CN107345917A - 一种工件显微缺陷检测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种工件显微缺陷检测系统，包括显微镜、显微镜三向位置调整平台和万向托举支架，显微镜固定连接在显微镜三向位置调整平台上，显微镜三向位置调整平台实现显微镜X向、Y向、Z向三个方向的调整，三向位置调整平台下端固定连接在万向托举支架上；本发明用于工件现场金相检验中，通过万向托举支架，能够快速实现物镜垂直于金相点表面，可以明显提高金属部件金相检验效率，极大地提高金相检验质量，减轻工作人员的劳动强度；而且万向托举支架高度可调，采用这种结构在进行工件现场金相检验时，确保显微镜物镜在物镜保护罩内并离保护罩物端距离为1～2mm，调节长度可调万向托举支架的长度就能确保显微镜有效固定。

Description

一种工件显微缺陷检测系统

技术领域

本发明涉及一种工件显微缺陷检测系统，属于金相学技术领域。

背景技术

在现有的大型工件现场金相显微镜设备中，显微镜支架由两根磁性支柱和手动移动台组成，两根磁性同在一个平面内。当现场作金相检验时，对于平面形大型工件，金相显微镜很容易就能与工件表面垂直；但对于管道、管道弯头、和复杂表面大型工件，由于不可能将工件表面加工成足够大平面，因此很难使金相显微镜物镜与工件金相检验点平面相垂直，很难获得清晰的金相视场，严重影响金相组织观察和评定。因此，非平面大型工件的现场金相检验已成为金属材料理化检验工程师最畏惧的工作。

同时在现场作金相检验时，现有对移动台的调整、调焦都是手工进行，由于手工操作为对金相显微镜系统施加外力，金相显微镜及支架系统在外力的作用下会发生一定的垂直偏移和抖动，严重影响金相显微镜的成像质量；由于手工调焦步进不易掌握，容易造成焦距不足或过量，金相照片像质不够清晰。并且手工操作粗糙，不能对金相晶粒及细节进行测量，现场金相组织不易满足细微观察和精细测量的要求。

发明内容

本发明解决的技术问题是：提供一种工件显微缺陷检测系统，提高大型金属部件金相检验效率、检验质量，减轻工作人员的劳动强度、减少人为因素的干扰的大型工件现场金相显微镜任意曲面垂直数控支架，以解决现有技术中存在的问题。

本发明采取的技术方案为：一种工件显微缺陷检测系统，包括显微镜、显微镜三向位置调整平台和万向托举支架，显微镜固定连接在显微镜三向位置调整平台上，显微镜三向位置调整平台实现显微镜X向、Y向、Z向三个方向的调整，三向位置调整平台下端固定连接在万向托举支架上。

优选的，上述显微镜包括物镜，物镜安装在物镜座上，物镜座上端连接到镜筒，物镜座上设置有物镜微调装置。

优选的，上述物镜座上端可上下活动地嵌入到镜筒下端内，物镜微调装置包括限位导向螺钉，限位导向螺钉一端固定连接在物镜座上，另一端穿过镜筒上的竖直条形槽进行导向限位，限位导向螺钉外端镶嵌到在调焦螺母的内螺旋槽内，调焦螺母可活动地套接在镜筒下端，调焦螺母外柱面设置成齿形结构，与调焦螺母齿面相啮合的主动齿轮连接到电机输出轴，电机通过电机座固定连接在镜筒上，调焦螺母旋转能够带动限位导向螺钉上下移动。

优选的，上述调焦螺母下安装有限位调焦螺母，限位调焦螺母连接在调焦螺母连接处的螺纹上，可推动调焦螺母上下移动的行程。

优选的，上述物镜座设置有保护罩，保护罩上端通过内螺纹连接到调焦螺母连接处的螺纹上。

优选的，上述万向托举支架包括底座、主双节万向臂、副双节万向臂和仪器支撑座，主双节万向臂和副双节万向臂的下端均固定连接在底座上，上端均固定连接仪器支撑座上，主双节万向臂和副双节万向臂结构相同并能够锁紧定位。

优选的，上述主双节万向臂包括支杆，支杆上端通过球铰一连接到第一支撑杆，第一支撑杆上端通过铰链一铰接到第二支撑杆，第二支撑杆上端通过双头球铰连接到第三支撑杆，第三支撑杆上端通过铰链二铰接到第四支撑杆，第四支撑杆上端通过球铰二连接到与仪器支撑座底部连接的支撑台上，球铰一和球铰二以及双头球铰处均设置有紧固装置。

优选的，上述紧固装置包括锁紧螺杆和锁紧推杆，锁紧螺杆拧入铰链一或铰链二并对其进行锁紧固定，锁紧推杆内置到第一支撑杆、第二支撑杆、第三支撑杆或第四支撑杆内，一端抵靠在球铰内的球表面上，另一端抵靠在锁紧螺杆上固定连接的偏心轮上。

优选的，上述底座为一空箱结构，一侧设置有向上翻的箱盖，箱盖通过后侧的转动轴连接到底座上。

优选的，上述还包括现场控制器和监控终端，监控终端通过无线模块连接到现场控制器，还通过无线模块连接到显微镜，现场控制器连接有显微镜三向位置调整平台的三向驱动电机和显微镜微调的电机。

本发明的有益效果：与现有技术相比，本发明的效果如下：

（1）本发明用于工件现场金相检验中，通过万向托举支架，能够快速实现物镜垂直于金相点表面，可以明显提高金属部件金相检验效率，极大地提高金相检验质量，减轻工作人员的劳动强度；而且万向托举支架高度可调，采用这种结构在进行工件现场金相检验时，确保显微镜物镜在物镜保护罩内并离保护罩物端距离为1～2mm，调节长度可调万向托举支架的长度就能确保显微镜有效固定，整体固定就可更好地满足检验技术的要求；

（2）由于该装置能使显微镜物镜与工件金相点自动垂直，并保持垂直固定，使金相观察和拍照变得非常简单，避免目前工件金相系统找平困难、显微镜物镜与工件金相点垂直困难等缺陷，使工件金相检验变为高效率、高质量、简单和容易实施；同时因本装置能垂直定位，所以可减少对工件的打磨量，确保工件外形不受大的损伤，节省打磨加工人工；

（3）三向位置调整平台能实现上下、左右、前后运动的支架上，该支架的X向、Y向、Z向三个方向的步进电机由计算机控制实现运动，这样在做金相试验时，金相显微镜的调整就可以通过计算机来操控调整，由于步进电机受计算机控制，步进电机产生的扭矩为系统内力，不会对系统造成垂直偏移和抖动，由于步进电机可以进行微分控制，结合精细螺纹丝杆，系统可实施0.01mm的步进移动，从而实现金相组织的精细观察和测量；

（4）同时本发明配合较精密的现场金相显微镜（如徐州豪立现场金相显微镜），可以实现大型工件现场直接测量金相晶粒度、微裂纹尺寸，并实现高精密的实验室台式金相显微镜的高清晰金相影像拍摄功能，且使用本发明可以显著提高金相检验质量，提高金相检验分析的可靠型和直观性，减少人为因素的干扰，提高工作效率。

（5）本发明通过控制电机，驱动调焦螺母，调焦螺母旋转后，带动限位导向螺钉上下移动，从而使物镜上下移动调整，螺旋槽的螺旋面平滑微调，避免了显微镜的抖动和移位，调整方便快捷，调整精度高，这样可以明显提高大型金属部件金相检验效率，极大地提高金相检验质量，减轻工作人员的劳动强度；

（6）本发明通过万向臂连接仪器支撑座，能够实现仪器支撑座的万向调节，从而实现显微镜与检测点垂直调节，并保证垂直固定，使仪器检测变得非常简单，避免目前大型工件检测仪器找平困难、仪器晃动等缺陷，使大型工件显微缺陷检测检验为高效率、高质量、简单和容易实施；同时因本装置能垂直定位，所以可减少对工件的打磨量，确保工件外形不受大的损伤，节省打磨加工人工，另外，主副万向臂的支撑方式，承载力更大，支撑更加稳定可靠，测量更加精确。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的显微镜连接处剖面结构示意图；

图3是本发明的右视剖面结构示意图；

图4是本发明的三向位置调整平台结构示意图；

图5是本发明的连接显微镜的连接套板结构示意图；

图6是本发明的万向托举支架立体结构示意图；

图7是本发明的万向托举支架前视结构示意图；

图8是本发明的万向托举支架左视结构示意图；

图9是本发明的万向托举支架后视结构示意图；

图10是本发明的万向托举支架右视结构示意图；

图11是本发明的万向托举支架俯视结构示意图；

图12是本发明的万向托举支架紧固装置结构示意图。

具体实施方式

下面，结合附图及具体的实施例对本发明进行进一步介绍。

实施例1：如图1―图12所示，一种工件显微缺陷检测系统，包括显微镜1、显微镜三向位置调整平台2和万向托举支架3，显微镜1固定连接在显微镜三向位置调整平台2上，三向位置调整平台2下端固定连接在万向托举支架3上。

优选的，上述显微镜1包括物镜4，物镜4安装在物镜座5上，物镜座5上端连接到镜筒6，物镜座5上设置有物镜微调装置。

优选的，上述物镜座5上端可上下活动地嵌入到镜筒6下端内，物镜微调装置包括限位导向螺钉7，限位导向螺钉7一端固定连接在物镜座5上，另一端穿过镜筒6上的竖直条形槽8进行导向限位，限位导向螺钉7外端镶嵌到在调焦螺母9的内螺旋槽内，调焦螺母9可活动地套接在镜筒6下端，调焦螺母9外柱面设置成齿形结构，与调焦螺母9齿面相啮合的主动齿轮10连接到电机11输出轴，电机11通过电机座12固定连接在镜筒6上，调焦螺母9旋转能够带动限位导向螺钉7上下移动，电机11采用步进电机。

优选的，上述调焦螺母5下安装有限位调焦螺母13，限位调焦螺母13连接在调焦螺母9连接处的螺纹上，可推动调焦螺母9上下移动的行程。

优选的，上述物镜座5设置有保护罩14，保护罩14上端通过内螺纹连接到调焦螺母5连接处的螺纹上；

物镜座5为圆筒，物镜座5外径等于镜筒6内径，下端内壁加工有M20×0.75的内螺纹，用于安装物镜，内螺纹长度7mm，物镜座1内壁的内螺纹末端加工有2mm高台阶，台阶厚2 mm，物镜座5外壁中部加工有2×M 2的定位螺孔，用于安装限位导向螺钉7；镜筒6下端加工有0.75的外螺纹，外螺纹段长度为10mm，镜筒6内径等于物镜座1的外径，镜筒6外壁加工有限位导向螺钉7的竖直条形槽，滑槽宽度为限位导向螺钉7端部直径；限位导向螺钉7内端为圆柱单头螺栓，螺栓螺纹为M2，螺栓螺纹长2mm，外端为螺栓头，其圆柱直径为Φ3mm，螺栓头圆柱长2mm；调焦螺母9的齿形结构，其齿形部的模数为0.5模，调焦螺母9内孔为内螺旋纹，调焦螺母9内孔直径为镜筒6外径，调焦螺母9内孔内螺旋纹宽3mm，调焦螺母9内孔内螺旋纹深2mm；限位调焦螺母13外圆光滑，外圆直径为调焦螺母9外圆直径，限位调焦螺母13内孔为0.75的内螺纹，限位调焦螺母13用于调焦螺母9位置定位。

一种单筒同轴光显微镜电动微动调焦装置的调焦方法，通过控制步进电机旋转，步进电机带动相啮合的两齿轮旋转，驱动调焦螺母9转动，带动限位导向螺钉7在调焦螺母9内螺旋槽内上下移动，限位导向螺钉7会沿着镜筒6开的条形槽上下移动，从而实现物镜的上下对焦。

优选的，上述电机座12设置有镜筒6安装孔和电机安装孔，镜筒6安装孔为圆形，镜筒6安装孔直径为镜筒6外径，调焦步进电机安装孔为矩形，尺寸比调焦步进电机略大，方便嵌入电机，并通过电机的法兰盘固定。

上述三向显微镜三向位置调整平台2包括Z向固定,18、 Z向活动板17、Y向活动板20和X向活动板21，Z向活动板17一侧固定连接有连接显微镜镜筒的连接套版16，另一侧通过滑块导轨副连接到Z向固定板18，并在侧面安装有驱动Z向活动板17上下移动的Z向驱动电机19，Z向驱动电机19通过连接的滚珠丝杠丝母副进行驱动，Z向固定板18为倒立的T形板结构，其下端固定连接到Y向活动板20，Y向活动板20下端通过滑块导轨副可活动地连接到X向活动板21，并在X向活动板21侧面设置有驱动Y向活动板移动的Y向驱动电机22，Y向驱动电机22通过滚珠丝杠丝母副连接到Y向活动板20，X向活动板21下端通过滑块导轨副可活动地连接到平台底座23上，平台底座23侧面设置有驱动X向活动板21移动的X向驱动电机24，X向驱动电机24通过滚珠丝杠丝母副连接X向活动板21，平台底座23内设置有电机驱动器，其侧面设置有接口，侧面之间的连接采用滑块与导轨配合连接，三向驱动电机采用步进电机，步进电机通过滚珠丝杆代动滑块运动，这种连接运动关系具有结构简单、运行可靠等优点；微型的步进电机上分别连接有步进电机驱动器，步进电机驱动器与现场控制器连接，现场控制器与监控终端计算机连接，这样就可以利用计算机内的现场金相数字控制采集系统计算机控制软件，对现场金相显微镜数控支架和金相显微镜CCD进行微分移动驱动、微分测量驱动、微分调焦驱动、照片采集、测长计算等控制及计算。

优选的，上述万向托举支架3包括底座301、主双节万向臂302、副双节万向臂303和仪器支撑座304，主双节万向臂302和副双节万向臂303的下端均固定连接在底座301上，上端均固定连接仪器支撑座304上，主双节万向臂302和副双节万向臂303结构相同并能够锁紧定位。

优选的，上述主双节万向臂302包括支杆305，支杆305上端通过球铰一306连接到第一支撑杆307，第一支撑杆307上端通过铰链一308铰接到第二支撑杆309，第二支撑杆309上端通过双头球铰310连接到第三支撑杆311，第三支撑杆311上端通过铰链二312铰接到第四支撑杆313，第四支撑杆313上端通过球铰二314连接到与仪器支撑座304底部连接的支撑台315上，球铰一306和球铰二312以及双头球铰310处均设置有紧固装置。

优选的，上述紧固装置包括锁紧螺杆316和锁紧推杆317，锁紧螺杆316拧入铰链一308或铰链二312并对其进行锁紧固定，锁紧推杆317内置到第一支撑杆307、第二支撑杆309、第三支撑杆311或第四支撑杆313内，一端抵靠在球铰内的球表面上，另一端抵靠在锁紧螺杆316上固定连接的偏心轮318上。

优选的，上述底座301为一空箱结构，一侧设置有向上翻的箱盖319，箱盖319通过后侧的转动轴320连接到底座301上。

优选的，上述还包括现场控制器和监控终端，监控终端通过无线模块连接到现场控制器，还通过无线模块连接到显微镜，现场控制器连接有显微镜三向位置调整平台的三向驱动电机和显微镜微调的电机。

上述显微镜1包括物镜、目镜、半透反射镜、光源管、LED电筒、摄像机连接螺母、WiFi无线CCD摄像机，将电机装配进电机座内，然后将主动齿轮装配在电机输出轴上；将装配好的电机座套装在镜筒上；将物镜固定在物镜座，然后将物镜座装配入镜筒内，通过导向限位螺钉固定，通过上下移动导向限位螺钉进行调焦距离；将调焦螺母套装到镜筒上，并保证导向限位螺钉旋入调焦螺母的内螺旋槽中，滑动电机座，使主动齿轮和调焦螺母外齿轮啮合；将限位调焦螺母装到镜筒上，再装上物镜保护罩，调整好调焦螺母、电机座的位置，确保调焦螺母能较轻松旋动，用锁紧螺栓锁紧物镜保护罩和电机座。通过控制电机驱动调焦螺母转动，让导向限位螺钉在调焦螺母内螺旋纹内移动，导向限位螺钉会沿着镜筒开的竖直条形槽内上下移动，从而实现物镜的上下对焦；目镜安装于镜筒内成像端，半透反射镜安装于镜筒内光源管接口处，光源管安装于镜筒外侧，与镜筒垂直，LED电筒通过螺纹与光源管连接，LED电筒光通过光源管、半透反射镜投射到物镜内；摄像机连接螺母安装在镜筒成像端，WiFi无线CCD摄像机通过摄像机连接螺母螺纹与镜筒连接。由于使用步进电机驱动调焦，可以实现显微镜远程微动调焦，显微镜目镜的放大图像信号可以WiFi无线发送到监控终端。

一种工件显微缺陷检测系统，包括显微镜1、显微镜三向位置调整平台2和万向托举支架3，显微镜1固定连接在显微镜三向位置调整平台2上，三向位置调整平台2下端固定连接在万向托举支架3上。

使用原理：在万向托举支架上安装三向位置调整平台，显微镜安装在三向位置调整平台上，三向位置调整平台的X、Y、Z三向驱动步进电机电源及控制线电机驱动器连接，电机驱动器的的电源及控制线与现场控制器连接，现场控制器通过WiFi模块与远程操控计算机（监控终端）连接，显微镜通过WiFi模块向远程操控计算机传输视频信号，远程操控计算机通过两套WiFi信号控制三向位置调整平台的X、Y、Z三向驱动步进电机，控制显微镜的微动调焦的电机，接收视频信号，实现对显微镜X方向移动、Y方向移动、Z方向粗调焦、显微镜物镜微动调焦的远程控制，实时接收、观察显微缺陷图像，并实现显微缺陷的测量和数字化管理。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式实例，本发明的保护范围并不局限于此。熟悉该技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易找到变化或替换方式，这些都应涵盖在本发明的保护范围之内。为此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种工件显微缺陷检测系统，其特征在于：包括显微镜（1）、显微镜三向位置调整平台（2）和万向托举支架（3），显微镜（1）固定连接在显微镜三向位置调整平台（2）上，三向位置调整平台（2）下端固定连接在万向托举支架（3）上。

2.根据权利要求1所述的一种工件显微缺陷检测系统，其特征在于：显微镜（1）包括物镜（4），物镜（4）安装在物镜座（5）上，物镜座（5）上端连接到镜筒（6），物镜座（5）上设置有物镜微调装置。

3.根据权利要求2所述的一种工件显微缺陷检测系统，其特征在于：物镜座（5）上端可上下活动地嵌入到镜筒（6）下端内，物镜微调装置包括限位导向螺钉（7），限位导向螺钉（7）一端固定连接在物镜座（5）上，另一端穿过镜筒（6）上的竖直条形槽（8）进行导向限位，限位导向螺钉（7）外端镶嵌到在调焦螺母（9）的内螺旋槽内，调焦螺母（9）可活动地套接在镜筒（6）下端，调焦螺母（9）外柱面设置成齿形结构，与调焦螺母（9）齿面相啮合的主动齿轮（10）连接到电机（11）输出轴，电机（11）通过电机座（12）固定连接在镜筒（6）上，调焦螺母（9）旋转能够带动限位导向螺钉（7）上下移动。

4.根据权利要求3所述的一种工件显微缺陷检测系统，其特征在于：调焦螺母（9）下安装有限位调焦螺母（13），限位调焦螺母（13）连接在调焦螺母（9）连接处的螺纹上，可推动调焦螺母（9）上下移动的行程。

5.根据权利要求3所述的一种工件显微缺陷检测系统，其特征在于：物镜座（2）设置有保护罩（14），保护罩（14）上端通过内螺纹连接到调焦螺母（9）连接处的螺纹上。

6.根据权利要求1所述的一种工件显微缺陷检测系统，其特征在于：万向托举支架（3）包括底座（301）、主双节万向臂（302）、副双节万向臂（303）和仪器支撑座（304），主双节万向臂（302）和副双节万向臂（303）的下端均固定连接在底座（301）上，上端均固定连接仪器支撑座（304）上，主双节万向臂（302）和副双节万向臂（303）结构相同并能够锁紧定位。

7.根据权利要求6所述的一种工件显微缺陷检测系统，其特征在于：主双节万向臂（302）包括支杆（305），支杆（305）上端通过球铰一（306）连接到第一支撑杆（307），第一支撑杆（307）上端通过铰链一（308）铰接到第二支撑杆（309），第二支撑杆（309）上端通过双头球铰（310）连接到第三支撑杆（311），第三支撑杆（311）上端通过铰链二（312）铰接到第四支撑杆（313），第四支撑杆（313）上端通过球铰二（314）连接到与仪器支撑座（304）底部连接的支撑台（315）上，球铰一（306）和球铰二（312）以及双头球铰（310）处均设置有紧固装置。

8.根据权利要求7所述的一种工件显微缺陷检测系统，其特征在于：紧固装置包括锁紧螺杆（316）和锁紧推杆（317），锁紧螺杆（316）拧入铰链一（308）或铰链二（312）并对其进行锁紧固定，锁紧推杆（317）内置到第一支撑杆（307）、第二支撑杆（309）、第三支撑杆（311）或第四支撑杆（313）内，一端抵靠在球铰内的球表面上，另一端抵靠在锁紧螺杆（316）上固定连接的偏心轮（318）上。

9.根据权利要求6所述的一种工件显微缺陷检测系统，其特征在于：底座（301）为一空箱结构，一侧设置有向上翻的箱盖（319），箱盖（319）通过后侧的转动轴（320）连接到底座（301）上。

10.根据权利要求1所述的一种工件显微缺陷检测系统，其特征在于：还包括现场控制器和监控终端，监控终端通过无线模块连接到现场控制器，还通过无线模块连接到显微镜，现场控制器连接有显微镜三向位置调整平台的三向驱动电机和显微镜微调的电机。