[发明专利]一种三维均质实体无损测量装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种三维均质实体测量方法及装置，具体涉及一种三维均质实体无损测量装置及方法。 

背景技术

随着现代制造技术、快速原形制造技术、反求工程技术的深入发展，三维实体无损测量技术的理论研究和高精度、低成本的三维实体无损测量技术开发有着越来越重要的现实意义。产品反求工程技术早期出现的接触式探针测量方法和光学非接触测量三维实体的方法均无法测量物体的内部轮廓，存在光学测量的盲点。现有核磁共振成象和CT扫描方法虽然能够测量物体的内部轮廓，但上述方法对可测实体的尺寸有限制，测量精度低，特别是对被测实体的材料有限制，不能测量工程领域常用的金属材料。 

目前，在含有内部轮廓的均质实体无损测量和重构方面，普遍基于阿基米德定律。如授权公告号为CN201348502Y的中国实用新型专利，介绍了一种三维均质实体数字化测量装置，该装置以液体作为测量介质，运用阿基米德定律、杠杆原理和重力矩理论，通过测量被测物浸入液体不同深度时浮力及重力矩的变化，测出被测物的体积和重心，并利用光学系统采集图像，通过计算机图像处理技术获取边缘轮廓，利用相应的CAD软件处理系统进行三维模型的重建。然而上述三维均质实体数字化测量装置既需要运用到光学系统采集图像；又需要运用排液系统采集排液体积；又需要运用测重系统采集排液重量；又需要运行平衡系统采集浮力大小。这不仅致使测量装置的结构复杂、提高成本和操作难度；而且种类繁多的数据采集方式既会影响测量其速度也会引入较多的测量误差、而导致降低其测量精度和测量的稳定性。此外，上述三维均质实体数字化测量装置仅能对一般均质实心体以及含有内部与外部相通的内部轮廓的均质三维实体进行无损测量和轮廓重构，但对于含有复杂内部轮廓的实体，特别是内部轮廓与外部不相通的均质实体便无能为力。 

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种三维均质实体无损测量装置及方法，其搭建的机械非接触式测量平台，不仅具有设备简单、成本低、测量数据少、精度高的特点，而且被测三维实体不受形状限制、既可以测量三维实体复杂的几何形状、又不破坏实体。 

为解决上述问题，本发明是通过以下技术方案实现的： 

一种三维均质实体无损测量装置，主要由杠杆平衡系统、精密测力仪器L1、L2、L3和L4、装夹系统、精密运动系统及计算机组成；其中， 

杠杆平衡系统包括杠杆G1、杠杆G2、支撑平台Z1和4个自动配重系统P1、P2、P3和P4；杠杆G1的支点O₁和杠杆G2的支点O₂对称平衡地设置在相应的杠杆上；支撑平台Z1与上述杠杆G1和杠杆G2之间通过4个固定力接触点P、Q、H和E相连接；其中固定力接触点P和固定力接触点H位于杠杆G1上，且固定力接触点P与杠杆G1的支点O₁重叠；固定力接触点Q和固定力接触点E位于杠杆G2上，且固定力接触点Q与杠杆G2的支点O₂重叠；固定力接触点P和固定力接触点Q的连线与两杠杆G1和CD均垂直；固定力接触点H和固定力接触点E的连线也与两杠杆G1和CD均垂直；支撑平台Z1在系统中本身重力及力矩已知不变，并可以通过杠杆系统平衡掉；杠杆G1和杠杆G2的4个端点A、B、C和D上分别固定悬挂有一自动配重系统P1、P2、P3和P4； 

杠杆平衡系统的4个测重系统处各设有一精密测力仪器L1、L2、L3和L4，该精密测力仪器L1、L2、L3和L4的采集信号输出端均连接至计算机中； 

装夹系统包括包容立方体和旋转机构；包容立方体采用最小包容原则让被测实体C1装夹其中；旋转机构的控制端与计算机相连，旋转机构的动力端与包容立方体相连，旋转机构接收计算机指令控制包容立方体在不同测量方向上的精确换向和定位； 

精密运动系统的控制端与计算机相连，精密运动系统的动力输出端则与装夹系统相连，通过计算机指令控制包容有被测实体C1的装夹系统实现精密位移。 

上述方案中，所述杠杆G1和杠杆G2均为均质杠杆。 

上述方案中，所述杠杆G1和杠杆G2的4个端点A、B、C和D处各设有一限位器X1、X2、X3和X4。 

上述方案中，所述杠杆G1的支点O₁和杠杆G2的支点O₂均为空气轴支点或无摩擦支点。 

利用上述三维均质实体无损测量装置所实现的一种三维均质实体无损测量方法，包括如下步骤：