光學(xué)系統(tǒng)定位工件曲面表面法線方向裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及工程測量技術(shù)領(lǐng)域，具體地說涉及一種光學(xué)系統(tǒng)定位工件曲面表面法線方向裝置。該裝置可以廣泛應(yīng)用到需要對曲面表面法線進(jìn)行定位的場合，尤其適合對小曲率半徑曲面的表面法線進(jìn)行定位。
【背景技術(shù)】
[0002]在很多工程測量領(lǐng)域中，都需要對測量點(diǎn)的表面法線方向進(jìn)行精確定位，隨著對測量數(shù)據(jù)要求及測量設(shè)備精度的不斷提高，被測量點(diǎn)的尺寸越來越小，對測量點(diǎn)的表面法線方向定位越來越困難。比如說在工業(yè)測量中的X射線殘余應(yīng)力檢測。
[0003]在X射線殘余應(yīng)力檢測中，因?yàn)闇y量點(diǎn)要嚴(yán)格處于X射線光源和探測器的旋轉(zhuǎn)中心，X射線初始入射方向要嚴(yán)格垂直于被測點(diǎn)平面，即與被測點(diǎn)的法線方向嚴(yán)格一致。
[0004]在汽車行業(yè)中，以往由于受到X射線光源尺寸及強(qiáng)度的限制，光斑尺寸很難小于Φ1_，同時(shí)采用平行光路，X射線入射線與被測點(diǎn)法線方向的存在一定的偏差尚可接受，對被測點(diǎn)法線方向的定位精度要求不高?，F(xiàn)在隨著加工技術(shù)的進(jìn)步，光斑可以達(dá)到Φ0.5_或更小，同時(shí)采用了聚焦光路，X射線初始入射方向與被測點(diǎn)法線方向稍有偏差，就會(huì)引起很大的誤差。同時(shí)汽車工件的尺寸越來越小，形狀也越來越復(fù)雜，要求被測量點(diǎn)的殘余應(yīng)力指標(biāo)也越來越高，，因此對法線方向的定位精度要求非常高。
[0005]過去對工件曲面表面法線方向的定位，采用如圖1所示的方法，反射鏡a是中間有平面反射鏡片的平行玻璃塊，將反射鏡a放在工件上，只有當(dāng)工件上的反射鏡a與校準(zhǔn)桿c垂直時(shí)，即校準(zhǔn)桿與工件被測點(diǎn)法線方向重合時(shí)，從校準(zhǔn)桿上端的與c成45度角的反射鏡b上可以看到反射鏡a的完整反射像。通過反復(fù)調(diào)整被測工件的角度，直至在b中看到a的完整反射像，即可完成測量點(diǎn)法線方向的定位。
[0006]但在測量曲率半徑較小的工件，很難使反射鏡a與工件表面重合，當(dāng)然也無法準(zhǔn)確完成測量點(diǎn)法線方向的定位。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]針對上述現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本實(shí)用新型提供一種光學(xué)系統(tǒng)定位工件曲面表面法線方向裝置，該實(shí)用新型采用光學(xué)系統(tǒng)定位工件曲面表面法線方向的方法，通過對照射到工件表面測量點(diǎn)上的光斑的分析，實(shí)現(xiàn)對工件曲面表面法線方向的定位。該系統(tǒng)可以廣泛應(yīng)用到需要對曲面的表面法線進(jìn)行定位的測量場合。
[0008]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型所采取的技術(shù)方案是:
[0009]—種光學(xué)系統(tǒng)定位工件曲面表面法線方向裝置，包括固定板和設(shè)置于固定板上的連接板，所述連接板上設(shè)置有可以在連接板上轉(zhuǎn)動(dòng)的固定座，所述連接板的下端設(shè)置有X光學(xué)光源和點(diǎn)激光光源，所述固定座的兩端設(shè)置有斜置的且可以自由調(diào)節(jié)的光斑采集放大鏡，所述光斑采集放大鏡由前端的高度校準(zhǔn)光源、中部的光學(xué)放大鏡頭和后端的CCD攝像頭組成，所述的光斑采集放大鏡通過對照射到工件表面測量點(diǎn)上的光斑的分析，實(shí)現(xiàn)對工件曲面表面法線方向的定位。可以廣泛應(yīng)用到需要對曲面的表面法線進(jìn)行定位的測量場合。尤其適合對小曲率半徑曲面的表面法線進(jìn)行定位。
[0010]作為對上述技術(shù)方案的改進(jìn)，所述X光學(xué)光源為線激光光源。
[0011]作為對上述技術(shù)方案的改進(jìn)，所述高度校準(zhǔn)光源為線光源。
[0012]本裝置
[0013]1、米用點(diǎn)激光光源和線激光光源雙光源系統(tǒng)和雙光斑米集放大系統(tǒng)。
[0014]2、點(diǎn)激光光源光線和X射線入射線平行，線激光光源光線方向在點(diǎn)激光光源和X射線光源連線上。
[0015]3.光斑采集放大裝置由CCD接收器和光學(xué)放大鏡頭組成。雙光斑采集放大裝置布置在與線激光光源光線垂直的平面內(nèi)。
[0016]4、采用圖像采集計(jì)算分析系統(tǒng)對光斑的極值進(jìn)行分析。
[0017]法線位置判別方法:
[0018]首先將工件固定在工作臺(tái)上，并且保證與工作臺(tái)垂直的方向上有小R角表面法線存在。打開線性激光光源，調(diào)整工作臺(tái)高度和水平面內(nèi)的兩個(gè)坐標(biāo)，使攝像頭能夠采集到在小R角表面形成的激光光斑。
[0019]比較通過圖像采集分析系統(tǒng)得到的數(shù)據(jù)，如果激光線位于通過小R角最高點(diǎn)的垂直平面內(nèi)則兩個(gè)攝像頭所采集到的光線形狀應(yīng)該對稱，調(diào)整水平面內(nèi)兩個(gè)方向的坐標(biāo)，即可達(dá)到這一結(jié)果。關(guān)閉線性激光光源，打開點(diǎn)光源，調(diào)整水平面內(nèi)的兩個(gè)坐標(biāo)，記錄采集到的特征量處于極值時(shí)的位置。此時(shí)點(diǎn)光源照射到工件小R角表面的位置即為法線方向。
[0020]其原理是:
[0021]1、點(diǎn)光源光斑
[0022]當(dāng)固定位置的點(diǎn)光源照射到球面(柱面)上時(shí)，只有當(dāng)入射光線與球面(柱面)上被照射點(diǎn)的法線方向重合時(shí)，被照射點(diǎn)上的光斑尺寸具有極小值，形狀也是對稱的圓(橢圓)。當(dāng)入射光線與被照射點(diǎn)的法線方向不重合時(shí)，該點(diǎn)上的光斑尺寸就會(huì)增大，形狀也會(huì)扭曲，入射光線與法線方向偏離越大，光斑的的尺寸就越大，形狀也越扭曲。
[0023]通過調(diào)整工件的位置，找到測量點(diǎn)上光斑的位置、形狀或面積的極值，即可確認(rèn)光線照射方向?yàn)闇y量點(diǎn)的法線方向。
[0024]2、線狀光源光斑
[0025]當(dāng)線光源照射到球面或柱面上時(shí)，只有當(dāng)入射光線與球面(柱面)上被照射點(diǎn)的法線方向重合時(shí)，被照射點(diǎn)上的光線寬度具有極小值，形狀也是一條直線。當(dāng)入射光線與被照射點(diǎn)的法線方向不重合時(shí)，該點(diǎn)上的光線寬度就會(huì)增大，形狀也會(huì)變成曲線，入射光線與法線方向偏離越大，光線的的寬度就越大，曲線的形狀也越扭曲。
[0026]通過調(diào)整工件的位置，找到測量點(diǎn)上光斑的位置、形狀或面積的極值，即可確認(rèn)光線照射方向?yàn)闇y量點(diǎn)的法線方向。
[0027]3、測量點(diǎn)曲面:
[0028]任何復(fù)雜曲面可成近似成多個(gè)球面、柱面及平面的集合。分析曲面上測量點(diǎn)光斑的位置、形狀或面積等參數(shù)特性，找到光斑的極值，即可確定入射的光線方向?yàn)樵摐y量點(diǎn)的曲面法線方向。
[0029]本設(shè)備確定了一種采用光學(xué)系統(tǒng)定位工件曲面表面法線方向的方法。實(shí)現(xiàn)了對工件曲面表面法線方向上的定位，從而使對需要工件曲面法線方向定位的測量變成了可能，彌補(bǔ)了此方面測量的空白，意義重大。
[0030]作為對上述技術(shù)方案的改進(jìn)，所述光學(xué)系統(tǒng)定位工件曲面表面法線方向裝置還包括可移動(dòng)的機(jī)架，設(shè)置在機(jī)架上可移動(dòng)的立柱，設(shè)置于立柱上端的萬能臂，所述萬能臂上設(shè)置水平臂，所述水平臂的一端設(shè)置有十字滑臺(tái)，所述固定板設(shè)置在十字滑臺(tái)上。
[0031]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是:
[0032]本實(shí)用新型的光學(xué)系統(tǒng)定位工件曲面表面法線方向裝置采用光學(xué)系統(tǒng)定位工件曲面表面法線方向的方法，通過對照射到工件表面測量點(diǎn)上的光斑的分析，實(shí)現(xiàn)對工件曲面表面法線方向的定位。該系統(tǒng)可以廣泛應(yīng)用到需要對曲面的表面法線進(jìn)行定位的測量場入口 ο
【附圖說明】
[0033]為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0034]圖1為現(xiàn)有技術(shù)的工件曲面表面法線方向的定位方法示意圖；
[0035]圖2為本實(shí)用新型的立體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0036]圖3為本實(shí)用新型的主視結(jié)構(gòu)示意圖；