本發(fā)明涉及精密測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種三維激光掃描測(cè)頭。

背景技術(shù)：

測(cè)頭是精密量?jī)x的關(guān)鍵部件之一，作為傳感器提供被測(cè)工件的幾何位置信息，測(cè)頭的發(fā)展水平直接影響著精密量?jī)x的測(cè)量精度與測(cè)量效率。精密測(cè)頭通常分為接觸式測(cè)頭與非接觸式測(cè)頭兩種，其中接觸式測(cè)頭又分為機(jī)械式測(cè)頭、觸發(fā)式測(cè)頭和掃描式測(cè)頭。

機(jī)械式測(cè)頭因?yàn)槭鞘謩?dòng)測(cè)量，且精度不高，測(cè)量效率低，因此目前很少用于工業(yè)測(cè)量領(lǐng)域。當(dāng)前工業(yè)領(lǐng)域廣泛使用的精密測(cè)頭是觸發(fā)式測(cè)頭，其原理是當(dāng)測(cè)頭測(cè)端與被測(cè)工件接觸時(shí)精密量?jī)x發(fā)出采樣脈沖信號(hào)，并通過儀器的處理系統(tǒng)鎖存此時(shí)測(cè)端球心的坐標(biāo)值，以此來確定測(cè)端與被測(cè)工件接觸點(diǎn)的坐標(biāo)。該類測(cè)頭具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便、及較高觸發(fā)精度等優(yōu)點(diǎn)，其缺點(diǎn)是存在各向異性(三角效應(yīng))，或者接觸式測(cè)頭在接觸被測(cè)工件時(shí)因?yàn)樽枇Χa(chǎn)生微小位移從而導(dǎo)致測(cè)頭的位移偏差，限制了其測(cè)量精度的進(jìn)一步提高，最高精度只能達(dá)零點(diǎn)幾微米。當(dāng)前應(yīng)用最廣的測(cè)頭類型為掃描式測(cè)頭，其原理是測(cè)頭測(cè)端在接觸被測(cè)工件后，測(cè)頭由于接觸力的作用發(fā)生位移，測(cè)頭的轉(zhuǎn)換裝置輸出與測(cè)桿的微小偏移成正比的信號(hào)，該信號(hào)和精密量?jī)x的相應(yīng)坐標(biāo)值疊加便可得到被測(cè)工件上點(diǎn)的較精確坐標(biāo)。若不考慮測(cè)桿的變形，掃描式測(cè)頭是各向同性的，故其精度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于觸發(fā)式測(cè)頭。但是，測(cè)桿的變形是客觀存在的，目前的測(cè)頭僅考慮了測(cè)球的直接位移，而未考慮到測(cè)桿的變形，因此，即使是掃描式測(cè)頭的精度也不夠高。此外，掃描式測(cè)頭還具有結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制造成本高等缺點(diǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于改善現(xiàn)有技術(shù)中所存在的測(cè)量精度不高，難以測(cè)量測(cè)桿變形量的不足，提供一種可提高測(cè)量精度的三維激光掃描測(cè)頭。

為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明實(shí)施例提供了以下技術(shù)方案：

一種三維激光掃描測(cè)頭，包括用于測(cè)量測(cè)桿三維位移變化的測(cè)量組件，所述測(cè)量組件包括所述測(cè)桿和測(cè)球，

所述測(cè)桿為空心測(cè)桿，所述測(cè)球設(shè)置于所述空心測(cè)桿的一端，且所述測(cè)球與所述空心測(cè)桿連接的球面設(shè)置有激光反射平面，所述測(cè)球的激光反射平面位于所述空心測(cè)桿的內(nèi)部；所述三維激光掃描測(cè)頭還包括：

第一激光源，用于發(fā)射第一激光束；

分光鏡，傾斜設(shè)置于所述空心測(cè)桿的另一端，用于將所述第一激光源發(fā)射的第一激光束反射至所述測(cè)球的激光反射平面，并將所述測(cè)球的激光反射平面反射的激光束透射至第一光電探測(cè)器；

所述第一光電探測(cè)器，為二維光電探測(cè)器，用于接收經(jīng)所述分光鏡透射的所述測(cè)球的激光反射平面反射的激光束；

處理系統(tǒng)，根據(jù)所述第一光電探測(cè)器所接收到的激光束的位置變化值，得到所述測(cè)桿的變形量。

根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，所述測(cè)量組件還包括：

所述支撐座的三個(gè)側(cè)面分別設(shè)置有第一激光反射平面、第二激光反射平面、第三激光反射平面；

第二激光源、第三激光源、第四激光源，分別用于發(fā)射第二激光束、第三激光束、第四激光束，且所述第二激光束、所述第三激光束與所述第四激光束分別入射至所述支撐座的第一激光反射平面、第二激光反射平面以及第三激光反射平面；

第二光電探測(cè)器、第三光電探測(cè)器、第四光電探測(cè)器，分別用于接收所述支撐座的第一激光反射平面、第二激光反射平面、第三激光反射平面反射的激光束；

平移部件，用于使所述支撐座做直線運(yùn)動(dòng)；

復(fù)位部件，用于將所述支撐座復(fù)位至初始位置；

所述處理系統(tǒng)還用于根據(jù)所述第二光電探測(cè)器、所述第三光電探測(cè)器、所述第四光電探測(cè)器分別所接收到激光束的位置變化值，計(jì)算得到所述測(cè)球的位移變化值。

作為另一種實(shí)施方式，所述測(cè)量組件還包括：

支撐座，所述空心測(cè)桿設(shè)置于所述支撐座，所述支撐座還設(shè)有第二激光源、第三激光源和第四激光源；

所述第二激光源、第三激光源、第四激光源，分別用于發(fā)射第二激光束、第三激光束、第四激光束；

第二光電探測(cè)器、第三激光器、第四激光器，分別用于接收所述第二激光源、第三激光源、第四激光源發(fā)射的第二激光束、第三激光束、第四激光束；

平移部件，用于使所述支撐座做直線運(yùn)動(dòng)；

復(fù)位部件，用于將所述支撐座復(fù)位至初始位置；

所述處理系統(tǒng)還用于根據(jù)所述第二光電探測(cè)器、所述第三光電探測(cè)器、所述第四光電探測(cè)器分別所接收到激光束的位置變化值，計(jì)算得到所述測(cè)球的位移變化值。

作為又一種實(shí)施方式，所述測(cè)量組件還包括：

支撐座，所述空心測(cè)桿設(shè)置于所述支撐座，所述支撐座還設(shè)有第二光電探測(cè)器、第三光電探測(cè)器和第四光電探測(cè)器；

第二激光源、第三激光源、第四激光源，分別用于發(fā)射第二激光束、第三激光束、第四激光束；

所述第二光電探測(cè)器、第三激光器、第四激光器，分別用于接收所述第二激光源、第三激光源、第四激光源發(fā)射的第二激光束、第三激光束、第四激光束；

平移部件，用于使所述支撐座做直線運(yùn)動(dòng)；

復(fù)位部件，用于將所述支撐座復(fù)位至初始位置；

所述處理系統(tǒng)還用于根據(jù)所述第二光電探測(cè)器、所述第三光電探測(cè)器、第四光電探測(cè)器分別所接收到激光束的位置變化值，計(jì)算得到所述測(cè)球的位移變化值。

根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，所述支撐座為空心支撐座，所述空心支撐座設(shè)有供所述空心測(cè)桿穿過的通孔，所述空心測(cè)桿背離所述測(cè)球的一端設(shè)置于所述空心支撐座內(nèi)。

根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，所述第二光電探測(cè)器的入射面、所述第三光電探測(cè)器的入射面、所述第四光電探測(cè)器的入射面相互垂直設(shè)置，所述平移部件用于將所述空心支撐座沿相對(duì)所述第二光電探測(cè)器、所述第三光電探測(cè)器、所述第四光電探測(cè)器的垂直平面做運(yùn)動(dòng)。

根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，所述平移部件包括至少一個(gè)第一導(dǎo)向槽，所述至少一個(gè)第一導(dǎo)向槽之間沿垂直方向設(shè)有至少一個(gè)第二導(dǎo)向槽，所述至少一個(gè)第二導(dǎo)向槽二上沿垂直方向設(shè)有至少一個(gè)第三導(dǎo)向槽，所述至少一個(gè)第三導(dǎo)向槽三上滑動(dòng)連接所述空心支撐座。

根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，所述三維激光掃描測(cè)頭還包括殼體，所述復(fù)位部件為彈簧，所述彈簧的一端連接于所述空心支撐座，另一端連接于所述殼體。

根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，所述第二光電探測(cè)器和/或所述第四光電探測(cè)器可旋轉(zhuǎn)安裝在所述殼體內(nèi)。

根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，所述測(cè)球?yàn)榍蛉保蛉钡牡酌孀鳛闇y(cè)球的激光反射平面。

本發(fā)明采用二維光電探測(cè)器可以測(cè)量測(cè)桿在水平方向的變形量，由于沿測(cè)桿方向的剛度大，因此忽略沿測(cè)桿方向的變形。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明實(shí)施例提供的三維激光掃描測(cè)頭，不僅包括用于測(cè)量支撐座的三維直接位移變化的測(cè)量組件，還包括用于測(cè)量測(cè)桿變形的第一激光源、分光鏡、第一光電探測(cè)器等，不僅測(cè)量了支撐座的直接位移變化，還測(cè)量了測(cè)桿的變形，因此與傳統(tǒng)的三維測(cè)頭相比，本發(fā)明實(shí)施例提供的三維激光掃描測(cè)頭的測(cè)量精度更高，且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于批量生產(chǎn)，成本低。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，應(yīng)當(dāng)理解，以下附圖僅示出了本發(fā)明的某些實(shí)施例，因此不應(yīng)被看作是對(duì)范圍的限定，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他相關(guān)的附圖。

圖1為本發(fā)明實(shí)施例中用于測(cè)量測(cè)桿位移變化的測(cè)量組件二的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明實(shí)施例中測(cè)量測(cè)桿位移變化的光路示意圖。

圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的三維激光掃描測(cè)頭的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4(a)為平移部件、復(fù)位部件與空心支撐座配合使用的俯視圖；圖4(b)為圖4(a)的正視圖。

圖5為本發(fā)明實(shí)施例中測(cè)量測(cè)球位移變化的光路示意圖。

圖6為圖5中第二光電探測(cè)器旋轉(zhuǎn)一定角度后的光路示意圖。

圖7為本發(fā)明實(shí)施例提供的另一種三維激光掃描測(cè)頭的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖8為本發(fā)明實(shí)施例提供的又一種三維激光掃描測(cè)頭的結(jié)構(gòu)示意圖。

主要元件符號(hào)說明

彈簧片一51；彈簧片二52；彈簧片三53；導(dǎo)向槽一81；導(dǎo)向槽二82；導(dǎo)向槽三83；滑塊84；第一激光束100；第一激光源101；空心測(cè)桿102；測(cè)球103；分光鏡104；第一光電探測(cè)器105；第二激光源106；第二光電探測(cè)器107；空心支撐座108；殼體111；連接塊112；第三光電探測(cè)器115；第三激光源116；第四激光源117；第四光電探測(cè)器118；測(cè)球的激光反射平面200；第二激光束300；空心支撐座的第一激光反射平面400；第三激光束500，第四激光束600。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。通常在此處附圖中描述和示出的本發(fā)明實(shí)施例的組件可以以各種不同的配置來布置和設(shè)計(jì)。因此，以下對(duì)在附圖中提供的本發(fā)明的實(shí)施例的詳細(xì)描述并非旨在限制要求保護(hù)的本發(fā)明的范圍，而是僅僅表示本發(fā)明的選定實(shí)施例?；诒景l(fā)明的實(shí)施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

本發(fā)明實(shí)施例提供的三維激光掃描測(cè)頭包括用于測(cè)量測(cè)桿(也可以理解為支撐座、測(cè)球)三維直接位移變化的測(cè)量組件一，還包括用于測(cè)量測(cè)桿變形的測(cè)量組件二。

作為一種可實(shí)施方式，圖1示出了本實(shí)施例中用于測(cè)量測(cè)桿位移變化的測(cè)量組件二的結(jié)構(gòu)，請(qǐng)參閱圖1，本實(shí)施例中，用于測(cè)量測(cè)桿變形的測(cè)量組件二包括測(cè)桿、測(cè)球103、第一激光源101、分光鏡104、第一光電探測(cè)器105和處理系統(tǒng)；其中，測(cè)桿為空心測(cè)桿102，測(cè)球103設(shè)置于空心測(cè)桿102的一端，且測(cè)球103與空心測(cè)桿102連接的球面設(shè)置有激光反射平面，測(cè)球的激光反射平面200位于空心測(cè)桿102的內(nèi)部；作為一種簡(jiǎn)便的實(shí)施方式，測(cè)球103為球缺，球缺的底面作為測(cè)球的激光反射平面。

第一激光源101，用于發(fā)射第一激光束100；

分光鏡104，傾斜設(shè)置于所述空心測(cè)桿102的另一端，用于將所述第一激光源101發(fā)射的第一激光束100反射至測(cè)球的激光反射平面200，并將測(cè)球的激光反射平面200反射的激光束透射至一第一光電探測(cè)器105；

所述第一光電探測(cè)器105，為二維光電探測(cè)器，用于接收經(jīng)所述分光鏡104透射的測(cè)球的激光反射平面200反射的激光束；

處理系統(tǒng)，根據(jù)所述第一光電探測(cè)器105所接收到的激光束的位置變化值，得到所述測(cè)桿的變形量。

三維激光掃描測(cè)頭安裝在精密測(cè)量?jī)x上，當(dāng)測(cè)球103與被測(cè)工件直接接觸時(shí)，測(cè)球103受到阻力會(huì)產(chǎn)生位移，空心測(cè)桿102與測(cè)球103連接，空心測(cè)桿102也會(huì)發(fā)生變形。圖1示出了空心測(cè)桿102變形前的光路，圖2示出了空心測(cè)桿102變形后的光路。請(qǐng)參閱圖1、圖2，空心測(cè)桿102變形前，第一激光源101發(fā)出的第一激光束100(平行光束)入射到分光鏡104，分光鏡104將該第一激光束100反射至測(cè)球的激光反射平面200，分光鏡104反射的激光束經(jīng)測(cè)球的激光反射平面200沿原路反方向地反射到分光鏡104，分光鏡104將測(cè)球的激光反射平面200反射的激光束透射至第一光電探測(cè)器105?？招臏y(cè)桿102變形后，第一激光源101發(fā)出的第一激光束100入射到分光鏡104，分光鏡104將該第一激光束100反射至測(cè)球的激光反射平面200，此時(shí)與空心測(cè)桿102變形前的光路相比，入射光路未變化，但是分光鏡104反射到測(cè)球的激光反射平面200的激光束落在測(cè)球的激光反射平面200的落點(diǎn)發(fā)生位移；分光鏡104反射的激光束經(jīng)測(cè)球的激光反射平面200反射到分光鏡104，分光鏡104將測(cè)球的激光反射平面200反射的激光束透射至第一光電探測(cè)器105，此時(shí)與空心測(cè)桿102變形前的光路相比，反射光路發(fā)生變化，測(cè)球的激光反射平面200反射的激光束落在分光鏡104的落點(diǎn)發(fā)生位移，相應(yīng)地，分光鏡104透射到第一光電探測(cè)器105的激光束的落點(diǎn)發(fā)生位移，如圖所示，位移為L(zhǎng)0；由于第一光電探測(cè)器105所接收到的激光束的位置變化是由空心測(cè)桿102的變形引起的，因此通過測(cè)量空心測(cè)桿102變形前后第一光電探測(cè)器105所接收到的激光束的位置變化，可以得到空心測(cè)桿102的位移變化，即空心測(cè)桿102的變形。

根據(jù)第一光電探測(cè)器105所接收到的激光束的位置變化值，得到空心測(cè)桿102在二維(X方向和Y方向，Z方向的位移過于微小可忽略，因此第一光電探測(cè)器105采用二維光電探測(cè)器即可)的位移變化值的方式可以有多種，例如測(cè)算空心測(cè)桿102變形前后的幾何關(guān)系，得到可以反映空心測(cè)桿102變形的數(shù)學(xué)式,例如可由公式計(jì)算；作為一種簡(jiǎn)單有效的方式，可以利用統(tǒng)計(jì)學(xué)(即多次試驗(yàn)測(cè)量)建立空心測(cè)桿102的位移變化值與第一光電探測(cè)器105所接收到的激光束的位置變化值的關(guān)系表，實(shí)際測(cè)量時(shí)直接查表即可得到空心測(cè)桿102的變形值。

需要說明的是，因?yàn)闇y(cè)桿為空心測(cè)桿102，因此，分光鏡104反射的激光束可以穿過空心測(cè)桿102入射到測(cè)球的激光反射平面200，測(cè)球的激光反射平面200反射的激光束也能穿過空心測(cè)桿102入射到分光鏡104。由于空心測(cè)桿102因測(cè)球103與被測(cè)工件直接接觸引起的變形量也是有限的，因此空心測(cè)桿102的孔徑足以保障分光鏡104反射的激光束可以穿過空心測(cè)桿102入射到測(cè)球的激光反射平面200，測(cè)球的激光反射平面200反射的激光束也能穿過空心測(cè)桿102入射到分光鏡104。

本實(shí)施例中提供的三維激光掃描測(cè)頭，不僅可以測(cè)量空心測(cè)桿102的三維直接位移變化，還可以測(cè)量測(cè)桿的變形，可以獲得測(cè)球103更精確的位移量，修正測(cè)頭由于測(cè)桿變形引起的位移變化量，因此與傳統(tǒng)的三維測(cè)頭相比，測(cè)量精度更高，且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于批量生產(chǎn)，成本低。

用于測(cè)量空心測(cè)桿102的三維直接位移變化的測(cè)量組件一可以有多種實(shí)施方式，例如采用傳統(tǒng)的觸發(fā)式結(jié)構(gòu)、掃描式結(jié)構(gòu)等，作為一種簡(jiǎn)單的可實(shí)施方式的舉例，圖3示出了本實(shí)施例中提供的一種三維激光掃描測(cè)頭的結(jié)構(gòu)。請(qǐng)參閱圖3，本實(shí)施例中，用于測(cè)量測(cè)球三維直接位移變化的測(cè)量組件一包括所述測(cè)球103、所述空心測(cè)桿102、所述處理系統(tǒng)，還包括：

支撐座，空心測(cè)桿102設(shè)置于所述支撐座，本實(shí)施例中，支撐座位長(zhǎng)方體形空心支撐座，空心支撐座的三個(gè)側(cè)面分別設(shè)置有第一激光反射平面400、第二激光反射平面、第三激光反射平面；第二激光源106，用于發(fā)射第二激光束300，且所述第二激光束300入射至空心支撐座的第一激光反射平400；第三激光源116，用于發(fā)射第三激光束500，且所述第三激光束500入射至所述支撐座的第二激光反射面；第四激光源117，用于發(fā)射第四激光束600，且所述第四激光束600入射至所述支撐座的第三激光反射平面；

第二光電探測(cè)器107，用于接收第二激光束300入射至所述支撐座的第一激光反射平面反射的激光束；第三光電探測(cè)器115，用于接收第三激光束500入射至所述支撐座的第二激光反射平面反射的激光束；第四光電探測(cè)器118，用于接收第四激光束600入射至所述支撐座的第三激光反射平面反射的激光束；本實(shí)施例中，第二光電探測(cè)器107、第三光電探測(cè)器115、第四光電探測(cè)器118兩兩相互垂直設(shè)置；

平移部件，用于使所述支撐座做直線運(yùn)動(dòng)；

復(fù)位部件，用于將所述支撐座復(fù)位至初始位置；

所述處理系統(tǒng)用于根據(jù)所述第二光電探測(cè)器107、所述第三光電探測(cè)器115、第四光電探測(cè)器118分別所接收到激光束的位置變化值，計(jì)算得到所述測(cè)球103的位移變化值。第二光電探測(cè)器107、第三光電探測(cè)器115、第四光電探測(cè)器118可以是均為一維光電探測(cè)器，分別采集一個(gè)方向的位置變化值，通過三個(gè)光電探測(cè)器的配合采集得到測(cè)球在三維的直接位移變化值。

空心測(cè)桿102設(shè)置于支撐座，以便于支撐座移動(dòng)時(shí)帶動(dòng)空心測(cè)桿102移動(dòng)，空心測(cè)桿102可以設(shè)置于支撐座的側(cè)壁(即支撐座的外部)，為了減小整個(gè)三維激光掃描測(cè)頭的體積，較佳地，將空心測(cè)桿102設(shè)置于支撐座的內(nèi)部。如圖3所示，作為一種可實(shí)施方式的舉例，支撐座為空心支撐座108，所述空心支撐座108設(shè)有供所述空心測(cè)桿102穿過(包括空心測(cè)桿102變形前后均能穿過)的通孔，所述空心測(cè)桿102的背離所述測(cè)球103的一端設(shè)置于所述空心支撐座108內(nèi)。另外，將空心支撐座108設(shè)計(jì)為空心的長(zhǎng)方體結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)規(guī)則，易于生產(chǎn)。

本實(shí)施例中，三維激光掃描測(cè)頭還包括殼體111，第二光電探測(cè)器107和/或第四光電探測(cè)器118可旋轉(zhuǎn)安裝在殼體111內(nèi)。平移部件用于平移空心支撐座108，使其在兩個(gè)不同方向做直線運(yùn)動(dòng)。作為一種可實(shí)施方式，具體的，如圖4(a)、圖4(b)所示，位于水平方向的兩個(gè)導(dǎo)向槽一81，兩導(dǎo)向槽一81之間沿垂直方向水平滑動(dòng)設(shè)有一個(gè)導(dǎo)向槽二82，導(dǎo)向槽二82上設(shè)有一個(gè)導(dǎo)向槽三83，導(dǎo)向槽三83上豎直平面上下滑動(dòng)連接所述空心支撐座108。由于該平移部件分別包括導(dǎo)向槽一81、導(dǎo)向槽二82和導(dǎo)向槽三83，其中導(dǎo)向槽二82可相對(duì)導(dǎo)向槽一81水平滑動(dòng)，導(dǎo)向槽三83可相對(duì)導(dǎo)向槽二82水平滑動(dòng)，導(dǎo)向槽一81的滑動(dòng)方向與導(dǎo)向槽二82的滑動(dòng)方向相互垂直，導(dǎo)向槽二82的滑動(dòng)方向與導(dǎo)向槽三83的滑動(dòng)方向相互垂直，導(dǎo)向槽三83通過滑塊84豎直滑動(dòng)連接空心支撐座108，空心支撐座108可在導(dǎo)向槽三83上進(jìn)行上下滑動(dòng)，因此能夠分別實(shí)現(xiàn)空心支撐座108在三維方向即三個(gè)相互垂直的方向進(jìn)行位移。如圖4中雙向箭頭為位移方向。

如圖4(a)、圖4(b)所示，上述復(fù)位部件包括彈簧片一51、彈簧片二52、彈簧片三53，其中彈簧片一51設(shè)于至少一個(gè)導(dǎo)向槽一81上并用于將導(dǎo)向槽二82回復(fù)至初始位置，彈簧片二52設(shè)于至少一個(gè)導(dǎo)向槽二82上并用于將所述導(dǎo)向槽三83回復(fù)至初始位置，彈簧片三53設(shè)于導(dǎo)向槽三83上并用于將空心支撐座108回復(fù)至初始位置。該彈簧片一51、彈簧片二52、彈簧片三53能夠分別將導(dǎo)向槽二82、導(dǎo)向槽三83和空心支撐座108回復(fù)至初始位置，即將三個(gè)激光束的入射至三個(gè)(第二、第三、第四)光電探測(cè)器上的位置回復(fù)至最初位置，便于三維激光掃描測(cè)頭的下一次測(cè)量。

第二激光源106和第二光電探測(cè)器107的位置固定不變，平移部件能夠使空心支撐座108做直線運(yùn)動(dòng)，當(dāng)空心支撐座108位置發(fā)生變化，第二激光源106、第三激光源116、第四激光源117分別發(fā)射的第二激光束300、第三激光束500、第四激光束600分別入射到空心支撐座的第一激光反射平面、第二激光反射平面、第三激光反射平面的位置發(fā)生變化，分別經(jīng)空心支撐座的第一激光反射平面400、第二激光反射平面、第三激光反射平面反射后的激光束分別入射到第二光電探測(cè)器107、第三光電探測(cè)器115、第四光電探測(cè)器118上的位置也相應(yīng)發(fā)生改變，通過處理系統(tǒng)對(duì)第二光電探測(cè)器107、第三光電探測(cè)器115、第四光電探測(cè)器118對(duì)不同激光束入射位置的變化值，進(jìn)行計(jì)算并分析，能夠得到空心支撐座108在位于其直線位移方向的位移變化值。

如圖5(僅示出第二激光束的光路變化)所示，空心支撐座108水平移動(dòng)過程中，假設(shè)第二光電探測(cè)器107豎直方向設(shè)置，第二激光源106傾斜設(shè)置于第二光電探測(cè)器107的上方，且第二激光器發(fā)射的第二激光束300與豎直線的夾角為α，當(dāng)三維激光掃描測(cè)頭在水平方向平移距離為x時(shí)，第二光電探測(cè)器107測(cè)量距離為y，那么，第二光電探測(cè)器107所測(cè)量得到的空心支撐座108位移放大倍數(shù)為

將該三維激光掃描測(cè)頭安裝在精密量?jī)x上，當(dāng)測(cè)球103與被測(cè)工件直接接觸時(shí)，受到阻力而產(chǎn)生位移，測(cè)球103帶動(dòng)空心支撐座108在平移部件上發(fā)生直線位移，通過第二激光源106、第三激光源116、第二光電探測(cè)器107、第三光電探測(cè)器115、處理系統(tǒng)配合，能夠計(jì)算得到測(cè)球103的直接位移量，以補(bǔ)償測(cè)球103接觸被測(cè)工件時(shí)位移導(dǎo)致的被測(cè)工件定位偏差，由于第二光電探測(cè)器107、第三光電探測(cè)器115上所獲得的空心支撐座108的位移量，即可獲得被測(cè)工件在空心支撐座108直線位移方向的更為準(zhǔn)確的測(cè)量坐標(biāo)，提高了測(cè)量的精度。相比于傳統(tǒng)的掃描式測(cè)頭，本實(shí)施例中的三維激光掃描測(cè)頭簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu)，降低了生產(chǎn)成本，易于批量加工制造。

為了調(diào)整第二光電探測(cè)器107測(cè)量本三維激光掃描測(cè)頭位移的放大倍數(shù)，本實(shí)施例中，設(shè)置第二光電探測(cè)器107在位于殼體111的側(cè)面上可旋轉(zhuǎn)。

可旋轉(zhuǎn)的第二光電探測(cè)器107能夠根據(jù)實(shí)際所需要測(cè)量精度改變其旋轉(zhuǎn)位置，改變第二光電探測(cè)器107和第二激光源106發(fā)射的第二激光束300的相對(duì)位置和夾角，從而改變了第二光電探測(cè)器107測(cè)量該三維激光掃描測(cè)頭位移的放大倍數(shù)，滿足實(shí)際需要。

如圖6所示，將第二光電探測(cè)器107旋轉(zhuǎn)并傾斜一定角度，如β后，可以再次調(diào)整放大倍數(shù)，圖中明顯可以看出在空心支撐座108平移相同的距離x時(shí)，傾斜后的第二光電探測(cè)器107上兩條入射激光束的入射位置發(fā)生了變化，此時(shí)，二者的間距為則第二光電探測(cè)器107所測(cè)量得到的空心支撐座108的位移放大倍數(shù)為該角度可以根據(jù)不同的需要進(jìn)行調(diào)整。

本實(shí)施例中所使用的第一光電探測(cè)器105、第二光電探測(cè)器107、第三光電探測(cè)器115、第四光電探測(cè)器118可選用常用的位置敏感探測(cè)器(Position Sensitive Detector，簡(jiǎn)稱PSD)，屬于半導(dǎo)體器件，一般做成PN結(jié)構(gòu)，其工作原理是基于橫向光電效應(yīng)，能夠用于位置坐標(biāo)的精確測(cè)量，具有高靈敏度、高分辨率、響應(yīng)速度快和配置電路簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。位置敏感探測(cè)器分為一維位置敏感探測(cè)器和二維位置敏感探測(cè)器，為了節(jié)約成本，本實(shí)施例選用一維位置敏感探測(cè)器即可。一維位置敏感探測(cè)器，簡(jiǎn)稱一維PSD，可探測(cè)出一個(gè)亮點(diǎn)在它的一個(gè)唯一方向的表面的移動(dòng)。將一維PSD安裝在殼體111的X軸、Y軸或Z軸，抑或其他方向，以獲得其在該方向的位移值，并將其補(bǔ)償?shù)奖粶y(cè)工件的測(cè)量值上，以獲得該一維方向更準(zhǔn)確的測(cè)量值。

請(qǐng)參閱圖7，圖7示出了本實(shí)施例中提供的另一種結(jié)構(gòu)的三維激光掃描測(cè)頭的結(jié)構(gòu)，與圖3所示的三維激光掃描測(cè)頭的結(jié)構(gòu)相比，在圖7所示結(jié)構(gòu)中，空心支撐座108的側(cè)面不是激光反射平面，即該側(cè)面沒有設(shè)置激光反射膜，第二光電探測(cè)器107、第四光電探測(cè)器118分部設(shè)置于空心支撐座108的兩個(gè)側(cè)面，第二激光源106、第四激光源117分別發(fā)射的第二激光束300、第四激光束600分別直接入射至第二光電探測(cè)器107、第四光電探測(cè)器118。

空心支撐座108水平移動(dòng)過程中，假設(shè)第二光電探測(cè)器107(僅以第二光電探測(cè)器107為例進(jìn)行說明)豎直方向設(shè)置，第二激光器發(fā)射的第二激光束300與豎直線的夾角為α，當(dāng)三維激光掃描測(cè)頭在水平方向平移距離為x時(shí)，第二光電探測(cè)器107測(cè)量距離為y，那么，第二光電探測(cè)器107所測(cè)量得到的空心支撐座108位移放大倍數(shù)為若第二光電探測(cè)器107旋轉(zhuǎn)并傾斜一定角度，如β后，在空心支撐座108平移相同的距離x時(shí)，傾斜后的第二光電探測(cè)器107上兩條入射激光束的入射位置發(fā)生了變化，此時(shí)，二者的間距為x·tanα·cosβ+x·tanα·sinβ·cot(α-β)，則第二光電探測(cè)器107所測(cè)量得到的空心支撐座108的位移放大倍數(shù)為tanα·cosβ+tanα·sinβ·cot(α-β)。

第二、第三、第四光電探測(cè)器可分別相對(duì)于第二、第三、第四激光源旋轉(zhuǎn)設(shè)置，同理的，第二、第三、第四激光源也可分別相對(duì)于第二、第三、第四光電探測(cè)器旋轉(zhuǎn)設(shè)置，以滿足實(shí)際需要。

請(qǐng)參閱圖8，圖8示出了本實(shí)施例中提供的又一種結(jié)構(gòu)的三維激光掃描測(cè)頭的結(jié)構(gòu)，與圖7所示的三維激光掃描測(cè)頭的結(jié)構(gòu)相比，在圖8所示結(jié)構(gòu)中，第二激光源106、第三激光源116、第四激光源117分別設(shè)置于空心支撐座108的三個(gè)側(cè)面，第二激光源106發(fā)射的第二激光束300直接入射至第二光電探測(cè)器107，第三激光源116發(fā)射的第三激光束500直接入射至第三光電探測(cè)器115，第四激光源117發(fā)射的第四激光束600直接入射至第四光電探測(cè)器118。圖8所示結(jié)構(gòu)的原理與圖7所示結(jié)構(gòu)的原理相同，故不再贅述。

本領(lǐng)域技術(shù)人員容易理解的，本實(shí)施例中，關(guān)于第二、第三、第四光電探測(cè)器及第二、第三、第四激光源的布置方式僅舉出了3種，還可以有其他很多實(shí)施方式，此處不便于一一列舉。

應(yīng)注意到：相似的標(biāo)號(hào)和字母在下面的附圖中表示類似項(xiàng)，因此，一旦某一項(xiàng)在一個(gè)附圖中被定義，則在隨后的附圖中不需要對(duì)其進(jìn)行進(jìn)一步定義和解釋。同時(shí)，在本發(fā)明的描述中，術(shù)語“第一”、“第二”、“第三”等僅用于區(qū)分描述，而不能理解為指示或暗示相對(duì)重要性。

以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。

在本發(fā)明的描述中，需要說明的是，術(shù)語“上”、“下”、“左”、“右”、“內(nèi)”、“外”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，或者是該發(fā)明產(chǎn)品使用時(shí)慣常擺放的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡(jiǎn)化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。

在本發(fā)明的描述中，還需要說明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語“設(shè)置”、“安裝”、“相連”、“連接”應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以具體情況理解上述術(shù)語在本發(fā)明中的具體含義。

以上所述，僅為本發(fā)明的具體實(shí)施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。