一种半接触式弧面三维尺寸测量装置及其测量方法涉及弧面三维尺寸测量技术领域，其装置包括上固定爪、下固定爪、驱动固定装置和容栅激光测量装置；上固定爪安装于驱动固定装置的上侧，下固定爪安装于驱动固定装置的下侧，上固定爪和下固定爪的结构相同，两个固定爪根据被测弧面的测量需求实现上下移动以调节装夹位置，适应不同被测弧面的装夹需求；容栅激光测量装置与驱动固定装置活动连接，容栅激光测量装置用于测量被测弧面的三维尺寸，驱动固定装置为容栅激光测量装置的上下运动提供驱动。本发明定位精度、测量精度、数据重复性等指标均较非接触式测量装置有较大提升，可用于精度要求较高的测量场所，且该方法能够测量连续曲面且测量效率高。
1.一种半接触式弧面三维尺寸测量装置，其包括：上固定爪(1)、下固定爪(2)、驱动固定装置(3)和容栅激光测量装置(4)；上固定爪(1)安装于驱动固定装置的上侧，下固定爪(2)安装于驱动固定装置的下侧，上固定爪(1)和下固定爪(2)的结构相同，两个固定爪根据被测弧面的测量需求实现上下移动以调节装夹位置，适应不同被测弧面的装夹需求；容栅激光测量装置(4)与驱动固定装置(3)活动连接，容栅激光测量装置(4)用于测量被测弧面的三维尺寸，驱动固定装置(3)为容栅激光测量装置(4)的上下运动提供驱动；其特征在于：所述上固定爪(1)包括固定座(1-1)、卡爪(1-2)、两个定位柱(1-3)、两个第二卡簧(1-
4)、紧固旋钮(1-5)、压板(1-6)、触碰式限位开关(1-7)和拉伸弹簧(1-8)；固定座(1-1)为固定爪(1)的主体结构，其端部设置有方形孔洞(1-1-1)；紧固旋钮(1-5)的中部与方形孔洞(1-1-1)的一侧壁螺纹连接，压板(1-6)位于方形孔洞(1-1-1)内，并能够沿孔洞内壁平行移动，紧固旋钮(1-5)的前端顶在压板(1-6)后端面的中心位置；触碰式限位开关(1-7)固连在固定座(1-1)上靠近方形孔洞(1-1-1)的位置处，用于限定容栅激光测量装置(4)上下运动时的极限位置；拉伸弹簧(1-8)位于固定座(1-1)内，卡爪(1-2)嵌套在固定座(1-1)内，拉伸弹簧(1-8)一端与固定座(1-1)固连，另一端与卡爪(1-2)固连；一个定位柱(1-3)的底端固连在固定座(1-1)的方形孔洞(1-1-1)的外侧壁上，另一个定位柱(1-3)的底端固连在卡爪(1-2)的前端侧壁上，两个第二卡簧(1-4)分别固连在两个定位柱(1-3)的顶端。
2.如权利要求1所述的一种半接触式弧面三维尺寸测量装置，其特征在于，所述驱动固定装置(3)包括壳体(3-1)、引导丝杠(3-2)、轴承(3-3)、第一卡簧(3-4)、充电电池(3-5)、电机(3-6)、减速器(3-7)和电磁铁(3-8)；壳体(3-1)为驱动固定装置(3)的主体结构，壳体(3-
1)上下端对称设置有两个轴承卡槽，轴承(3-3)安装在轴承卡槽内，用于支承引导丝杠(3-
2)的转动，第一卡簧(3-4)安装在轴承(3-3)的上端；引导丝杠(3-2)的外圆上设置有梯形螺纹，引导丝杠(3-2)的下端伸入减速器(3-7)的内部，电机(3-6)与减速器(3-7)通过沉头螺栓(3-9)连接；壳体(3-1)的两侧开有凹槽，充电电池(3-5)和电磁铁(3-8)均安装在凹槽内，充电电池(3-5)为电磁铁(3-8)供电。
3.如权利要求1所述的一种半接触式弧面三维尺寸测量装置，其特征在于，所述容栅激光测量装置(4)包括滑动螺母(4-1)、定栅尺(4-2)、定栅尺端盖(4-3)、动栅组件(4-4)、牵引绳(4-5)、牵引盘(4-6)和定栅尺翻折机构(4-7)；滑动螺母(4-1)的内圆设有梯形螺纹，滑动螺母(4-1)与引导丝杠(3-2)螺纹连接，滑动螺母(4-1)在引导丝杠(3-2)的驱动下沿壳体(3-1)的内侧壁上下移动；定栅尺(4-2)与滑动螺母(4-1)连接，定栅尺(4-2)的正面设有凹槽，凹槽内安装有定栅(4-2-1)，定栅尺(4-2)的背面设有定栅尺滑槽(4-2-2)；动栅组件(4-
4)在定栅尺滑槽(4-2-2)内滑动，定栅尺端盖(4-3)固连在定栅尺(4-2)的端部；牵引盘(4-
6)固连在滑动螺母(4-1)的端部内，牵引绳(4-5)一端固连在牵引盘(4-6)的转轴上，另一端固连在动栅组件(4-4)的侧壁上；定栅尺翻折机构(4-7)设置在牵引盘(4-6)的内侧，定栅尺翻折机构(4-7)包括多片圆形碟簧(4-7-1)、盖板(4-7-2)和第三卡簧(4-7-3)，定栅尺(4-2)上的柱状体插入滑动螺母(4-1)的柱状凹槽内，多片圆形碟簧(4-7-1)安装在柱状凹槽内，盖板(4-7-2)固连在碟簧(4-7-1)的上方，盖板(4-7-2)通过第三卡簧(4-7-3)与柱状体实现限位；动栅组件(4-4)的主体结构为支撑杆(4-4-1)，支撑杆(4-4-1)的端部设置有测量杆(4-4-2)，测量杆(4-4-2)的端部设置有接触式测量滚珠(4-4-3)，支撑杆(4-4-1)在测量杆(4-4-2)的后方设置有一个激光探头(4-4-4)，支撑杆(4-4-1)的前部设有动栅尺(4-4-5)，动栅尺(4-4-5)的动栅(4-4-5-1)嵌入支撑杆(4-4-1)前部的卡槽内；动栅尺(4-4-5)的侧面设有动栅尺卡槽(4-4-5-2)，动栅尺卡槽(4-4-5-2)的结构尺寸与定栅尺滑槽(4-2-2)的结构尺寸相同；动栅尺(4-4-5)的前部设有液晶显示器(4-4-6)，液晶显示器(4-4-6)用于实时显示接触式测量滚珠(4-4-3)的测量距离，液晶显示器(4-4-6)的下方设有控制按钮(4-4-
4.基于上述任一项权利要求所述一种半接触式弧面三维尺寸测量装置的测量方法，其特征在于，该方法如下：
首先，根据被测弧面S的载体材质，选择采用夹持方式或电吸方式将测量装置与被测弧面S进行快速装夹，若载体材质为非金属，则采用夹持方式，该方式是将上固定爪(1)和下固定爪(2)的卡爪从各自的固定座内拉出，利用各自拉伸弹簧的自动收紧功能将被测弧面S夹紧；若载体材质为金属，则采用夹持方式或电吸方式，电吸方式是将上固定爪(1)和下固定爪(2)拆掉，利用电磁铁(3-8)的电磁吸力将测量装置的驱动固定装置(3)吸靠在被测弧面S的载体上；
然后，启动电源，电机(3-6)开始工作，电机(3-6)通过减速器(3-7)带动引导丝杠(3-2)转动，进而带动容栅激光测量装置(4)沿壳体(3-1)的内侧壁做如下过程的上下移动：容栅激光测量装置(4)在电机(3-6)驱动下先向上运动到运动上限H处，再在电机(3-6)驱动下向下运动到运动下限L处，然后在电机(3-6)驱动下再次向上运动到运动上限H处，最后在电机(3-6)驱动下向下运动至被测弧面S的中间位置；运动上限H处和运动下限L处通过容栅激光测量装置(4)触碰到触碰式限位开关(1-7)进行识别；容栅激光测量装置(4)在沿壳体(3-1)的内侧壁做上下移动的过程中，动栅尺(4-4-5)上的接触式测量滚珠(4-4-3)贴在被测弧面S上，通过定栅尺(4-2)测量出接触式测量滚珠(4-4-3)沿定栅尺方向上的坐标位置，与此同时，激光探头(4-4-4)发射出线激光l，测量出线激光l照射各点相对于激光探头(4-4-4)的空间位置及距离；
最后，结合激光探头(4-4-4)与接触式测量滚珠(4-4-3)的相对位置关系，计算得到被测弧面S的三维尺寸。
一种半接触式弧面三维尺寸测量装置及其测量方法
技术领域
[0001] 本发明涉及弧面三维尺寸测量技术领域，具体涉及一种半接触式弧面三维尺寸测量装置及其测量方法。
背景技术
[0002] 随着科技的不断发展以及工业需求的不断增长，越来越多的曲面数字化问题在机械制造、轨道交通、家电设备、医疗器械、卡通动画、工艺作品等行业涌现。非接触式测量是目前被普遍运用的解决方案，三坐标测量手段也在无需连续测量的领域得到一定运用。
[0003] 申请号为CN200410022111.9、CN93238983.X、CN200810059148.7、CN201610070408.5的中国专利公开了多种采用激光测量方式进行曲面测量的装置及测量方法。申请号为CN200810198158.9、CN200820189379.5的中国专利公开了两种采用照相设备及图像识别技术进行曲面测量的装置和测量方法。申请号为CN201710104479.7的中国专利公开了一种基于金属银增强荧光(精密光学测量方法)的自由曲面测量装置及测量方法。上述三类曲面测量装置采用的方法虽有区别，但均为非接触式测量手段，具有测量快速、可测量连续曲面、适应性强等诸多优点，但由于精准定位困难，均存在测量精度不高、重复性较差等问题。
[0004] 除了上述非接触式测量方法外，接触式测量在弧面测量方面也有一定运用。对于非球面原件的加工过程检验，利用三坐标测量仪对其进行轮廓测量，一直是一种最常用和实用的方法。现有测量仪普遍为三个自由度的标准化平台设备，无法适应于复杂曲面的在线测量，使用范围有着明显的局限性。针对目前坐标测量仪普遍存在适用范围窄的技术难题，三坐标测量仪的测量范围同样具有明显的局限性。
[0005] 此外，三坐标测量仪采用了龙门式的结构方案，设备体积较大，使用过程比较繁琐，使用场合较为固定、不够灵活。针对上述问题，申请号为CN201710715884.2的中国专利提出了一种基于六自由度辅助机器人的复杂曲面测量装置，该测量装置原理类似于三坐标测量仪，通过点接触测量曲面固定点的三维空间尺寸，因此测量精度虽高，但同样存在无法测量连续曲面且测量效率低下等问题。
发明内容
[0006] 为了解决现有非接触式测量方法存在的精准定位困难、测量精度不高、重复性较差，以及接触式测量方法存在的无法测量连续曲面且测量效率低下的技术问题，本发明提供一种半接触式弧面三维尺寸测量装置及其测量方法，其定位精度、测量精度、数据重复性等指标均较非接触式测量装置有较大提升，可用于精度要求较高的测量场所；同时，该方法能够测量连续曲面且测量效率高。
[0007] 本发明解决技术问题所采取的技术方案如下：
[0008] 一种半接触式弧面三维尺寸测量装置，其装置包括：上固定爪、下固定爪、驱动固定装置和容栅激光测量装置；上固定爪安装于驱动固定装置的上侧，下固定爪安装于驱动固定装置的下侧，上固定爪和下固定爪的结构相同，两个固定爪根据被测弧面的测量需求实现上下移动以调节装夹位置，适应不同被测弧面的装夹需求；容栅激光测量装置与驱动固定装置活动连接，容栅激光测量装置用于测量被测弧面的三维尺寸，驱动固定装置为容栅激光测量装置的上下运动提供驱动。
[0009] 所述上固定爪包括固定座、卡爪、两个定位柱、两个第二卡簧、紧固旋钮、压板、触碰式限位开关和拉伸弹簧；固定座为固定爪的主体结构，其端部设置有方形孔洞；紧固旋钮的中部与方形孔洞的一侧壁螺纹连接，压板位于方形孔洞内，并能够沿孔洞内壁平行移动，紧固旋钮的前端顶在压板后端面的中心位置；触碰式限位开关固连在固定座上靠近方形孔洞的位置处，用于限定容栅激光测量装置上下运动时的极限位置；拉伸弹簧位于固定座内，卡爪嵌套在固定座内，拉伸弹簧一端与固定座固连，另一端与卡爪固连；一个定位柱的底端固连在固定座的方形孔洞的外侧壁上，另一个定位柱的底端固连在卡爪的前端侧壁上，两个第二卡簧分别固连在两个定位柱的顶端。
[0010] 所述驱动固定装置包括壳体、引导丝杠、轴承、第一卡簧、充电电池、电机、减速器和电磁铁；壳体为驱动固定装置的主体结构，壳体上下端对称设置有两个轴承卡槽，轴承安装在轴承卡槽内，用于支承引导丝杠的转动，第一卡簧安装在轴承的上端；引导丝杠的外圆上设置有梯形螺纹，引导丝杠的下端伸入减速器的内部，电机与减速器通过沉头螺栓连接；壳体的两侧开有凹槽，充电电池和电磁铁均安装在凹槽内，充电电池为电磁铁供电。
[0011] 所述容栅激光测量装置包括滑动螺母、定栅尺、定栅尺端盖、动栅组件、牵引绳、牵引盘和定栅尺翻折机构；滑动螺母的内圆设有梯形螺纹，滑动螺母与引导丝杠螺纹连接，滑动螺母在引导丝杠的驱动下沿壳体的内侧壁上下移动；定栅尺与滑动螺母连接，定栅尺的正面设有凹槽，凹槽内安装有定栅，定栅尺的背面设有定栅尺滑槽；动栅组件在定栅尺滑槽内滑动，定栅尺端盖固连在定栅尺的端部；牵引盘固连在滑动螺母的端部内，牵引绳一端固连在牵引盘的转轴上，另一端固连在动栅组件的侧壁上；定栅尺翻折机构设置在牵引盘的内侧，定栅尺翻折机构包括多片圆形碟簧、盖板和第三卡簧，定栅尺上的柱状体插入滑动螺母的柱状凹槽内，多片圆形碟簧安装在柱状凹槽内，盖板固连在碟簧的上方，盖板通过第三卡簧与柱状体实现限位；动栅组件的主体结构为支撑杆，支撑杆的端部设置有测量杆，测量杆的端部设置有接触式测量滚珠，支撑杆在测量杆的后方设置有一个激光探头，支撑杆的前部设有动栅尺，动栅尺的动栅嵌入支撑杆前部的卡槽内；动栅尺的侧面设有动栅尺卡槽，动栅尺卡槽的结构尺寸与定栅尺滑槽的结构尺寸相同；动栅尺的前部设有液晶显示器，液晶显示器用于实时显示接触式测量滚珠的测量距离，液晶显示器的下方设有控制按钮。
[0012] 基于上述半接触式弧面三维尺寸测量装置的测量方法，其如下：
[0013] 首先，根据被测弧面S的载体材质，选择采用夹持方式或电吸方式将测量装置与被测弧面S进行快速装夹，若载体材质为非金属，则采用夹持方式，该方式是将上固定爪和下固定爪的卡爪从各自的固定座内拉出，利用各自拉伸弹簧的自动收紧功能将被测弧面S夹紧；若载体材质为金属，则采用夹持方式或电吸方式，电吸方式是将上固定爪和下固定爪拆掉，利用电磁铁的电磁吸力将测量装置的驱动固定装置吸靠在被测弧面S的载体上；
[0014] 然后，启动电源，电机开始工作，电机通过减速器带动引导丝杠转动，进而带动容栅激光测量装置沿壳体的内侧壁做如下过程的上下移动：容栅激光测量装置在电机驱动下先向上运动到运动上限H处，再在电机驱动下向下运动到运动下限L处，然后在电机驱动下再次向上运动到运动上限H处，最后在电机驱动下向下运动至被测弧面S的中间位置；运动上限H处和运动下限L处通过容栅激光测量装置触碰到触碰式限位开关进行识别；容栅激光测量装置在沿壳体的内侧壁做上下移动的过程中，动栅尺上的接触式测量滚珠贴在被测弧面S上，通过定栅尺测量出接触式测量滚珠沿定栅尺方向上的坐标位置，与此同时，激光探头发射出线激光l，测量出线激光l照射各点相对于激光探头的空间位置及距离；
[0015] 最后，结合激光探头与接触式测量滚珠的相对位置关系，计算得到被测弧面S的三维尺寸。
[0016] 本发明的有益效果如下：
[0017] (1)与纯接触式测量装置相比，本发明不仅可以实现二维尺寸的测量和固定点的三维尺寸测量，还能实现连续三维空间尺寸的测量，且测量速度较快。
[0018] (2)本发明测量装置用接触式测量结果作为激光测量的基准数据/定位尺寸，大大提高了测量精度。
[0019] (3)本发明采用液晶显示器实时显示接触式测量结果，测量时能够快速获得所需数据，大大提高了测量效率；并且该过程为接触式测量，精度较高，可以轻松获得最高点、最低点等所需位置的数据，避免了手动测量时因测量位置偏差导致的测量结果差异。
[0020] (4)本发明测量装置设计成模块化、快速拆卸式，可以方便拆装、携带和存储；各模块结构均有不同长度系列的替代产品，可以根据不同测量需求方便选取更换，且固定爪结构可以进行快速设计替换，大大提高了测量装置的适应能力。
[0021] (5)本发明既可以采用固定爪结构的夹持方式实现位置固定，又可以采用电磁铁的电吸方式实现位置固定，且固定爪结构装夹方便、高效、快速，因此本发明的测量装置具有装夹快速、可靠的优点。
[0022] (6)本发明装置结构简单，成本低，维护方便，携带方便，通用性强。
附图说明
[0023] 图1是本发明半接触式弧面三维尺寸测量装置的正面结构示意图。
[0024] 图2是本发明半接触式弧面三维尺寸测量装置的背面结构示意图。
[0025] 图3是本发明中的驱动固定装置的正面局部剖视的结构示意图。
[0026] 图4是本发明中的驱动固定装置另一视角下的结构示意图。
[0027] 图5是图3中局部剖开部位的放大结构示意图。
[0028] 图6是本发明中的上固定爪的正面结构示意图。
[0029] 图7是本发明中的上固定爪的背面结构示意图。
[0030] 图8是本发明中的上固定爪局部剖视的结构示意图。
[0031] 图9是本发明中的容栅激光测量装置的正面结构示意图。
[0032] 图10是本发明中的容栅激光测量装置的背面结构示意图。
[0033] 图11是图10中沿牵引盘轴向AA剖面结构示意图。
[0034] 图12是本发明中的定栅尺翻折前的结构示意图。
[0035] 图13是图11在沿F方向施加压力后的结构示意图。
[0036] 图14是本发明中的定栅尺翻折后的结构示意图。
[0037] 图15是本发明中的动栅组件的结构示意图。
[0038] 图16是本发明中的动栅组件另一视角下的结构示意图。
[0039] 图17是本发明中的动栅尺与定栅尺配合关系的结构示意图。
[0040] 图18是本发明中的动栅尺与定栅尺配合关系的细节结构示意图。
[0041] 图19是本发明半接触式弧面三维尺寸测量装置采用夹持方式测量的应用示意图。
[0042] 图20是本发明半接触式弧面三维尺寸测量装置采用电吸方式测量的应用示意图。
[0043] 图21是本发明半接触式弧面三维尺寸测量装置的测量运动过程示意图。
[0044] 图22是本发明中的规则弧面的结构示意图。
[0045] 图23是本发明半接触式弧面三维尺寸测量装置拆卸与折叠后的状态结构示意图。
具体实施方式
[0046] 下面结合附图对本发明做进一步详细说明。
[0047] 如图1至图23所示，本发明的半接触式弧面三维尺寸测量装置包括：上固定爪1、下固定爪2、驱动固定装置3和容栅激光测量装置4；上固定爪1安装于驱动固定装置的上侧，下固定爪2安装于驱动固定装置的下侧，上固定爪1和下固定爪2的结构相同，两个固定爪是本发明测量装置的固定结构，可以将测量装置固定于被测弧面的周围；两个固定爪根据被测弧面的测量需求实现上下移动以调节装夹位置，适应不同被测弧面的装夹需求。容栅激光测量装置4与驱动固定装置3活动连接，容栅激光测量装置4用于测量被测弧面的三维尺寸，驱动固定装置3为容栅激光测量装置4的上下运动提供驱动。
[0048] 上固定爪1包括固定座1-1、卡爪1-2、两个定位柱1-3、两个第二卡簧1-4、紧固旋钮1-5、压板1-6、触碰式限位开关1-7和拉伸弹簧1-8；固定座1-1为固定爪1的主体结构，其端部设置有方形孔洞1-1-1，方形孔洞1-1-1用于穿过驱动固定装置3的壳体3-1，该方形孔洞
1-1-1的宽度与壳体3-1的宽度相同，长度较壳体3-1略长。紧固旋钮1-5的中部与方形孔洞
1-1-1的一侧壁螺纹连接，压板1-6位于方形孔洞1-1-1内，并能够沿孔洞内壁平行移动，紧固旋钮1-5的前端顶在压板1-6后端面的中心位置；当旋转紧固旋钮1-5时，压板1-6将沿方形孔洞1-1-1的内壁平行移动，从而压紧/远离壳体3-1；该结构简单，能够实现两个固定爪与驱动固定装置3的快速紧固或拆卸。触碰式限位开关1-7固连在固定座1-1上靠近方形孔洞1-1-1的位置处，用于限定容栅激光测量装置4上下运动时的极限位置。一个定位柱1-3的底端固连在固定座1-1的方形孔洞1-1-1的外侧壁上，另一个定位柱1-3的底端固连在卡爪
1-2的前端侧壁上，两个第二卡簧1-4分别固连在两个定位柱1-3的顶端，两个定位柱1-3用于弧面测量时的夹紧。拉伸弹簧1-8位于固定座1-1内，卡爪1-2嵌套在固定座1-1内，拉伸弹簧1-8一端与固定座1-1固连，另一端与卡爪1-2固连；当不受外界力作用时，两个卡爪将在拉伸弹簧1-8作用下回复到最紧缩状态，从而在两个定位柱1-3间形成夹紧作用。
[0049] 两个固定爪设计成独立模块，可方便实现拆卸和安装，因此针对不同弧面测量需求，可以快速设计制作合适的固定爪结构，安装于本发明测量装置上，完成弧面测量。另外，固定爪可以配置多种尺寸规格，以应对不同弧面的测量需求。
[0050] 驱动固定装置3包括壳体3-1、引导丝杠3-2、轴承3-3、第一卡簧3-4、充电电池3-5、电机3-6、减速器3-7和电磁铁3-8；壳体3-1为驱动固定装置3的主体结构，壳体3-1上下端对称设置有两个轴承卡槽，轴承3-3安装在轴承卡槽内，用于支承引导丝杠3-2的转动，第一卡簧3-4安装在轴承3-3的上端防止轴承3-3脱出；引导丝杠3-2的外圆上设置有梯形螺纹，引导丝杠3-2的下端伸入减速器3-7的内部，电机3-6与减速器3-7通过沉头螺栓3-9连接；电机3-6转动经过减速器3-7减速后传递给引导丝杠3-2，进而带动引导丝杠3-2转动。减速器3-7采用小尺寸设计，其长宽方向尺寸均不超过壳体3-1尺寸，以便下固定爪2能够轻松从壳体
3-1上取下。减速器3-7与壳体3-1采用沉头螺栓3-9连接，同样可以保证下固定爪2从壳体3-
1移除时不会受到该结构的阻挡和影响。壳体3-1的两侧开有凹槽，充电电池3-5和电磁铁3-
8均安装在凹槽内，充电电池3-5为电磁铁3-8供电。当被测弧面周围有可用于磁性吸附的金属材质载体时，可将两个固定爪结构拆除，直接利用电磁铁3-8的磁性吸附功能，将测量装置固定于被测弧面的周围，相比固定爪装夹方式更为简便快捷。
[0051] 容栅激光测量装置4包括滑动螺母4-1、定栅尺4-2、定栅尺端盖4-3、动栅组件4-4、牵引绳4-5、牵引盘4-6和定栅尺翻折机构4-7；滑动螺母4-1的内圆设有梯形螺纹，滑动螺母4-1与引导丝杠3-2螺纹连接，滑动螺母4-1在引导丝杠3-2的驱动下沿壳体3-1的内侧壁上下移动；定栅尺4-2与滑动螺母4-1连接，定栅尺4-2的正面设有凹槽，凹槽内安装有定栅4-
2-1，定栅尺4-2的背面设有定栅尺滑槽4-2-2；动栅组件4-4在定栅尺滑槽4-2-2内滑动，定栅尺端盖4-3固连在定栅尺4-2的端部；牵引盘4-6固连在滑动螺母4-1的端部内，牵引绳4-5一端固连在牵引盘4-6的转轴上，另一端固连在动栅组件4-4的侧壁上；定栅尺翻折机构4-7设置在牵引盘4-6的内侧，定栅尺翻折机构4-7包括多片圆形碟簧4-7-1、盖板4-7-2和第三卡簧4-7-3，定栅尺4-2上的柱状体插入滑动螺母4-1的柱状凹槽内，多片圆形碟簧4-7-1安装在柱状凹槽内，盖板4-7-2固连在碟簧4-7-1的上方，盖板4-7-2通过第三卡簧4-7-3与柱状体实现限位；动栅组件4-4的主体结构为支撑杆4-4-1，支撑杆4-4-1的端部设置有测量杆
4-4-2，测量杆4-4-2的端部设置有接触式测量滚珠4-4-3，支撑杆4-4-1在测量杆4-4-2的后方设置有一个激光探头4-4-4，支撑杆4-4-1的前部设有动栅尺4-4-5，动栅尺4-4-5的动栅
4-4-5-1嵌入支撑杆4-4-1前部的卡槽内；动栅尺4-4-5的侧面设有动栅尺卡槽4-4-5-2，如图16所示，动栅尺卡槽4-4-5-2的结构尺寸与定栅尺滑槽4-2-2的结构尺寸相同，从而使动栅组件4-4能够沿定栅尺4-2顺畅滑动，如图17和18所示。动栅尺4-4-5的前部设有液晶显示器4-4-6，液晶显示器4-4-6用于实时显示接触式测量滚珠4-4-3的测量距离，液晶显示器4-
4-6的下方设有控制按钮4-4-6-1，包括开关按钮、公/英制转换按钮、清零按钮，开关按钮仅能控制液晶显示器的开关，公/英制转换按钮既可以改变液晶显示器的输出数据形式也可以改变计算机接收的数据形式。
[0052] 定栅尺4-2通过定栅尺翻折机构4-7可实现翻折，定栅尺4-2翻折前处于展开状态，如图12所示，该状态下定栅尺4-2与滑动螺母4-1通过台阶T限位，使得定栅尺4-2保持在水平状态，避免弧面测量时定栅尺4-2发生晃动造成测试结果偏差。定栅尺4-2翻折后大大降低本发明测量装置占据的横向空间，为测量装置的方便携带提供了可能。定栅尺4-2的具体翻折过程如图12～14所示，首先沿图12和图13所示F方向施加压力按压定栅尺4-2，使其相对滑动螺母4-1产生一定位移，此时图12所示台阶T的限位结构不再有限位作用；然后沿图12箭头所示顺时针方向折叠定栅尺4-2，折叠成图14所示状态，此时定栅尺4-2与滑动螺母
4-1的另一个面通过台阶T限位实现固定，避免折叠后两者的相对晃动。
[0053] 动栅组件4-4可沿定栅尺4-2做横向滑动，用于测量弧面的三维尺寸。接触式测量滚珠4-4-3的尺寸较小，且半数面积无遮挡，相对于接触方式能够更精准的贴合被测弧面并实现顺滑滚动，从而提高了接触式测量精度。当接触式测量滚珠4-4-3与被测弧面S接触时，其弧面接触点的位置高度不同，则定栅4-2-1与动栅4-4-5-1的相对位置不同，因此接触点尺寸即可通过定栅与动栅组成的容栅结构测得。激光探头4-4-4可以选用基恩士KEYENCE公司的LJ-G030型高精度传感头，其外形尺寸可根据需求进行设计。激光探头4-4-4可以发射线激光l，在被测弧面S上形成平行于支撑杆4-4-1的激光轮廓线，从而获得该轮廓线上所有点相对于激光探头4-4-4的位置距离信息，综合接触式测量滚珠4-4-3的测量结果，即可准确测量出被测弧面S上各点的空间三维数据。
[0054] 如图19至图21所示，本发明基于上述半接触式弧面三维尺寸测量装置的测量方法如下：
[0055] 首先，根据被测弧面S的载体材质，选择采用夹持方式或电吸方式将测量装置与被测弧面S进行快速装夹，若载体材质为非金属，则采用夹持方式，该方式是将上固定爪1和下固定爪2的卡爪从各自的固定座内拉出，利用各自拉伸弹簧的自动收紧功能将被测弧面S夹紧；若载体材质为金属，则采用夹持方式或电吸方式，电吸方式是将上固定爪1和下固定爪2拆掉，利用电磁铁3-8的电磁吸力将测量装置的驱动固定装置3吸靠在被测弧面S的载体上；
[0056] 然后，启动电源，电机3-6开始工作，电机3-6通过减速器3-7带动引导丝杠3-2转动，进而带动容栅激光测量装置4沿壳体3-1的内侧壁做如下过程的上下移动：容栅激光测量装置4在电机3-6驱动下先向上运动到运动上限H处，再在电机3-6驱动下向下运动到运动下限L处，然后在电机3-6驱动下再次向上运动到运动上限H处，最后在电机3-6驱动下向下运动至被测弧面S的中间位置；运动上限H处和运动下限L处通过容栅激光测量装置4触碰到触碰式限位开关1-7进行识别；上述运动过程是为了确保整个测量过程被测弧面任意一点的测量次数均≥2次，以便后续数据处理时有更多的数据基础。容栅激光测量装置4在沿壳体3-1的内侧壁做上下移动的过程中，动栅尺4-4-5上的接触式测量滚珠4-4-3贴在被测弧面S上，通过定栅尺4-2测量出接触式测量滚珠4-4-3沿定栅尺方向上的坐标位置，与此同时，激光探头4-4-4发射出线激光l，测量出线激光l照射各点相对于激光探头4-4-4的空间位置及距离；
[0057] 最后，结合激光探头4-4-4与接触式测量滚珠4-4-3的相对位置关系，计算得到被测弧面S的三维尺寸，即：接触式测量滚珠4-4-3接触被测弧面S上的固定一点时，激光探头4-4-4可测得其发出的线激光l上的各点对应被测弧面S的尺寸，该系列尺寸包含接触式测量滚珠4-4-3与被测弧面S接触点的尺寸。接触式测量滚珠4-4-3与被测弧面S接触点的尺寸通过容栅准确测得，作为激光测量数据的基准，从而可以较准确的测得被测弧面S一条线上(线激光l对应被测弧面上的线条)的尺寸，如图19和20所示。当接触式测量滚珠4-4-3连续滑动时，接触式测量滚珠4-4-3每接触一个弧面点，激光探头4-4-4就会测量出该点对应的一条弧线的尺寸，所有弧线尺寸的组合即可完成整个被测弧面S的三维尺寸测量。
[0058] 由于激光探头4-4-4与接触式测量滚珠4-4-3相对位置确定，因此两者结合便可对整个被测弧面S进行测量。该测量方法以接触式测量方式为激光测量提供基础位置，相比纯激光测量方式精度得到大幅提升；纯接触式测量一般仅能测量二维尺寸，无法实现三维曲面空间尺寸的扫描测量。本发明将接触式测量和激光测量两者相结合既能实现连续三维空间尺寸的快速测量，又能保证测量精度。
[0059] 如图22所示，当被测弧面为规则弧面(即弧面沿激光线束方向的尺寸相同)时，容栅激光测量装置的激光测量部分将失去作用，仅需通过动栅和定栅即可测试出弧面尺寸。该种测量需求较多，比如弧面测厚、磨耗判定、限度判定等，多数测量想快速获得被测弧面最低点或最高点高度，此时，动栅尺上的液晶显示器即可实时显示各点厚度，读取其最小值或最大值即可快速获得被测弧面的最低点或最高点厚度，从而给工作人员提供下一步工作的判定依据。将最大值或最小值在测量结束后于液晶显示器上显示，既能方便快速读取，又能避免手动测量时因位置偏差导致的测试误差。
[0060] 本发明的半接触式弧面三维尺寸测量装置在测量状态下所占空间较大，为方便携带，将其设计成快速拆装模块，且将定栅尺设计成可折叠式，从而使其变成便携式测量设备。当测量完成后，将定栅尺折叠，将固定爪拆卸，从而变成图23所示的收纳状态，便于收纳和携带。
