[发明专利]一种三维轮廓测量系统

说明书

本发明一种三维轮廓测量系统，该测量系统包括工作台、控制器和数据处理及分析系统，以及设置在工作台上的结构光测量系统、顶尖与转台系统和三坐标测量系统；结构光测量系统用于高速测量工件的复杂曲面；三坐标测量系统用于测量工件的复杂精细部分，保证该部分高精度、可靠的测量数据的获取；该三坐标测量系统的测量数据还被用以建立工件的测量基准；顶尖与转台系统用以夹持及带动工件旋转，结合结构光测量系统，获取工件不同角度下的测量数据；最后，三坐标测量系统与结构光测量系统的测量数据进行坐标系统一，获取工件的全型面三维轮廓。本发明集成了三坐标测量系统的高精度、可靠的优点与结构光测量系统的高速测量等优点。

技术领域

本发明涉及一种用于对工件进行三维轮廓测量的测量系统。

背景技术

随着现代先进制造、航空航天、大型能源动力装备制造等行业的发展，加工零件的尺寸、曲面复杂特征、精度要求、检测速率等均对传统尺寸检测提出了挑战。而应运而生的三维测量技术，通过光学、机械、电子电气等原理，可以直接获得被测物体的三维形貌信息，提供更为精准全面的几何信息、完善的精度评价与质量控制手段，成为现代工业检测不可或缺的重要技术。同时可以广泛应用于工业检测、产品质量控制、反求工程、人体三维建模及文物保护等方面。

根据所采用的原理，三维测量系统主要分为接触式与非接触式两种方式。作为接触式测量系统的典型代表，三坐标测量机技术相对成熟，具有高精度、通用性强和高可靠性等优点，被广泛应用于各种场合。但该类系统由于需要接触式逐点测量，造成其测量速度较低，大大限制生产、检测效率。虽然，近年来有一些搭载光学非接触式测头的三坐标测量机，可实现非接触式扫描测量，一定程度提高了测量速度，但对于尺寸较大的工件，仍无法避免的三轴扫描仍然耗时较长，难以满足企业生产、检测需求。而非接触式测量系统以三角测量原理为基础，结构光三维测量系统为其典型代表。由于非接触、全场、高速以及较高的测量精度等优点，该类系统近年来得到广泛研究和飞速发展。然而，由于目前仍无法有效解决光滑金属工件表面的强烈反光、互反射等影响，该类技术仅限于测量表面曲率变化平缓、高光及互反射影响较小的物体，无法可靠测量复杂精细结构，因而适用范围受限、易受受环境、光照等影响。

综上，该领域一直存在着高速测量与高精度测量无法兼顾的矛盾，尤其是大尺寸复杂曲面工件的高速高精度测量，是目前该领域存在的突出及瓶颈问题之一。因此，十分必要研究一种融合多种测量技术的测量系统，集成各测量技术的优点，实现涵盖大尺寸工件在内的各类工件的高速高精度全型面测量。

发明内容

本发明的目的在于提供一种三维轮廓测量系统，该测量系统与现有技术的上述系统相比，集成了包括三坐标测量系统的接触式测量和结构光测量系统的非接触式测量，以结构光测量系统测量工件的复杂曲面，保证即使是大尺寸工件复杂曲面的高速测量，同时以三坐标测量系统测量工件的复杂精细部分，保证高精度数据获取及基准建立，目的是实现工件的高速、高精度及全型面测量。

本发明采用如下技术方案来实现的：

一种三维轮廓测量系统，该测量系统包括工作台、控制器和数据处理及分析系统，以及设置在工作台上的结构光测量系统、顶尖与转台系统和三坐标测量系统；其中，

顶尖与转台系统，用于对工件的夹持、旋转并提供当前精度角度信息；

结构光测量系统包括一个或者多个结构光测头，用于高速测量工件的复杂曲面；

三坐标测量系统，用以高精度测量工件的复杂、精细部分或内孔结构；

控制器，用以集成控制结构光测量系统、顶尖与转台系统以及三坐标测量系统保证各系统协同工作，顺利完成工件测量；

数据处理及分析系统，用以处理结构光测量系统、顶尖与转台系统以及三坐标测量系统所获取的测量数据，包括三维数据获取、各测量数据间的坐标系统一、数据存储、显示及误差分析与评定，以及检测报告输出。