[发明专利]振镜扫描式激光测量三维坐标的装置及方法

说明书

本发明公开了一种振镜扫描式激光测量三维坐标的装置，属一种三维坐标测量装置，该装置包括激光距离传感器，激光距离传感器的另一端安装有Y振镜，Y振镜与激光距离传感器在同一条平行于水平线的直线上，Y振镜的另一端还安装有X振镜，X振镜与Y振镜在同一条平行于水平线的直线上；Y振镜的转轴平行于三维坐标系中的Z轴，X振镜的转轴平行于三维坐标系中的Y轴，三维坐标系中的X轴与Y轴形成的平台上安装有测量平台；通过采用X振镜与Y振镜与激光距离传感器相配合，通过三角函数计算获得多个测量点的三维坐标，克服了单点测量、照相“视觉”测量等坐标测量的局限性，可在秒级时间内侦测代表点的高度坐标。

技术领域

本发明涉及一种三维坐标测量装置，更具体的说，本发明主要涉及一种振镜扫描式激光测量三维坐标的装置。

背景技术

随着工业4.0的到来，制造业智能化和物联网化，制造流水线上需要更多点的坐标测量数据做分析和判断。如手机制造行业中，手机壳的平整度，对应玻璃屏安装的面有平面度要求，业界所使用的方法大多是采用将手机壳放在大理石平台上用塞规沿四周塞入测试的方法，以往单点测量方法不适合产业批量、快速、精确、简捷的测量要求。再如，PCB上安装元器件后，通过测量器件的高度可获知元器件的贴装平整度，可提前发现和筛选出缺件、浮高、歪斜的不良安装现象，业界普遍使用AOI测试，但对焦平面法线方向高度的判断是困难的，即使使用多只相机所谓“3D”照相，实际上改变不了焦平面和景深的局限性，因而有必要针对前述缺陷对物体的三维测量方法进行研究和改进。

发明内容

本发明的目的之一在于针对上述不足，提供一种振镜扫描式激光测量三维坐标的装置，以期望解决现有技术中同类测量方法对焦平面法线方向高度的判断困难，无法克服焦平面和景深的局限性等技术问题。

为解决上述的技术问题，本发明采用以下技术方案：

本发明一方面提供了一种振镜扫描式激光测量三维坐标的装置，所述装置包括激光距离传感器，所述激光距离传感器的另一端安装有Y振镜，所述Y振镜与激光距离传感器在同一条平行于水平线的直线上，所述Y振镜的另一端还安装有X振镜，所述X振镜与Y振镜在同一条平行于水平线的直线上；所述Y 振镜的转轴平行于三维坐标系中的Z轴，所述X振镜的转轴平行于三维坐标系中的Y轴，所述三维坐标系中的X轴与Y轴形成的平台上安装有测量平台；用于：在初始状态Y振镜的法线与X轴和Y轴均呈45°角，Y振镜将激光距离传感器的发射光束反射成沿三维坐标系中的X轴正方向，由X振镜将X轴正方向的测试光束反射成沿Z轴负方向；设X振镜的轴心距测量平台的距离为L20，设此时光束与测量平台的交点为坐标原点O(0，0，0)，设测量平台上固定放置的物体上表面有一待测点P坐标为(X，Y，Z)，通过X振镜与Y振镜的转轴，使X振镜与Y振镜分别偏转θx/2、θy/2角度时光束的光斑落在P点，且0°≤θx/2<90°,0°≤θy/2<90°，当前激光距离传感器的读数L即为P沿光路到激光测量仪的距离，读数值(θx、θy、L)与P坐标值(X，Y，Z)满足下列函数关系式(1)、(2)、(3)，或(4)、(5)、(6)：

作为优选，进一步的技术方案是：在所述装置的测量范围内，所述P坐标值(X，Y，Z)与读数值(θx、θy、L)呈一一对应。

更进一步的技术方案是：所述X振镜与Y振镜的转轴分别于各自的电机动力连接。

更进一步的技术方案是：所述装置还包括控制系统，所述控制系统中包括振镜控制单元与激光传感器控制单元；所述激光距离传感器接入激光传感器控制单元，用于由激光传感器控制单元控制激光距离传感器激光的启停，并接收激光距离传感器的读数值；所述X振镜与Y振镜的电机均接入振镜控制单元，用于由振镜控制单元控制所述电机的正反转方向、转速、偏转角度及启停。