[发明专利]一种可变量程的激光三角法位移测量装置与方法

说明书

技术领域

本发明属于基于光学的位移测量技术领域，涉及一种基于激光三角法的位移测量装置与方法，尤其涉及一种可变量程的激光三角法位移测量装置与方法。

背景技术

激光位移传感器是一种基于光学理论的非接触式位移测量系统，按测量原理分为三角法激光位移传感器和回波分析式激光位移传感器。其中三角法激光位移传感器一般适用于短距离测量，而回波分析式激光位移传感器应用于远距离测量。三角法激光位移传感器主要由光源(激光束)、准直透镜、聚焦透镜和感光位置敏感元件(如PSD、CCD、CMOS)组成。与接触式位移传感器相比，三角法激光位移传感器具有响应速度快，测量精度较高，成本相对低廉等优点。

三角法激光位移传感器制造完成后，其测量范围和测量精度都已确定，开展测量工作时测量范围与测量精度将作为固定的参数使用。由于测量原理的限制，三角法激光位移传感器的测量精度随着量程的增大而降低，所以对于不同的测量任务需要选择合适的激光位移传感器，以同时满足测量精度与测量范围的要求。

目前的三角法激光位移传感器的主要不足是量程与精度之间的矛盾。当被测对象的形貌复杂且测量精度要求较高时，若选用大量程的传感器，则测量精度可能不满足要求；若选用高精度的传感器，则传感器的量程很小，测量过程中测量对象很容易偏离传感器的测量范围，从而中断测量过程。

用三角法激光位移传感器进行测量时，为了防止因量程偏离而导致的测量中断，目前一般使用二次测量法：先用大量程、低精度的传感器对测量对象进行一次扫描；然后以一次测量获得的数据为基础，规划测量路径，引导小量程、高精度的传感器进行二次测量，以二次测量数据作为最后的测量结果。

二次测量法在一定程度上解决了使用三角法激光位移传感器时量程与精度之间的矛盾，但二次测量至少需要两个传感器，测量成本较高。此外，二次测量需要切换传感器，切换后需要对传感器的位姿、坐标系进行标定，增加了额外的测量时间。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种可变量程的激光三角法位移测量装置与测量方法。该测量装置集成了两组位移测量模块，其中一组用于实际尺寸测量，量程较小，为实际测量模块；另一组用于辅助略测量，量程较大，为辅助测量模块。通过改变光敏传感器的位置，改变辅助测量系统的量程，以适应实际测量对不同量程的需求。执行测量任务时，当被测对象偏离了实际测量模块的测量范围时，由协助测量的辅助测量模块给出测量对象的位置，然后引导测量平台运动，使被测对象重新回到实际测量模块的量程内，继续进行下一步测量，从而实现对复杂零件快速、高精度的非接触式测量。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

本发明一种可变量程的激光三角法位移测量装置，包括准直激光发射器、底座、辅助测量模块与实际测量模块；所述的辅助测量模块包括辅助测量聚焦透镜和辅助测量位置敏感元件；所述的实际测量模块包括实际测量位置敏感元件和实际测量聚焦透镜；所述的准直激光发射器固定在准直激光发射器安装座上，准直激光发射器安装座固定在底座上；辅助测量位置敏感元件安插在辅助测量模块安装座上，实际测量位置敏感元件安插在实际测量位置敏元件安装座上；实际测量位置敏元件安装座固定在底座上；辅助测量模块安装座底部与导轨构成滚动摩擦副；所述的导轨固定在底座上；所述的辅助测量聚焦透镜安装在辅助测量模块安装座上，实际测量聚焦透镜安装在实际测量聚焦透镜安装座上；实际测量聚焦透镜安装座固定在底座上；实际测量位置敏感元件的垂直中心轴线、辅助测量位置敏感元件的垂直中心轴线、准直激光发射器的激光束、实际测量聚焦透镜的成像光轴以及辅助测量聚焦透镜的成像光轴均在平行于底座的同一平面上；实际测量位置敏感元件的垂直中心轴线与实际测量聚焦透镜的成像光轴平行设置，辅助测量位置敏感元件的垂直中心轴线与辅助测量聚焦透镜的成像光轴平行设置；实际测量聚焦透镜和辅助测量聚焦透镜的成像光轴均与准直激光发射器的激光束成一夹角。

所述的辅助测量模块安装座底部开设的滚珠槽通过弹簧连接滚珠，滚珠与导轨的V型槽构成滚动副；弹簧设有预压力；V型槽底部开设等距排布的若干弧形槽。

所述的底座设有与三坐标测量机连接的圆柱插销。

本发明可变量程的激光三角法位移测量装置的位移测量方法，具体如下：

步骤一、将底座的圆柱插销插入三坐标测量机Z轴上，拧紧夹紧螺栓，完成在三坐标测量机上的安装。

步骤二、将被测物放在三坐标测量机平台的测量区内，根据被测物形状尺寸，调整辅助测量位置敏感元件的量程，即沿着导轨移动辅助测量模块安装座，并保证滚珠置于弧形槽中完成定位。