CN106908014B - 一种3d曲面玻璃用的五轴测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种3D曲面玻璃用的五轴测量装置，其提供一种通用的、最大可测折弯90°的、多功能的3D曲面玻璃测量装置，以适应3D曲面玻璃大批量生产的、快速轮廓测量需求。其包括底座，所述底座上布置有治具，所述治具用于定位待检测的3D曲面玻璃，所述治具支承于A轴回转台，所述A轴回转台的支承底座嵌装于Y轴导轨，所述支承底座外接有Y轴驱动装置，所述底座上还设置有一龙门架，所述龙门架的X轴、Z轴的综合输出端固装有回转工作台的安装座，所述回转工作台的B轴输出端连接非接触位移传感器的基座，所述非接触位移传感器的感应端位于所述基座的外端布置，所述感应端相对于所述B轴进行回转动作，所述治具的上方还设置有镜头、相机。

Description

一种3D曲面玻璃用的五轴测量装置

技术领域

本发明涉及玻璃测量的技术领域，具体为一种3D曲面玻璃用的五轴测量装置。

背景技术

3D曲面玻璃是当前智能手机的发展趋势，市场需求量日益升高。曲面轮廓、玻璃厚度、平面度是曲面玻璃的重要精度指标，在生产制程中需求重点管控。对曲面玻璃的测量，当前主要装置是使用三坐标测量机，其测量效率低，只能用于抽检，不满足曲面玻璃大批量生产的全检需求。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种3D曲面玻璃用的五轴测量装置，其提供一种通用的、最大可测折弯90°的、多功能的3D曲面玻璃测量装置，以适应3D曲面玻璃大批量生产的、快速轮廓测量需求。

一种3D曲面玻璃用的五轴测量装置，其特征在于：其包括底座，所述底座上布置有治具，所述治具用于定位待检测的3D曲面玻璃，所述治具支承于A轴回转台，所述A轴回转台的支承底座嵌装于Y轴导轨，所述支承底座外接有Y轴驱动装置，所述底座上还设置有一龙门架，所述龙门架的X轴、Z轴的综合输出端固装有回转工作台的安装座，所述回转工作台的B轴输出端连接非接触位移传感器，所述非接触位移传感器相对于所述B轴进行回转动作，所述治具的上方还设置有镜头、相机，所述镜头、相机支承于所述支架，X轴、Y轴、Z轴为互相垂直的三个运动轴，A轴回转台的A轴平行于Z轴布置、为回转轴，B轴平行于所述Y轴或X轴布置、为回转轴。

其进一步特征在于：

非接触位移传感器包括但不限于光谱共焦传感器、三角激光测距传感器、激光飞行时间测距传感器中的任意一种；

所述Y轴导轨垂直于所述龙门架的水平横梁布置，所述水平横梁的长度方向上设置有X轴导轨，Z轴底板安装于所述X轴导轨，所述水平横梁上固装有所述X轴伺服电机，所述X轴伺服电机的输出端连接有X轴丝杆，所述X轴丝杆螺纹连接Z轴丝杆螺母，所述Z轴丝杆螺母固装于所述Z轴底板，所述Z轴底板上设置有Z轴伺服电机，所述Z轴伺服电机的输出端连接Z轴丝杆，所述Z轴丝杆螺纹连接Z轴滑台内的Z轴丝杆螺母，所述Z轴滑台的一侧嵌装于Z轴导轨，所述Z轴导轨固装于所述Z轴底板的长度方向，所述Z轴滑台即为所述X轴、Z轴的综合输出端；

所述支架包括支承板，所述支承板上固装有相机安装台，所述相机安装台上布置有所述镜头、相机；

优选地，所述支承板的一侧固装于所述Z轴滑台的下端对应侧，所述支承板的前端面固装有所述相机安装台，所述相机安装台上安装有所述相机，所述相机的镜头朝向治具布置，所述相机和非接触位移传感器之间互不干涉；

优选地，所述支承板平行于所述水平横梁布置，所述水平支承板的两端固装于所述水平横梁的前端面，所述支承板的上端面固装有所述相机安装台，所述镜头、相机自下而上固装于所述相机安装台，所述相机安装台、支承板对应于镜头的位置开有避让孔，确保镜头无遮挡朝向治具进行拍照；

所述Y轴驱动装置包括Y轴伺服电机、Y轴丝杆，所述Y轴伺服电机固装于所述底座，所述Y轴伺服电机的输出端固装有所述Y轴丝杆，所述Y轴丝杆螺纹连接Y轴丝杆螺母，所述Y轴丝杆螺母固装于所述A轴回转台的支承底座，所述A轴回转台的转动输出端固装有所述治具的下部安装台，所述治具固装于所述下部安装台，所述支承底座的两侧分别嵌装于上凸的Y轴导轨；

X轴、Y轴、Z轴的驱动方向上分别设置有对应的X轴拖链、Y轴拖链、Z轴拖链，方便布线。

采用本发明的结构后，利用非接触式非接触位移传感器进行测量、利用影像定位系统进行被测件的定位，非接触位移传感器的驱动系统包括XYZ三个正交轴和两个回转轴A轴、B轴，其使得测量效率高，适用于3D曲面玻璃的大批量生产过程中的全检，其提供一种通用的、最大可测折弯90°的、多功能的3D曲面玻璃测量装置，以适应3D曲面玻璃大批量生产的、快速轮廓测量需求，其通过一次装夹可完成3D曲面玻璃的纵/横、圆角轮廓，外尺寸、耳机孔home键孔的尺寸及位置度等2D尺寸的所有测量。

附图说明

图1为本发明具体实施例一的立体图结构示意图；

图2为本发明具体实施例二的立体图结构示意图(省略底座的下部支腿)；

图3为测量流程的框图；

图4为3D轮廓测量过程示意图；

图中序号所对应的名称如下：

底座1、治具2、3D曲面玻璃3、Y轴导轨4、龙门架5、回转工作台6、安装座6-1、B轴6-2、非接触位移传感器7、基座7-1、感应端7-2、镜头8、相机9、支架10、水平横梁12、X轴导轨13、Z轴底板14、X轴伺服电机15、X轴丝杆16、Z轴伺服电机17、Z轴丝杆18、Z轴滑台19、Z轴导轨20、水平支承板21、相机安装台22、Y轴伺服电机23、Y轴丝杆24、下部安装台25、X轴拖链26、Y轴拖链27、Z轴拖链28、A轴回转台29、支承底座30、转动输出端31。

具体实施方式

一种3D曲面玻璃的快速测量装置，见图1：其包括底座1，底座1上布置有治具2，治具2用于定位待检测的3D曲面玻璃3，治具2支承于A轴回转台29，A轴回转台29的支承底座30嵌装于Y轴导轨4，治具2支承于Y轴导轨4，治具2外接有Y轴驱动装置，底座1上还设置有一龙门架5，龙门架5的X轴、Z轴的综合输出端固装有回转工作台6的安装座6-1，回转工作台6的B轴6-2的输出端连接非接触位移传感器7的基座7-1，非接触位移传感器7的感应端7-2位于基座7-1的外端布置，感应端7-2相对于B轴6-2进行回转动作，治具2的上方还设置有镜头8、相机9，镜头8、相机9支承于支架10，X轴、Y轴、Z轴为互相垂直的三个运动轴，B轴平行于X轴或Y轴布置、为回转轴。

具体实施例中，B轴为平行于Y轴布置的回转轴。

非接触位移传感器7包括但不限于光谱共焦传感器、三角激光测距传感器、激光飞行时间测距传感器中的任意一种；

Y轴导轨4垂直于龙门架5的水平横梁12布置，水平横梁12的长度方向上设置有X轴导轨13，Z轴底板14安装于X轴导轨13，水平横梁12上固装有X轴伺服电机15，X轴伺服电机15的输出端连接有X轴丝杆16，X轴丝杆16螺纹连接Z轴丝杆螺母，Z轴丝杆螺母固装于Z轴底板14，Z轴底板14上设置有Z轴伺服电机17，Z轴伺服电机17的输出端连接Z轴丝杆18，Z轴丝杆18螺纹连接Z轴滑台19内的Z轴丝杆螺母，Z轴滑台19的内侧嵌装于Z轴导轨20，Z轴导轨20固装于Z轴底板14的长度方向，Z轴滑台19即为X轴、Z轴的综合输出端；

Y轴驱动装置包括Y轴伺服电机23、Y轴丝杆24，Y轴伺服电机23固装于底座1，Y轴伺服电机23的输出端固装有Y轴丝杆24，Y轴丝杆24螺纹连接Y轴丝杆螺母，Y轴丝杆螺母固装于A轴回转台29的支承底座30，A轴回转台29的转动输出端31固装有治具2的下部安装台25，治具2固装于下部安装台25，支承底座30的两侧分别嵌装于上凸的Y轴导轨4；

X轴、Y轴、Z轴的驱动方向上分别设置有对应的X轴拖链26、Y轴拖链27、Z轴拖链28，方便布线；

支架10包括支承板21，支承板21上固装有相机安装台22，相机安装台22上布置有镜头8、相机9；

具体实施例一、见图1：支承板21的一侧固装于Z轴滑台19的下端对应侧，支承板21的前端面固装有相机安装台22，相机安装台22上安装有相机9，相机9的镜头8朝向治具2布置，相机9和非接触位移传感器7之间互不干涉。

具体实施例二、见图2：支承板21平行于水平横梁12布置，支承板21的两端固装于水平横梁12的前端面，支承板21的上端面固装有相机安装台22，镜头8、相机9自下而上固装于相机安装台22，相机安装台22、支承板21对应于镜头8的位置开有避让孔，确保镜头8无遮挡朝向治具2进行拍照。

其工作原理如下：预先在测量软件中导入设计待测3D玻璃模型，进而根据模型设计出合理的测量路径，之后将待测玻璃放置于对应的治具上定位，通过治具上方的影像定位系统(相机+镜头)拍照获取待测玻璃在XY方向上的位置和姿态，用于进行XY方向上的定位，影像定位系统可集成于X轴上布置或Z轴上布置，只要能够拍照获取待测玻璃在XY方向上的位置和姿态即可，之后通过A轴回转台调整使得被测3D曲面玻璃保持相对于非接触位移传感器的最佳测量姿态，该A轴回转台的设置使得测量装置可测量任意姿态的3D曲面玻璃，非接触位移传感器安装于可相对于B轴绕转的回转工作台，其中B轴为平行于Y轴布置的回转轴，按照设计的测量路径，控制X、Y、Z、A、B五轴运动，通过非接触位移传感器对被测件的整个表面进行扫描。如图4所示，对于四面弯且折边角度达到90度的3D曲面玻璃，使用X、Z、B三轴联动方式完成单轮廓扫描测量，单轮廓测量完成后，Y轴进动，如此往复，实现多轮廓扫描测量。对纵向轮廓的测量，A轴回转90度，继续以XZB联动、Y进动方式完成纵向轮廓扫描；对圆角部分的轮廓测量，A轴回转调整待测玻璃姿态，以XZB三轴联动完成轮廓扫描。将扫描获得的参数和标准参数进行比对，输出测量结果；

为准确获知被测3D曲面玻璃在测量坐标系中的位置与姿态，辅以影像定位系统，影像定位系统与测量系统通过融合标定建立相对坐标关系；

非接触位移传感器相对于待测玻璃的测量路径和姿态由3D曲面玻璃的设计模型生成；

具体实施例中：治具A轴回转台预先调整3D玻璃的姿态，待测玻璃可沿着Y轴单一方向水平向移动，B轴为平行于Y轴布置的回转轴，治具进行Y轴向动作，非接触位移传感器进行Z轴、X轴直线动作和B轴的转动动作，其使得在X、Y、Z、B、A五轴驱动下，实现对3D曲面玻璃的外轮廓扫描测量。由于A轴的存在，当扫描测量方向由横向变成纵向时，不需要手动对曲面玻璃进行二次定位，只需A轴回转台旋转90°即可，而且，可用于四面弯曲面玻璃圆角部分扫描测量时调整被测件姿态。其测量效率高，适用于3D曲面玻璃的大批量生产过程中的全检；

影像定位系统包括镜头、相机、支架，影像定位系统通过捕获治具上3D曲面玻璃被测件的图像，判断被测件的实际位置，指引非接触位移传感器对3D曲面玻璃的轮廓进行全面测量。

其有益效果如下：

1.使用非接触位移传感器进行非接触测量，由于没有接触力，不会引起被测件的变形，测量精度更高；

2.使用非接触位移传感器对3D曲面玻璃进行连续扫描测量，比三坐标测量机效率更高；

3.利用影像定位被测件的位置和姿态并可调整被测件的姿态，比三坐标测量机或单纯使用位移传感器进行定位，效率更高；

4.适用于两面弯、四面弯手机玻璃，弯曲程度可达90°，通用性好；

5.影像部分可对玻璃外尺寸、耳机孔/home孔尺寸和位置度等2D尺寸进行测量，非接触传感器实现3D轮廓测量，满足3D曲面玻璃全尺寸测量需求。

以上对本发明的具体实施例进行了详细说明，但内容仅为本发明创造的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明创造的实施范围。凡依本发明创造申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本专利涵盖范围之内。

Claims (6)

1.一种3D曲面玻璃用的五轴测量装置，其特征在于：其包括底座，所述底座上布置有治具，所述治具用于定位待检测的3D曲面玻璃，所述治具支承于A轴回转台，所述A轴回转台的支承底座嵌装于Y轴导轨，所述支承底座外接有Y轴驱动装置，所述底座上还设置有一龙门架，所述龙门架的X轴、Z轴的综合输出端固装有回转工作台的安装座，所述回转工作台的B轴输出端连接非接触位移传感器，所述非接触位移传感器相对于所述B轴进行回转动作，所述治具的上方还设置有镜头、相机，所述镜头、相机支承于支架，X轴、Y轴、Z轴为互相垂直的三个运动轴，A轴回转台的A轴平行于Z轴布置、为回转轴，B轴平行于所述Y轴或X轴布置、为回转轴；

非接触位移传感器包括但不限于光谱共焦传感器、三角激光测距传感器、激光飞行时间测距传感器中的任意一种；

所述Y轴导轨垂直于所述龙门架的水平横梁布置，所述水平横梁的长度方向上设置有X轴导轨，Z轴底板安装于所述X轴导轨，所述水平横梁上固装有所述X轴伺服电机，所述X轴伺服电机的输出端连接有X轴丝杆，所述X轴丝杆螺纹连接Z轴丝杆螺母，所述Z轴丝杆螺母固装于所述Z轴底板，所述Z轴底板上设置有Z轴伺服电机，所述Z轴伺服电机的输出端连接Z轴丝杆，所述Z轴丝杆螺纹连接Z轴滑台内的Z轴丝杆螺母，所述Z轴滑台的一侧嵌装于Z轴导轨，所述Z轴导轨固装于所述Z轴底板的长度方向，所述Z轴滑台即为所述X轴、Z轴的综合输出端。

2.如权利要求1所述的一种3D曲面玻璃用的五轴测量装置，其特征在于：所述支架包括支承板，所述支承板上固装有相机安装台，所述相机安装台上布置有所述镜头、相机。

3.如权利要求2所述的一种3D曲面玻璃用的五轴测量装置，其特征在于：所述支承板的一侧固装于所述Z轴滑台的下端对应侧，所述支承板的前端面固装有所述相机安装台，所述相机安装台上安装有所述相机，所述相机的镜头朝向治具布置，所述相机和非接触位移传感器之间互不干涉。

4.如权利要求2所述的一种3D曲面玻璃用的五轴测量装置，其特征在于：所述支承板平行于所述水平横梁布置，所述水平支承板的两端固装于所述水平横梁的前端面，所述支承板的上端面固装有所述相机安装台，所述镜头、相机自下而上固装于所述相机安装台，所述相机安装台、支承板对应于镜头的位置开有避让孔。

5.如权利要求1所述的一种3D曲面玻璃用的五轴测量装置，其特征在于：所述Y轴驱动装置包括Y轴伺服电机、Y轴丝杆，所述Y轴伺服电机固装于所述底座，所述Y轴伺服电机的输出端固装有所述Y轴丝杆，所述Y轴丝杆螺纹连接Y轴丝杆螺母，所述Y轴丝杆螺母固装于所述A轴回转台的支承底座，所述A轴回转台的转动输出端固装有所述治具的下部安装台，所述治具固装于所述下部安装台，所述支承底座的两侧分别嵌装于上凸的Y轴导轨。

6.如权利要求1所述的一种3D曲面玻璃用的五轴测量装置，其特征在于：X轴、Y轴、Z轴的驱动方向上分别设置有对应的X轴拖链、Y轴拖链、Z轴拖链。

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