为本发明中图1的剖视图；

图3为本发明中图1的剖视图；

图4为本发明中图3中的A局部放大示意图；

图5为本发明中旋转安装组件的局部剖视图；

图6为本发明中工件表面轮廓自动追踪测量的轨迹示意图；

图7为本发明中图6的局部放大示意图；

附图标记：

1、执行测量工作台，2、旋转安装组件，11、U型工作台架，12、Y轴操作平台，13、X轴操作平台，14、第一传动丝杠，15、第二传动丝杠，16、导向板，17、限位连接板，18、第三传动丝杠，181、第三执行电机，19、连接柱，21、旋转传动板，22、传动齿牙，23、限位挡板，24、圆弧限位滑槽，25、滑动导向转板，251、导向挡板，252、限位导柱，26、旋转限位丝杠，27、夹持底盘，271、同心螺旋导轨，28、限位卡盘，281、限位导轨，29、夹持板，291、弧形板。

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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

对于复杂的工件表面轮廓测量时，存在以下问题：待加工的复杂的工件表面的轮廓无法准确进行建模，导致对工件表面加工的精度低；由于激光位移传感器的测量量程小，对于复杂大工件加工时会导致激光位移传感器与复杂工件表面碰撞；测量至复杂大工件的凹凸转角处时，因激光位移传感器的镜头限制，无法对凹凸转角处进行测量，导致大工件表面轮廓测量的完整性不足。

针对以上的问题，本申请克服了激光位移传感器的测量量程小、工件凹凸转角处无法测量等问题，满足对复杂大工件的表面轮廓自适应式测量。

请参阅图1-图5所示，一种复杂大工件表面轮廓自动追踪测量装置，包括执行测量工作台1以及设置在执行测量工作台1上的旋转安装组件2。

执行测量工作台1包括U型工作台架11，U型工作台架11上滑动安装有Y轴操作平台12，Y轴操作平台12上滑动安装有X轴操作平台13，Y轴操作平台12和X轴操作平台13的运动轨迹相垂直，Y轴操作平台12的延伸板与设在U型工作台架11上第一传动丝杠14相配合，第一传动丝杠14由第一执行电机控制转动运行，X轴操作平台13的延伸板与安装在Y轴操作平台12侧面的第二传动丝杠15相配合，第二传动丝杠15通过联轴器与第二执行电机连接，通过第一执行电机带动第一传动丝杠14转动，通过第二执行电机带动第二传动丝杠15转动。

Y轴操作平台12上开有与U型工作台架11上的第一导轨滑动配合的第一导槽，X轴操作平台13上开有与Y轴操作平台12上的第二导轨滑动配合的第二导槽。

第一传动丝杠14的轴线与第二传动丝杠15的轴向相垂，以控制X轴操作平台13在XY平面内移动。

X轴操作平台13下方固定有导向板16和第三传动丝杠18，第三传动丝杠18贯穿导向板16与第三执行电机181连接，导向板16的限位槽内滑动安装有与第三传动丝杠18相配合的限位连接板17，限位连接板17通过连接柱19与旋转安装组件2连接，通过第三传动丝杠18转动，带限位连接板17沿限位槽进行滑动，调节旋转安装组件2在Z轴上的高度。

旋转安装组件2包括与连接柱19固定连接的旋转传动板21，旋转传动板21中部沿圆周分布有若干传动齿牙22，旋转传动板21的截面由矩形和半圆组成，旋转传动板21两端固定有限位挡板23，限位挡板23上开有圆弧限位滑槽24，滑动导向转板25两端设有与限位挡板23滑动配合的的导向挡板251，导向挡板251上固定有与圆弧限位滑槽24滑动配合的滑动导柱252，限位导柱252与螺帽配合，用于固定滑动导向转板25与限位挡板23间的滑动配合，滑动导向转板25通过轴承安装有与传动齿牙22相啮合的旋转限位丝杠26，旋转限位丝杠26一端与旋转电机连接，另一端滑动安装有夹持底盘27，夹持底盘27与旋转限位丝杠26通过销轴进行锁紧固定，夹持底盘27内设有同心螺旋导轨271，限位卡盘28与夹持底盘27螺纹配合，限位卡盘28上沿圆周均布有若干限位导轨281，限位导轨281的数量至少为三个。

夹持板29滑动安装在限位导轨281内，且夹持板29底部与同心螺旋导轨271相配合，夹持板29上固定有弧形板291，当旋转电机工作，通过旋转限位丝杠26与传动齿牙22的配合，带动滑动导向转板25沿传动齿牙22的分布轨迹进行旋转，达到对旋转限位丝杠26的转角调节，进而调节安装在夹持底盘27上的激光位移传感器的镜头的转角，转动调节夹持底盘27，在同心螺旋导轨271以及限位卡盘28的限位下夹持板29会沿限位导轨281进行滑动，以对镜头进行夹持。

本发明还公开一实施例，夹持板29对安装有激光位移传感器的安装柱进行夹持固定，激光位移传感器上包含有两相互垂直的镜头，分别为镜头a和镜头b，经镜头a发射出的激光垂直U型工作台架11，镜头a用于测量垂直工件轴线方向上的间距，镜头b发射的激光始终与经镜头a发射的激光相垂直，镜头b用于测量平行于工件轴向方向上的间距。

本发明中的激光位移传感器采用双镜头配置，为了测量的目的，可增设镜头数量以及分布各镜头的相对位置。

本发明采用硬件结构与软件相结合，对复杂且工件尺寸大的工件的表面轮廓进行测量，实现对不规则待测表面形貌测量的智能化。

激光位移传感器包括激光发射器、放大器和镜头，激光发射器发射的激光经放大器处理后发射到镜头上，经镜头调节发射光的焦点，激光发射器通过光纤与放大器连接。

如图6所示，本发明还公开一实施例，一种复杂大工件表面轮廓自动追踪测量方法，包括以下步骤：

S1、待测复杂大工件放置在执行测量工作台1的下平台上，调节旋转安装组件2在XY平面的初始位置以及初始高度，启动测量；

对放置在执行测量工作台1上的复杂大工件一端开始作为测量起始点，此时调节旋转安装组件2的位置，使得镜头a垂直于测量工作台1下平台，镜头b垂直于镜头a，使得经镜头a发射的激光与经镜头b发射的激光相互垂直；

当激光光强点到工件表面的距离大于激光位移传感器的测距量程时，无法获得数值，测量精度在1nm，测量量程为110um;

S2、第二执行电机工作带动第二传动丝杠15工作，控制旋转安装组件2上的镜头a和镜头b沿X轴方向进行移动，激光位移传感器实时采集镜头a的激光光强点到大工件表面的距离C，同时实时采集镜头b的激光光强点到大工件侧面的距离D，激光位移传感器的测量量程从激光光强点开始计算；

S3、分别实时判断距离C是否在测量量程内且距离D是否大于测量量程的下限数值，若满足，则第二传动丝杠15工作，带动X轴操作平台13沿X轴方向移动，若距离C不在测量量程内，执行步骤S4并同时判断距离D是否小于测量量程的下限数值；

S4、判断距离C是否大于测量量程的上限数值，若距离C大于测量量程的上限数值时，则执行步骤S5，若距离C小于测量量程的下限数值或距离D小于测量量程的下限数值时，则执行步骤S6;

S5、控制第三传动丝杠18转动，使得导向板16向远离X轴操作平台13的方向移动，直至镜头a的光强点到大工件表面的距离等于测量量程的下限数值或镜头b的光强点到大工件表面的距离等于测量量程的下限数值时，第三执行电机181停止工作，第二执行电机继续工作；

在调节第三传动丝杠18转动时，筛选出镜头a的光强点和镜头b的光强点到大工件表面的距离最先达到测量量程的下限数值的Z轴位置，即到达该位置时第三执行电机控制第三传送丝杠18停止转动。

第一执行电机、第二执行电机和第三执行电机无法同一时刻进行同步转动，避免其他电机工作对镜头a和镜头b的位置发生干扰。

S6、控制第三传动丝杠18反向转动，使得导向板16向靠近X轴操作平台13的方向移动，直至镜头a的光强点到大工件表面的距离C等于测量量程的上限数值且距离D大于测量量程的下限数值时，第三执行电机181停止工作，第二执行电机继续工作。

在调节第三传动丝杠18转动时，筛选出镜头a的光强点到大工件表面的距离达到测量量程的上限数值的Z轴位置，即到达该位置时第三执行电机控制第三传送丝杠18停止转动。

S7、判断当工件表面的凸起高度大于测量量程且凸起切线的延长线与x轴正方向的夹角大于设定的角度阈值时，或凹槽深度大于测量量程且凹槽切线的延长线与x轴正方向的夹角的绝对值大于设定的角度阈值时，控制旋转安装组件2转动并进行距离补偿；

S8、判断镜头a在x轴方向上的移动距离是否大于待测工件的预设扫描长度，若小于待测工件的预设扫描长度，则重复执行步骤S2-S7,若等于待测工件的预设扫描长度，则第一执行电机工作带动第一传动丝杠14进行转动，判断第一传动丝杠14带动旋转安装组件2沿y轴上的移动是否等于一个扫描间距，若等于一个扫描间距，则第二执行电机控制第二传动丝杠进行反向转动，并重复执行步骤S2-S7，直至镜头a在y轴方向上的移动距离是否大于待测工件的预设扫描宽度。

待测工件的长度小于预设扫描长度，待测工件的宽度小于预设扫描宽度，且待测工件位于该预设扫描长度和预设扫描宽度的区域范围内。

上述的测量方法，针对凸起或凹槽的深度在激光位移传感器的测量量程范围内下的测量方法，对于待测工件表面的凸起高度高于激光位移传感器的测量量程的上限数值时，需增加轮廓补偿测量方法。

当复杂工件表面的凸起高度大于激光位移传感器的测量量程的上限数值且凸起的切线与X轴正方向的夹角大于设定的角度阈值时，设定的角度阈值取值在30°-35°，由于镜头尺寸的限制以及测量量程的限制，无法对凸起的转角进行测量，导致待测工件表面形貌不完整，且若进行人工调节，会导致测量精度差，无法实现自动化测量。

如图7所示，本发明对于凸起高度大于测量量程且凸起切线的延长线与x轴正方向的夹角大于设定的角度阈值时，采用凸起转角测量方法，具体步骤如下:

A1、判断距离D是否等于第一安全距离阈值L1,若等于第一安全距离阈值L1,则第三执行电机181工作，带动连接柱19向靠近X轴操作平台13的方向移动，实时判断距离C是否大于测量量程，若距离C大于测量量程，并判断距离D是否小于第一安全距离阈值L1且大于测量量程下限数值，若在范围内，执行步骤A2；

其中，第一安全距离阈值大于测量量程下限数值，且小于测量量程上限数值;

A2、第二执行电机停止工作，转动电机启动工作，直至启动转动时长等于设定转动时长t停止，第二执行电机重新启动工作；

转动电机启动转动时长t后停止继续转动，此时镜头a与x轴操作平台13的夹角为45°。

本发明中转动电机与镜头a和镜头b相关联，当转动电机工作时，镜头a和镜头b不进行测距工作。

A3、控制第二执行电机工作，使得x轴操作平台13继续沿x轴方向移动，重复执行步骤S3-S6;

A4、判断距离C是否等于第二安全距离阈值L2,若等于第二安全距离阈值L2时，则第二执行电机停止工作，转动电机启动反向转动，直至启动转动时长等于设定转动时长t停止；

此时，经镜头a发射的激光光束与测量工作台1的下平台相垂直，第三执行电机181向靠近待测工件轴向方向进行距离补偿，弥补镜头a在进行转角测量过程中缺失的工件在垂直测量工作台1下平台的高度；

第二安全距离阈值L2大于第一安全距离阈值L1, 且小于测量量程的上限数值。

A5、第三执行电机反向工作，带动旋转安装组件2沿z轴负方向移动进行距离补偿。

当距离C等于第二安全距离阈值L2时，距离D大于等于第二安全距离阈值L2，且小于测量量程上限数值，激光位移传感器可测量的凸起切线与x轴正方向的夹角在30°-90°范围内。

其中，对于工件表面凸起大于测量量测下的凸起下转角处的在Z轴上的距离补偿，距离补偿公式为：H1=L2*sin45°。

其中，第一执行电机、第二执行电机和第三执行电机无法同一时刻进行同步转动。

避免因待测工件表面凸起的切线与x轴正方向的夹角大于设定的角度阈值，导致镜头碰撞工件的问题。

本发明对于凹槽深度大于测量量程且凹槽切线与x轴负方向的夹角的绝对值大于设定的角度阈值时，采用凹槽转角测量方法，具体步骤如下:

B1、自动调节镜头b进行180°的水平面转角调节，用于对镜头a下降时对工件表面进行测量，避免工件碰伤激光位移传感器的镜头；

B2、判断距离D是否小于测量量程下限数值且距离C大于测量量程上限数值时，第二执行电机停止工作，转动电机启动工作，直至启动转动时长等于设定转动时长t停止，第二执行电机重新启动工作；

所述距离D为测量量程下限数值时，镜头b不与工件表面发生碰撞。

转动电机启动转动时长t后停止继续转动，此时镜头a与x轴操作平台13的夹角为45°。

本发明中转动电机与镜头a和镜头b相关联，当转动电机工作时，镜头a和镜头b不进行测距工作。

B3、控制第二执行电机工作，使得x轴操作平台13继续沿x轴方向移动，重复执行步骤S3-S6；

B4、判断距离C是否等于第二安全距离阈值L2,若等于第二安全距离阈值L2时，则第二执行电机停止工作，转动电机启动反向转动，直至启动转动时长等于设定转动时长t停止；

此时，经镜头a发射的激光光束与测量工作台1的下平台相垂直，第三执行电机181向靠近待测工件轴向方向进行距离补偿，弥补镜头a在进行转角测量过程中缺失的工件在垂直测量工作台1下平台的高度；

B5、第二执行电机反向工作，带动x轴操作平台13沿x轴负方向移动进行位置补偿。

当距离C等于第二安全距离阈值L2时，距离D大于等于第二安全距离阈值L2，激光位移传感器可测量的凸起切线与x轴正方向的夹角在30°-90°范围内。

其中，对于工件表面凸起大于测量量测下的凸起下转角处的在X轴上的距离补偿，距离补偿公式为：H2=L2*sin45°。

通过对凸起高度大于测量量程且凸起切线的延长线与x轴正方向的夹角大于设定的角度阈值情况以及凹槽深度大于测量量程且凹槽切线与x轴负方向的夹角的绝对值大于设定的角度阈值进行形貌测量，能够弥补工件与镜头距离近，导致测量存在死角，已损坏镜头的问题，能实现对复杂大工件表面的整体无死角的形貌测量，提高了测量的精度。

在测量的过程中实时获取镜头a在x轴、y轴以及z轴方向上的位置坐标点，记为Wi（x1i，y1i，z1i），i为对复杂工件进行形貌测量过程中的采样次数，根据镜头a的位置坐标获得经镜头a发射的激光与工件表面接触的测量点所对应的实时位置坐标，实现待测工件表面的全自动测量。

对于镜头a不发生转角时，镜头a发射的激光与工件表面接触的测量点所对应的实时位置坐标Fi（x2i，y2i，z2i）：

,d为镜头a到镜头a的光强点的距离，C为镜头a测得到光强点到工件表面的距离。

对于凸起高度大于测量量程且凸起切线的延长线与x轴正方向的夹角大于设定的角度阈值时，采用镜头a进行逆时针转动45°，镜头a发射的激光与工件表面接触的测量点所对应的实时位置坐标Fi：

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本发明对于凹槽深度大于测量量程且凹槽切线与x轴负方向的夹角的绝对值大于设定的角度阈值时，采用镜头a进行顺时针转动45°，镜头a发射的激光与工件表面接触的测量点所对应的实时位置坐标Fi：

。

以上内容仅仅是对本发明的构思所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的构思或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种复杂大工件表面轮廓自动追踪测量装置，包括执行测量工作台（1），其特征在于，在执行测量工作台（1）上设有旋转安装组件（2），执行测量工作台（1）控制旋转安装组（2）在X轴、Y轴以及z轴上进行位置调节；

旋转安装组件（2）包括与连接柱（19）固定连接的旋转传动板（21），旋转传动板（21）中部沿圆周分布有若干传动齿牙（22），旋转传动板（21）的截面由矩形和半圆组成，旋转传动板（21）两端固定有限位挡板（23），限位挡板（23）上开有圆弧限位滑槽（24），滑动导向转板（25）两端设有与限位挡板（23）滑动配合的的导向挡板（251），导向挡板（251）上固定有滑动导柱（252），限位导柱（252）与螺帽配合，滑动导向转板（25）通过轴承安装有与传动齿牙（22）相啮合的旋转限位丝杠（26），旋转限位丝杠（26）一端与旋转电机连接，另一端滑动安装有夹持底盘（27）。

2.根据权利要求1所述的一种复杂大工件表面轮廓自动追踪测量装置，其特征在于，所述执行测量工作台（1）包括U型工作台架（11），U型工作台架（11）上滑动安装可沿Y轴进行移动的Y轴操作平台（12），Y轴操作平台（12）上滑动安装有可沿x轴进行移动的X轴操作平台（13），Y轴操作平台（12）的延伸板与设在U型工作台架（11）上第一传动丝杠（14）相配合，X轴操作平台（13）的延伸板与安装在Y轴操作平台（12）侧面的第二传动丝杠（15）相配合，第二传动丝杠（15）通过联轴器与第二执行电机连接，第一执行电机与第一传动丝杠（14）连接，第二执行电机与第二传动丝杠（15）连接。

3.根据权利要求2所述的一种复杂大工件表面轮廓自动追踪测量装置，其特征在于，所述X轴操作平台（13）上固定有导向板（16）和第三传动丝杠（18），第三传动丝杠（18）贯穿导向板（16）与第三执行电机（181）连接，导向板（16）的限位槽内滑动安装有与第三传动丝杠（18）相配合的限位连接板（17），限位连接板（17）通过连接柱（19）与旋转安装组件（2）连接。

4.根据权利要求3所述的一种复杂大工件表面轮廓自动追踪测量装置，其特征在于，所述夹持底盘（27）内设有同心螺旋导轨（271），限位卡盘（28）与夹持底盘（27）螺纹配合，限位卡盘（28）上沿圆周均布有若干限位导轨（281），夹持板（29）滑动安装在限位导轨（281）内，且夹持板（29）底部与同心螺旋导轨（271）相配合，夹持板（29）上固定有弧形板（291）。

5.一种复杂大工件表面轮廓自动追踪测量装置的方法，包括以下步骤：

S1、待测复杂大工件放置在执行测量工作台（1）的下平台上，调节旋转安装组件（2）在XY平面的初始位置以及初始高度，启动测量；

S2、第二执行电机工作带动第二传动丝杠（15）工作，控制旋转安装组件（2）上的镜头a和镜头b沿X轴方向进行移动，激光位移传感器实时采集镜头a的激光光强点到大工件表面的距离C，同时实时采集镜头b的激光光强点到大工件侧面的距离D，激光位移传感器的测量量程从激光光强点开始计算；

S3、分别实时判断距离C是否在测量量程内且距离D是否大于测量量程的下限数值，若满足，则第二传动丝杠（15）工作，带动X轴操作平台（13）沿X轴方向移动，若距离C不在测量量程内，执行步骤S4并同时判断距离D是否小于测量量程的下限数值；

S4、判断距离C是否大于测量量程的上限数值，若距离C大于测量量程的上限数值时，则执行步骤S5，若距离C小于测量量程的下限数值或距离D小于测量量程的下限数值时，则执行步骤S6;

S5、控制第三传动丝杠（18）转动，直至镜头a的光强点到大工件表面的距离等于测量量程的下限数值或镜头b的光强点到大工件表面的距离等于测量量程的下限数值时，第三执行电机（181）停止工作，第二执行电机继续工作；

S6、控制第三传动丝杠（18）反向转动，直至镜头a的光强点到大工件表面的距离C等于测量量程的上限数值且距离D大于测量量程的下限数值时，第三执行电机（181）停止工作，第二执行电机继续工作；

S7、判断当工件表面的凸起高度大于测量量程且凸起切线的延长线与x轴正方向的夹角大于设定的角度阈值时，或凹槽深度大于测量量程且凹槽切线的延长线与x轴正方向的夹角的绝对值大于设定的角度阈值时，控制旋转安装组件（2）转动并进行距离补偿；

S8、判断镜头a在x轴方向上的移动距离是否大于待测工件的预设扫描长度，若小于待测工件的预设扫描长度，则重复执行步骤S2-S7,若等于待测工件的预设扫描长度，则第一执行电机工作带动第一传动丝杠（14）进行转动，判断第一传动丝杠（14）带动旋转安装组件（2）沿y轴上的移动是否等于一个扫描间距，若等于一个扫描间距，则第二执行电机控制第二传动丝杠进行反向转动，并重复执行步骤S2-S7，直至镜头a在y轴方向上的移动距离是否大于待测工件的预设扫描宽度。

6.根据权利要求5所述的一种复杂大工件表面轮廓自动追踪测量装置的方法，其特征在于，镜头b垂直于镜头a。

7.根据权利要求6所述的一种复杂大工件表面轮廓自动追踪测量装置的方法，其特征在于，凸起高度大于测量量程且凸起切线的延长线与x轴正方向的夹角大于设定的角度阈值时，采用凸起转角测量方法，具体步骤如下:

A1、判断距离D是否等于第一安全距离阈值L1,若等于第一安全距离阈值L1,则第三执行电机（181）工作，带动连接柱（19）向靠近X轴操作平台（13）的方向移动，实时判断距离C是否大于测量量程，若距离C大于测量量程，并判断距离D是否小于第一安全距离阈值L1且大于测量量程下限数值，若在范围内，执行步骤A2；

A2、第二执行电机停止工作，转动电机启动工作，直至启动转动时长等于设定转动时长t停止，第二执行电机重新启动工作；

A3、控制第二执行电机工作，使得x轴操作平台（13）继续沿x轴方向移动，重复执行步骤S3-S6;

A4、判断距离C是否等于第二安全距离阈值L2,若等于第二安全距离阈值L2时，则第二执行电机停止工作，转动电机启动反向转动，直至启动转动时长等于设定转动时长t停止；

A5、第三执行电机反向工作，带动旋转安装组件（2）沿z轴负方向移动进行距离补偿。

8.根据权利要求7所述的一种复杂大工件表面轮廓自动追踪测量装置的方法，其特征在于，当凸起高度大于测量量程且凸起切线的延长线与x轴正方向的夹角大于设定的角度阈值时，进行距离补偿，距离补偿公式为：H1=L2*sin45°。

9.根据权利要求8所述的一种复杂大工件表面轮廓自动追踪测量装置的方法，其特征在于，凹槽深度大于测量量程且凹槽切线与x轴负方向的夹角的绝对值大于设定的角度阈值时，采用凹槽转角测量方法，具体步骤如下:

B1、自动调节镜头b进行180°的水平面转角调节，用于对镜头a下降时对工件表面进行测量，避免工件碰伤激光位移传感器的镜头；

B2、判断距离D是否小于测量量程下限数值且距离C大于测量量程上限数值时，第二执行电机停止工作，转动电机启动工作，直至启动转动时长等于设定转动时长t停止，第二执行电机重新启动工作；

B3、控制第二执行电机工作，使得x轴操作平台（13）继续沿x轴方向移动，重复执行步骤S3-S6；

B4、判断距离C是否等于第二安全距离阈值L2,若等于第二安全距离阈值L2时，则第二执行电机停止工作，转动电机启动反向转动，直至启动转动时长等于设定转动时长t停止；

B5、第二执行电机反向工作，带动x轴操作平台（13）沿x轴负方向移动进行位置补偿。

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