專利名稱：光學非接觸式三維形狀測量儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種測量儀，尤其涉及一種利用激光技術(shù)對變截面厚度的物體截面形狀測量的光學非接觸式三維形狀測量儀。
背景技術(shù)：
以往在變截面厚度截面形狀的物體測量中(比如航空發(fā)動機和燃氣輪機的轉(zhuǎn)、靜子葉片等)，通常采用測量其截面的方法有樣板測量法、雙光跟測量法、三座標測量法等。
樣板測量法是一種最為經(jīng)典的曲面形狀檢驗方法，它是利用設計時的截面參數(shù)制造數(shù)個截面的一維樣板，通過在相應的截面位置觀察其截面樣板與被測截面之間的透光量判斷其形狀差。該方法簡單、直觀，是現(xiàn)今工業(yè)生產(chǎn)中的最常用的接觸式檢驗手段。由于其檢驗時需要借助人眼判斷透光量，無法精確給出其型面數(shù)據(jù)。不同的截面形狀需要不同的截面樣板，樣板的需求量很大，成本很高。
雙光跟測量法是利用接觸在被測表面的滾輪，在截面厚度發(fā)生變化時，滾輪拖動一個探針往復移動，一束投影光線將探針的頭部投影到一個劃有相應截面形狀的屏幕上，當探頭的位置落入屏幕所劃的公差帶內(nèi)時，認為被測截面是合格的。該方法檢驗精度較高、無需針對不同物體制作不同的樣板，但是它的調(diào)整比較難、裝置很大，需要避光工作。
三座標測量法是一種通用的機械零件形狀測量方法，它是通過一個在笛卡兒坐標系中移動的探針來確定空間點的位置，當探針接觸到被測件時，探針受力后，會觸發(fā)測量機記錄當前點的三個坐標信息。該方法測量精度高，不受被測件的形狀限制，是工業(yè)測量中廣泛應用的測量裝置。正因為其高的測量精度，也使得其對環(huán)境的要求較高，需要控制環(huán)境的溫度和濕度。同樣由于其測量方法的限制，它的測量時間比較長、系統(tǒng)成本較高，難以適應生產(chǎn)過程產(chǎn)品質(zhì)量檢測。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是針對上述問題提出來的，其目的是提供一種結(jié)構(gòu)簡單、調(diào)控方便準確、操作可靠、測量速度快、非接觸、低成本，并且可以達到相當于三座標測量法所得數(shù)據(jù)的光學非接觸式三維形狀測量儀。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明解決技術(shù)問題的技術(shù)方案包括機架、設于機架前部中心處的可在X軸及Y軸方向調(diào)整的二維移動臺及設于二維移動臺后部的橫梁，其所述的橫梁的兩側(cè)臂上相對設有線激光光源部，所述的橫梁上固連兩個長物距光學成像部，其光學軸線與線激光光源部的光學軸線成對稱角度并在同一平面。
所述的線激光光源部由帶有調(diào)整位置的聚光鏡的半導體激光器、柱面鏡、擋板和激光器外殼組成，半導體激光器設于激光器外殼后端通過緊定螺釘固定，柱面鏡與半導體激光器相對設于激光器外殼前端與其相適配的凹槽內(nèi)，通過擋板由螺釘固定。
所述的長物距光學成像部由成像鏡頭、轉(zhuǎn)接筒和CCD攝像機組成，它們之間通過C型接口連接。
所述的兩個長物距光學成像部的光學軸線與線激光光源部的光學軸線的對稱角度為60°～80°之間。
本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有下列優(yōu)點和效果由于采用了線激光技術(shù)、二維移動臺、兩個相同的長物距光學成像部和線激光光源部對稱安裝，實現(xiàn)了對厚度差不超過20mm，長寬無需限制的非接觸式截面變厚度物體的形狀的測量。本發(fā)明應用范圍廣、測量速度快、非接觸、低成本、高精度，并且可以給出相當于三座標機的三個坐標數(shù)據(jù)，具有很高的經(jīng)濟效益和社會效益。


下面結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明作進一步詳細的說明圖1是本發(fā)明光學非接觸式三維形狀測量儀的主視結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是本發(fā)明光學非接觸式三維形狀測量儀的俯視結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3是本發(fā)明的激光光源部的A-A剖視結(jié)構(gòu)示意圖。
其中機架1，橫梁2，二維移動臺3，Y軸調(diào)整桿4，X軸調(diào)整桿5，側(cè)臂6，線激光光源部7，長物距光學成像部8，CCD攝像機9，轉(zhuǎn)接筒10，成像鏡頭11，半導體激光器12，聚光鏡13，柱面鏡14，擋板15，凹槽16，激光器外殼17。
具體實施例方式
實施例1如圖1、圖2及圖3所示本發(fā)明包括機架1、設于機架1前部中心處，可通過X軸調(diào)整桿5在X軸方向、通過Y軸調(diào)整桿4在Y軸方向調(diào)整的二維移動臺3及設于二維移動臺3后部的橫梁2，其所述的橫梁2的兩側(cè)臂6上相對設有線激光光源部7，兩個長物距光學成像部8通過螺栓固定在橫梁2上，其光學軸線與兩線激光光源部7的光學軸線成對稱角度為60°并在同一平面。
所述的線激光光源部7由帶有調(diào)整位置的聚光鏡13的半導體激光器12、柱面鏡14、擋板15和激光器外殼17組成，半導體激光器12設于激光器外殼17后端通過緊定螺釘固定，柱面鏡14與半導體激光器12相對設于激光器外殼17前端與其相適配的凹槽16內(nèi)，通過擋板15由螺釘固定。
所述的長物距光學成像部8由成像鏡頭11、轉(zhuǎn)接筒10和CCD攝像機9組成，它們之間通過C型接口連接。
實施例2如圖1、圖2及圖3所示本發(fā)明包括機架1、設于機架1前部中心處，可通過X軸調(diào)整桿5在X軸方向、通過Y軸調(diào)整桿4在Y軸方向調(diào)整的二維移動臺3及設于二維移動臺3后部的橫梁2，其所述的橫梁2的兩側(cè)臂6上相對設有線激光光源部7，兩個長物距光學成像部8通過螺栓固定橫梁2上，其光學軸線與兩線激光光源部7的光學軸線成對稱角度為80°并在同一平面。其余同實施例1。
實施例3如圖1、圖2及圖3所示本發(fā)明包括機架1、設于機架1前部中心處，可通過X軸調(diào)整桿5在X軸方向、通過Y軸調(diào)整桿4在Y軸方向調(diào)整的二維移動臺3及設于二維移動臺3后部的橫梁2，其所述的橫梁2的兩側(cè)臂6上相對設有線激光光源部7，兩個長物距光學成像部8通過螺栓固定橫梁2上，其光學軸線與兩線激光光源部7的光學軸線成對稱角度為70°并在同一平面。其余同實施例1。
具體使用時
將被測物體置于二維移動臺3上，調(diào)整二維移動臺3的Y軸調(diào)整桿5，使被測物體表面與線激光光源部7的光學軸線方向垂直(長物距光學成像部8的光學軸線與線激光光源部7的光學軸線交點重合)，即可開始測量。從線激光光源部7發(fā)出的光投射到被測物體的表面上，線激光束被物體表面形狀調(diào)制，通過與線激光光源部7的光學軸線方向成70°角的長物距光學成像部8可觀察到線激光束受物體表面的形狀調(diào)制產(chǎn)生變形。該變形的線激光束經(jīng)過長物距光學成像部8成像后，得到該面的型面信息。同理可通過另一組線激光光源部7和長物距光學成像部8獲得另一面的變形信息。當一個位置完成測量以后，可調(diào)整二維移動臺3的X軸調(diào)整桿5到下一個測量位置繼續(xù)測量，循環(huán)下去，一直到測量結(jié)束。
最后可通過圖像采集卡對CCD攝像機9的模擬視頻信號進行數(shù)字化處理，可在計算機監(jiān)視器上對被測物進行直接觀察，也可以進行圖像處理軟件自動分析，以得到被測物體單面或者雙面信息。
以采用本發(fā)明對爆破片壓痕剩余厚度進行非接觸式測量的應用為例，由于爆破片壓痕厚度方向很窄最寬不超過1mm，其形狀為直角形溝槽，槽長較長(超過40mm)，又因爆破片成型時，還需進行球面拉伸處理，其溝槽會有較大的變形。因此，采用傳統(tǒng)的測量方法測量槽底的深度或剩余厚度是很困難的。應用本發(fā)明只需將爆破片固定于二維移動臺3上，使被測爆破片表面與兩線激光光源部7的光學軸線方向垂直，從線激光光源部7發(fā)出的光投射到爆破片的溝槽表面上，再將兩個與線激光光源部7的光學軸線方向成75°角的長物距光學成像部8分別對準爆破片的兩面溝槽，線激光束被爆破片溝槽表面形狀調(diào)制，通過長物距光學成像部8可觀察到線激光束受爆破片溝槽表面的形狀調(diào)制產(chǎn)生的變形。該變形的線激光束經(jīng)過長物距光學成像部8成像后，即可獲得爆破片溝槽的型面信息。當一個位置完成測量以后，可調(diào)整二維移動臺3的X軸調(diào)整桿5到下一個測量位置繼續(xù)測量，循環(huán)下去，一直到測量結(jié)束。最后通過圖像采集卡對CCD攝像機9的模擬視頻信號進行數(shù)字化處理，可在計算機監(jiān)視器上對爆破片溝槽進行直接觀察。
權(quán)利要求
1.一種光學非接觸式三維形狀測量儀，包括機架(1)、設于機架(1)前部中心處的可在X軸及Y軸方向調(diào)整的二維移動臺(3)及設于二維移動臺(3)后部的橫梁(2)，其特征在于所述的橫梁(2)的兩側(cè)臂(6)上相對設有線激光光源部(7)，所述的橫梁(2)上固連兩個長物距光學成像部(8)，其光學軸線與線激光光源部(7)的光學軸線成對稱角度并在同一平面。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學非接觸式三維形狀測量儀，其特征在于所述的線激光光源部(7)由帶有調(diào)整位置的聚光鏡(13)的半導體激光器(12)、柱面鏡(14)、擋板(15)和激光器外殼(17)組成，半導體激光器(12)設于激光器外殼(17)后端通過緊定螺釘固定，柱面鏡(14)與半導體激光器(12)相對設于激光器外殼(17)前端與其相適配的凹槽(16)內(nèi)，通過擋板(15)由螺釘固定。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學非接觸式三維形狀測量儀，其特征在于所述的長物距光學成像部(8)由成像鏡頭(11)、轉(zhuǎn)接筒(10)和CCD攝像機(9)組成，它們之間通過C型接口連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學非接觸式三維形狀測量儀，其特征在于所述的兩個長物距光學成像部(8)的光學軸線與線激光光源部(7)的光學軸線的對稱角度為60°～80°之間。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種測量儀，尤其涉及一種利用激光技術(shù)對變截面厚度的物體截面形狀測量的光學非接觸式三維形狀測量儀。包括機架、設于機架前部中心處的可在X軸及Y軸方向調(diào)整的二維移動臺及設于二維移動臺后部的橫梁，其所述的橫梁的兩側(cè)臂上相對設有線激光光源部，所述的橫梁上固連兩個長物距光學成像部，其光學軸線與線激光光源部的光學軸線成對稱角度并在同一平面。本發(fā)明實現(xiàn)了對厚度差不超過20mm，長寬無需限制的非接觸式截面變厚度物體的形狀的測量，應用范圍廣、測量速度快、非接觸、低成本、高精度，并且可以給出相當于三座標機的三個坐標數(shù)據(jù)，具有很高的經(jīng)濟效益和社會效益。
文檔編號G01B11/24GK101086442SQ200610046838
公開日2007年12月12日 申請日期2006年6月8日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月8日
發(fā)明者邱大明, 劉德佳, 田雅杰 申請人:邱大明, 劉德佳, 田雅杰