一种三维远心激光轮廓测量仪的制作方法

本实用新型涉及激光测量技术领域，尤其涉及一种三维远心激光轮廓测量仪。

背景技术：

工业生产过程中，每个产品的尺寸一致性是品质保证的关键。早期使用接触式的轮廓仪抽检产品，经过多年发展该技术已经非常成熟。随着光电科技的发展，以激光为载体的非接触式传感器，基于激光三角测量原理的三维激光轮廓测量仪已逐渐成为轮廓测量的主要使用设备。它具有非接触、高速、精度高、在线测量等性能特点，广泛应用于激光测量行业。

现有技术中，三维激光轮廓测量仪采用常规的成像系统，然而，在检测被测物体时，对于一些高度差较大的边沿区域，在采集过程中被测物体的轮廓信息容易发生丢失，即出现阴影错误，从而严重影响三维激光轮廓测量仪的正常测试结果。

因此，如何消除成像系统在采集过程中出现的阴影错误成为亟待解决的技术问题。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题在于消除成像系统在采集过程中出现的阴影错误。

为此，根据第一方面，本实用新型实施例公开了一种三维远心激光轮廓测量仪，包括：底板；线激光装置，设置在底板的端面上，用于生成测量激光；双远心镜头，设置在底板的端面上，用于消除激光测量过程中的阴影错误；双远心镜头的接收光线与线激光装置的激光出射光线之间呈夹角设置；图像传感器，设置在底板的端面上，用于接收双远心镜头的出射光线；图像传感器的法线与双远心镜头的光轴之间呈夹角设置。

本实用新型进一步设置为：双远心镜头包括：孔径光阑；第一镜片组，设置在孔径光阑的入射侧，用于接收线激光装置的测量光线；第二镜片组，设置在孔径光阑的出射侧，第二镜片组与第一镜片组分别位于孔径光阑相对的两侧上；其中，孔径光阑位于第一镜片组的像方焦面上，且孔径光阑位于第二镜片组的物方焦面上。

本实用新型进一步设置为：双远心镜头的接收光线与线激光装置的出射光线之间的夹角设置为45°。

本实用新型进一步设置为：图像传感器的法线与双远心镜头的光轴之间的夹角设置为10°。

本实用新型进一步设置为：线激光装置包括：壳体，其为方形结构，壳体内依次开设有相通的容纳槽、空腔以及凹槽；线激光机构，用于发射测量激光线，线激光机构包括：套筒，设置于容纳槽内，其为空心管结构；套筒远离空腔的一端端面上贯通开设有第一安装槽，另一端贯通开设有与第一安装槽相通的第二安装槽；半导体激光器，设置在套筒的一端，用于发射激光；球面透镜，设置在套筒内，与第二安装槽的内壁抵接；第一柱面镜，设置在套筒内，与第二安装槽的内壁抵接；第二柱面镜，设置于凹槽内，其两端与凹槽的侧壁抵接；第二柱面镜的入射透光面为平柱面，出射透光面为凸柱面。

本实用新型进一步设置为：第二安装槽内设置有位于球面透镜与第一柱面镜之间的隔筒，其为空心管结构，隔筒自相对球面透镜一端至远离球面透镜一端的内径逐渐减小。

本实用新型进一步设置为：套筒相对空腔的一端内壁开设有内螺纹，套筒相对空腔的一端设置有锁圈，锁圈上设有外螺纹，锁圈与套筒螺纹连接。

本实用新型进一步设置为：套筒远离空腔的一端开设有插槽，半导体激光器与插槽插接配合，通过灌胶以固定半导体激光器。

本实用新型具有以下有益效果：双远心镜头用于三维激光轮廓测量，由于主光线与光轴平行，能有效避免光线被轮廓阻挡；倾斜双远心镜头保持远心属性，测量的倍率不受离焦影响，测量结果的稳定性、一致性得到大幅度提高；双远心镜头具备远心属性，成像图像在整个视野范围内的倍率保持恒定数值，呈现出矩形视野。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型实施例提供的三维远心激光轮廓测量仪的整体结构示意图；

图2是本实用新型实施例提供的三维远心激光轮廓测量仪的线激光装置的爆炸示意图；

图3是本实用新型实施例提供的三维远心激光轮廓测量仪的套筒结构剖面图；

图4是本实用新型实施例远心与非远心成像方式对比图；

图5是本实用新型实施例提供的三维远心激光轮廓测量仪的远心激光三角测量光路图；

图6是本实用新型实施例非远心系统和远心系统的网格图像测试图。

附图标记：1、线激光装置；11、壳体；111、空腔；112、容纳槽；113、凹槽；12、线激光机构；121、半导体激光器；122、套筒；1221、第一安装槽；1222、第二安装槽；1223、插槽；123、球面透镜；124、隔筒；125、第一柱面镜；126、锁圈；13、第二柱面镜；2、双远心镜头；21、孔径光阑；22、第一镜片组；23、第二镜片组；3、图像传感器；4、底板。

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。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

此外，下面所描述的本实用新型不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

一种三维远心激光轮廓测量仪，如图1所示，包括底板4、用于产生测量激光的线激光装置1、双远心镜头2以及图像传感器3。

如图1和图2所示，线激光装置1设置在底板4的端面上，线激光装置1包括壳体11以及用于发射测量线激光的线激光机构12，壳体11为框架结构，壳体11内依次开设有相通的容纳槽112、空腔111以及凹槽113，空腔111与壳体11的一侧侧壁相通，凹槽113与壳体11的一端端面相通。

如图2和图3所示，线激光机构12包括设置在容纳槽112内的套筒122，套筒122为空心管结构，套筒122沿其轴向依次开设有相通的插槽1223、第一安装槽1221以及第二安装槽1222，第一安装槽1221的截面内径小于第二安装槽1222的截面内径；插槽1223内插接配合有用于发射激光的半导体激光器121，通过灌胶以固定半导体激光器121于插槽1223内，第二安装安装槽内依次安装有球面透镜123、第一柱面镜125，第一柱面镜125的入射透光面为平面，出射透光面为凸柱面；凹槽113内安装有第二柱面镜13，第二柱面镜13的两端端面与凹槽113的侧壁抵接，第二柱面镜13的入射透光面为平面，出射透光面为凸柱面。

需要说明的是，半导体激光器121发射出线激光，依次穿过球面透镜123、第一柱面镜125以及第二柱面镜13，通过球面透镜123对激光进行汇聚，再经过第一柱面镜125以及第二柱面镜13对光线密度进行分布调整，实现线激光的能量匀化分布。

如图2所示，第二安装槽1222内安装有位于球面透镜123与第一柱面镜125之间的隔筒124，其为空心管结构，隔筒124沿相对球面透镜123的一端与远离球面透镜123一端的内径逐渐减小。

需要说明的是，通过在套筒122的第二安装槽1222内安装隔筒124，将球面透镜123与第一柱面镜125隔开，实现球面透镜123与第一柱面镜125之间的距离可调，方便调节激光光路的光线分布。

如图2所示，在套筒122相对空腔111的一端设置有锁圈126，锁圈126上开设有外螺纹，锁圈126与套筒122螺纹连接。

需要说明的是，锁圈126与套筒122螺纹连接固定，锁圈126起限位保护作用，防止球面透镜123以及第一柱面镜125因从第二安装槽1222内滑出而受损。

如图1所示，双远心镜头2设置在底板4的端面上，用于消除激光测量过程中的阴影错误，双远心镜头2的接收光线与线激光装置1的激光出射光线之间的夹角设置为45°；双远心镜头2包括孔径光阑21、第一镜片组22以及第二镜片组23，第一镜片组22设置在孔径光阑21的入射侧，用于接收线激光装置1的测量光线；第二镜片组23设置在孔径光阑21的出射侧，其中，孔径光阑21位于第一镜片组22的像方焦面上，且孔径光阑21位于第二镜片组23的物方焦面上。

需要说明的是，孔径光阑21位于第一镜片组22的像方焦面上，且孔径光阑21位于第二镜片组23的物方焦面上，通过调节第一镜片组22和第二镜片组23来控制放大倍率；双远心镜头2倾斜于激光出射光线，实现激光三角测量；双远心镜头2具备远心属性，成像图像在整个视野范围内的倍率保持恒定数值，呈现出矩形视野。

如图1所示，图像传感器3设置在底板4的端面上，用于接收双远心镜头2的出射光线；图像传感器3的法线与双远心镜头2的光轴之间的夹角设置为10°。

需要说明的是，图像传感器3的法线与双远心镜头2的光轴之间的夹角设置为10°，使图像传感器3倾斜的安装在底板4上，通过激光三角测量，进而使图像传感器3成像清晰。

工作原理：线激光装置1发射出线激光照明被测物体，被测物体反射光线，通过双远心镜头的第一镜片组22进行光线接收，并穿过第二镜片组23，最终成像在图像传感器3上，呈现出矩形视野；其中，远心与非远心成像方式对比图如图4所示，远心激光三角测量光路如图5所示，非远心系统和远心系统的网格图像测试图如图6所示。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型创造的保护范围之中。