CN207147428U - 一种点激光四轴扫描装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种点激光四轴扫描装置，设置于一平台上，包括一X轴平移台、一Y轴平移台、一Z轴平移台、一点激光位移测头和一旋转台，X轴平移台设置于平台上，Y轴平移台沿垂直于X轴平移台的方向滑动设置于X轴平移台上，Z轴平移台沿垂直于Y轴平移台的方向滑动设置于Y轴平移台上，即X轴平移台、Y轴平移台和Z轴平移台三者相互垂直设置，点激光位移测头设置于Z轴平移台上，旋转台设置于平台上，旋转台转动轴轴线与Z轴平移台平行。本实用新型中的点激光四轴扫描装置，基于非接触式的点激光测量方法实现工件的三维轮廓扫描，其速度较快，对工件的反光性和材质不敏感，确保扫描的稳定性和精度。

Description

一种点激光四轴扫描装置

技术领域

本实用新型属于三维测量技术领域，更具体地，涉及一种以点激光非接触式扫描的方式获取工件表面的三维点云的点激光四轴扫描装置。

背景技术

随着计算机技术和自动化技术不断发展，三维轮廓扫描在制造等领域中的应用越来越广泛，如3D打印、逆向工程、三维检测、视觉定位、姿态标定等。三维轮廓扫描包括接触式测量和非接触式测量两种方式。三坐标测量机CMM(Coordinate Measuring Machine)是目前应用最广泛的通用型的接触式测量仪器，其通过在三轴运动平台上搭载接触式测头，通过测头与工件的接触实现工件的点扫描，对光照不敏感，CMM扫描速度慢(<1点/秒)，因此常用于测点数量要求不高的场合，如高度、直径等尺寸检测。非接触式测量由于不需要与工件直接接触，扫描速度得到了明显提升。常用的非接触式扫描以光学扫描为主，包括面光、线激光和点激光三种扫描方式。主流的面光扫描装置一般是基于相移法，内置有两个相机和一个投影仪，投影仪在工件上投影光栅，然后利用两个相机的位置参数将两个相机扫描的光栅图像的共同区域还原三维点云。线激光扫描装置是通过搭载相机与线激光，相机扫描工件上的线激光条纹图像，对提取条纹中心线，然后利用三角测量法将条纹中心线还原成二维的点云，因此线激光扫描装置需要搭载在运动平台上才能实现三维点云的扫描。主流点激光扫描装置也是基于三角测量原理，其激光投射在物体表面是一光斑，测量精度明显高于线激光和面激光扫描装置，而且对工件表面材质与光照不敏感，不需要对工件表面喷不反光的白色显像剂。

航空叶片等高精度复杂曲面工件生产批量大，在对其进行三维质量检测时，需要测量其三维轮廓。采用三坐标扫描速度慢，采用线激光、面光扫描时，由于存在反光，精度无法保证。因此如何快速对该类工件进行快速高精度的稳定扫描显得尤为重要。

发明内容

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点激光四轴扫描装置，其中通过对其关键组件的结构及其设置方式、装置的扫描方式进行改进，与现有技术相比能够有效解决线光、面光扫描装置测量精度低，三坐标测量速度慢的问题，并且对工件的表面材质光照不敏感，适用性更好。

本实用新型采用的技术方案：一种点激光四轴扫描装置，设置于一平台上，包括一X轴平移台、一Y轴平移台、一Z轴平移台、一点激光位移测头和一旋转台，所述X轴平移台设置于所述平台上，所述Y轴平移台沿垂直于所述X轴平移台的方向滑动设置于所述X轴平移台上，所述Z轴平移台沿垂直于所述Y轴平移台的方向滑动设置于所述Y轴平移台上，即所述X轴平移台、所述Y轴平移台和所述Z轴平移台三者相互垂直设置，所述点激光位移测头设置于所述Z轴平移台上，所述旋转台设置于所述平台上，所述旋转台转动轴轴线与所述Z轴平移台平行。

本实用新型的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接触式测量速度慢，面光、线光测量精度不够高，采用点激光测头搭载四轴运动平台可以实现快速高精度扫描，受环境的约束小。

(2)本实用新型中四轴可以进行联合控制，在扫描过程中通过预设扫描轨迹，无需人工干预就可以快速方便的完成任务。

(3)本实用新型的测头采用点激光测量技术，可有效减弱线光、面光扫描装置对光照和材质敏感的问题。

(4)本实用新型XYZ轴和旋转台之间的位置关系可通过标准陶瓷圆柱进行标定，具有较高的运动精度。

附图说明

图1所示为本实用新型中点激光四轴扫描装置的结构示意图。

图2所示为本实用新型中点激光四轴扫描装置的后视图。

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。

如图1和图2所示，为本实用新型提供的一种点激光四轴扫描装置，设置于一平台111上，包括一X轴平移台109、一Y轴平移台104、一Z轴平移台105、一点激光位移测头102和一旋转台101，所述X轴平移台109设置于所述平台111上，用于所述点激光位移测头102向X方向移动，所述Y轴平移台104沿垂直于所述X轴平移台109的方向滑动设置于所述X轴平移台109上，用于所述点激光位移测头102向Y方向移动，所述Z轴平移台105沿垂直于所述Y轴平移台104的方向滑动设置于所述Y轴平移台104上，用于所述点激光位移测头102向Z方向移动，即所述X轴平移台109、所述Y轴平移台104和所述Z轴平移台105三者相互垂直设置，所述点激光位移测头102设置于所述Z轴平移台105上，其激光方向平行于所述X方向，所述旋转台101设置于所述平台111上，所述旋转台101转动轴轴线与所述Z轴平移台105平行，所述X轴平移台109、所述Y轴平移台104、所述Z轴平移台105和所述旋转台101构成四轴运动机构，通过以上四者的四轴联动实现零件的三维轮廓扫描。

作为本实用新型的进一步优选，为了保证在所述X方向运动的平稳性，所述X轴平移台109包括两条平行设置的导轨107，两条所述导轨107底部安装，主导轨驱动；为了提高所述Y轴平移台104的刚度，两条平行设置的所述导轨107上滑动设置有一横梁108，所述横梁108垂直于所述导轨107，所述Y轴平移台104固定于所述横梁108上，即所述Y轴平移台104随着所述横梁108的移动而移动。

作为本实用新型的进一步优选，所述横梁108为凹槽中空的形状，以降低所述X轴平移台109运动负荷。

作为本实用新型的进一步优选，所述点激光四轴扫描装置还包括一转接板103，所述转接板103与所述Z轴平移台105相连，所述点激光位移测头102设置于所述转接板103上，所述点激光位移测头102与所述Z轴平移台105之间留有空隙，用于接线。

作为本实用新型的进一步优选，所述X轴平移台109、所述Y轴平移台104、所述Z轴平移台105上均装设有限位开关106，用于防止所述点激光位移测头102与所述旋转台101相撞，即对XYZ轴进行限位，使XYZ轴、所述旋转台101和所述平台111不会产生运动干涉。

作为本实用新型的进一步优选，所述X轴平移台109上装有一铰链110，用于装载连接线。

作为本实用新型的进一步优选，所述平台111为大理石平台。

具体的，所述平台111长宽尺寸为800mmX1200mm，所述平台111上方为工作空间；所述旋转台101固定在所述平台111上，采用DD马达，型号为TMN71A，重复定位精度达到+0.001度，所述旋转台101的轴线通过在所述旋转台101上放置直径为20mm的标准陶瓷圆柱进行标定，通过放置在所述旋转台101上的工件可以进行360度旋转，实现对工件正背面的扫描。

所述点激光位移测头102单点测量精度达到2um，其安装在所述转接板103上，通过在所述转接板103上的四个孔进行定位使激光方向平行于所述X方向。所述转接板103设置在所述Z轴平移台105上，所述点激光位移测头102与所述Z轴平移台105之间相隔一定的距离，用于留出空隙接线。通过所述Z轴平移台105上导轨107的运动可以带动所述点激光位移测头102相对于所述平台111的台面进行上下移动。所述Z轴平移台105设置于所述Y轴平移台104上，通过所述Y轴平移台104上导轨107的运动可以带动所述点激光位移测头102沿所述Y方向运动以测量工件宽度方向表面信息。所述Y轴平移台104通过所述横梁108设置在所述X轴平移台109上，所述Y轴平移台104与所述横梁108固定，通过所述X轴平移台109上导轨107的运动带动所述点激光位移测头102沿所述X方向运动，X方向的运动可以调节所述点激光位移测头102的景深，以保证所述点激光位移测头102的测量精度。X轴Y轴和Z轴的运动行程为300mm、300mm和450mm，X轴、Y轴和Z轴加入了光栅尺做全闭环系统控制，各轴在带负载情况下的重复位置精度达到+4um，X轴、Y轴、Z轴的垂直度通过激光跟踪仪标定为15um。

所述点激光位移测头102是基于三角测量原理，当工件的位置发生变化时，光斑位置会在测头相机所扫描到的图片中移动，利用光斑、相机、激光三者之间的位置关系，将图片中光斑的移动量换算成工件上光斑的位置变化量，从而得到工件上光斑投影点的一维位置信息，通过其在所述Z轴平移台105的移动可以扫描工件上不同高度处的表面信息，通过在所述Y轴平移台104的移动可以扫描工件不同宽度处的表面信息，通过所述旋转台101的移动可以扫描工件正反面的表面信息，通过在所述X轴平移台109的移动可以将所述点激光位移测头102调整到合适的景深处以提高扫描精度，所述X轴平移台109、所述Y轴平移台104、所述Z轴平移台105和所述旋转台101构成四轴，可以进行联动，无需人工干预就可以实现工件的全轮廓的扫描。

本实用新型的一个优选工作过程为：

将工件放于所述旋转台101上并固定，将所述X轴平移台109、所述Y轴平移台104、所述Z轴平移台105和所述旋转台101位置置零，接通测量传感器电源，在开发的扫描软件中导入预先设定的扫描轨迹进行扫描；所述点激光位移测头102根据X轴、Y轴和Z轴的的光栅尺脉冲触发扫描，在扫描装置运动完后，系统自动根据所述旋转台101的角度和光栅尺触发的位置信息将测点的一维坐标信息转换为三维坐标信息，至此工件的轮廓扫描完成。

本实用新型的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接触式测量速度慢，面光、线光测量精度不够高，采用点激光测头搭载四轴运动平台可以实现快速高精度扫描，受环境的约束小。

(2)本实用新型中四轴可以进行联合控制，在扫描过程中通过预设扫描轨迹，无需人工干预就可以快速方便的完成任务。

(3)本实用新型的测头采用点激光测量技术，可有效减弱线光、面光扫描装置对光照和材质敏感的问题。

(4)本实用新型XYZ轴和旋转台之间的位置关系可通过标准陶瓷圆柱进行标定，具有较高的运动精度。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，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、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种点激光四轴扫描装置，设置于一平台上，其特征在于，包括一X轴平移台、一Y轴平移台、一Z轴平移台、一点激光位移测头和一旋转台，所述X轴平移台设置于所述平台上，所述Y轴平移台沿垂直于所述X轴平移台的方向滑动设置于所述X轴平移台上，所述Z轴平移台沿垂直于所述Y轴平移台的方向滑动设置于所述Y轴平移台上，即所述X轴平移台、所述Y轴平移台和所述Z轴平移台三者相互垂直设置，所述点激光位移测头设置于所述Z轴平移台上，所述旋转台设置于所述平台上，所述旋转台转动轴轴线与所述Z轴平移台平行。

2.如权利要求1所述的点激光四轴扫描装置，其特征在于，所述X轴平移台包括两条平行设置的导轨，两条平行设置的所述导轨上滑动设置有一横梁，所述横梁垂直于所述导轨，所述Y轴平移台固定于所述横梁上。

3.如权利要求2所述的点激光四轴扫描装置，其特征在于，所述横梁为凹槽中空的形状。

4.如权利要求1所述的点激光四轴扫描装置，其特征在于，所述点激光四轴扫描装置还包括一转接板，所述转接板与所述Z轴平移台相连，所述点激光位移测头设置于所述转接板上，所述点激光位移测头与所述Z轴平移台之间留有空隙，用于接线。

5.如权利要求1所述的点激光四轴扫描装置，其特征在于，所述X轴平移台、所述Y轴平移台、所述Z轴平移台上均装设有限位开关，用于防止所述点激光位移测头与所述旋转台相撞。

6.如权利要求1所述的点激光四轴扫描装置，其特征在于，所述X轴平移台上装有一铰链，用于装载连接线。

7.如权利要求1所述的点激光四轴扫描装置，其特征在于，所述平台为大理石平台。