[发明专利]一种集成共焦法与三角法的探路式测头装置及其测量方法

说明书

本发明公开了一种集成共焦法与三角法的探路式测头装置及其测量方法。该侧头装置包括测头座、共焦法位移传感器探头、三角法激光位移传感器和移位式传感器安装组件。所述的共焦法位移传感器探头安装在测头座的底部，且检测头朝下设置。三角法激光位移传感器与测头座通过移位式传感器安装组件连接。移位式传感器安装组件能够带动三角法激光位移传感器进行升降，以及带动三角法激光位移传感器的位置在共焦法位移传感器探头的两侧切换。本发明通过三角法激光位移传感器进行路径检测，在三角法激光位移传感器的量程范围内达到共焦法位移传感器的测量精度，能够满足大量程、高精度的非接触式测量场合。

技术领域

本发明涉及复杂物体表面形状的光学测量领域，特别涉及一种集成共焦法与三角法的探路式测头装置及其测量方法。

背景技术

在汽车制造、航空航天、逆向工程、集成电路板印刷或焊接等领域中，为了满足外形尺寸以及安装位置等要求，往往需要对工件的表面进行高精度测量，以实现预定功能。

目前的测量方式主要分为接触式与非接触式两种，接触式测量精度高，但测量时测头需要与被测物表面直接接触，所以无法对一些表面不允许接触或质地较软的产品进行测量。非接触式测量不存在接触力，且测量精度在不断提升，因此在很多测量场合，非接触式测量正在逐步取代接触式测量。

非接触式测量主要包括电磁波测量、超声波测量和光学测量等。其中电磁波测量仅局限于对金属材料的测量，超声波测量的发散角较大、方向性差。相比之下，光学测量具有频率响应快、结构简单、对被测物材质无特殊要求等优点，在非接触式形状测量领域应用最为广泛。

目前常用的光学式形状测量方法包括激光三角法、结构光法、飞行时间法、共焦法等。其中，激光三角法在量程较小时测量精度较高，在量程较大时则测量精度大幅度下降；其测量原理是：激光器发射激光，入射到被测物表面，在被测物体表面产生漫反射光；然后通过聚焦透镜汇聚一部分漫反射光，汇聚后的漫反射光在位置敏感元件上形成光斑；最后通过测量光斑的位移量即可间接得到实际的位移测量值。共焦法的量程往往比较小，但是其测量精度比较高，一般应用于高精度测量场合。共焦法的测量原理是：由测量光源发出一束白光，并通过色散镜头发生光谱色散，形成不同波长的单色光，每一种单色光波长的焦点都对应一个距离值，当色散光照射到被测物表面并被反射回来时，只有满足共焦条件的光才能通过小孔并被光谱仪检测到，通过计算检测到的焦点光的波长即可间接得到测量的距离值。

现有的非接触式位移测量传感器，往往在量程与精度方面只能取其中之一。然而，在实际位移检测场合中，经常会遇到一些不仅对测量精度要求较高，并且对量程要求也较大的场合，此时用现有的传感器往往不能满足要求。

针对此类问题，通常采用的方法是对被测物分别进行测量两次，即首先用大量程传感器进行粗测量，然后利用粗测量获得的数据对高精度传感器进行精确测量进行测量路径规划，从而保证高精度传感器在测量过程中始终工作在量程范围内。但是，该方法应用于生产现场时将增加时间成本及设备成本，并且在两次安装传感器的过程中，还会引入传感器的安装误差，会影响最终的测量精度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种集成共焦法与三角法的探路式测头装置及其测量方法。

本发明一种集成共焦法与三角法的探路式测头装置，包括测头座、共焦法位移传感器探头、三角法激光位移传感器和移位式传感器安装组件。所述的共焦法位移传感器探头安装在测头座的底部，且检测头朝下设置。三角法激光位移传感器与测头座通过移位式传感器安装组件连接。移位式传感器安装组件能够带动三角法激光位移传感器进行升降，以及带动三角法激光位移传感器的位置在共焦法位移传感器探头的两侧切换。