专利名称：层析式逆工程三维测量装置的制作方法
技术领域：
本实用新型属于光电自动测量技术领域，更进一步涉及一种层析式逆工程物体三维形状精密测量装置。
逆工程(反算工程、反推工程)技术是集成快速制造系统中的关键技术之一。光学和信息自动处理相结合而形成的光电自动测量装置是利用激光三角测量，激光线扫描、投影云纹、阴影云纹和投影光栅等原理开发的自动化物体三维测量装置，但是这些装置存在一个缺点无法测量物体内腔复杂型面。在实际工程中，不但对物体外形，而且往往对其内腔也需要精确测量，为此，曾有人采用γ射线或X射线对物体进行分层测量，但是这种方法的测量精度低、设备贵，难以应用到逆工程中去。
本实用新型的目的旨在克服以上现有技术的缺限，提供一种用于逆工程中的层析式物体形状三维自动精密测量装置，利用该装置可对任何复杂物体的外形和内腔同时进行相同精度的自动精密测量，不受被测物体材料和表面状态的限制，且测量精度高于一般的物体形状三维光电测量装置。
本实用新型包括计算机机构、扫描测量机构、材料层削加工机构。层削加工机构中的填料箱内设垫板并注有填充材料，填料箱置于真空高压罐内，高压罐外侧设有密封侧门。真空泵和高压泵与高压罐内腔相通。层削加工头上部装有变频电机，下部装有层削刀具，层削刀具与加工头经转轴相联。扫描测量机构中的矩形箱体内设由电机驱动沿水平导轨运动的扫描器。两个长管状光源安装于扫描器的下方、线阵传感器的两侧。箱体下方设有玻璃板，箱体与加工头连为一体。计算机控制机构中，计算机的控制线分别接扫描机构、材料层削加工机构、激光测距仪、工作台、高压罐、结果输出机构。
以下结合附图对本实用新型作进一步描述。
图1为本实用新型的结构示意图。
本实用新型结构可用图1来说明。计算机1通过控制信号传输线2与扫描测量机构相联，通过传输线3与层削加工机构34相联，通过传输线4与测距仪37相联，通过传输线5与工作台23相联，通过传输线6与负压排屑机构相联，通过传输线7与预处理机构相联，通过传输线8与结果输出部分9相联。被测物体测量预处理机构由填料箱14及填充材料10、真空高压罐16、真空泵17和高压泵18组成。填料箱14是一个比被测物体稍大一些的无盖立方箱体，四块可拆卸的矩形壁板通过螺栓相互联接并固定在矩形底板15上，矩形钢制垫板12由螺钉固定于填料箱内底板15上中间位置。被测物体11置于填料箱内垫板12上。填充材料10被注入填料箱14内。真空高压罐16是一个带有活动侧门13、比填料箱14大的立方耐压容器，活动门13与高压罐16间用橡胶密封条严格密封，并通过螺纹手轮压紧。高压罐16经耐压管分别与常用的高压泵18和真空泵17联接。材料层削加工机构由变频电机35、层削加工头34和层削刀具26组成。变频电机35被固定在层削加工头34的顶部，层削刀具26(端面铣刀或端面砂轮)则安装在层削加工头34下端，其上装有无底箱形防护罩25。这里变频电机35与层削加工头34之间通过转轴相联，这样变频电机就通过层削加工头34与刀具26间接相联，同时层削加工头34在计算机的控制下还可以在垂直方向上做升降运动。由罐状负压室22、切削过滤袋21和通用离心式抽气机20组成的负压排屑机构通过软管19与防护罩25相通，以随时清除层削加工过程中产生的材料碎屑，保证扫描测量精度。如图1所示，扫描测量机构的外形是一个底面为平板防护玻璃板30的矩形箱体31，内置数控扫描器32，两个长管状光源27位于扫描器32下、高分辩率线阵传感器29两边，并保证充分照明工件24表面被扫描的部分，置于传感器29下面的柱面透镜28使被测工件24的表面始终清晰成像在传感器29的靶面上。同时该扫描测量机构又通过一个联接框架35与层削加工头34钢性相联，以使测量机构可随加工头在垂直方向上做升降运动。工作台23是一个可在水平方向左右移动的矩形大平台，在进行层析三维测量时，经过预处理后的被测物体24就放置在该工作台上。另外在层削进给机构右边还安装有一个激光测距仪37，以在整个层析测量过程中随时测取被测物体表面高度。以上所有层削和测量等装置都以一个大质量的床身38和立柱36作为基础部件，组合成一个整体，构成本实用新型装置。
本实用新型的本质是一种逐层解析法自动测量物体的三维形状，核心是物体的精确分层和光电自动测量，特点是物体内外部的任何复杂程度的三维形状和尺寸均可同步精密测量。
本实用新型的优点是(1)，由于对物体进行分层解剖测量，所以物体外形和内腔可以同时被测量，而且内腔和外形的测量精密相同，这是一般射线断层测量所无法达到的；(2)采用高分辩率扫描器和闭环数控立式端面层削刀具，使其测量精度高于一般的光电测量装置，而且其测量精度并不因为物体尺寸或景深的增大而改变；(3)被测物体材料几乎不受限制，任何金属材料、高分子材料或其它非金属材料制成的物体都可以被测量；(4)物体表面的粗糙度，表面光学特性或表面裂纹损伤都不会影响测量过程；(5)整个测量过程全部由计算机控制和数据处理，输出的数据格式可以被激光快速成型机，数控机床和通用的三维CAD软件所接受。
权利要求1．层析式逆工程三维测量装置，它包括计算机控制机构、扫描测量机构、材料层削加工机构，其特征在于所述的材料层削加工机构中的填料箱(14)内设垫板(12)并注有填充材料(10)，填料箱(14)置于真空高压罐(16)内，高压罐(16)外侧设有密封侧门(13)，真空泵(17)和高压泵(18)与高压罐(16)内腔相通，层削加工头(34)上部装有高频电机(35)，下部装有层削刀具(26)，层削刀具(26)与加工头(34)经转轴相联；所述的扫描测量机构中的矩形箱体(31)内设由电机驱动、沿水平导轨运动的扫描器(32)，两个长管状光源(27)装于扫描器(32)的下方、线阵传感器(29)的两侧，箱体(31)下方设有玻璃板(30)，箱体(31)与加工头(34)连为一体；所述计算机控制机构中计算机(1)的控制线分别接扫描机构、材料层削加工机构、激光测距仪、工作台、高压罐、结果输出机构。
2．根据权利要求1所述的层析式逆工程三维测量装置，其特征在于所述的层削加工头(34)与刀具(26)间设有防护罩(25)。
3．根据权利要求1所述的层析式逆工程三维测量装置，其特征在于所述的切屑过滤袋(21)置于罐状负压室(22)内，抽气机(20)与负压室(22)内腔相通，加工头(34)与过滤袋21经软管相联，抽气机(20)通过控制线与计算机相连。
专利摘要层析式逆工程三维测量装置,它包括计算机控制机构、扫描测量机构、材料层削加工机构。扫描测量机构由数控扫描器、线阵传感器、柱面镜、管状光源等组成;层削加工机构由变频电机、层削加工头、层削刀具、负压排屑室、填料箱、真空高压罐等组成;计算机控制整个装置的层削加工、扫描测量和结果输出。该装置可以对任何复杂物体的外形和内腔同时进行三维自动精密测量,而且不受物体材料和表面状态的限制。
文档编号G01B21/00GK2304894SQ97239460
公开日1999年1月20日 申请日期1997年4月16日 优先权日1997年4月16日
发明者谭玉山, 任雅萍, 杨玉孝, 赵明涛, 王林祥 申请人:西安交通大学