专利名称：一种旋转激光束呈锥面扫描的测量装置的制作方法
技术领域：
本发明属于工业测量领域，是一种应用在工件的型面测量上的测量装置，特别是一种旋转激光束呈锥面扫描的测量装置。
背景技术：
工业上对工件型面的测量常采用三坐标测量方式，测量机的探头在轴上的安装布置方式有两种，一种是固定式，沿着轴的方向或垂直于轴的方向，前者主要用于测量底部特征，后者可以测量周边特征。这种布置方法使整个测量装置结构简单，只有三个自由度，易于操作和精度控制，但是采用这种方式对工件型面进行测量过程中，必须采用多个探头才能完成对底部和周边特征的测量。探头的另一种布置方式是回转式，如雷尼绍(Renishaw)探头，探头本身具有两个自由度，在由旋转轴轴带动旋转的同时可绕轴上一固定点上下转动，因此探头的测量范围广，只用一个探针就可以进行周边特征和底部特征的测量，但是探头结构复杂，对角度传感器的精度要求高。且当三坐标测量机采用这种回转式探头时，整个测量装置具有五个自由度，若待测工件的内部型面并不复杂且不需要对顶部特征进行测量时，这种测量方式具有冗余自由度。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种旋转激光束呈锥面扫描的测量装置，对工件并不复杂的内部型面(周边特征和底部特征)进行测量时，在能达到测量目的、 保证测量精度的前提下尽可能减少测量装置自由度，设计出一种结构简单、成本低、操作方便且精度较高的新型测量装置。本发明的基本构思是
激光测距具有较高的精度和稳定性，由于是非接触式测量，三坐标测量机如果采用激光测距方式则可以减少测量装置的行程。采用激光进行距离测量时，通常传感器的布局方法为沿着固定轴或是垂直于旋转轴放置，这两种布局方法测量原理简单，但前者为线型测量，后者为平面型测量。在轴垂直于工件型面放置时，不附加额外自由度的前提下前者只能测量底部特征，后者能测量周边特征。如果要求同时进行周边特征和底部特征测量，二者必须附加额外的自由度，这一方面增加了机械结构的复杂性，降低了测量装置的可靠性，另一方面也提高了测量装置的精度控制难度。而如果传感器与旋转轴呈一定夹角放置，当轴旋转时，传感器射出的激光束呈锥面地进行旋转扫描测量，此时，旋转轴上下移动时，传感器可对周边特征和底边特征同时进行测量，有效避免了附加自由度对机械的结构复杂性、 测量可靠性和精度控制难度的影响。为了达到上述目的，基于以上发明构思，本发明采用下述技术方案
一种旋转激光束呈锥面扫描的测量装置，包括伺服电机，上下传动轴，旋转伺服电机， 连接件和激光位移传感器；所述伺服电机通过所述上下传动轴驱动所述旋转伺服电机上
3下移动，所述激光位移传感器通过所述连接件与所述旋转伺服电机连接，所述旋转伺服电机通过所述连接件驱动所述激光位移传感器旋转，并带动所述激光位移传感器上下移动， 调整所述激光位移传感器在连接件上的工位，使所述激光位移传感器的激光发射方向与所述旋转伺服电机的旋转轴呈一定夹角，当所述旋转伺服电机带动所述激光位移传感器旋转时，所述激光位移传感器发射出的激光呈锥面地对待测工件进行扫描测量。在实际的测量中，如果工件内部型面超出传感器量程，则可为上述测量装置加上两个空间自由度，增加前后传动轴和左右传动轴，前后传动轴和左右传动轴相互垂直，且前后传动轴和左右传动轴所在平面垂直于所述上下传动轴；所述前后传动轴和左右传动轴上均有伺服电机，带动测量装置在前后左右方向上移动。由于扩大了测量范围，该测量装置对工件的内外表面均可进行测量。在实际测量之前，必须对整个测量装置的参数进行标定，以消除测量装置各部件的安装精度对测量精度的影响。本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点
1.本发明提出一种测量光束呈锥面扫描的测量装置，采用合适的布局使激光位移传感器能够对周边特征和底部特征同时进行测量而无需额外附加自由度。当待测工件的内部型面并不复杂且在传感器的量程范围内，整个测量装置只需要两个自由度(沿上下传动轴上下平移和旋转)就可以进行测量。2.所述测量装置再加上两个空间自由度后形成空间三维扫描测量装置，可以测量超出传感器量程的工件表面，与传统三坐标测量机相比，至少少了一个自由度，且结构简单，成本低，操作简便，测量精度可靠。3.这种测量装置具有良好的通用性，不仅可以用在工件的内表面测量，还可以用在工件的外表面测量上。
图1是本发明旋转激光束呈锥面扫描的测量装置结构示意图。图2是本发明增加两个自由度的测量装置结构示意图。
具体实施例方式下面结合
对本发明的实施例作进一步详细描述，但本发明并不限于本实施例，凡采用与本发明相似结构及其相似变化，均应列入本发明的保护范围。如图1所示，一种测量光束呈锥面扫描的测量装置，包括伺服电机1，上下传动轴 2，旋转伺服电机3，连接件4，激光位移传感器5。所述伺服电机1通过所述上下传动轴2驱动所述旋转伺服电机3上下移动，所述激光位移传感器5通过所述连接件4与所述旋转伺服电机3连接，所述旋转伺服电机3通过所述连接件4驱动所述激光位移传感器5旋转，并带动所述激光位移传感器5上下移动，调整所述激光位移传感器5在所述连接件4上的工位使激光发射方向与所述旋转伺服电机3的旋转轴呈45°夹角。当所述旋转伺服电机3带动所述激光位移传感器5旋转时，所述激光位移传感器5发射出的激光呈锥面地对待测工件进行扫描测量，测量时使用上位机控制所述伺服电机1，所述旋转伺服电机3来操作测量装置扫描待测工件，通过读取所述伺服电机1，所述旋转伺服电3的电机转角以及所述激光
4位移传感器5的距离示数来获取测量点的原始数据。对于超出传感器量程的工件，则为测量装置加上两个空间自由度以扩大测量装置的量程，如图2所示，前后传动轴6和左右传动轴7相互垂直，且前后传动轴6和左右传动轴7所在平面垂直于所述上下传动轴2 ；所述前后传动轴6和左右传动轴7上均有伺服电机，带动测量装置在前后左右方向上移动。测量时通过上位机控制所述伺服电机1，旋转伺服电机3以及前后传动轴6和左右传动轴7上的伺服电机来操作测量装置扫描待测工件， 通过读取所述伺服电机1，旋转伺服电3以及前后传动轴6和左右传动轴7上的伺服电机的电机转角以及所述激光位移传感器5的距离示数来获取测量点的原始数据。本实施例应用需用合适的方法对本实施例进行测量装置参数标定，消除各部件安装精度对测量精度的影响之后，方可将原始数据转化为笛卡尔坐标，进行实际测量。
权利要求
1.一种旋转激光束呈锥面扫描的测量装置，其特征在于，包括伺服电机(1)，上下传动轴(2)，旋转伺服电机(3)，连接件(4)和激光位移传感器(5);所述伺服电机(1)通过所述上下传动轴(2 )驱动所述旋转伺服电机(3 )上下移动，所述激光位移传感器(5 )通过所述连接件(4 )与所述旋转伺服电机(3 )连接，所述旋转伺服电机(3 )通过所述连接件(4 )驱动所述激光位移传感器(5)旋转，并带动所述激光位移传感器(5)上下移动，所述激光位移传感器 (5)的激光发射方向与所述旋转伺服电机(3)的旋转轴呈一定夹角。
2.根据权利要求1所述的一种旋转激光束呈锥面扫描的测量装置，其特征在于，所述旋转伺服电机(3 )带动激光位移传感器(5 )旋转时，所述激光位移传感器(5 )发射出的激光呈锥面地对待测工件进行扫描测量。
3.根据权利要求1所述的一种旋转激光束呈锥面扫描的测量装置，其特征在于，前后传动轴(6)和左右传动轴(7)相互垂直，且前后传动轴(6)和左右传动轴(7)所在平面垂直于所述上下传动轴(2);所述前后传动轴(6)和左右传动轴(7)上均有伺服电机，带动测量装置在前后左右方向上移动。
全文摘要
本发明提供一种旋转激光束呈锥面扫描的测量装置，包括伺服电机，上下传动轴，旋转伺服电机，连接件和激光位移传感器；伺服电机通过上下传动轴驱动旋转伺服电机上下移动，激光位移传感器通过连接件与旋转伺服电机连接，激光位移传感器的激光发射方向与旋转伺服电机的旋转轴呈一定夹角，当旋转伺服电机带动激光位移传感器旋转时，激光位移传感器发射出的激光呈锥面地对待测工件进行扫描测量。采用合适的布局使激光位移传感器能够对周边特征和底部特征同时进行测量而无需额外附加自由度，与传统三坐标测量机相比，至少少了一个自由度，且结构简单，成本低，操作简便，测量精度可靠，可用于工件的内外表面的测量。
文档编号G01B11/24GK102419159SQ20111023670
公开日2012年4月18日 申请日期2011年8月18日 优先权日2011年8月18日
发明者刘广臣, 孙璇, 朱海良, 李伟, 李明, 杨恢, 林峰, 林政 , 梁爽, 田应仲, 赵幸福 申请人:上海大学