一種激光束現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)定裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及測(cè)定激光束方向特性標(biāo)定技術(shù)領(lǐng)域，更具體的說(shuō)，本實(shí)用新型涉 及一種激光束現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)定裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 激光測(cè)量技術(shù)作為一種非接觸式的測(cè)量技術(shù)，其測(cè)量精度和效率相比于傳統(tǒng)的非 接觸式測(cè)頭有了很大的提高，在檢測(cè)領(lǐng)域的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。激光測(cè)量原理是利用激光位 移傳感器發(fā)射一束激光打在被測(cè)物體表面，通過(guò)接收反射光，來(lái)測(cè)定物體到激光位移傳感 器的距離。
[0003] 對(duì)于一些大型的自由曲面類零件，如大型螺旋槳葉片，水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪室等零部件的 測(cè)量，往往是利用現(xiàn)有的機(jī)床設(shè)備，然后搭載激光位移傳感器進(jìn)行零件外形的檢測(cè)，在檢測(cè) 過(guò)程中，激光位移傳感器發(fā)射的激光盡量與機(jī)床主軸軸線同軸，但由于安裝誤差或機(jī)床本 身的定位誤差，會(huì)導(dǎo)致激光束的實(shí)際方向與主軸軸線有一定的偏差，這種偏差會(huì)給最終的 測(cè)量結(jié)果帶來(lái)很大的誤差，因此迫切需要一種能夠精確標(biāo)定激光束方向的偏差，以對(duì)后期 的測(cè)量結(jié)果進(jìn)行補(bǔ)償，從而保證測(cè)量精度。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0004] 針對(duì)現(xiàn)有標(biāo)定技術(shù)的一些缺陷和新的需求，本實(shí)用新型提供了一種激光束現(xiàn)場(chǎng)標(biāo) 定裝置，通過(guò)機(jī)床各軸的運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)激光位移傳感器，采用CCD相機(jī)拍攝激光束光斑在標(biāo)定 板上的圖像，通過(guò)數(shù)字圖像分析精確測(cè)定激光束的方位特性，以對(duì)后期的測(cè)量結(jié)果進(jìn)行補(bǔ) 償。
[0005] 一種實(shí)現(xiàn)所述激光束現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)定裝置，包括標(biāo)定板、調(diào)平裝置、CCD相機(jī)和處理器； 所述標(biāo)定板設(shè)置于調(diào)平裝置上，其具有三個(gè)通孔，其中第一通孔和第二通孔連線與第一通 孔和第三通孔連線垂直；所述CCD相機(jī)用于對(duì)投射有光斑的標(biāo)定板進(jìn)行成像；所述處理器 對(duì)成像進(jìn)行數(shù)字圖像分析得到激光束與機(jī)床主軸的偏角。
[0006] 本實(shí)用新型的有益技術(shù)效果體現(xiàn)在：
[0007] 本實(shí)用新型利用機(jī)床各軸的運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)激光位移傳感器沿著設(shè)定的軌跡運(yùn)動(dòng)，CCD 相機(jī)拍攝激光束投射在標(biāo)定板上的圖像，只需三個(gè)步驟就完成三個(gè)圖像的采集，不需要利 用激光位移傳感器本身的讀數(shù)，避免了傳感器的測(cè)量誤差影響標(biāo)定結(jié)果，也不需要復(fù)雜的 方程，標(biāo)定流程簡(jiǎn)單方便，可以標(biāo)定激光束方向的偏差，以對(duì)后期的測(cè)量結(jié)果進(jìn)行補(bǔ)償，從 而保證測(cè)量精度。
【附圖說(shuō)明】
[0008] 圖1為本實(shí)用新型裝置結(jié)構(gòu)及成像示意圖，圖I (a)為裝置結(jié)構(gòu)示圖，圖I (b)為成 像不意圖；
[0009] 圖2為本實(shí)用新型的標(biāo)定流程圖；
[0010]圖3為本實(shí)用新型激光束與機(jī)床主軸的偏角計(jì)算原理圖，圖3 (a)為機(jī)床坐標(biāo)系下 的偏角示意圖，圖3(b)為標(biāo)定坐標(biāo)系下的偏角示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0011] 為了使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施 例，對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋 本實(shí)用新型，并不用于限定本實(shí)用新型。此外，下面所描述的本實(shí)用新型各個(gè)實(shí)施方式中所 涉及到的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。
[0012] 激光位移傳感器在安裝過(guò)程中，由于工裝定位誤差或者其他原因，導(dǎo)致激光束與 預(yù)想的方向有一定的偏差，因此需要標(biāo)定出激光束在空間中的方向。
[0013] 參見(jiàn)圖1，本實(shí)用新型還提供的裝置，包括標(biāo)定板、調(diào)平裝置、C⑶相機(jī)和處理器； 所述標(biāo)定板設(shè)置于調(diào)平裝置上，其具有三個(gè)通孔，其中第一通孔和第二通孔連線與第一通 孔和第三通孔連線垂直；所述CCD相機(jī)用于對(duì)投射有光斑的標(biāo)定板進(jìn)行成像；所述處理器 對(duì)成像進(jìn)行數(shù)字圖像分析得到激光束與機(jī)床主軸的偏角。圖，1(a)給出了裝置示意圖，圖 I (b)中01、02、03表示標(biāo)定板上的三個(gè)通孔，01、02孔以及01、03孔之間距離均為D。
[0014] 標(biāo)定板優(yōu)選陶瓷材料，陶瓷板是很好的漫反射材料，廣泛的用于光學(xué)實(shí)驗(yàn)中，具有 較好的光學(xué)性能。
[0015] 參見(jiàn)圖2,上述裝置的工作過(guò)程為：
[0016] (1)調(diào)平標(biāo)定板使得其與機(jī)床Z軸垂直，所述標(biāo)定板具有三個(gè)通孔，第一通孔和第 二通孔連線與第一通孔和第三通孔連線垂直；
[0017] (2)使用激光位移傳感器發(fā)射激光束至標(biāo)定板形成第一光斑1，對(duì)投射有第一光 斑1的標(biāo)定板成像，如圖1所示的圖片一；
[0018] (3)在機(jī)床Y軸方向驅(qū)使激光位移傳感器移動(dòng)距離L，使用激光位移傳感器發(fā)射激 光束至標(biāo)定板形成第二光斑2,對(duì)投射有第二光斑2的標(biāo)定板成像，如圖1所示的圖片二；
[0019] (4)在機(jī)床Z軸方向驅(qū)使激光位移傳感器移動(dòng)距離H，使用激光位移傳感器發(fā)射激 光束至標(biāo)定板形成第三光斑3,對(duì)投射有第三光斑3的標(biāo)定板成像，如圖1所示的圖片三；
[0020] (5)計(jì)算激光束與機(jī)床主軸的偏角，參見(jiàn)圖3,具體為：
[0021] 在標(biāo)定板上以第一通孔為標(biāo)定坐標(biāo)系原點(diǎn)，第一通孔和第二通孔連線為標(biāo)定坐標(biāo) 系X軸，第一通孔和第三通孔連線為標(biāo)定坐標(biāo)系Y軸；
[0022] 將第一、二、三光斑在成像中的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為標(biāo)定坐標(biāo)系下的坐標(biāo)，記為（Xl， yi)、 (x2，y2)、（x3，y3);根據(jù)兩個(gè)通孔在圖片中的坐標(biāo)以及在陶瓷標(biāo)定板上的實(shí)際距離D，將三個(gè) 光斑點(diǎn)在圖片中的坐標(biāo)轉(zhuǎn)化為在標(biāo)定坐標(biāo)系下的坐標(biāo)，D決定了轉(zhuǎn)換中比例放大和縮小倍 數(shù)。構(gòu)建第一光斑與第二光斑連線方程L 12:a A+bJ+Ci= 0, a c i為直線方程系數(shù)；以 及構(gòu)建第二光斑與第三光斑連線方程L23:a 2X+b2Y+c2= 0, a 2、匕和c 2為直線方程系數(shù)；
[0023] 計(jì)算激光束與機(jī)床Z軸夾角Z a = arctan(L/H);
[0024] 計(jì)算激光束在機(jī)床XOY平面上的投影與機(jī)床Y軸的夾角Z β = arctan (/ (Bfa2+Id1^2))。
[0025] 上述步驟是以機(jī)床Y軸移動(dòng)為例，不局限于此，對(duì)機(jī)床X軸同樣適用。
[0026] 考慮到計(jì)算方便，優(yōu)選所述標(biāo)定板的第一通孔和第二通孔間距與第一通孔和第三 通孔間距相等。
[0027] 本實(shí)用新型方法和裝置能夠?qū)す馕灰苽鞲衅鞲鞣N安裝方式下光束方向誤差進(jìn) 行標(biāo)定，適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境，不需要利用激光位移傳感器本身的測(cè)量讀數(shù)，不需要復(fù)雜的矩陣運(yùn) 算。
[0028] 在本實(shí)用新型中，激光位移傳感器采用垂直向下的安裝方式，機(jī)床可以帶動(dòng)傳感 器在XYZ三個(gè)方向上運(yùn)動(dòng)，測(cè)量目標(biāo)物體上的測(cè)點(diǎn)的坐標(biāo)信息。測(cè)點(diǎn)的坐標(biāo)信息采集之后 可以用來(lái)建立物體的三維模型。在其他的測(cè)量環(huán)境或者是其他的安裝方式下，傳感器同樣 可以沿著運(yùn)動(dòng)軸運(yùn)動(dòng)，本實(shí)用新型的方法不局限于垂直向下安裝。
[0029] 實(shí)例：
[0030] 米克朗機(jī)床上實(shí)施本實(shí)用新型，傳感器和CCD相機(jī)安裝方式下圖所示，標(biāo)定板放 置在機(jī)床工作臺(tái)上，工作臺(tái)本身是水平的，實(shí)驗(yàn)之前用千分表檢驗(yàn)標(biāo)定板的水平情況。本實(shí) 驗(yàn)傳感器采用的是垂直向下的安裝方式，機(jī)床定位精度在2um，CCD相機(jī)為500萬(wàn)像素，標(biāo)定 板的尺寸為60臟*60111111，通孔直徑為21111]1。通孔01、02以及通孔01、03之間的距離0 = 40111111〇
[0031] 按照標(biāo)定步驟，實(shí)驗(yàn)拍攝的圖片如下圖所示，機(jī)床在X方向上運(yùn)動(dòng)的距離L = 30mm，機(jī)床在Z軸方向下降的距離H = 50mm。
[0032] 實(shí)驗(yàn)一共進(jìn)行了 10次，每次將激光束的角度調(diào)整0.5°，然后利用本實(shí)用新型提 供的方法進(jìn)行標(biāo)定，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下表所示。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)機(jī)床定位誤差為2um，CCD相機(jī) 像素為500萬(wàn)的時(shí)候，采用本實(shí)用新型所述的標(biāo)定方法，標(biāo)定出激光束偏角的誤差不超過(guò) 0.05°，本實(shí)用新型具有很高的精度和效率。
[0033]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種激光束現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)定裝置，其特征在于，包括標(biāo)定板、調(diào)平裝置、CCD相機(jī)和處理器； 所述標(biāo)定板設(shè)置于調(diào)平裝置上，其具有三個(gè)通孔，其中第一通孔和第二通孔連線與第一通 孔和第三通孔連線垂直；所述CCD相機(jī)用于對(duì)投射有光斑的標(biāo)定板進(jìn)行成像；所述處理器 用于對(duì)成像進(jìn)行數(shù)字圖像分析得到激光束與機(jī)床主軸的偏角。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述標(biāo)定板采用陶瓷材料。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的裝置，其特征在于，所述標(biāo)定板的第一通孔和第二通孔間 距與第一通孔和第三通孔間距相等。
【專利摘要】本實(shí)用新型提供了一種激光束現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)定裝置，包括標(biāo)定板、調(diào)平裝置、CCD相機(jī)和處理器；所述標(biāo)定板設(shè)置于調(diào)平裝置上，其具有三個(gè)通孔，其中第一通孔和第二通孔連線與第一通孔和第三通孔連線垂直；所述CCD相機(jī)用于對(duì)投射有光斑的標(biāo)定板進(jìn)行成像；所述處理器用于對(duì)成像進(jìn)行數(shù)字圖像分析得到激光束與機(jī)床主軸的偏角。本實(shí)用新型通過(guò)機(jī)床各軸的運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)激光位移傳感器，采用CCD相機(jī)拍攝激光束光斑在標(biāo)定板上的圖像，通過(guò)數(shù)字圖像分析精確測(cè)定激光束的方位特性，以對(duì)后期的測(cè)量結(jié)果進(jìn)行補(bǔ)償。
【IPC分類】G01B11-02, G01B11-00
【公開(kāi)號(hào)】CN204313798
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201420849722
【發(fā)明人】李斌, 熊忠星, 李沨, 鄭飛, 劉紅奇, 毛新勇, 彭芳瑜
【申請(qǐng)人】華中科技大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年5月6日
【申請(qǐng)日】2014年12月26日