【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及測量，更具體地說，涉及一種基于激光離焦點掃描的倒圓曲率測量方法。
技術介紹
1、隨著激光技術和光學傳感器技術的不斷發展，激光離焦法得以進一步完善和改進。激光器的穩定性和功率輸出得到提高，光學傳感器的分辨率和靈敏度也有所增強，使得激光離焦法可以實現更高精度的內孔測量；近年來，激光離焦法已經發展成為一套完整的測量系統。這些系統多數包括激光器、透鏡、光學傳感器、圖像處理算法、數據獲取算法等組成，往往結合計算機進行數據擬合等處理，能夠實現精確的內孔倒圓度測量，并提供可靠的數據結果和分析報告；今后激光離焦法將越來越多地應用于自動化生產線上。通過與機器人、自動化設備等結合，可以實現自動化的內孔倒圓度測量，提高生產效率和減少人為誤差。
2、現有的內孔倒圓曲率測量方法主要使用三坐標測量機測量移動橋式是三坐標測量機最常用的結構形式。由三坐標測量儀獲得多個點的坐標，通過數據處理可以求得圓的曲率。但該方法存在明顯的局限性，探頭尺寸決定其很難在極其狹小的環境下工作。鑒于此，我們提出一種基于激光離焦點掃描的倒圓曲率測量方法。
技術實現思路
1、本專利技術的目的在于提供一種基于激光離焦點掃描的倒圓曲率測量方法，以解決傳統激光點陣掃描方法的激光半徑大，無法實現小孔內倒圓曲率測量的技術問題。
2、為解決上述技術問題，本專利技術提供如下技術方案：一種基于激光離焦點掃描的倒圓曲率測量方法，所述方法基于一種測量設備來實現，所述測量設備包括三軸桁架，所述三軸桁架包括工作臺、橋框、滑臺
3、所述基于激光離焦點掃描的倒圓曲率測量方法，包括以下步驟：
4、s1、通過三軸桁架將探頭移動帶待測內孔的上方，并帶動探頭沿z軸方向上下移動使光線焦點處于被測表面，激光測頭射出激光束，由分光模塊進行分光處理、聚光模塊形成焦點、回波能量檢測裝置確定焦點位置，通過三軸桁架上三個光柵測量的位移，以及探頭的焦距，能夠得到內孔測量點的坐標；
5、s2、重復上述步驟，測量多個點以得到內孔上多個點的坐標，根據多個點坐標來計算內孔球的半徑r，進而通過測量光斑的直徑變化來確定內孔的倒圓度。
6、本專利技術通過使用測量探頭，由分光模塊進行分光處理、聚光模塊形成焦點、回波能量檢測裝置確定焦點位置，測量精度高，通過測量光斑的直徑變化來確定內孔的倒圓度，由于激光束聚焦后的光斑直徑變化非常敏感，因此可以實現較高精度的倒圓測量。
7、優選地，當激光測頭射出的激光焦點在被測表面上方或下方時，回波能量較小，其中離焦量越大則回波能量越小；當激光焦點恰好在被測表面上時，回波能量最大，通過探頭上下移動同時通過回波能量檢測裝置監測回波能量，使回波能量最大，能夠獲取探頭與被測點之間的距離。
8、優選地，所述三軸桁架還包括設置在所述工作臺上且沿x軸方向分布的第一光柵尺，用于測量橋框相對于工作臺的位移。
9、優選地，所述三軸桁架還包括設置在所述橋框上且沿y軸方向分布的第二光柵尺，用于測量橋框與滑臺之間的位置。
10、優選地，所述三軸桁架還包括設置在所述滑臺與主軸之間的第三光柵尺，用于測量滑臺與主軸之間位移。
11、優選地，步驟s2中，至少測量三個點，三個點的坐標分別為(x1,y1,z1)、(x2,y2,z2)、(x3,y3,z3)；
12、計算內孔球的半徑r為：
13、r2＝(x1-x)2+(y1-y)2+(z1-z)2
14、r2＝(x2-x)2+(y2-y)2+(z2-z)2
15、r2＝(x3-x)2+(y3-y)2+(z3-z)2
16、其中，(x,y,z)為系統空間零點坐標；
17、上面三個算式兩兩相減，經簡化得到：
18、2x(x2-x1)+2y(y2-y1)+2z(z2-z1)+x12+y12+z12-x22-y22-z22＝0
19、2x(x3-x2)+2y(y3-y2)+2z(z3-z2)+x22+y22+z22-x32-y32-z32＝0
20、2x(x1-x3)+2y(y1-y3)+2z(z1-z3)+x32+y32+z32-x12-y12-z12＝0
21、將上面三個算式簡化為：
22、aix+biy+ciz+di＝0，i＝1,2,3
23、根據三點共面方程可得：
24、
25、a1＝2(x2-x1)，a2＝2(x3-x2)，a3＝2(x1-x3)
26、b1＝2(y2-y1)，b2＝2(y3-y2)，b3＝2(y1-y3)
27、c1＝2(z2-z1)，c2＝2(z3-z2)，c3＝2(z1-z3)
28、d1＝x12+y12+z12-x22-y22-z22
29、d2＝x22+y22+z22-x32-y32-z32
30、d3＝x32+y32+z32-x12-y12-z12
31、
32、求解圓心方程為：
33、
34、該微孔內球面曲率r為：
35、
36、與現有技術相比，本專利技術的有益效果是：
37、1、本專利技術通過使用測量探頭，由分光模塊進行分光處理、聚光模塊形成焦點、回波能量檢測裝置確定焦點位置，測量精度高，通過測量光斑的直徑變化來確定內孔的倒圓度，由于激光束聚焦后的光斑直徑變化非常敏感，因此可以實現較高精度的倒圓測量。
38、2、本專利技術采用無接觸測量，不需要直接接觸待測內孔，避免了傳統方法中可能引起形變或損傷的風險，這對于一些精密工件來說尤其重要。
39、3、本專利技術通過算法擬合內孔倒圓的半徑，適用范圍廣，適用于不同孔徑的測量，具有較好的通用性和適應性。
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1.一種基于激光離焦點掃描的倒圓曲率測量方法，所述方法基于一種測量設備來實現，其特征在于，所述測量設備包括三軸桁架，所述三軸桁架包括工作臺(1)、橋框(2)、滑臺(3)、主軸(4)和探頭(7)；所述橋框(2)支撐設置在所述工作臺(1)上，且所述橋框(2)能相對于所述工作臺(1)沿X軸方向進行直線移動；所述滑臺(3)滑動連接在所述橋框(2)上，且所述滑臺(3)能相對于所述工作臺(1)沿Y軸方向進行直線移動；所述主軸(4)動連接在所述滑臺(3)上，且所述主軸(4)能相對于所述工作臺(1)沿Z軸方向進行直線移動；所述探頭(7)安裝在所述主軸(4)下端，所述探頭(7)包括激光測頭(71)、分光模塊(72)、聚光模塊(73)和回波能量檢測裝置(74)；
2.根據權利要求1所述的基于激光離焦點掃描的倒圓曲率測量方法，其特征在于：當探頭(7)下方無被測物或激光焦點距被測表面過遠時，無回波能量；當激光測頭(71)射出的激光焦點在被測表面上方或下方時，回波能量較小，其中離焦量越大則回波能量越小；當激光焦點恰好在被測表面上時，回波能量最大，通過探頭(7)上下移動同時通過回波能量檢測裝置(
3.根據權利要求1所述的基于激光離焦點掃描的倒圓曲率測量方法，其特征在于：所述三軸桁架還包括設置在所述工作臺(1)上且沿X軸方向分布的第一光柵尺(5)。
4.根據權利要求1所述的基于激光離焦點掃描的倒圓曲率測量方法，其特征在于：所述三軸桁架還包括設置在所述橋框(2)上且沿Y軸方向分布的第二光柵尺(6)。
5.根據權利要求1所述的基于激光離焦點掃描的倒圓曲率測量方法，其特征在于：所述三軸桁架還包括設置在所述滑臺(3)與主軸(4)之間的第三光柵尺。
6.根據權利要求1所述的基于激光離焦點掃描的倒圓曲率測量方法，其特征在于：步驟S2中，至少測量三個點，三個點的坐標分別為(x1,y1,z1)、(x2,y2,z2)、(x3,y3,z3)；
...【技術特征摘要】
1.一種基于激光離焦點掃描的倒圓曲率測量方法，所述方法基于一種測量設備來實現，其特征在于，所述測量設備包括三軸桁架，所述三軸桁架包括工作臺(1)、橋框(2)、滑臺(3)、主軸(4)和探頭(7)；所述橋框(2)支撐設置在所述工作臺(1)上，且所述橋框(2)能相對于所述工作臺(1)沿x軸方向進行直線移動；所述滑臺(3)滑動連接在所述橋框(2)上，且所述滑臺(3)能相對于所述工作臺(1)沿y軸方向進行直線移動；所述主軸(4)動連接在所述滑臺(3)上，且所述主軸(4)能相對于所述工作臺(1)沿z軸方向進行直線移動；所述探頭(7)安裝在所述主軸(4)下端，所述探頭(7)包括激光測頭(71)、分光模塊(72)、聚光模塊(73)和回波能量檢測裝置(74)；
2.根據權利要求1所述的基于激光離焦點掃描的倒圓曲率測量方法，其特征在于：當探頭(7)下方無被測物或激光焦點距被測表面過遠時，無回波能量；當激光測頭(71)射出的激光焦點在被測表面上方或下方時，回波能量較小，其中離...
【專利技術屬性】
技術研發人員：王勁松，
申請(專利權)人：長春市艾必利務科技有限公司，
類型：發明
國別省市：
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