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专利号: 2020115195741
申请人: 杭州电子科技大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 测量;测试
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种集成激光测量与超声探伤的测头装置,包括前面板、后面板、固定座和激光位移传感器,所述的前面板和后面板固定;其特征在于:还包括步进电机、主动齿轮、第一传动齿轮、第二传动齿轮、第一组件、激光发射器、第二组件和激光超声波接收器;所述的第一组件包括第一轴、第一固持架A和第一固持架B;所述的第一轴通过轴承支承在前面板和后面板上,第一固持架A固定在第一轴一端;所述的第一传动齿轮固定在第一轴上,且位于前面板与后面板之间;所述的第一固持架A与第一固持架B通过第一螺栓和第一螺母连接,并夹紧激光发射器;所述的第二组件包括第二轴、第二固持架A和第二固持架B;所述的第二轴通过轴承支承在前面板和后面板上,第二固持架A固定在第二轴一端;所述的第二传动齿轮固定在第二轴上,且位于前面板与后面板之间;第二传动齿轮与第一传动齿轮啮合,且第一传动齿轮与第二传动齿轮的传动比为1:1;所述的第二固持架A与第二固持架B通过第一螺栓和第一螺母连接,并夹紧激光超声波接收器;所述的固定座由一体成型的固定座翼板和固定座底板组成;所述的固定座底板与前面板通过第二螺栓和第二螺母连接,激光位移传感器通过第一螺钉固定在固定座翼板上;所述的激光发射器为脉冲激光发射器;步进电机的壳体与后面板通过第二螺钉固定连接;步进电机的输出轴上固定有主动齿轮;所述的主动齿轮与第一传动齿轮啮合;主动齿轮与第一传动齿轮的传动比为大于1;所述的步进电机由控制器控制;激光位移传感器和激光超声波接收器的信号输出端均接控制器;激光位移传感器的激光束平行于前面板,且激光位移传感器的激光束与激光发射器的激光束共面;激光发射器的激光束和与激光发射器的激光束共面的激光超声波接收器的中心轴线的交点位于激光位移传感器的激光束所在直线上;第一轴的中心轴线与激光位移传感器的激光束垂直,激光位移传感器的投光透镜中心位于经过第一轴的中心轴线和第二轴中心轴线的平面上。

2.根据权利要求1所述一种集成激光测量与超声探伤的测头装置,其特征在于:连接座与前面板和后面板通过第三螺钉连接;所述的连接座设有一体成型的圆柱杆。

3.根据权利要求1所述一种集成激光测量与超声探伤的测头装置,其特征在于:所述的主动齿轮与第一传动齿轮的传动比为Z2/Z1=4,其中,Z1为主动齿轮的齿数,Z2为第一传动齿轮的齿数。

4.根据权利要求1所述一种集成激光测量与超声探伤的测头装置,其特征在于:所述的前面板与后面板之间通过四个双头螺柱连接,所述双头螺柱的两端分别连接有压紧前面板和后面板的第三螺母。

5.根据权利要求4所述一种集成激光测量与超声探伤的测头装置,其特征在于:所述双头螺柱的中间无螺纹段直径大于两端有螺纹段的螺纹大径。

6.根据权利要求1所述一种集成激光测量与超声探伤的测头装置,其特征在于:所述的激光位移传感器为点式激光位移传感器。

7.根据权利要求1至6中任一项所述一种集成激光测量与超声探伤的测头装置的测量方法,其特征在于:该方法具体如下:

步骤一:将前面板和后面板固定在三坐标测量机的Z轴上,并使激光位移传感器的激光束与三坐标测量机的Z轴平行;

步骤二:将被测物放置在三坐标测量机的平台测量区域内,以三坐标测量机的X、Y、Z坐标轴建立测量坐标系;

步骤三:三坐标测量机的Z轴沿Z坐标轴平移,调整激光位移传感器在Z坐标轴上的位置,使激光位移传感器测得的被测点在光电探测器件上的成像点相对基点成像光轴和光电探测器件的交点的位移Δx=0;其中,基点成像光轴为激光位移传感器的激光束射在测量基点上时在激光位移传感器上的成像光轴;然后,调整步进电机的旋转角度使得激光发射器的激光束与激光位移传感器的激光束相交于激光位移传感器的测量基点上;

步骤四:在三坐标测量机的Z轴沿X或Y坐标轴平移带动下,激光位移传感器对被测物表面进行扫描测量;在每个被测点位置,激光位移传感器将测量的Δx经控制器传送到计算机,计算机采用激光三角法测量值表达式算得当前被测点与测量基点的距离x,并保存当前被测点的坐标值,然后根据x计算激光发射器和激光超声波接收器的转角以及步进电机的旋转角度ψ;接着,计算机经控制器控制步进电机旋转角度ψ,使得激光发射器的激光束和激光位移传感器的激光束交点与当前被测点重合;最后,控制器将激光超声波接收器测得的当前被测点损伤信号传给计算机,计算机将当前被测点的坐标值与损伤信号对应存储;

步骤五:被测物整个表面扫描测量完毕后,计算机存储了各位置被测点的坐标值与损伤信号一一对应的数据,从而完成被测物的激光测量与超声探伤。

8.根据权利要求7所述一种集成激光测量与超声探伤的测头装置的测量方法,其特征在于:所述的激光三角法测量值表达式如下:式中,α为激光位移传感器的激光束与激光位移传感器的基点成像光轴之间的夹角;x为被测点与测量基点之间的距离;l为激光发射器的激光束与基点成像光轴的交点到激光位移传感器的成像透镜中心之间的距离;l’为基点成像光轴与激光位移传感器上的光电探测器件的交点到成像透镜中心之间的距离;β为光电探测器件与基点成像光轴之间的夹角;

Δx为被测点在光电探测器件上的成像点相对基点成像光轴和光电探测器件的交点的位移;l、l’、α和β均为激光位移传感器出厂时已知的参数;当被测点在光电探测器件上的成像点相对基点成像光轴和光电探测器件的交点右移时,被测点位于测量基点上方,±取正号,否则,被测点位于测量基点下方,±取负号。

9.根据权利要求8所述一种集成激光测量与超声探伤的测头装置的测量方法,其特征在于:测量中被测点与测量基点之间的距离为x时,对应的激光发射器或激光超声波接收器的转角Δδ计算如下:

式中,l1为第一轴的中心轴线与激光位移传感器的激光束的距离;lx为激光位移传感器的投光透镜中心到测量基点的距离,lx=f,f为激光位移传感器中投光透镜的焦距;

则步进电机的旋转角度:

式中,ψ为步进电机的旋转角度,Z1为主动齿轮的齿数,Z2为第一传动齿轮的齿数;当Δx减小时,激光发射器和激光超声波接收器的旋转方向均为偏离激光位移传感器的方向,步进电机的旋转方向与激光发射器的旋转方向相反;当Δx增大时,激光发射器和激光超声波接收器的旋转方向均为转向激光位移传感器的方向,步进电机的旋转方向与激光发射器的旋转方向相反。

10.根据权利要求7所述一种集成激光测量与超声探伤的测头装置的测量方法,其特征在于:激光发射器的激光束与激光位移传感器的激光束相交于激光位移传感器的测量基点上时,激光发射器的激光束与经过第一轴和第二轴中心轴线的平面之间的夹角δ1计算如下:

式中,l1为第一轴的中心轴线与激光位移传感器的激光束的距离,f为激光位移传感器中投光透镜的焦距。

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