CN102589492B - 一种大型曲面柔性检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大型曲面柔性检测装置，包括处理系统、导轨、滑台、立柱、检测网架、滑台驱动装置；所述立柱设置在滑台的两侧，检测网架通过立柱设置于滑台的上方；所述检测网架包括：外框、纵向导板、横向导板、纵向定位模板、横向定位模板、传感器支座，所述传感器支座与横向定位模板滑动连接。本专利结构简单制造成本低；对受检曲面没有材质、颜色、形状、尺寸的限制；不同受检零件只需快速更换定位模板，容易操作，而且可以实现较高程度的自动化；使用中无需消耗中间介质，测量成本低廉；不会产生有害水、气、光、辐射等污染。

Description

一种大型曲面柔性检测装置

技术领域

本发明涉及曲面检测装置，尤其涉及一种大型曲面柔性检测装置。

背景技术

随着制造业的快速发展，许多行业的构件大量采用了复杂曲面。在产品开发中，零件的复杂曲面和模具型面的数字化建模和三维检测是进行产品设计和质量控制的前提和基础，具有重要的意义。三坐标测量机虽然测量效率很低还需要数控编程，至今仍是工业中最常用而可靠的三维几何测量装备。然而对于大型零件，如汽车覆盖件、船桨、水轮机叶片、风力发电机叶片、大型抛物面天线、飞机模具等，由于受尺寸和重量限制，很难将其搬到测量室三坐标测量机上进行测量，目前主要采用激光跟踪仪、经纬仪、模板模线对零件的一些关键点进行测量。这些测量方法速度慢、检测操作繁琐，而且只能测量零件少量关键点位置，无法满足全尺寸反求设计和在生产现场检测在制件的需求。譬如不锈钢材质的大型水轮机导叶，体积巨大而笨重，双面都为非规则复杂三维曲面，在铸件检测和机加工中间检测中，采用传统的立体样板和光电经纬仪进行检测，检测效率和精度很低(甚至达不到毫米级)，而且由于一次加工可能达不到最终要求，不得不在机床上局部修正加工后吊离到机外再检测，如此多次反复。

基于机器视觉的三维测量技术近年逐渐步入工业应用，其中基于双目视觉直接摄取被测物体图像而计算物体特征点三维坐标的被动式三维信息获取技术尚未达到精密测量实用阶段，而基于结构光扫描法或激光自动聚焦法的主动式三维信息获取技术已经形成一些成熟的测量仪器，例如北京天远三维科技有限公司的OKIO系列、上海数造公司的3DSS系列三维测量仪，可用于对物体表面进行数字化三维测量，而且仪器可安装在测量室外环境使用。但是这类仪器对被测表面粗糙度、反光性率、倾角很敏感，对光亮金属表面测量效果很差；存在阴影遮挡效应，易于丢失数据；扫描得到的数据量极大，需要专门的反求数据处理软件，部分曲面边缘和结合部分还需要人工修理；对于特征点不足的被测表面，需要人工辅贴许多标识；对于大型物体表面测量，需要分块局部扫描再拼合，检测精度不高而且检测效率低。

发明内容

为了克服现有技术的缺点和不足，本发明提供一种高精度、高效率，操作简便易行的大型曲面柔性检测装置。

其具体技术方案如下：

一种大型曲面柔性检测装置，其特征在于：包括处理系统、导轨、滑台、立柱、检测网架、滑台驱动装置；所述立柱设置在滑台的两侧，检测网架通过立柱设置于滑台的上方。

所述检测网架包括：外框、纵向导板、横向导板、纵向定位模板、横向定位模板、传感器支座，所述传感器支座与横向定位模板滑动连接。

所述滑台上设置有用夹持零件的夹具。

所述检测网架与立柱之间通过可调托座活动连接。

所述传感器支座上设置有Z向位移测量装置。

所述Z向位移测量装置包括，线性驱动单元、位移传感器、接触显示器、位移显示器以及位移信号输出接口。

所述传感器支座上还设置有锁定机构。

所述处理系统包括传输及控制器、数据及图形处理器。

所述位移传感器为接触式传感器或非接触式传感器。

需要说明的是，接触显示器若采用非接触式位移传感器时则无。

所述检测网架可以为单行检测架。

本发明的有益效果是：

(1)测量效率高并且有高的测量精度。本发明检测网架上设置有活动的传感器支座，并在传感器支座上组合设置有多个位移传感器，多传感器可以同时工作，一次性高效率地获得整个被测大型曲面上所需全部测量点的三维数值，而各个位移传感器可以互不干扰地获得零件的高精度测量值。

(2)柔性化的操作机制，适应性好。本发明根据所需测量要求而非定间隔地柔性组合多传感器，可以对同一被测曲面的不同区域取得不同密集度的测量数据，还可以单个或部分位移传感器同时工作，进行曲面上单点或局部测量。

(3)通用性好，可实现在机检测。本发明的检测系统对受检大型曲面没有材质、颜色、形状、尺寸的特定限制，有很好的通用性，而且可以利用大型加工机床的滑动工作台作为检测平台，实现零件在机加工/检测一体化。

(4)本发明检测网架活动可调。提出非定距行列式排布位移传感器并可灵活变位和变数量、同时或分时获取被测曲面上多点位置信息的方法，达到对大型曲面整体或分块检测其几何形状和尺寸的目的，取得高精度和高效率的测量效果，而且不拘泥于在闭式测量室操作，可在车间地面甚或加工机床上实施。

(5)操作简单，自动化程度高，测量成本低，无公害。本发明检测系统的硬件和软件都相当简单，制造成本低；不同受检零件只需快速更换定位模板，容易操作，而且可以实现较高程度的自动化；使用中无需消耗中间介质，测量成本低廉，而且不产生有害水、气、光、辐射等污染。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为图1局部结构示意图；

图3为图1检测网架结构示意图；

图4为图3局部放大结构示意图；

图5为Z向位移测量装置及其安装结构示意图；

具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，但本发明的实施方式不限于此。

如图1、图2所示。本发明大型曲面柔性检测装置，包括处理系统、导轨5、滑台3、立柱6、检测网架、滑台驱动装置4；所述立柱6设置在滑台3的两侧，检测网架通过立柱6设置于滑台3的上方。所述滑台3上设置有用于夹持零件1的夹具2。所述检测网架的外框8与立柱6之间通过可调托座7活动连接。所述处理系统包括传输及控制器20、数据及图形处理器21。地面22。

如图3图4所示。所述检测网架包括：外框8、纵向导板9、横向导板10、纵向定位模板12、横向定位模板13、传感器支座11，所述传感器支座11与横向定位模板13滑动连接。所述传感器支座11上设置有Z向位移测量装置。所述传感器支座11上还设置有锁定机构14。

如图5所示。所述Z向位移测量装置包括，线性驱动单元15、位移传感器16、接触显示器17、位移显示器18以及位移信号输出接口19。所述位移传感器16为接触式传感器或非接触式传感器。所述接触显示器若采用非接触式位移传感器时则无。

本发明工作原理如下：

首先将被测零件1用与之匹配的夹具2安装在滑台3上，受检曲面朝上并使之相对滑台指定基准准确定位；滑台驱动装置4可驱动滑台3沿导轨5移动，使被测的零件能滑出检测网架遮挡区域而翻转变换受检面。对于大型加工机床，其滑动工作台可作为本发明中的检测滑台使用。滑台3两侧的立柱6，用于安装检测网架。立柱6与滑台3有相对定位。立柱6上的可调托座7，使检测网架可呈水平安装并相对被测曲面而定高和确定前后左右位置。检测网架也可以倾斜安装以适应不同方位曲面的测量。两个纵向导板9固定在检测网架的两对边框上，视检测网架的外框8大小可在中间增设与纵向导板9平行的加强板以满足检测网架的外框8刚度要求。若干块横向导板10(其数量视检测需要而定)正交安装在纵向导板9上面，若干个传感器支座11(其数量视检测需要而定)安装在横向导板10上并可滑动。传感器支座11在横向导板10上的间距和横向导板10在纵向导板9上的间距分别用纵向定位模板12和横向定位模板13快速确定(根据零件的被测面上所要求的测量点位置而制作定位模板，对不同的受检零件只需快速更换定位模板)。锁定机构14用于固定定位模板。每个传感器支座11上安装有一套Z向(与检测网架框平面垂直方向)位移测量装置，可采用接触式、非接触式两种类型。如上所示，每套Z向位移测量装置主要由线性驱动单元15、位移传感器16、接触显示器17、位移显示器18以及位移信号输出接口19组成。位移传感器16的端部为小直径半球状触头。在开始测量之前，所有的位移传感器16都保持在初始预定高度(悬于被测零件的表面之上)；开始测量后，各自在线性驱动单元15驱动下垂直下移，当其触头接触到被表面时，接触显示器17给出接触显示(譬如亮灯)，线性驱动单元15暂停动作，位移显示器18(譬如数显或指针)显示位移值并通过位移信号输出接口19输出表征位移量的模拟或数字信号；传输及控制器20采集位移信号并输入计算机，同时触发线性驱动单元15反向动作，使位移传感器16上升复位。数据及图形处理器21对采集到的信号进行储存和计算，生成数据和图形检测报告。视检测网架上Z向位移测量装置的多少和测量读数、滑台驱动等操作自动化程度要求，传输及控制器20可以有不同结构，典型的电路主要包括计算机、PLC、触发器、数据采集卡、数模转换模块、多路开关、显示屏、串/并口通讯模块等器件，由计算机控制PLC，继而控制滑台3的滑入滑出、单个或局部或全部传感器的动作以及显示器的显示、测量信号的采集与传输。数据及图形处理器21安装在计算机里。

如果采用非接触式传感器，可以是基于光或超声波或视觉图像等原理的测距传感器(每个传感器支座11上垂直安装一套)。测距传感器在受控触发时工作，测量自身发射头与被测表面之间的距离，由位移显示器18显示结果并通过位移信号输出接口19输出表征位移量的模拟或数字信号。

作为一个特例，也可以考虑将测量网架缩减成单行架，由检测平台带着被测物体移动，对曲面逐行进行检测。

零件1的测量过程如下：

如图3、5所示，先用可调托座7调节检测网架的高度，再用制作好的横向定位模板13、纵向定位模板12，实现Z向位移测量装置的快速排布，并用锁定机构14实现排布后的固定，最后利用线性驱动单元15实现位移传感器16的快速复位；

如图1所示，先用驱动装置4将滑台3从检测网架下面滑出，然后用夹具2将被检测的零件1固定在滑台3上，最后利用滑台驱动装置4将滑台3滑回检测网架下面。

如图5所示，先利用线性驱动单元15实现位移传感器16的触头向下移动，当位移传感器16的触头接触被测的零件1时，接触显示器17给出相应的信号(譬如对金属被测物体，位移传感器触头与之接触时形成闭合电路，指示灯亮)，该信号通过传输及控制器20实现位移传感器16的触头停止向下运动。

如图5所示，当位移传感器16的触头停止向下运动，位移显示器18显示相应的位移传感器16移动的位移量，并通过位移信号输出接口19输出。位移信号输出接口19输出的数据利用数据及图形处理器21进行处理，得出被测零件1的几何形状及尺寸。

如上所述便可较好地实现本专利。

Claims (3)

1.一种大型曲面柔性检测装置，其特征在于：包括处理系统、导轨、滑台、立柱、检测网架、滑台驱动装置；所述立柱设置在滑台的两侧，检测网架通过立柱设置于滑台的上方；

所述检测网架包括：外框、纵向导板、横向导板、纵向定位模板、横向定位模板、若干个传感器支座，所述若干个传感器支座安装在横向导板上并可滑动；

所述滑台上设置有用于夹持零件的夹具；

所述检测网架与立柱之间通过可调托座活动连接；

所述传感器支座上设置有Z向位移测量装置；

所述Z向位移测量装置包括，线性驱动单元、位移传感器、接触显示器、位移显示器以及位移信号输出接口；

所述位移传感器为接触式传感器或非接触式传感器。

2.根据权利要求1所述的大型曲面柔性检测装置，其特征在于：所述传感器支座上还设置有锁定机构。

3.根据权利要求1所述的大型曲面柔性检测装置，其特征在于：所述处理系统包括传输及控制器、数据及图形处理器。