一種錐光全息三維掃描裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本實用新型屬于三維測量技術領域，更具體地，涉及一種錐光全息三維掃描裝置，該掃描裝置可以對待掃描物體進行基于錐光全息的四軸三維掃描，尤其適用于測量三維葉片。
【背景技術】
[0002]錐光全息測量系統，是一種共光路三維測量系統，其測量原理是利用晶體的雙折射效應產生路徑相同而傳播速度不同的兩束光，進而產生干涉來獲取被測物體的表面信息。這種共光路測量系統的優點在于抗干擾性好、穩定、高效率，及不受被測表面特性影響，還可以實現對傾斜表面甚至球面的測量。相比于激光三角法易受測量斜面的限制，錐光全息法的測量更加簡單化，且不需要補償手段。相比于一般全息法，錐光全息法的測量范圍大，且具有在使用相干性較差光源的情況下也可以產生全息圖的特點，因此，對光源的依賴性降低，具有很強的環境適應性。
[0003]隨著制造工業的迅速發展，產品形狀設計日益復雜，復雜曲面在工程領域中廣泛使用。其中變截面復雜曲面更是在航空發動機葉片，汽輪機葉片，船用螺旋槳槳葉中廣泛應用。這里葉片類零件在加工完成前需要進行檢測，以保證其加工的精度。例如航空鑄造葉片尺寸終檢需要對葉片復雜曲面進行測量，將特征參數與產品模型進行比對，對鑄造葉片進行評定。但是，這類零件其強扭曲、薄壁件、易變形、低損傷，造成加工檢測上的困難。傳統測量方式主要采用三坐標機對葉片表面逐點測量，測量數據量大、測量效率慢、數據處理慢，不能夠快速得到葉片特征尺寸，大大降低了生產效率。例如采用離線三坐標測量機檢測，即用三坐標機對葉片表面逐點測量，但這種方式測量數據量大、測量效率慢、數據處理慢，不能夠快速得到葉片特征尺寸，大大降低了生產效率。
[0004]對于一般的線激光測量法，雖然可以進行截面信息的獲取，但是其受物體表面的光潔度以及光環境的影響較大，只能在較暗的環境下測量表面漫反射的物體輪廓。而對于普通的離線三坐標機接觸式測量法，雖能得到較高精度的物體表面輪廓信息，但是檢測耗時較長，效率較低。
【實用新型內容】
[0005]針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本實用新型的目的在于提供一種錐光全息三維掃描裝置，其中通過對該掃描裝置的掃描方式、各個組件的設置方式(如距離參數的變化方法)等進行改進，與現有技術相比能夠有效解決現有線結構光測量設備對被測物體表面特性要求高，以及現有三坐標機等接觸式測量設備效率低下的問題，并且能夠對待掃描物體實施基于錐光全息的四軸三維測量，確保了測量精度，測量結果準確。
[0006]為實現上述目的，按照本實用新型的一個方面，提供了一種錐光全息三維掃描裝置，其特征在于，包括旋轉臺(107)、X軸平移臺(103)、Y軸平移臺(104)、Ζ軸平移臺(102)和激光位移傳感器(101)，其中，
[0007]所述旋轉臺(107)用于放置待掃描物體，并用于旋轉該待掃描物體；
[0008]所述X軸平移臺(103)用于使所述激光位移傳感器(101)沿X軸方向移動；
[0009]所述Y軸平移臺(104)用于使所述激光位移傳感器(101)沿Y軸方向移動；
[0010]所述Z軸平移臺(102)用于使所述激光位移傳感器(101)沿Z軸方向移動；
[0011]所述X軸方向、所述Y軸方向與所述Z軸方向三者相互垂直;所述X軸平移臺(103)、所述Y軸平移臺(104)和所述Z軸平移臺(102)三者相連接；
[0012]所述激光位移傳感器(101)基于錐光全息原理對所述待掃描物體進行三維掃描。
[0013]作為本實用新型的進一步優選，所述激光位移傳感器(101)位于承載臺(109)上，該承載臺(109)與所述X軸平移臺(103)、所述Y軸平移臺(104)或所述Z軸平移臺(102)相連。
[0014]作為本實用新型的進一步優選，所述Z軸平移臺(102)包括導向滑軌(110);所述承載臺(109)位于該導向滑軌(110)上，并沿該導向滑軌(110)移動。
[0015]作為本實用新型的進一步優選，所述X軸平移臺(103)包括兩條平行設置的導向滑軌(110)，所述Z軸平移臺(102)位于這兩條平行設置的導向滑軌(110)上，并沿這兩條平行設置的導向滑軌(110)移動。
[0016]作為本實用新型的進一步優選，所述Y軸平移臺(104)包括兩條平行設置的導向滑軌(110)，所述X軸平移臺(103)位于這兩條平行設置的導向滑軌(110)上，并沿這兩條平行設置的導向滑軌(110)移動。
[0017]作為本實用新型的進一步優選，所述待掃描物體為葉片(100)，該葉片(100)具有自轉旋轉軸;所述旋轉臺(107)具有旋轉臺旋轉軸，該旋轉臺(107)用于繞所述旋轉臺旋轉軸旋轉;所述葉片(100)的自轉旋轉軸的所在直線與所述旋轉臺旋轉軸的所在直線兩者重合或者相互平行。
[0018]作為本實用新型的進一步優選，所述葉片為航空發動機葉片、汽輪機葉片或船用螺旋槳槳葉。
[0019]作為本實用新型的進一步優選，所述旋轉臺(107)、所述X軸平移臺(103)、所述Y軸平移臺(104)、所述Z軸平移臺(102)和所述激光位移傳感器(101)均位于工作臺(105)上。
[0020]作為本實用新型的進一步優選，所述工作臺(105)底部還與底座(106)相連。
[0021]本實用新型中的激光位移傳感器是基于錐光偏振全息位移技術，利用晶體的雙折射效應產生路徑相同而傳播速度不同的兩束光，進而產生干涉來獲取被測物體的表面信息，通過其在Z軸平移臺上的上下移動確定截面位置，然后XY軸按照規劃軌跡進行聯動保持傳感器與葉片待測量點之間的距離在一定范圍內，并配合相對布置的所述電動旋轉臺上的葉片旋轉來掃描葉片截面，可以實現對葉片多個截面獲取測量點云。葉片可以具有不同截面形狀的葉片，例如航空發動機葉片、汽輪機葉片或船用螺旋槳槳葉等。
[0022]本實用新型中的旋轉臺(如電動旋轉臺等)，其安裝在所述工作臺表面上，用于放置待檢測的葉片，該電動旋轉臺可被控制而在所述工作臺上自轉(即該旋轉臺具有旋轉臺旋轉軸，該旋轉臺可繞該旋轉臺旋轉軸)，從而可帶動位于該旋轉臺上的葉片隨電動旋轉臺的轉動而轉動。通過例如將葉片的自轉軸豎直置于電動旋轉臺上，可以使葉片的自轉軸與旋轉臺旋轉軸兩者同軸或平行。
[0023]X軸平移臺、Y軸平移臺和Z軸平移臺，它們安裝在所述工作臺表面上并與旋轉臺間隔一定距離，并分別在X軸、Y軸、Z軸方向設置有導向滑軌和支撐板。X軸平移臺優選采用雙導軌底部安裝，單邊驅動;Y軸平移臺優選采用雙導軌單邊驅動;Z軸平移臺優選采用懸臂式安裝，并有肋板進行穩固。激光位移傳感器采用Z軸側邊安裝，可以全部放置于平移臺內，起到保護鏡頭以及方便接線的作用。另外，通過設置控制器的方式，可以使控制器控制平移臺上的激光位移傳感器的移動、旋轉臺的旋轉以及兩者之間的協調。激光位移傳感器通過X軸、Y軸、Z軸平移臺可使該激光位移傳感器相對工作臺面在空間任意移動，通過在工作臺面的XYZ三軸方向移動并配合相對布置的所述電動旋轉臺上的葉片的旋轉，可實現對所述葉片的軸向上下以及兩表面的多點掃描成像，進而實現對葉片的精確快速掃描測量。
[0024]本實用新型中，能夠完成至少四個自由度的測量運動，包括XYZ軸平移臺的平動(Z軸調整葉片截面測量位置，XY軸確定掃描路徑)以及轉動(測量葉片不同角度各個方向上的輪廓數據)，從而獲得多個點的數據，一次準確獲得葉片的測量數據。
[0025]總體而言，通過本實用新型所構思的以上技術方案與現有技術相比，具有以下有益效果:
[0026]I)本實用新型克服傳統測量系統無法實現速度和精度同時滿足需要的缺陷，利用相隔一定距離并四自由度布置的葉片與傳感器的方式，實現快速多點的測量，可實現快速和高精度的測量。
[0027]2)本實用新型的測量傳感器采用非接觸式激光位移傳感器，采用錐光偏振全息技術，可以克服普通線激光傳感器對被測物體表面情況以及環境光情況要求較高的問題。
[0028]3)本實用新型結構靈活，能夠很好地完成各種規劃測量軌跡，操作簡單，測量效率高，通用性強，可進行二次開發。
[0029]本實用新型實現自動化的葉片檢測，工作效率高，測量精度高，大大提高葉片類零件檢測效率。
【附圖說明】
[0030]圖1是本實用新型中四軸三維測量系統的整體結構示意圖；
[0031]圖2是本實用新型中四軸三維測量系統的主視結構圖；
[0032]圖3是本實用新型中的四軸三維測量系統中安裝在工作臺上的三軸平移臺和精密型電動旋轉臺的結構示意圖；
[0033]圖4為利用本實用新型中的四軸三維測量系統進行葉片檢測的流程示意圖。
[0034]圖中各附圖標記的含義如下:100為葉片，101為激光位移傳感器(如非接觸式激光位移傳感器)，102為Z軸平移臺，103為X軸平移臺，104為Y軸平移臺，105為工作臺，106為底座，107為精密型電動旋轉臺，108為計算機，109為承載臺，110為導向滑軌。
【具體實施方式】
[0035]為了使本實用新型的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本實用新型進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本實用新型，并不用于限定本實用新型。此外，下面所描述的本實用新型各個實施方式中所涉及到的技術特征只要彼此之間未構成沖突就可以相互組合。
[0036]實施例1
[0037]如圖1所示，本實用新型中基于錐光全息技術的四軸三維掃描裝置，包括底座106，工作臺105，安裝在工作臺105上的精密型電動旋轉臺107，X軸平移臺103，Y軸平移臺104，Z軸平移臺102，導向滑軌110，計算機108，以及安裝在Z軸平移臺107的承載臺109上的非接觸式激光位移傳感器1I和安裝在精密型電動旋轉臺107上的待測葉片100。
[0038]工作臺105設置在底座106上部，工作臺105上部為操作空間。電動旋轉臺107和X軸電動平移103，Y軸平移臺104，Z軸平移臺102均設置在工作臺105上。
[0039]具體地，待檢測的葉片100置于電動旋轉臺107上，其可隨電動旋轉臺107的自轉而旋轉，優選是沿軸向豎直置于電動旋轉臺107上，以使兩者軸線同軸或平行。
[0040]錐光全息測量傳感器(即，激光位移傳感器101)設置在Z軸平移臺102的承載臺109上，其中該電動平移臺與電動旋轉臺107相隔一定距離布置，在X軸平移臺103上采用懸臂式安裝。該電動平移臺在豎直方向設置有導向滑軌110，測量傳感器101設置在該導向滑軌110的承載臺109上并可相對該滑軌移動，從而實現相對工作臺面的上下移動，以用于調整對相對布置的葉片100的掃描截面位置。X軸平移臺103采用雙導軌110底部安裝，整個Z軸平移臺102上的承載臺109可以承載著測量傳感器101在X軸導向滑軌110上相對滑軌移動，從而實現相對X軸的移動。Y軸平移臺104采用雙導軌底部安裝，整個X軸平移臺103、Z軸平移臺102以及測量傳感器101可以在Y軸導向滑軌110上相對滑軌移動，從而實現相對Y軸的移動。三軸組合可以實現對葉片的多種掃描方式。
[0041]如圖4所示，利用本實施例的掃描裝置進行測量的一個優選的過程為:
[0042]將葉片100葉盆面向傳感器101安裝在精密型電動旋轉臺107上，接通測量傳感器1I電源，通過計算機對傳感器101進行標定校準。
[0043]之后通過計算機108進行控制測量，例如可以選擇手動或者自動測量方式，控制傳感器101移動距離參數。在Z軸直線電機的帶動下，傳感器在Z軸平移臺102上進行上下平動，確定測量截面位置，然后XY軸聯動，保持傳感器101與葉片100測量點的距離在一定范圍內。按照固定頻率同時獲取光柵尺讀數與測頭坐標，對被測葉片100的截面進行連續測量采集，將采集到的光點圖像送入計算機108中進行實時處理得到三維點云輸出顯示。隨后控制精密型電動旋轉臺107旋轉180°，使測量葉片100的葉背對傳感器101，按上述方式重復測量。對各參數實時處理，即可得到物體表面輪廓數據，還可以生成檢測報告。
[0044]本實施例中，可以測量葉片的5?8個截面，得到的葉片輪廓度誤差，包括葉盆、葉背、前緣、后緣、最大厚度、扭轉角度等特征參數與設計模型匹配所得誤差值，還可以設置在測量的同時實時生成檢測報告，顯示各個檢測指標誤差值，根據預設要求判定被測葉片是否合格。
[0045]本實用新型中，工作臺上包括高精密型三軸電動平移臺和一個精密型電動旋轉臺，系統運動控制包括兩大步分:傳感器的三軸平動和葉片的轉動。由于點激光測量傳感器本身只能夠測量單個點，并不能得到被測物體的三維形貌，要完成測量就必須借助工作臺，在精確控制下移動測量物體，完成多截面的測量，進而完成整體三維形貌測量。工作臺還包括與之配套的運動控制系統，完成對平臺的精確控制，同時確定實時運動參數，供測量系統進行三維建模。
[0046]本領域的技術人員容易理解，以上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已，并不用以限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本實用新型的保護范圍之內。
【主權項】
1.一種錐光全息三維掃描裝置，其特征在于，包括旋轉臺(107)、X軸平移臺(103 )、Y軸平移臺(104 )、Z軸平移臺(102)和激光位移傳感器(1I )，其中， 所述旋轉臺(107)用于放置待掃描物體，并用于旋轉該待掃描物體； 所述X軸平移臺(103)用于使所述激光位移傳感器(101)沿X軸方向移動； 所述Y軸平移臺(104)用于使所述激光位移傳感器(101)沿Y軸方向移動； 所述Z軸平移臺(102)用于使所述激光位移傳感器(101)沿Z軸方向移動； 所述X軸方向、所述Y軸方向與所述Z軸方向三者相互垂直;所述X軸平移臺(103)、所述Y軸平移臺(104)和所述Z軸平移臺(102)三者相連接； 所述激光位移傳感器(101)基于錐光全息原理對所述待掃描物體進行三維掃描。2.如權利要求1所述錐光全息三維掃描裝置，其特征在于，所述激光位移傳感器(101)位于承載臺(109)上，該承載臺(109)與所述X軸平移臺(103)、所述Y軸平移臺(104)或所述Z軸平移臺(102)相連。3.如權利要求2所述錐光全息三維掃描裝置，其特征在于，所述Z軸平移臺(102)包括導向滑軌(110);所述承載臺(109)位于該導向滑軌(110)上，并沿該導向滑軌(110)移動。4.如權利要求1所述錐光全息三維掃描裝置，其特征在于，所述X軸平移臺(103)包括兩條平行設置的導向滑軌(110)，所述Z軸平移臺(102)位于這兩條平行設置的導向滑軌(110)上，并沿這兩條平行設置的導向滑軌(110)移動。5.如權利要求1所述錐光全息三維掃描裝置，其特征在于，所述Y軸平移臺(104)包括兩條平行設置的導向滑軌(110)，所述X軸平移臺(103)位于這兩條平行設置的導向滑軌(110)上，并沿這兩條平行設置的導向滑軌(110)移動。6.如權利要求1所述錐光全息三維掃描裝置，其特征在于，所述待掃描物體為葉片(100 )，該葉片(100)具有自轉旋轉軸;所述旋轉臺(107)具有旋轉臺旋轉軸，該旋轉臺(107)用于繞所述旋轉臺旋轉軸旋轉;所述葉片(100)的自轉旋轉軸的所在直線與所述旋轉臺旋轉軸的所在直線兩者重合或者相互平行。7.如權利要求6所述錐光全息三維掃描裝置，其特征在于，所述葉片(100)為航空發動機葉片、汽輪機葉片或船用螺旋槳槳葉。8.如權利要求1所述錐光全息三維掃描裝置，其特征在于，所述旋轉臺(107)、所述X軸平移臺(103)、所述Y軸平移臺(104)、所述Z軸平移臺(102)和所述激光位移傳感器(101)均位于工作臺(105)上。9.如權利要求8所述錐光全息三維掃描裝置，其特征在于，所述工作臺(105)底部還與底座(106)相連。
【專利摘要】本實用新型公開了一種錐光全息三維掃描裝置，包括旋轉臺、X軸平移臺、Y軸平移臺、Z軸平移臺和激光位移傳感器，其中，旋轉臺用于放置待掃描物體，并用于旋轉該待掃描物體；X軸平移臺用于使激光位移傳感器沿X軸方向移動；Y軸平移臺用于使激光位移傳感器沿Y軸方向移動；Z軸平移臺用于使激光位移傳感器沿Z軸方向移動；X軸方向、Y軸方向與Z軸方向三者相互垂直；X軸平移臺、Y軸平移臺和Z軸平移臺三者相連接；激光位移傳感器基于錐光全息原理對待掃描物體進行三維掃描。本實用新型中的錐光全息三維掃描裝置，可以對待掃描物體實施基于錐光全息的四軸三維測量，確保了測量精度，測量結果準確。
【IPC分類】G01B11/24
【公開號】CN205383997
【申請號】CN201620058415
【發明人】李文龍, 馬千里, 謝核, 王建莊
【申請人】華中科技大學
【公開日】2016年7月13日
【申請日】2016年1月21日