[发明专利]一种非接触式物体三维轮廓光学检测装置及检测方法

权利要求书

1.一种非接触式物体三维轮廓光学检测方法，其特征在于，所述方法包括：

S1.设计加工仿形探头支架；根据待测件的形貌特征，设计与待测件外形轮廓相同或者近似形状的仿形探头支架框架，并根据检测指标要求，设计光纤探头的分布，优化仿形探头支架结构；

S2.根据设计结果，安装光纤探头，保证光纤探头出射光线与待测件表面垂直，并将光纤探头与频域干涉测距仪进行连接，频域干涉测距仪与计算机连接，搭建非接触式物体三维轮廓光学检测装置；

所述装置包括：频域干涉测距仪、计算机、仿形探头支架、光纤探头和安装平台；所述频域干涉测距仪与计算机连接，所述仿形探头支架位于待测件外围并包围待测件，所述光纤探头有多个，安装在仿形探头支架上，且光纤探头不与待测件表面接触，所述频域干涉测距仪通过光纤束与多个光纤探头与连接，所述安装平台用于固定待测件；

S3.对上述光纤探头进行射线方程参数标定，所述射线方程参数为光纤探头起点坐标(X₀，Y₀，Z₀)，以及描述光纤探头出射光线的几何射线方向向量(a，b，c)；

S4.选择标准件，利用三坐标测量机验证标定的光纤探头射线方程参数以及步骤S2中搭建的非接触式的物体三维轮廓光学检测装置的精度；

S5.将待测件固定在安装平台或者精密旋转平台上，启动频域干涉测距仪测量各个光纤探头到待测件表面交点的距离；

S6.将测量的距离进行坐标化处理，根据各个光纤探头的射线方程参数，结合相应的光纤探头获取的距离数据，计算每个光纤探头对应的待测件表面轮廓点的三维坐标值；

S7.进行数据拟合处理，根据获取的待测件表面轮廓三坐标点集，结合待测件空间几何特征对应的数学模型，通过拟合计算给出待测件的三维轮廓数据，完成轮廓检测。

2.根据权利要求1所述的非接触式物体三维轮廓光学检测方法，其特征在于，所述步骤S1优化仿形探头支架需保证光纤探头其最优工作条件为光纤探头工作距离与光纤探头的焦距相同。

3.根据权利要求1所述的非接触式物体三维轮廓光学检测方法，其特征在于，所述步骤S1中光纤探头分布的设计包括：光纤探头的数量、安装位置及安装角度的设计；所述光纤探头的数量大于待测件特征尺寸拟合和轮廓度计算所需的最小数目，所述安装位置由待测件需要测量的部位确定，所述安装角度需保证光纤探头出射光线与待测件表面垂直。

4.根据权利要求1所述的非接触式物体三维轮廓光学检测方法，其特征在于，所述步骤S4中验证非接触式物体三维轮廓光学检测装置精度的具体方法为：采用高精度三坐标测量机和非接触式物体三维轮廓光学检测装置同时对标准件进行检测，最后以高精度三坐标测量机的检测结果作为基准，对比非接触式的物体三维轮廓光学检测装置的检测结果，给出其检测精度。

5.根据权利要求1所述的非接触式物体三维轮廓光学检测方法，其特征在于，所述步骤S4中的三坐标测量机经过具有国家计量资质的单位检定，所述标准件包括但不限于高精度标准外径环规、标准球。

6.根据权利要求1所述的非接触式物体三维轮廓光学检测方法，其特征在于，所述频域干涉测距仪为多通道频域干涉测距仪，其工作量程为200mm，测距精度＜2μm，通道数≥32个，检测速度＜2s/通道。

7.根据权利要求1所述的非接触式物体三维轮廓光学检测方法，其特征在于，所述光纤探头波长为1550nm，端面回光为30dB，焦距范围为10mm～200mm，焦点光斑＜200μm。

8.根据权利要求1所述的非接触式物体三维轮廓光学检测方法，其特征在于，所述仿形探头支架的材料选择热膨胀系数1×10^-5℃^-1、抗拉强度500MPa，且能够加工成型材料。