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专利号: 2021105588240
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:

1.一种集成共焦法与三角法的探路式测头装置,包括测头座(1)、共焦法位移传感器探头(9)、三角法激光位移传感器(12)和移位式传感器安装组件;其特征在于:所述的共焦法位移传感器探头(9)安装在测头座(1)的底部,且检测头朝下设置;三角法激光位移传感器(12)与测头座(1)通过移位式传感器安装组件连接;移位式传感器安装组件能够带动三角法激光位移传感器(12)进行升降,以及带动三角法激光位移传感器(12)的位置在共焦法位移传感器探头(9)的两侧切换;

所述的移位式传感器安装组件包括第一电磁铁(2)、第二电磁铁(3)、步进电机(5)、上臂(10)、滑动座(13)、底板(15)、光杆(16)和丝杠电机(19);步进电机(5)固定在测头座(1)上;步进电机(5)的输出轴线和共焦法位移传感器探头(9)的中心轴线共线;步进电机(5)的输出轴与上臂(10)的一端固定;上臂(10)的另一端与底板(15)固定;第一电磁铁(2)与第二电磁铁(3)分别位于步进电机(5)输出轴线的两侧;第一电磁铁(2)和第二电磁铁(3)均与上臂(10)等高设置;下臂(11)的两侧分别设置有第一铁块(10‑2)和第二铁块(10‑3);第一铁块(10‑2)、第二铁块(10‑3)与第一电磁铁(2)、第二电磁铁(3)分别位置对应;当底板(15)在步进电机(5)的驱动下,到达第一个极限位置时,第一电磁铁(2)与第一铁块(10‑2)接触;当底板(15)在步进电机(5)的驱动下,到达第二个极限位置时,第二电磁铁(3)与第二铁块(10‑3)接触;

所述的光杆(16)固定在底板(15)上,且轴线与步进电机(5)的轴线平行;丝杠电机(19)固定在底板(15)上;滑动座(13)与光杆(16)滑动连接;滑动座(13)与丝杠电机(19)的输出丝杠构成螺旋副;三角法激光位移传感器(12)固定在滑动座(13)上;共焦法位移传感器探头(9)发出的测量光的中心线(34)与三角法激光位移传感器(12)的入射光(35)平行;所述的共焦法位移传感器探头(9)发出的测量光的中心线(34)、三角法激光位移传感器(12)的入射光(35)及接收光(36)位于同一平面内。

2.根据权利要求1所述的一种集成共焦法与三角法的探路式测头装置,其特征在于:所述的移位式传感器安装组件还包括探头座盖(8);所述的测头座(1)包括一体成型的连接杆(1‑1)及探头座(1‑2);探头座(1‑2)与探头座盖(8)通过螺钉连接,并夹紧共焦法位移传感器探头(9);连接杆(1‑1)用于与测量驱动装置连接;连接杆(1‑1)中心轴线与共焦法位移传感器探头(9)的中心轴线共线。

3.根据权利要求1所述的一种集成共焦法与三角法的探路式测头装置,其特征在于:所述的移位式传感器安装组件还包括下臂(11);步进电机(5)采用双出轴电机,输出轴的两端与上臂(10)、下臂(11)的一端分别固定;下臂(11)的另一端与底板(15)固定。

4.根据权利要求3所述的一种集成共焦法与三角法的探路式测头装置,其特征在于:所述的移位式传感器安装组件还包括第一定位柱(6)和第二定位柱(7);第一定位柱(6)与第二定位柱(7)分别位于步进电机(5)输出轴线的两侧;第一定位柱(6)和第二定位柱(7)均与下臂(11)等高设置;第一定位柱(6)和第二定位柱(7)的外端部均开设有半球窝;下臂(11)的内端的两侧分别设置有第二半球(11‑3)和第一半球(11‑2);第一半球(11‑2)、第二半球(11‑3)的半径与第一定位柱(6)、第二定位柱(7)端部的半球窝半径分别相等;第一半球(11‑2)、第二半球(11‑3)与第一定位柱(6)、第二定位柱(7)分别位置对应。

5.如权利要求1所述的一种集成共焦法与三角法的探路式测头装置的测量方法,其特征在于:步骤一、将测头座(1)安装在测量驱动装置的末端;

步骤二、利用三角法激光位移传感器(12)的量程范围内对共焦法位移传感器的量程范围进行标定,使得三角法激光位移传感器(12)在一个测量点进行测量后,能够知悉共焦法位移传感器到达该测量点时能否满足量程要求;

步骤三、将被测物放置在该测头装置的运动范围内,建立测量坐标系;

步骤四、测量驱动装置驱动三角法激光位移传感器(12)到达被测物的上方,并使得三角法激光位移传感器(12)的输出测量值为自身的量程中点值;

步骤五、测量驱动装置驱动三角法激光位移传感器(12)进行横向移动,对被测物表面进行横向逐点扫描;当三角法激光位移传感器(12)检测到一个测量的位置将超出共焦法位移传感器的量程范围时,将该测量点记为超距测量点;每个超距测量点均对应一个超距调节距离δ;当位于超距测量点正上方的共焦法位移传感器向下移动对应的超距调节距离δ时,超距测量点进入共焦法位移传感器的量程范围内;

每当共焦法位移传感器到达一个超距测量点的正上方时,均执行一次下移测量;下移测量的过程为:丝杠电机(19)带动三角法激光位移传感器(12)上移距离至避免碰触被测物的位置,同时,测量驱动装置带动整个测头装置下移当前超距测量点对应的超距调节距离δ后,共焦法位移传感器对超距测量点进行距离测量,所得的距离值增加δ即为该超距测量点的对应的实际距离值;完成对超距测量点的测量后,丝杠电机(19)带动三角法激光位移传感器(12)下移复位,测量驱动装置带动整个测头装置上移复位;

步骤六、当共焦法位移传感器完成被测物表面的一次横向扫描后,测量驱动装置带动整个侧头装置向远离被测物的方向运动一段安全距离;第二电磁铁(3)断电,第一电磁铁(2)通电,步进电机(5)带动上臂(10)由第一个极限位置运动到第二个极限位置,使得三角法激光位移传感器(12)运动到共焦法位移传感器靠近被测物的一侧;之后,测量驱动装置带动测头装置纵向移动一个测量步长;

步骤七、测量驱动装置带动测头装置沿着与步骤五相反的方向进行横向逐点扫描,具体过程与步骤五相同;

步骤八、当共焦法位移传感器完成被测物表面的一次横向扫描后,测量驱动装置带动整个侧头装置向远离被测物的方向运动一段安全距离;第一电磁铁(2)断电,第二电磁铁(3)通电,步进电机(5)带动上臂(10)由第二个极限位置运动到第一个极限位置,使得三角法激光位移传感器(12)运动到共焦法位移传感器靠近被测物的一侧;之后,测量驱动装置带动测头装置纵向移动一个测量步长;

步骤九、重复步骤五至八,直至完成对被测物表面的全部扫描,并获得测量数据。

6.根据权利要求5所述的测量方法,其特征在于:所述的三角法激光位移传感器(12)为点式三角法激光位移传感器。

7.根据权利要求5所述的测量方法,其特征在于:测量步长ζ满足如下关系式 其中,共焦法位移传感器探头(9)所发出测量光的中心线(34)与三角法激光位移传感器(12)的入射光(35)之间的距离;n为正整数;L2为共焦法位移传感器探头所发出测量光的中心线,与三角法激光位移传感器的入射光之间的距离。

8.根据权利要求5所述的测量方法,其特征在于:超距测量值δ小于三角法激光位移传感器(12)在对应的超距测量点的测量值,且大于三角法激光位移传感器(12)在对应的超距测量点的测量值减去共焦法位移传感器探头(9)的量程所得的差值。

9.根据权利要求5所述的测量方法,其特征在于:所述的测量驱动装置采用三标测量机。

10.根据权利要求5所述的测量方法,其特征在于:步骤二中,在三角法激光位移传感器(12)的量程范围内对共焦法位移传感器量程范围进行标定的方法,具体如下:(1)测量驱动装置带动整个测头装置移动,使得共焦法位移传感器的输出测量值为其量程最小值x1;丝杠电机(19)带动三角法激光位移传感器(12)进行升降运动,使得三角法激光位移传感器(12)的输出测量值为其量程最小值h1;

(2)测量驱动装置带动整个测头装置向上移动x距离,x为共焦法位移传感器在出厂时的标定量程,使共焦法位移传感器的输出测量值为其量程最大值x2,并记录此时三角法激光位移传感器(12)的输出测量值为h′;当三角法激光位移传感器(12)的输出测量值大于h′时,判定该测量点将超出共焦法位移传感器的量程范围。