CN205383997U - 一种锥光全息三维扫描装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种锥光全息三维扫描装置，包括旋转台、X轴平移台、Y轴平移台、Z轴平移台和激光位移传感器，其中，旋转台用于放置待扫描物体，并用于旋转该待扫描物体；X轴平移台用于使激光位移传感器沿X轴方向移动；Y轴平移台用于使激光位移传感器沿Y轴方向移动；Z轴平移台用于使激光位移传感器沿Z轴方向移动；X轴方向、Y轴方向与Z轴方向三者相互垂直；X轴平移台、Y轴平移台和Z轴平移台三者相连接；激光位移传感器基于锥光全息原理对待扫描物体进行三维扫描。本实用新型中的锥光全息三维扫描装置，可以对待扫描物体实施基于锥光全息的四轴三维测量，确保了测量精度，测量结果准确。

Description

一种锥光全息三维扫描装置

技术领域

本实用新型属于三维测量技术领域，更具体地，涉及一种锥光全息三维扫描装置，该扫描装置可以对待扫描物体进行基于锥光全息的四轴三维扫描，尤其适用于测量三维叶片。

背景技术

锥光全息测量系统，是一种共光路三维测量系统，其测量原理是利用晶体的双折射效应产生路径相同而传播速度不同的两束光，进而产生干涉来获取被测物体的表面信息。这种共光路测量系统的优点在于抗干扰性好、稳定、高效率，及不受被测表面特性影响，还可以实现对倾斜表面甚至球面的测量。相比于激光三角法易受测量斜面的限制，锥光全息法的测量更加简单化，且不需要补偿手段。相比于一般全息法，锥光全息法的测量范围大，且具有在使用相干性较差光源的情况下也可以产生全息图的特点，因此，对光源的依赖性降低，具有很强的环境适应性。

随着制造工业的迅速发展，产品形状设计日益复杂，复杂曲面在工程领域中广泛使用。其中变截面复杂曲面更是在航空发动机叶片，汽轮机叶片，船用螺旋桨桨叶中广泛应用。这里叶片类零件在加工完成前需要进行检测，以保证其加工的精度。例如航空铸造叶片尺寸终检需要对叶片复杂曲面进行测量，将特征参数与产品模型进行比对，对铸造叶片进行评定。但是，这类零件其强扭曲、薄壁件、易变形、低损伤，造成加工检测上的困难。传统测量方式主要采用三坐标机对叶片表面逐点测量，测量数据量大、测量效率慢、数据处理慢，不能够快速得到叶片特征尺寸，大大降低了生产效率。例如采用离线三坐标测量机检测，即用三坐标机对叶片表面逐点测量，但这种方式测量数据量大、测量效率慢、数据处理慢，不能够快速得到叶片特征尺寸，大大降低了生产效率。

对于一般的线激光测量法，虽然可以进行截面信息的获取，但是其受物体表面的光洁度以及光环境的影响较大，只能在较暗的环境下测量表面漫反射的物体轮廓。而对于普通的离线三坐标机接触式测量法，虽能得到较高精度的物体表面轮廓信息，但是检测耗时较长，效率较低。

实用新型内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本实用新型的目的在于提供一种锥光全息三维扫描装置，其中通过对该扫描装置的扫描方式、各个组件的设置方式(如距离参数的变化方法)等进行改进，与现有技术相比能够有效解决现有线结构光测量设备对被测物体表面特性要求高，以及现有三坐标机等接触式测量设备效率低下的问题，并且能够对待扫描物体实施基于锥光全息的四轴三维测量，确保了测量精度，测量结果准确。

为实现上述目的，按照本实用新型的一个方面，提供了一种锥光全息三维扫描装置，其特征在于，包括旋转台(107)、X轴平移台(103)、Y轴平移台(104)、Z轴平移台(102)和激光位移传感器(101)，其中，

所述旋转台(107)用于放置待扫描物体，并用于旋转该待扫描物体；

所述X轴平移台(103)用于使所述激光位移传感器(101)沿X轴方向移动；

所述Y轴平移台(104)用于使所述激光位移传感器(101)沿Y轴方向移动；

所述Z轴平移台(102)用于使所述激光位移传感器(101)沿Z轴方向移动；

所述X轴方向、所述Y轴方向与所述Z轴方向三者相互垂直；所述X轴平移台(103)、所述Y轴平移台(104)和所述Z轴平移台(102)三者相连接；

所述激光位移传感器(101)基于锥光全息原理对所述待扫描物体进行三维扫描。

作为本实用新型的进一步优选，所述激光位移传感器(101)位于承载台(109)上，该承载台(109)与所述X轴平移台(103)、所述Y轴平移台(104)或所述Z轴平移台(102)相连。

作为本实用新型的进一步优选，所述Z轴平移台(102)包括导向滑轨(110)；所述承载台(109)位于该导向滑轨(110)上，并沿该导向滑轨(110)移动。

作为本实用新型的进一步优选，所述X轴平移台(103)包括两条平行设置的导向滑轨(110)，所述Z轴平移台(102)位于这两条平行设置的导向滑轨(110)上，并沿这两条平行设置的导向滑轨(110)移动。

作为本实用新型的进一步优选，所述Y轴平移台(104)包括两条平行设置的导向滑轨(110)，所述X轴平移台(103)位于这两条平行设置的导向滑轨(110)上，并沿这两条平行设置的导向滑轨(110)移动。

作为本实用新型的进一步优选，所述待扫描物体为叶片(100)，该叶片(100)具有自转旋转轴；所述旋转台(107)具有旋转台旋转轴，该旋转台(107)用于绕所述旋转台旋转轴旋转；所述叶片(100)的自转旋转轴的所在直线与所述旋转台旋转轴的所在直线两者重合或者相互平行。

作为本实用新型的进一步优选，所述叶片为航空发动机叶片、汽轮机叶片或船用螺旋桨桨叶。

作为本实用新型的进一步优选，所述旋转台(107)、所述X轴平移台(103)、所述Y轴平移台(104)、所述Z轴平移台(102)和所述激光位移传感器(101)均位于工作台(105)上。

作为本实用新型的进一步优选，所述工作台(105)底部还与底座(106)相连。

本实用新型中的激光位移传感器是基于锥光偏振全息位移技术，利用晶体的双折射效应产生路径相同而传播速度不同的两束光，进而产生干涉来获取被测物体的表面信息，通过其在Z轴平移台上的上下移动确定截面位置，然后XY轴按照规划轨迹进行联动保持传感器与叶片待测量点之间的距离在一定范围内，并配合相对布置的所述电动旋转台上的叶片旋转来扫描叶片截面，可以实现对叶片多个截面获取测量点云。叶片可以具有不同截面形状的叶片，例如航空发动机叶片、汽轮机叶片或船用螺旋桨桨叶等。

本实用新型中的旋转台(如电动旋转台等)，其安装在所述工作台表面上，用于放置待检测的叶片，该电动旋转台可被控制而在所述工作台上自转(即该旋转台具有旋转台旋转轴，该旋转台可绕该旋转台旋转轴)，从而可带动位于该旋转台上的叶片随电动旋转台的转动而转动。通过例如将叶片的自转轴竖直置于电动旋转台上，可以使叶片的自转轴与旋转台旋转轴两者同轴或平行。

X轴平移台、Y轴平移台和Z轴平移台，它们安装在所述工作台表面上并与旋转台间隔一定距离，并分别在X轴、Y轴、Z轴方向设置有导向滑轨和支撑板。X轴平移台优选采用双导轨底部安装，单边驱动；Y轴平移台优选采用双导轨单边驱动；Z轴平移台优选采用悬臂式安装，并有肋板进行稳固。激光位移传感器采用Z轴侧边安装，可以全部放置于平移台内，起到保护镜头以及方便接线的作用。另外，通过设置控制器的方式，可以使控制器控制平移台上的激光位移传感器的移动、旋转台的旋转以及两者之间的协调。激光位移传感器通过X轴、Y轴、Z轴平移台可使该激光位移传感器相对工作台面在空间任意移动，通过在工作台面的XYZ三轴方向移动并配合相对布置的所述电动旋转台上的叶片的旋转，可实现对所述叶片的轴向上下以及两表面的多点扫描成像，进而实现对叶片的精确快速扫描测量。

本实用新型中，能够完成至少四个自由度的测量运动，包括XYZ轴平移台的平动(Z轴调整叶片截面测量位置，XY轴确定扫描路径)以及转动(测量叶片不同角度各个方向上的轮廓数据)，从而获得多个点的数据，一次准确获得叶片的测量数据。

总体而言，通过本实用新型所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：

1)本实用新型克服传统测量系统无法实现速度和精度同时满足需要的缺陷，利用相隔一定距离并四自由度布置的叶片与传感器的方式，实现快速多点的测量，可实现快速和高精度的测量。

2)本实用新型的测量传感器采用非接触式激光位移传感器，采用锥光偏振全息技术，可以克服普通线激光传感器对被测物体表面情况以及环境光情况要求较高的问题。

3)本实用新型结构灵活，能够很好地完成各种规划测量轨迹，操作简单，测量效率高，通用性强，可进行二次开发。

本实用新型实现自动化的叶片检测，工作效率高，测量精度高，大大提高叶片类零件检测效率。

附图说明

图1是本实用新型中四轴三维测量系统的整体结构示意图；

图2是本实用新型中四轴三维测量系统的主视结构图；

图3是本实用新型中的四轴三维测量系统中安装在工作台上的三轴平移台和精密型电动旋转台的结构示意图；

图4为利用本实用新型中的四轴三维测量系统进行叶片检测的流程示意图。

图中各附图标记的含义如下：100为叶片，101为激光位移传感器(如非接触式激光位移传感器)，102为Z轴平移台，103为X轴平移台，104为Y轴平移台，105为工作台，106为底座，107为精密型电动旋转台，108为计算机，109为承载台，110为导向滑轨。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。此外，下面所描述的本实用新型各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

实施例1

如图1所示，本实用新型中基于锥光全息技术的四轴三维扫描装置，包括底座106，工作台105，安装在工作台105上的精密型电动旋转台107，X轴平移台103，Y轴平移台104，Z轴平移台102，导向滑轨110，计算机108，以及安装在Z轴平移台107的承载台109上的非接触式激光位移传感器101和安装在精密型电动旋转台107上的待测叶片100。

工作台105设置在底座106上部，工作台105上部为操作空间。电动旋转台107和X轴电动平移103，Y轴平移台104，Z轴平移台102均设置在工作台105上。

具体地，待检测的叶片100置于电动旋转台107上，其可随电动旋转台107的自转而旋转，优选是沿轴向竖直置于电动旋转台107上，以使两者轴线同轴或平行。

锥光全息测量传感器(即，激光位移传感器101)设置在Z轴平移台102的承载台109上，其中该电动平移台与电动旋转台107相隔一定距离布置，在X轴平移台103上采用悬臂式安装。该电动平移台在竖直方向设置有导向滑轨110，测量传感器101设置在该导向滑轨110的承载台109上并可相对该滑轨移动，从而实现相对工作台面的上下移动，以用于调整对相对布置的叶片100的扫描截面位置。X轴平移台103采用双导轨110底部安装，整个Z轴平移台102上的承载台109可以承载着测量传感器101在X轴导向滑轨110上相对滑轨移动，从而实现相对X轴的移动。Y轴平移台104采用双导轨底部安装，整个X轴平移台103、Z轴平移台102以及测量传感器101可以在Y轴导向滑轨110上相对滑轨移动，从而实现相对Y轴的移动。三轴组合可以实现对叶片的多种扫描方式。

如图4所示，利用本实施例的扫描装置进行测量的一个优选的过程为：

将叶片100叶盆面向传感器101安装在精密型电动旋转台107上，接通测量传感器101电源，通过计算机对传感器101进行标定校准。

之后通过计算机108进行控制测量，例如可以选择手动或者自动测量方式，控制传感器101移动距离参数。在Z轴直线电机的带动下，传感器在Z轴平移台102上进行上下平动，确定测量截面位置，然后XY轴联动，保持传感器101与叶片100测量点的距离在一定范围内。按照固定频率同时获取光栅尺读数与测头坐标，对被测叶片100的截面进行连续测量采集，将采集到的光点图像送入计算机108中进行实时处理得到三维点云输出显示。随后控制精密型电动旋转台107旋转180°，使测量叶片100的叶背对传感器101，按上述方式重复测量。对各参数实时处理，即可得到物体表面轮廓数据，还可以生成检测报告。

本实施例中，可以测量叶片的5～8个截面，得到的叶片轮廓度误差，包括叶盆、叶背、前缘、后缘、最大厚度、扭转角度等特征参数与设计模型匹配所得误差值，还可以设置在测量的同时实时生成检测报告，显示各个检测指标误差值，根据预设要求判定被测叶片是否合格。

本实用新型中，工作台上包括高精密型三轴电动平移台和一个精密型电动旋转台，系统运动控制包括两大步分：传感器的三轴平动和叶片的转动。由于点激光测量传感器本身只能够测量单个点，并不能得到被测物体的三维形貌，要完成测量就必须借助工作台，在精确控制下移动测量物体，完成多截面的测量，进而完成整体三维形貌测量。工作台还包括与之配套的运动控制系统，完成对平台的精确控制，同时确定实时运动参数，供测量系统进行三维建模。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种锥光全息三维扫描装置，其特征在于，包括旋转台(107)、X轴平移台(103)、Y轴平移台(104)、Z轴平移台(102)和激光位移传感器(101)，其中，

所述旋转台(107)用于放置待扫描物体，并用于旋转该待扫描物体；

所述X轴平移台(103)用于使所述激光位移传感器(101)沿X轴方向移动；

所述Y轴平移台(104)用于使所述激光位移传感器(101)沿Y轴方向移动；

所述Z轴平移台(102)用于使所述激光位移传感器(101)沿Z轴方向移动；

所述X轴方向、所述Y轴方向与所述Z轴方向三者相互垂直；所述X轴平移台(103)、所述Y轴平移台(104)和所述Z轴平移台(102)三者相连接；

所述激光位移传感器(101)基于锥光全息原理对所述待扫描物体进行三维扫描。

2.如权利要求1所述锥光全息三维扫描装置，其特征在于，所述激光位移传感器(101)位于承载台(109)上，该承载台(109)与所述X轴平移台(103)、所述Y轴平移台(104)或所述Z轴平移台(102)相连。

3.如权利要求2所述锥光全息三维扫描装置，其特征在于，所述Z轴平移台(102)包括导向滑轨(110)；所述承载台(109)位于该导向滑轨(110)上，并沿该导向滑轨(110)移动。

4.如权利要求1所述锥光全息三维扫描装置，其特征在于，所述X轴平移台(103)包括两条平行设置的导向滑轨(110)，所述Z轴平移台(102)位于这两条平行设置的导向滑轨(110)上，并沿这两条平行设置的导向滑轨(110)移动。

5.如权利要求1所述锥光全息三维扫描装置，其特征在于，所述Y轴平移台(104)包括两条平行设置的导向滑轨(110)，所述X轴平移台(103)位于这两条平行设置的导向滑轨(110)上，并沿这两条平行设置的导向滑轨(110)移动。

6.如权利要求1所述锥光全息三维扫描装置，其特征在于，所述待扫描物体为叶片(100)，该叶片(100)具有自转旋转轴；所述旋转台(107)具有旋转台旋转轴，该旋转台(107)用于绕所述旋转台旋转轴旋转；所述叶片(100)的自转旋转轴的所在直线与所述旋转台旋转轴的所在直线两者重合或者相互平行。

7.如权利要求6所述锥光全息三维扫描装置，其特征在于，所述叶片(100)为航空发动机叶片、汽轮机叶片或船用螺旋桨桨叶。

8.如权利要求1所述锥光全息三维扫描装置，其特征在于，所述旋转台(107)、所述X轴平移台(103)、所述Y轴平移台(104)、所述Z轴平移台(102)和所述激光位移传感器(101)均位于工作台(105)上。

9.如权利要求8所述锥光全息三维扫描装置，其特征在于，所述工作台(105)底部还与底座(106)相连。