一种激光曲面测量仪及其测量方法与流程

一种激光曲面测量仪及其测量方法
1.技术领域：本发明属于曲面测量领域，具体涉及一种激光曲面测量仪及其测量方法。
2.

背景技术：
激光测量是以激光发生器作为光源进行距离测量的一种新型技术，有着高精度、高适应性等特征。近年来，激光测量技术已被大量应用于工业测控、矿山、港口、海上风电等领域。
3.引用公布号为cn110887465a的发明公开了一种多用途激光测量仪，其主要特征在于能够用于测量待测平面水平情况以及测量目标点之间的距离，其能够根据人为的输入要求，自动计算和调节光学反光镜所需要旋转的角度。但是其也有着一定的不足之处，例如只能实现单点的激光测量功能，而不能对目标平面进行一维、二维或三维曲面的扫描。在一些特定工作场景下需要人为手动调节激光测量仪的安装位置及反光镜角度等，操作较为不方便。
4.引用公布号为cn110109135a的发明公开了一种手持式激光测量仪，用于对轨道车辆转向架装配精度的测量。其中，该发明在进行测量工作的时候需要将测量仪的贴靠面贴合在待测平面上，虽然大大简化了传统转向架装配精度的测量难度，但是贴合面的选择以及采用人工测量的方式都会影响该测量仪所测得结果的精确性，仅仅可实现二维曲面的扫描，无法实现三维曲面的扫描。
5.上述两激光测量仪以及目前激光测量仪在曲面测量方面存在一定局限性，无法实现三维曲面即异型工件的曲面测量，因此，亟需要提出一种激光曲面测量仪，来满足目前异型工件的曲面测量需求。
6.

技术实现要素：
本发明的目的是为了克服以上的不足，提供一种激光曲面测量仪及其测量方法，满足对异型工件的曲面测量需求，大大提高测量精度。
7.本发明的目的通过以下技术方案来实现：一种激光曲面测量仪，包括防尘壳体，防尘壳体内具有测量主体以及驱动测量主体水平旋转的驱动旋转结构；测量主体包括与驱动旋转结构固定连接的主体架以及置于主体架内的内置式激光传感器，防尘壳体内还固定连接有支撑板，支撑板上具有第一接触开关与第二接触开关，主体架的两侧端随着驱动旋转结构的旋转驱动而与对应的第一接触开关、第二接触开关接触，从而实现主体架以及内置式激光传感器的往复式旋转限位，第一接触开关与第二接触开关用于限制内置式激光传感器的水平旋转行程；主体架包括与驱动旋转结构固定连接的下固定板以及置于下固定板正上方的上固定板，内置式激光传感器可上下仰俯调节地设置在空腔内，上固定板与下固定板之间具有两个支撑块，两个支撑块分别置于内置式激光传感器的左右两侧，一支撑块上固定连接有第一减速电机，第一减速电机的驱动端与内置式激光传感器的一侧端固定连接，另一支撑块与内置式激光传感器的另一端之间具有横向设置的连接轴，连接轴的一端与内置式激光传感器固定连接，所述连接轴的另一端与支撑块通过轴承实现可转动连接，内置式激光
传感器在两支撑块之间实现横向限位，内置式激光传感器的下端与下固定板之间具有限位组件，内置式激光传感器在第一减速电机的驱动而上下仰俯调节并在限位组件作用下实现纵向限位，限位组件包括置于下固定板上的限位座以及置于内置式激光传感器下端的凸出钢球，凸出钢球嵌设在限位座内，限位座内具有容凸出钢球嵌设的钢球槽，钢球槽呈前后圆弧状分布，钢球槽内的一侧端具有第三接触开关，钢球槽的另一侧端具有第四接触开关，第三接触开关与第四接触开关用于限制内置式激光传感器的仰俯角行程。
8.本发明的进一步改进在于：上固定板与下固定板之间通过多个双头螺柱实现固定连接，上固定板与下固定板之间形成具有容内置式激光传感器嵌入的空腔。
9.本发明的进一步改进在于：驱动旋转结构包括置于防尘壳体内的第二减速电机以及与第二减速电机连接的转盘，第二减速电机驱动转盘绕其轴心进行旋转运动，转盘与下固定板固定连接。
10.本发明的进一步改进在于：内置式激光传感器包括激光发射单元、激光接收单元以及信号处理单元。
11.本发明的进一步改进在于：防尘壳体包括前防尘外壳、后防尘外壳、上防尘盖以及下承载板，前防尘外壳、后防尘外壳、上防尘盖以及下承载板连接形成圆柱状结构。
12.本发明的进一步改进在于：上防尘盖与下承载板之间两侧位置均具有竖向设置的支撑柱，上防尘盖、下承载板与支撑柱连接处通过螺栓固定。
13.本发明的进一步改进在于：上防尘盖与下承载板上均具有容支撑柱的端部垂直嵌入的槽口。
14.本发明的进一步改进在于：前防尘外壳与后防尘外壳分别置于两支撑柱之间并通过螺栓固定形成柱状结构。
15.本发明的进一步改进在于：上防尘盖与下承载板靠近支撑柱的一侧边缘具有卡槽，卡槽的延伸方向与上防尘盖以及下承载板的延伸方向一致，前防尘外壳与后防尘外壳的上下端与卡槽嵌合。
16.一种激光曲面测量仪的测量方法，具体步骤包括：s1、将激光曲面测量仪定位，此时内置式激光传感器水平复位至最低旋转行程，仰俯角度为0
°
，水平方向设定n个目标点；s2、在第一个目标点处，第一减速电机启动并驱动内置式激光传感器在仰俯角方向进行激光循环扫描，测得第一个目标点在纵向位置的空间信息，第一个目标点测量结束后，第一减速电机复位使内置式激光传感器的仰俯角度为0
°
；s3、第二减速电机驱动转盘向第二个目标点移动，位移过程中内置式激光传感器对曲面上水平位置进行激光扫描，直至位于第二个目标点处时，第二减速电机停止驱动，第一减速电机启动并驱动内置式激光传感器在仰俯角方向进行激光循环扫描，从而测得第二个目标点在纵向位置的空间信息，第二个目标点测量结束后，第一减速电机复位使内置式激光传感器的仰俯角度为0
°
；s4、依次测量后续目标点，直至完成水平方向第一次n个目标点的测量，此时第二减速电机反向驱动转盘运动，完成第二次n个目标点的测量，从而实现对曲面水平方向以及纵向方向的激光循环扫描，测得目标点与内置式激光传感器的空间距离，通过对得到的空间距离信息进行算解，从而得到目标物体的三维曲面信息。
17.本发明与现有技术相比具有以下优点：1、本发明通过内置式激光传感器与驱动旋转结构相结合，实现激光传感器的自动旋转扫描测量功能，并通过在极限位置设置第一接触开关与第二接触开关来对内置式激光传感器的旋转角度进行限位，通过激光循环扫描的方式，测得目标点与内置式激光传感器的空间距离，然后通过对得到的空间距离信息进行算解，从而得到目标物体的曲面信息。
18.2、本发明的内置式激光传感器实现水平方向旋转的同时，还可以实现上下仰俯摆动，对异型曲面的多个目标点分别进行水平方向扫描以及纵向方向扫描，从而得到异型曲面的三维曲面信息，满足对异型工件的曲面测量需求，大大提高测量精度。
19.3、在内置式激光传感器的下端与下固定板之间通过限位组件实现滑动式连接，使得内置式激光传感器下端的凸出钢球限位在下固定板的限位座内，内置式激光传感器在第一减速电机的驱动下凸出钢球在限位座内滑动，并通过第三接触开关与第四接触开关对内置式激光传感器的仰俯调节角度进行限位，最主要的是，凸出钢球限位在限位座内，避免内置式激光传感器在仰俯调节过程中发生微小偏位而影响测量精度，第一减速电机启动并带动内置式激光传感器作仰俯摆动，此时内置式激光传感器的连接轴在对应的支撑块内通过轴承可转动设置从而实现轴向限位，与限位组件对内置式激光传感器的配合限位，进一步保证了内置式激光传感器的测量精度。
20.4、本发明采用特制结构的防尘壳体，既实现对测量主体以及驱动旋转结构的良好承载性，又保证了良好的防尘效果，对内置式激光传感器进行保护，有效隔绝外界灰尘及异物。
21.附图说明：图1为本发明一种激光曲面测量仪的第一种实施例的内部结构示意图。
22.图2为本发明一种激光曲面测量仪的外部结构示意图。
23.图3为本发明一种激光曲面测量仪的第一种实施例的测量主体的结构示意图。
24.图4为本发明一种激光曲面测量仪的第二种实施例的内部结构示意图。
25.图5为图4中限位组件的放大示意图。
26.图6为图5中a
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a向结构剖视图。
27.图中标号：1
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防尘壳体、2
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测量主体、3
‑
驱动旋转结构；11
‑
前防尘外壳、12
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后防尘外壳、13
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上防尘盖、14
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下承载板、15
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支撑柱、16
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槽口；21
‑
主体架、22
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内置式激光传感器、23
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支撑板、24
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第一接触开关、25
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第二接触开关、26
‑
支撑块、27
‑
第一减速电机、28
‑
连接轴、29
‑
限位组件、210
‑
轴承、211
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下固定板、212
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上固定板、213
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双头螺柱、214
‑
空腔；221
‑
激光发射单元、222
‑
激光接收单元；31
‑
第二减速电机、32
‑
转盘。
28.具体实施方式：为了加深对本发明的理解，下面将结合实施例和附图对本发明作进一步详述，该实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明保护范围的限定。
29.在本发明的描述中，需要理解的是，术语指示方位或位置关系，如为基于附图所示
的方位或位置关系，仅为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的结构或单元必须具有特定的方位，因此不能理解为对本发明的限制。
30.在本发明中，除另有明确规定和限定，如有
ꢀ“
连接”“设有”“具有”等术语应作广义去理解，例如可以是固定连接，可以是拆卸式连接，或一体式连接，可以说机械连接，也可以是直接相连，可以通过中间媒介相连，对于本领域技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的基本含义。
31.如图1至图3示出了本发明一种激光曲面测量仪的第一种实施方式，包括防尘壳体1，防尘壳体1内具有测量主体2以及驱动测量主体2水平旋转的驱动旋转结构3；测量主体2包括与驱动旋转结构3固定连接的主体架21以及置于主体架21内的内置式激光传感器22，防尘壳体1内还固定连接有支撑板23，支撑板23上具有第一接触开关24与第二接触开关25，主体架21的两侧端随着驱动旋转结构3的旋转驱动而与对应的第一接触开关24、第二接触开关25接触，从而实现主体架21以及内置式激光传感器22的往复式旋转限位，第一接触开关24与第二接触开关25用于限制内置式激光传感器22的水平旋转行程。
32.本发明通过内置式激光传感器22与驱动旋转结构3相结合，实现内置式激光传感器22的自动旋转扫描测量功能，并通过在极限位置设置第一接触开关24与第二接触开关25来对内置式激光传感器22的旋转角度进行限位，通过激光循环扫描的方式，测得目标点与内置式激光传感器22的空间距离，然后通过对得到的空间距离信息进行算解，从而得到目标物体的曲面信息。
33.进一步的，主体架21包括与驱动旋转结构3固定连接的下固定板211以及置于下固定板211正上方的上固定板212，上固定板212与下固定板211之间通过多个双头螺柱213实现固定连接，上固定板212与下固定板211之间形成具有容内置式激光传感器22嵌入的空腔214。
34.如图4示出了本发明一种激光曲面测量仪的第二种实施方式，内置式激光传感器22可上下仰俯调节地设置在空腔214内。
35.进一步的，上固定板212与下固定板211之间具有两个支撑块26，两个支撑块26分别置于内置式激光传感器22的左右两侧，一支撑块26上固定连接有第一减速电机27，第一减速电机27的驱动端与内置式激光传感器22的一侧端固定连接，另一支撑块26与内置式激光传感器22的另一端之间具有横向设置的连接轴28，连接轴28的一端与内置式激光传感器22固定连接，连接轴28的另一端与支撑块26通过轴承210实现可转动连接，内置式激光传感器22在两支撑块26之间实现横向限位。
36.进一步的，内置式激光传感器22的下端与下固定板211之间具有限位组件29，内置式激光传感器22在第一减速电机27的驱动而上下仰俯调节并在限位组件29作用下实现纵向限位。
37.本发明的内置式激光传感器22实现水平方向旋转的同时，还可以实现上下仰俯摆动，对异型曲面的多个目标点分别进行水平方向扫描以及纵向方向扫描，从而得到异型曲面的三维曲面信息，满足对异型工件的曲面测量需求，大大提高测量精度。
38.进一步的，如图5、图6所示，限位组件29包括置于下固定板211上的限位座291以及置于内置式激光传感器22下端的凸出钢球292，凸出钢球292嵌设在限位座291内，限位座
291内具有容凸出钢球292嵌设的钢球槽293。
39.进一步的，钢球槽293呈前后圆弧状分布。
40.进一步的，钢球槽293内的一侧端具有第三接触开关294，钢球槽293的另一侧端具有第四接触开关295，第三接触开关294与第四接触开关295用于限制内置式激光传感器22的仰俯角行程。
41.在内置式激光传感器22的下端与下固定板211之间通过限位组件29实现滑动式连接，使得内置式激光传感器22下端的凸出钢球292限位在下固定板211的限位座291内，内置式激光传感器22在第一减速电机27的驱动下凸出钢球292在限位座291内滑动，并通过第三接触开关294与第四接触开关295对内置式激光传感器22的仰俯调节角度进行限位，最主要的是，凸出钢球292限位在限位座291内，避免内置式激光传感器22在仰俯调节过程中发生微小偏位而影响测量精度，第一减速电机27启动并带动内置式激光传感器22作仰俯摆动，此时内置式激光传感器22的连接轴28在对应的支撑块26内通过轴承210可转动设置从而实现轴向限位，与限位组件29对内置式激光传感器22的配合限位，进一步保证了内置式激光传感器22的测量精度。
42.进一步的，驱动旋转结构3包括置于防尘壳体1内的第二减速电机31以及与第二减速电机31连接的转盘32，第二减速电机31驱动转盘32绕其轴心进行旋转运动，转盘32与下固定板211固定连接。
43.进一步的，内置式激光传感器22包括激光发射单元221、激光接收单元222以及信号处理单元。
44.进一步的，防尘壳体1包括前防尘外壳11、后防尘外壳12、上防尘盖13以及下承载板14，前防尘外壳11、后防尘外壳12、上防尘盖13以及下承载板14连接形成圆柱状结构。
45.进一步的，上防尘盖13与下承载板14之间两侧位置均具有竖向设置的支撑柱15，上防尘盖13、下承载板14与支撑柱15连接处通过螺栓固定。
46.进一步的，上防尘盖13与下承载板14上均具有容支撑柱15的端部垂直嵌入的槽口16。
47.进一步的，前防尘外壳11与后防尘外壳12分别置于两支撑柱15之间并通过螺栓固定形成柱状结构。
48.进一步的，上防尘盖13与下承载板14靠近支撑柱15的一侧边缘具有卡槽，卡槽的延伸方向与上防尘盖13以及下承载板14的延伸方向一致，前防尘外壳11与后防尘外壳12的上下端与卡槽嵌合。
49.本发明采用特制结构的防尘壳体1，既实现对测量主体2以及驱动旋转结构3的良好承载性，又保证了良好的防尘效果，对内置式激光传感器22进行保护，有效隔绝外界灰尘及异物。
50.一种激光曲面测量仪的测量方法，具体步骤包括：s1、将激光曲面测量仪定位，此时内置式激光传感器22水平复位至最低旋转行程，仰俯角度为0
°
，水平方向设定n个目标点；s2、在第一个目标点处，第一减速电机27启动并驱动内置式激光传感器22在仰俯角方向进行激光循环扫描，测得第一个目标点在纵向位置的空间信息，第一个目标点测量结束后，第一减速电机27复位使内置式激光传感器22的仰俯角度为0
°
；
s3、第二减速电机31驱动转盘向第二个目标点移动，位移过程中内置式激光传感器22对曲面上水平位置进行激光扫描，直至位于第二个目标点处时，第二减速电机31停止驱动，第一减速电机27启动并驱动内置式激光传感器22在仰俯角方向进行激光循环扫描，从而测得第二个目标点在纵向位置的空间信息，第二个目标点测量结束后，第一减速电机27复位使内置式激光传感器22的仰俯角度为0
°
；s4、依次测量后续目标点，直至完成水平方向第一次n个目标点的测量，此时第二减速电机31反向驱动转盘32运动，完成第二次n个目标点的测量，从而实现对曲面水平方向以及纵向方向的激光循环扫描，测得目标点与内置式激光传感器22的空间距离，通过对得到的空间距离信息进行算解，从而得到目标物体的三维曲面信息。
51.本发明在对异型曲面通过激光曲面测量仪进行测量，在每个目标点处均通过仰俯调节来实现纵向方向的曲面扫描，而内置式激光传感器22的在随着第二减速电机31的转动实现对每个目标点的横向方向的曲面扫描，从而得到异型曲面的三维曲面信息。
52.本发明中未全部公开的内容为本领域技术人员公知的现有常识，本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。