CN104197856B - 一种在位表面形貌检测工作台 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种在位表面形貌检测工作台,包括机座和显微镜，机座包括下底板和上框体，上框体为其上端呈开口状的中空框体，上框体以可下底板的前后方向平移滑动的方式架设在下底板的上表面上方，下底板的前侧或后侧设有控制上框体前后滑行的X轴平移驱动装置，上框体的上端端面上架设有可沿上框体左右平移的放置平台，且上框体内设有控制放置平台左右移动的Y轴平移驱动装置，放置平台上竖设有安装立柱，安装立柱上设有可上下移动的安装块，显微镜安装在上述安装块上，安装立柱上安装有控制安装块上下移动的Z轴升降驱动装置。本发明的有益效果：其可实现在位和线下测量，适用范围广，并具有整体结构简单、合理、紧凑的特点。

Description

一种在位表面形貌检测工作台

技术领域

本发明涉及一种检测工作台，特别涉及一种在位表面形貌检测工作台。

背景技术

精密的形貌检测是现代科技中非常重要的一环，通过检测待测物的结构尺寸或表面形貌的精度以控制产品品质。现用于形貌检测的检测方式较为多样，其中利用光学非接触检测方式的测量技术，能够以非破坏方式取得待测物表面精确的形貌数据，已广泛应用于各种产业中，特别是在位检测待测物。

现有的在位形貌检测系统最为重要的部位是位移工作台，其可进行位移调节的具有操作面的用于直接或间接装夹或放置待测物的广义操作平台。传统的位移工作台大多数是采用两层叠加式结构，即X轴轴向移动的部件和Y轴轴向移动的部件分布在上下两层，此上下叠加式的双层结构使工作台的整体体积较大，结构复杂，从而使在位测量时因空间上的限制而造成位移工作台无法做到实时在位测量，只能将被测物拆卸下来放置在位移工作台上进行检测，给检测带来麻烦。

鉴于上述理由，本发明人对检测工作台的上述缺陷做了深入研究，本案由此产生。

发明内容

本发明的目的是提供一种结构简单、紧凑，体积小，适用范围广，并能运用于在位实时测量的在位表面形貌检测工作台。

本发明的技术方案是这样的：一种在位表面形貌检测工作台,包括机座和显微镜，上述机座包括下底板和上框体，上述上框体为其上端呈开口状的中空框体，上述上框体可沿下底板的前后方向平移滑动的方式架设在上述下底板的上表面上方，上述下底板的前侧或后侧设有控制上框体前后滑行的X轴平移驱动装置，上述上框体的上端端面上架设有可沿上框体左右平移的放置平台，且上述上框体内设有控制放置平台左右移动的Y轴平移驱动装置，上述放置平台上竖设有安装立柱，上述安装立柱上设有可上下移动的安装块，上述显微镜安装在上述安装块上，上述安装立柱上安装有控制安装块上下移动的Z轴升降驱动装置。

上述下底板的上表面左右两侧分别凸设有沿下底板的前后方向延伸的X轴导轨，上述X轴导轨的上表面上凸设有沿X轴导轨的长度方向延伸的X轴滑轨，上述上框体的左右两外侧壁上设有其一臂与上述上框体固定，另一臂处于上述X轴滑轨上方的L型安装块，且上述L型安装块的另一臂上固设有架设在X轴滑轨上并沿X轴滑轨滑行的X轴导向滑块。

上述X轴平移驱动装置包括X轴步进电机、X轴丝杆和X轴滑块，上述下底板的前侧壁上延伸设有安装凸板，上述X轴步进电机固定安装在上述安装凸板上，且上述X轴步进电机的输出轴朝后设置，上述X轴丝杆平放设置，并沿上述下底板的前后方向延伸，上述安装凸板的上表面固定有丝杆座，上述X轴丝杆的前端活动穿过上述丝杆座的前、后两端，且上述X轴丝杆的前端端部通过电机联轴器与上述X轴步进电机的输出轴连接，上述X轴丝杆的后端端部螺装锁固在上述上框体的前侧面上，上述X轴滑块套装于上述X轴丝杆外，且上述X轴滑块与上述X轴丝杆螺纹配合连接，上述X轴滑块与上述上框体的前侧壁固定连接。

上述X轴滑块包括前侧板、左侧板和右侧板，上述左侧板的前端和上述右侧板的前端分别与上述前侧板的左、右两侧一体成型连接，上述左侧板的后端和上述右侧板的后端分别与上述上框体的前侧壁固定连接。

上述Y轴平移驱动装置包括Y轴步进电机、Y轴丝杆和Y轴滑块，上述Y轴步进电机固定安装在上述上框体的内底面上，上述Y轴步进电机的输出轴朝左或朝右设置，上述Y轴丝杆平放设置，并沿上述上框体的左右方向延伸，上述Y轴丝杆的第一端端部通过电机联轴器与上述Y轴步进电机的输出端连接，上述Y轴丝杆的第二端端部螺装锁固在上述上框体的左侧壁或右侧壁上，上述Y轴滑块套装于上述Y轴丝杆外，且上述Y轴滑块与上述Y轴丝杆螺纹配合连接。

上述上框体前、后两侧的上表面上锁固有沿上述上框体的左右方向延伸的Y轴滑轨，上述Y轴滑轨上套设有沿上述Y轴滑轨滑动的Y轴导向滑块，两上述Y轴导向滑块和上述Y轴滑块均与上述放置平台锁固连接。

上述安装立柱锁固在上述放置平台上，上述Z轴升降驱动装置包括Z轴步进电机和Z轴丝杆，上述Z轴丝杆竖立设置，并沿上述安装立柱的上下方向延伸，且上述Z轴丝杆处于上述安装立柱的左侧壁或右侧壁处，上述安装块上设有套设于上述Z轴丝杆外的Z轴滑块，且上述Z轴滑块与上述Z轴丝杆螺纹配合连接，上述Z轴步进电机安装在上述安装立柱上，并处于上述Z轴丝杆的下方，上述Z轴步进电机的输出轴与上述Z轴丝杆的下端端部连接，上述Z轴丝杆的上端端部与上述安装立柱活动连接。

上述安装立柱的顶面上固设有绕线轮，上述安装立柱的右侧壁或左侧壁上悬空有配重块，上述配重块的重量与上述安装块和安装在安装块上显微镜的重量相匹配，上述配重块的上方设有吊绳，上述吊绳的第一端与上述配重块固定连接，上述吊绳的第二端端部绕过上述绕线轮并向下延伸至上述安装块处，并与上述Z轴滑块固定连接。

上述安装块上安装有光栅尺。

采用上述方案后，本发明的有益效果：其X轴平移驱动装置处于上框体外侧，Y轴平移驱动装置处于上框体内侧，使放置平台的X轴运动和Y轴运动属于共平面运动，可大大缩短整体高度空间，体积较小，适宜安装在待测物体的工作台上进行在位测量，适用范围较广，并具有整体结构简单、合理、紧凑的特点，同时，显微镜安装在安装块上，安装块在安装立柱上进行上下移动，这样，检测时可调节显微镜与待测物之间的间距，使显微镜移动到待测物形貌最高清晰成像的位置，从而使显微镜采集的图像较为清晰，进而使形貌检测系统的检测精确度较高。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的另一结构示意图(省略显微镜)；

图3为本发明的局部结构示意图。

其中：

显微镜 1 镜头 11

下底板 2 X轴导轨 21

X轴滑轨 211 安装凸板 22

丝杆座 221 上框体 3

L型安装块 31 X轴导向滑块 311

Y轴滑轨 32 Y轴导向滑块 33

丝杆座 34 X轴步进电机 41

X轴丝杆 42 X轴滑块 43

电机联轴器 44 放置平台 5

Y轴步进电机 61 Y轴丝杆 62

Y轴滑块 63 电机联轴器 64

安装立柱 7 安装块 71

Z轴滑块 711 安装凸块 72

绕线轮 73 配重块 74

吊绳 75 Z轴步进电机 81

Z轴丝杆 82 光栅计数器 9

具体实施方式

本发明的一种在位表面形貌检测工作台，如图1-3所示，包括机座和显微镜1，机座包括下底板2和上框体3，该下底板2为方形板块，该上框体3为其上端呈开口状的中空方形框体，上框体3可沿下底板2的前后方向平移滑动的方式架设在下底板2的上表面上方，即下底板2的上表面左右两侧分别凸设有沿下底板2的前后方向延伸的X轴导轨21，X轴导轨21的上表面上凸设有沿X轴导轨21的长度方向延伸的X轴滑轨211，上框体3的左右两外侧壁上设有其一臂与上框体3固定，另一臂处于X轴滑轨211上方的L型安装块31，且L型安装块31的另一臂上固设有架设在X轴滑轨211上并沿X轴滑轨211滑行的X轴导向滑块311，通过X轴滑轨211与X轴导向滑块311的配合可实现上框体3在下底板2上的滑动安装。

该下底板2的前侧设有控制上框体3前后滑行的X轴平移驱动装置，X轴平移驱动装置包括X轴步进电机41、X轴丝杆42和X轴滑块43，下底板2的前侧壁上延伸设有安装凸板22，此安装凸板22与下底板2可构成凸字结构，X轴步进电机41固定安装在安装凸板22上，且X轴步进电机41的输出轴朝后设置，X轴丝杆42平放设置，并沿下底板2的前后方向延伸，安装凸板22的上表面固定有丝杆座221，X轴丝杆42的前端活动穿过丝杆座221的前、后两端，且X轴丝杆42的前端端部通过电机联轴器44与X轴步进电机41的输出轴连接，X轴丝杆42的后端端部活动伸入上框体3的前侧壁内，该丝杆座221可对X轴丝杆42起到可转动的支撑作用，该X轴滑块43套装于X轴丝杆42外，且X轴滑块43与X轴丝杆42螺纹配合连接，该X轴滑块43包括前侧板、左侧板和右侧板，左侧板的前端和右侧板的前端分别与前侧板的左、右两侧一体成型连接，左侧板的后端和右侧板的后端分别与上框体3的前侧壁固定连接，前侧板上开设有供X轴丝杆42穿过的通孔，该通孔内安装有与X轴丝杆42的外螺纹相螺合的内螺纹，通过内外螺纹的配合可实现X轴滑块43在X轴丝杆42上的螺装。X轴平移驱动装置工作时，启动X轴步进电机41，X轴步进电机41带动X轴丝杆42转动，X轴丝杆42只转动不可移动，X轴滑块43螺装在X轴丝杆42外，这样，X轴丝杆42的转动可使X轴滑块43沿着X轴丝杆42作前后滑动，X轴滑块43的前后滑动可带动上框体3前后滑动。

该上框体3的上端端面上架设有可沿上框体3左右平移的放置平台5，此放置平台5盖设于上框体3的上端端口上，该上框体3前、后两侧的上表面上锁固有沿上框体3的左右方向延伸的Y轴滑轨32，Y轴滑轨32上套设有沿Y轴滑轨32滑动的Y轴导向滑块33，两侧的Y轴导向滑块33与放置平台5锁固连接，通过Y轴滑轨32和Y轴导向滑块33可实现放置平台5在上框体3上的滑动安装，该上框体3内设有控制放置平台5左右移动的Y轴平移驱动装置，该Y轴平移驱动装置包括Y轴步进电机61、Y轴丝杆62和Y轴滑块63，Y轴步进电机61固定安装在上框体3的内底面上，且Y轴步进电机61的输出轴朝右设置，Y轴丝杆62平放设置，并沿上框体3的左右方向延伸，上框体3的内底面上固设有丝杆座34，Y轴丝杆62的第一端端部活动穿过丝杆座34至Y轴步进电机的输出端处，并通过电机联轴器64与Y轴步进电机61的输出端连接，Y轴丝杆62的第二端端部活动伸入上框体3的右侧壁内容置，Y轴滑块63套装于Y轴丝杆62外，该放置平台5与Y轴滑块63锁固连接，且Y轴滑块63上开设有供Y轴丝杆62穿过的安装通孔，此安装通孔的孔壁上车设有与Y轴丝杆62相螺合的内螺纹，通过此内外螺纹的配合可实现Y轴滑块63与Y轴丝杆62螺纹配合连接。Y轴平移驱动装置工作时，启动Y轴步进电机61，Y轴步进电机61带动Y轴丝杆62转动，Y轴丝杆62的转动可使Y轴滑块63沿Y轴丝杆62的轴向方向滑动，Y轴滑块63的滑动可使放置平台5作左右平移。

该放置平台5上竖设有安装立柱7，安装立柱7锁固在放置平台5上，安装立柱7上设有可上下移动的安装块71，显微镜1安装在安装块71上，安装立柱7上安装有控制安装块71上下移动的Z轴升降驱动装置，Z轴升降驱动装置包括Z轴步进电机81和Z轴丝杆82，Z轴丝杆82竖立设置，并沿安装立柱7的上下方向延伸，且Z轴丝杆82处于安装立柱7的右侧壁处，安装块71上设有套设于Z轴丝杆82外的Z轴滑块711，且Z轴滑块711与Z轴丝杆82螺纹配合连接，Z轴滑块711上开设有供Z轴丝杆82穿过的安装通孔，此安装通孔的孔壁上车设有与Z轴丝杆82的外螺纹相螺合的内螺纹，该Z轴步进电机81安装在安装立柱7上，并处于Z轴丝杆82的下方，Z轴步进电机81的输出轴与Z轴丝杆82的下端端部连接，Z轴丝杆82的上端端部与安装立柱7活动连接，即安装立柱7的右侧壁上端凸设有安装凸块72，Z轴丝杆82的上端端部紧配合地卡入安装凸块72内。Z轴升降驱动装置工作时，启动Z轴步进电机81，Z轴步进电机81带动Z轴丝杆82转动，Z轴丝杆82的转动使Z轴滑块711沿着Z轴丝杆82上下滑动，Z轴滑块711的滑动使显微镜1可作上下升降运动。

本发明中，该安装块71处于显微镜1的后侧安装有光栅计数器9。

本发明的一种在位表面形貌检测工作台，在位检测使用时，将其放置于相应的机床工作台上，并固定住即可。例如在磨床砂轮进行在位检测，具体操作是：先将下底板2固定在磨床工作台面上，并使显微镜1和光栅计数器与PC机相应的连接，接线完成后启动X轴平移驱动装置，上框体3平移，安装立柱7上的显微镜1一同平移，待显微镜1处于砂轮正下方时关闭X轴平移驱动装置，并使显微镜1的镜头11朝上设置，然后，启动Z轴升降驱动装置，安装块71升降调节，安装块71的升降可相应调节显微镜1与砂轮之间的间距，使显微镜1进行自动对焦，待检测者在PC机上观察到的监测画面达到一定清晰图像后，关闭Z轴升降驱动装置，最后，对砂轮的轴向做在位检测，并在PC机控制界面输入相应的指令，使上框体3作Y轴方向移动，从而使显微镜1完成砂轮轴向直线的数据采集及图像采集，并重复此动作，同时采集到的序列图像f(x,y,n)，其中n表示图像序列号，发送到PC机中，PC机采用聚焦叠合算法(SML算子)求出各点的聚焦测度，求出的各点聚焦测度出现最大值对应的n值即为此高度位置时清晰成像，求出该位置n后，将n值乘于显微镜相邻两次图像采集时上框体的实际行程，从而获取图像中不同位置的深度，这样，即可完成砂轮的在位检测，此种基于聚集合成的砂轮表面三维重构方式是公知的，在此不再具体累述；检测完成后将下底板2从磨床工作台面上拆卸下来即可。若无需在位检测时，可将检测工作台与其他微动二维平台相配合，即将微动二信平台放置于放置平台5上，显微镜1的镜头11朝下设置，即可实现线下检测。

本发明的有益效果如下：

一、X轴平移驱动装置处于上框体3外侧，Y轴平移驱动装置处于上框3体内侧，使放置平台5的X轴运动和Y轴运动属于共平面运动，可大大缩短整体高度空间，体积较小，适宜安装在待测物体的工作台上进行在位测量，适用范围较广。

二、可实现在位检测和线下检测，随动性强，使用灵活性大，并具有整体结构简单、合理、紧凑的特点。

三、采用丝杆与电机的配合方式来实现X、Y、Z轴的运动，运动较为平稳，同时，X、Y、Z轴的运动通过光栅计数器进行记数，能够得到高效稳定高精度的定位。

四、检测时可调节显微镜与待测物之间的间距，使显微镜移动到待测物形貌最高清晰成像的位置，从而使显微镜采集的图像较为清晰，进而使形貌检测系统的检测精确度较高。

本发明中，该安装立柱7的顶面上固设有绕线轮73，安装立柱7的左侧壁上悬空有配重块74，配重块74的重量与安装块71和安装在安装块71上显微镜1的重量相匹配，配重块74的上方设有吊绳75，吊绳75的第一端与配重块74固定连接，吊绳75的第二端端部绕过绕线轮73并向下延伸至Z轴滑块711处，并与Z轴滑块711固定连接；这样，通过此配重块74起到安装块71上的承载平衡，极大程序上避免了检测工作台运动时因力矩不平衡产生的微动或上下滑动而影响显微镜1的测量准确性，保证了显微镜1的测量精度。

上述实施例和图式并非限定本发明的产品形态和式样，任何所属技术领域的普通技术人员对其所做的适当变化或修饰，皆应视为不脱离本发明的专利范畴。

Claims (8)

1.一种在位表面形貌检测工作台,包括机座和显微镜，其特征在于：上述机座包括下底板和上框体，上述上框体为其上端呈开口状的中空框体，上述上框体以可沿下底板的前后方向平移滑动的方式架设在上述下底板的上表面上方，上述下底板的前侧或后侧设有控制上框体前后滑行的X轴平移驱动装置，上述上框体的上端端面上架设有可沿上框体左右平移的放置平台，且上述上框体内设有控制放置平台左右移动的Y轴平移驱动装置，上述放置平台上竖设有安装立柱，上述安装立柱上设有可上下移动的安装块，上述显微镜安装在上述安装块上，上述安装立柱上安装有控制安装块上下移动的Z轴升降驱动装置；

上述X轴平移驱动装置包括X轴步进电机、X轴丝杆和X轴滑块，上述下底板的前侧壁上延伸设有安装凸板，上述X轴步进电机固定安装在上述安装凸板上，且上述X轴步进电机的输出轴朝后设置，上述X轴丝杆平放设置，并沿上述下底板的前后方向延伸，上述安装凸板的上表面固定有丝杆座，上述X轴丝杆的前端活动穿过上述丝杆座的前、后两端，且上述X轴丝杆的前端端部通过电机联轴器与上述X轴步进电机的输出轴连接，上述X轴丝杆的后端端部螺装锁固在上述上框体的前侧面上，上述X轴滑块套装于上述X轴丝杆外，且上述X轴滑块与上述X轴丝杆螺纹配合连接，上述X轴滑块与上述上框体的前侧壁固定连接。

2.根据权利要求1所述的一种在位表面形貌检测工作台，其特征在于:上述下底板的上表面左右两侧分别凸设有沿下底板的前后方向延伸的X轴导轨，上述X轴导轨的上表面上凸设有沿X轴导轨的长度方向延伸的X轴滑轨，上述上框体的左右两外侧壁上设有其一臂与上述上框体固定，另一臂处于上述X轴滑轨上方的L型安装块，且上述L型安装块的另一臂上固设有架设在X轴滑轨上并沿X轴滑轨滑行的X轴导向滑块。

3.根据权利要求1所述的一种在位表面形貌检测工作台，其特征在于：上述X轴滑块包括前侧板、左侧板和右侧板，上述左侧板的前端和上述右侧板的前端分别与上述前侧板的左、右两侧一体成型连接，上述左侧板的后端和上述右侧板的后端分别与上述上框体的前侧壁固定连接。

4.根据权利要求1所述的一种在位表面形貌检测工作台，其特征在于：上述Y轴平移驱动装置包括Y轴步进电机、Y轴丝杆和Y轴滑块，上述Y轴步进电机固定安装在上述上框体的内底面上，上述Y轴步进电机的输出轴朝左或朝右设置，上述Y轴丝杆平放设置，并沿上述上框体的左右方向延伸，上述Y轴丝杆的第一端端部通过电机联轴器与上述Y轴步进电机的输出端连接，上述Y轴丝杆的第二端端部螺装锁固在上述上框体的左侧壁或右侧壁上，上述Y轴滑块套装于上述Y轴丝杆外，且上述Y轴滑块与上述Y轴丝杆螺纹配合连接。

5.根据权利要求4所述的一种在位表面形貌检测工作台，其特征在于：上述上框体前、后两侧的上表面上锁固有沿上述上框体的左右方向延伸的Y轴滑轨，上述Y轴滑轨上套设有沿上述Y轴滑轨滑动的Y轴导向滑块，两上述Y轴导向滑块和上述Y轴滑块均与上述放置平台锁固连接。

6.根据权利要求1所述的一种在位表面形貌检测工作台，其特征在于：上述安装立柱锁固在上述放置平台上，上述Z轴升降驱动装置包括Z轴步进电机和Z轴丝杆，上述Z轴丝杆竖立设置，并沿上述安装立柱的上下方向延伸，且上述Z轴丝杆处于上述安装立柱的左侧壁或右侧壁处，上述安装块上设有套设于上述Z轴丝杆外的Z轴滑块，且上述Z轴滑块与上述Z轴丝杆螺纹配合连接，上述Z轴步进电机安装在上述安装立柱上，并处于上述Z轴丝杆的下方，上述Z轴步进电机的输出轴与上述Z轴丝杆的下端端部连接，上述Z轴丝杆的上端端部与上述安装立柱活动连接。

7.根据权利要求6所述的一种在位表面形貌检测工作台，其特征在于：上述安装立柱的顶面上固设有绕线轮，上述安装立柱的右侧壁或左侧壁上悬空有配重块，上述配重块的重量与上述安装块和安装在安装块上显微镜的重量相匹配，上述配重块的上方设有吊绳，上述吊绳的第一端与上述配重块固定连接，上述吊绳的第二端端部绕过上述绕线轮并向下延伸至上述安装块处，并与上述Z轴滑块固定连接。

8.根据权利要求1所述的一种在位表面形貌检测工作台，其特征在于：上述安装块上安装有光栅尺。