CN2080164U - 激光无接触扫描测头 - Google Patents

Abstract

激光无接触扫描测头用于三坐标测量机上，在测 量时，测头始终保持与被测表面距离恒定，自动跟踪 物体型面，实现对软、硬质物体点位和连续扫描的无 接触测量。

该测头是利用激光器产生的平行激光通过光学 系统聚焦于被测物表面，由焦点发出的漫反射光的一 部分返回光学系统，其会聚在针孔上而被针孔后面的 光电转换器接收。通过电控系统进行跟踪轴的自动 伺服控制，达到无接触测量的目的。

该测头结构简单、造价低、应用范围广、能实现对 软、硬物体连续扫描无接触测量。

Description

本实用新型是用于三座标测量机解决对软、硬质物体测量的无接触扫描测头。

目前三座标测量机的测头，都是用电子开关接触式测头。由于测量时存在测力，所以只能解决对硬质材料的物体进行测量。而在汽车车身设计过程中的造型设计，其模型都是用软质材料塑造的，如油泥、石膏、粘土等，因此用接触式测头是无法实现其测量，已成为测量技术上的一个急待解决的难题。

本实用新型的目的就是试图创造一种性能优越于接触式测头的激光无接触扫描测头，即在不受测力的影响下，实现对软质物体、高精度、高效率的测量。

本实用新型的优点是：

1.实现了不仅对硬质物体的测量，而且也能对软质物体进行测量，扩大了三座标测量机的应用领域，这一点优越于接触式测头。

2.其测量方式不仅实现接触式点到点的测量方式，而且实现了连续扫描的测量方式。

3.由于激光为可见光，测量时便于描准定位，大大减轻操作人员劳动强度，提高测量效率。消除接触式测头太小，操作人员易疲劳和工作效率低的缺点。

4.与接触式电测头相比造价低，整套装置的费用约3500元，而进口电测头需要2000美元，国产的需要7400元。

5.具有三维测量功能。

本实用新型的解决方案是采用机械、光、电综合技术于一体，实现对软质、硬质物体扫描测量，其内容如下：

1.选用氦氖激光器（2），它具有单色性，平行性好和激光的高能量密度的特性，从而为测头提供稳定光源。

2.制作一光学系统，通过紧固件将各光学镜片与测头本体（1）连接并精确定位，保证微弱光在传播和接收过程中不损失和不受干扰，为光电转换器提供稳定光信号。

3.制作一套光电接收装置，将光电转换器定位在光信号聚焦位置，通过调整，使光电转换器输出特性满足电控系统要求。

4.制作一电控系统，将光电转换器发出的微弱变化的电信号，进行整形、放大、自动增益控制，使输出保持恒定，实现测头跟踪轴的伺服控制。

5.制作一套五棱镜定位装置，通过轴向导向滑移键及弹簧作用，实现五棱镜二个工作位置的定位，适应水平光路的工作要求。

本实用新型的结构及实施例如下：

图1和图2是本实用新型的结构图。

图3是本实用新型的电控框图。

图4是本实用新型自动增益（26）的电路图。

结合图1和图2说明本实用新型的结构：（1）是本体、（2）是氦氖激光器、（3）是定心螺钉、（4）是半反射镜、（5）是支座、（6）是垂直物镜、（7）是镜座、（8）是会聚透镜、（9）是固定音叉、（10）是会聚透镜、（11）是水平镜座、（12）是五棱镜、（13）是滑架、（14）是键、（15）是水平支座、（16）是挡盖、（17）是弹簧、（18）是按钮、（19）是水平物镜、（20）是光电转换器、（21）是光栏孔、（22）是光电转换器。

垂直测头的结构和工作情况如下：

本体（1）是由铝合金材料制成、氦氖激光器（2）通过8个定心螺钉（3）固定联接在本体（1）上，激光经固定在支座（5）上的半反射镜（4）和固定在镜座（7）上的垂直物镜（6）聚焦于被测物表面。由焦点返回的光按原路经垂直物镜（6），通过半反射镜（4）反射后分两路光。其中一路经固定在本体（1）上的会聚透镜（8）、聚焦在固定音叉（9）上的光栏孔（21）上，由其后面光电转换器（22）接收。另一路经固定在镜座（11）上的会聚透镜（10）聚焦在光电转换器（20）上。两路光电转换器的光信号转变成电信号送入对应的电控系统，进行放大、整形、实现测头自动跟踪的伺服控制。

水平测头的结构和工作情况如下：激光经半反射镜（4）和固定在滑架（13）上的五棱镜（12），再经水平物镜（19）在被测物表面聚焦，由焦点返回的光按原路经水平物镜（19）、五棱镜（12）、半反射镜（4）反射后分两路光，其中一路光经固定在本体（1）上的会聚透镜（8）聚焦在固定音叉（9）上的光栏孔（21）上，由其后面光电转换器（22）接收，另一路经固定在镜座（11）上的会聚透镜（10）、聚焦在光电转换器（20）上，由光电转换器（22）、（20）将接收信号转变成电信号送入对应的电控系统，进行放大、整形，实现水平测头自动跟踪伺服控制。水平测头的调整是靠滑架（13）轴上的键（14）沿支座（15）内孔做轴向滑动。挡盖（16）、弹簧（17）和按扭（18）限制滑架（13）轴向定位。

本实用新型的电控系统的电控框图见图3。

光电池（23）输出的被音叉调制的交流信号V1通过前置放大器（25）放大后输出一电压信号V_Ⅰ；光电池（24）输出的电信号V2经自动增益（26）输出一信号V_Ⅱ。V_Ⅰ和V_Ⅱ迭加后经前置放大器（27）放大原输出的信号，经过差动接收放大器（28）送入功率推挽（29）放大，电路进行功率放大，然后送入相敏检波器（33）的一端，作为检测信号。音叉（9）输出的正弦信号V3经差动放大器（30），送入稳幅电路（31），输出一在频率、幅值和方向均恒定的正弦波信号V，V经功率推挽（32）放大输出一信号V到相敏检波器（33）的另一端，作为参考基准信号。同时V又被反馈回音叉（9），保持音叉（9）的稳定振荡。

相敏检波器（33）输出一脉动直流信号V，该输出送入测量机电控柜A／D转换电路上去进行伺服控制。

图4是自动增益（26）电路图。

光电池（24）输出一电信号  给电阻（34）、（35）、（38）和运放（40）组成的反相放大器输出，又经滤波电容（39）送到起可变电阻作用的三极管（37）的基极，三极管（37）输出一信号V。电位器（36）调节三极管（37）的开启电压、三极管（37）的导通程度，可改变电路的增益，从而达到自动增益的目的。该增益自控电路结构简单、调节方便，而且控制效果明显、稳定、同其它增益自控电路相比成本低。

本实用新型的实施例如下：

将其测头本体（1）与座标测量机Z轴联接。测头电控系统输出电信号，通过电缆插座与测量机伺服系统联接，启动测量机、计算机和电控柜，控制Z轴使测头接近被测物表面，被测物表面与测头之间距大致等于焦距。由计算机发出激光测头工作指令，这时测头就会自动平衡在焦距位置上，计算机发出采样信号，其测量值会自动记录和显示在荧光屏上并可打印出结果。

本实用新型结构简单、造价低、应用范围广，能实现对软、硬质物体连续扫描无接触测量。

Claims (2)

1、一种激光无接触扫描测头，它是由垂直测头和水平测头、电控系统所组成，其特征在于：

a.垂直测头是由本体(1)、激光器(2)、定心螺钉(3)、支座(5)、半反射镜(4)、镜座(7)、物镜(6)、会聚透镜(8)、音叉(9)、光栏孔(21)、光电转换器(22)、镜座(11)、会聚透镜(10)、光电转换器(20)所组成。

b.水平测头是由滑架(13)、五棱镜(12)、物镜(19)、键(14)、支座(15)、挡盖(16)、弹簧(17)、按钮(18)所组成。

c.电控系统是由光电池(23)、(24)、前置放大器(25)、(27)、自动增益(26)、差动放大器(28)、(30)、功率推挽(29)、(32)、音叉(9)、稳幅电路(31)、相敏检波(33)所组成。

2、按照权利要求1所述的激光无接触扫描测头，其特征在于电控系统的自动增益（26）是由电阻（34）、（35）、（38）和运放（40）、电位器（36）、滤波电容（39）以及三极管（37）所组成。

Images