CN109990730A - 一种大型工程机械结构件的自动扫描检测装置与方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种大型工程机械结构件的自动扫描检测装置，涉及工程机械结构件检测领域，包括三轴进给机构、扫描夹持机构、回转机构和滑台机构，滑台机构包含有底座和滑板。本发明中，扫描仪能够按照数控程序所描述的控制轨迹运动，减少无用轨迹，并且扫描过程稳定无晃动，提高了扫描效率，降低了劳动强度，同时本发明中，各轴进给运动无需联动，与现有扫描机器人相比，结构简单，操作方便，成本较低，其次，设置有专门的回转机构和定位机构，能够适应不同类型、不同尺寸的大型工程结构件，同时，本发明的扫描仪夹持机构，能够完成俯仰、回转运动，并且采用柔性夹持，适用于市面上大多3D扫描仪。

Description

一种大型工程机械结构件的自动扫描检测装置与方法

技术领域

本发明涉及工程机械结构件检测领域，尤其涉及一种大型工程机械结构件的自动扫描检测装置与方法。

背景技术

三维扫描仪是一种科学仪器，用来侦测并分析现实世界中物体或环境的形状与外观数据。搜集到的数据常被用来进行三维重建计算，在虚拟世界中创建实际物体的数字模型。这些模型具有相当广泛的用途，举凡工业设计、瑕疵检测、逆向工程、机器人导引、地貌测量、医学信息、生物信息、刑事鉴定、数字文物典藏、电影制片、游戏创作素材等等都可见其应用。三维扫描仪的制作并非仰赖单一技术，各种不同的重建技术都有其优缺点，成本与售价也有高低之分。

为了快速高效检测大型工程机械结构件的制造误差，3D扫描的方法正逐渐被投入使用。目前市面上用于大型工程机械结构件扫描的3D扫描仪主要为手持式扫描仪，其本身轻便灵活，但是对于大型工程结构件而言，所需扫描时间长，劳动强度大，扫描时由于手持产生晃动将会影响扫描质量，同时操作人员扫描时需关注显示屏上的扫描结果，效率较低。现有的检测机器人价格昂贵，不适用于中小型企业单件小批量产品的扫描检测。

发明内容

本发明的目的在于提供一种大型工程机械结构件的自动扫描检测装置与方法，以解决上述技术问题。

本发明为解决上述技术问题，采用以下技术方案来实现：一种大型工程机械结构件的自动扫描检测装置，包括三轴进给机构、扫描夹持机构、回转机构和滑台机构，其特征在于：

所述滑台机构包含有底座和滑板，所述滑板由滚珠丝杠c的螺母副驱动，所述回转机构设置于所述滑板的上端面，所述三坐标进给机构设置于所述底座上端面，所述回转机构的上方通过定位支承板连接有斗杆；所述三轴进给机构由滚珠丝杠a、滚珠丝杠b以及直线气缸驱动，所述三轴进给机构的末端设置有所述扫描夹持机构；所述扫描夹持机构包含有3D扫描仪和夹持机构，所述3D扫描仪放置于夹持机构的夹持器中间，且通过夹紧电机夹紧3D扫描仪。

优选的，所述回转机构包含有回转台基座、驱动电机、蜗轮蜗杆减速机、回转支承以及承载平台，所述承载平台由齿轮与所述回转支承啮合驱动，并通过所述驱动电机和所述蜗轮蜗杆减速机控制其转动，所述回转支承可以承受结构件的重载荷，其内圈设置于回转台基座上，外圈连接承载平台，承载平台可根据被扫描件的形状与尺寸进行设计与更换。

优选的，所述夹持机构包含有与三轴进给机构末端连接的旋转电机，所述旋转电机的另一端通过连接板转动连接有俯仰电机，且俯仰电机的上表面固定有电机架，所述电机架的前端固定有末端基座及夹紧电机，电机轴上固定有旋转臂，末端基座上滑动连接有夹持器，且夹持器的前端设置有红外测距器和自动定心手爪。通过设置有自动定心手爪能够对扫描仪进行固定，且稳定性更高。

优选的，所述三轴进给机构的顶端布置有一超越离合器，连接滚珠丝杠b和气缸，用以实现滑块垂直升降运动中的自锁功能。通过设置有自锁功能，提高其稳定性。

优选的，所述一种大型工程机械结构件的自动扫描检测方法，其特征在于：

包括如下步骤：

(1)将3D扫描仪放置于夹持机构的末端夹持器中间，控制夹紧电机夹紧3D扫描仪；

(2)将被扫描结构件定位吊放于承载平台的定位支承板上；

(3)控制回转机构带动结构件转位，使被测面平行于扫描仪扫描平面；

(4)红外测距器测出扫描仪与被测面距离，三坐标进给机构带动3D扫描仪移动至符合要求的起始位置，按照数控编程描述的轨迹运动，完成对于工程结构件主视图的扫描；

(5)根据结构件具体形状安排回转机构的转位运动，实现更换被扫描面的目的，然后重复步骤完成左、右、后视图扫描；

(6)扫描仪夹持机构的俯仰电机及旋转电机驱动扫描仪进行转位，使扫描仪正对被测结构件顶面，随后三坐标进给系统驱动扫描仪，完成机构件俯视图的扫描；工件底部平面，可在扫描软件中自动生成。

优选的，所述步骤更换被扫描面时应控制滑板带动结构件做水平运动，防止结构件回转时与三坐标进给机构发生干涉；回转完成后仍需控制滑板水平移动，保证被测面与扫描仪距离满足扫描要求。

本发明的有益效果是：

本发明中，首先扫描仪能够按照数控程序所描述的控制轨迹运动，减少无用轨迹，并且扫描过程稳定无晃动，提高了扫描效率，降低了劳动强度，同时本发明中，各轴进给运动无需联动，与现有扫描机器人相比，结构简单，操作方便，成本较低，其次，设置有专门的回转机构和定位机构，能够适应不同类型、不同尺寸的大型工程结构件，同时，本发明的扫描仪夹持机构，能够完成俯仰、回转运动，并且采用柔性夹持，适用于市面上大多3D扫描仪。

附图说明

图1为本发明自动扫描检测装置的结构示意图；

图2为本发明扫描仪夹持机构的结构示意图；

图3为本发明回转台机构的结构示意图；

附图标记：1-3D扫描仪；2-夹持机构；3-三轴进给机构；4-回转机构；5-滑台机构；6-旋转电机；7-连接板；8-俯仰电机；9-电机架；10-末端基座；11-夹紧电机；12-旋转臂；13-夹持器；14-红外测距器；15-滚珠丝杠a；16-滚珠丝杠b；17-气缸；18-回转台基座；19-驱动电机；20-蜗轮蜗杆减速机；21-回转支承；22-承载平台；23-齿轮；24-定位支承板；25-底座；26-自动定心手爪；27-滑板；28-滚珠丝杠c；29-斗杆。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例和附图，进一步阐述本发明，但下述实施例仅仅为本发明的优选实施例，并非全部。基于实施方式中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得其它实施例，都属于本发明的保护范围。

下面结合附图描述本发明的具体实施例。

实施例1

如图1-3所示，一种大型工程机械结构件的自动扫描检测装置与方法，包括三轴进给机构3、扫描夹持机构、回转机构4和滑台机构5，滑台机构5包含有底座25和滑板27，滑板27由滚珠丝杠c28的螺母副驱动，回转机构4设置于滑板27的上端面，三轴进给机构3设置于底座25上端面，回转机构4的上方通过定位支承板24连接有斗杆29；三轴进给机构3由滚珠丝杠a15、滚珠丝杠b16以及直线气缸17驱动，三轴进给机构3的末端设置有扫描夹持机构；扫描夹持机构包含有3D扫描仪1和夹持机构2，3D扫描仪1放置于夹持机构2的夹持器13中间，且通过夹紧电机11夹紧3D扫描仪1。

回转机构4包含有回转台基座18、驱动电机19、蜗轮蜗杆减速机20、回转支承21以及承载平台22，承载平台22由齿轮23与回转支承21啮合驱动，并通过驱动电机19和蜗轮蜗杆减速机20控制其转动，回转支承21可以承受结构件的重载荷，其内圈设置于回转台基座18上，外圈连接承载平台22，承载平台22可根据被扫描件的形状与尺寸进行设计与更换。夹持机构2包含有与三轴进给机构3末端连接的旋转电机6，旋转电机6的另一端通过连接板7转动连接有俯仰电机8，且俯仰电机8的上表面固定有电机架9，电机架9的前端固定有末端基座10及夹紧电机11，电机轴上固定有旋转臂12，末端基座10上滑动连接有夹持器13，且夹持器13的前端设置有红外测距器14和自动定心手爪26。

将3D扫描仪1放置于夹持机构2的末端夹持器13中间，控制夹紧电机11夹紧3D扫描仪1；将被扫描结构件定位吊放于承载平台22的定位支承板24上；控制回转机构4带动结构件转位，使被测面平行于扫描仪扫描平面；红外测距器14测出扫描仪与被测面距离，三轴进给机构3带动扫描仪移动至符合要求的起始位置，按照数控编程描述的轨迹运动，完成对于工程结构件主视图的扫描；根据结构件具体形状安排回转机构4的转位运动，实现更换被扫描面的目的，然后重复上述步骤完成左、右、后视图扫描；扫描仪夹持机构2的俯仰电机8及旋转电机6驱动扫描仪进行转位，使扫描仪正对被测结构件顶面，随后三轴进给系统驱动扫描仪，完成机构件俯视图的扫描；工件底部平面，可在扫描软件中自动生成。

实施例2

如图1-3所示，一种大型工程机械结构件的自动扫描检测装置与方法，包括三轴进给机构3、扫描夹持机构、回转机构4和滑台机构5，滑台机构5包含有底座25和滑板27，滑板27由滚珠丝杠c28的螺母副驱动，回转机构4设置于滑板27的上端面，三轴进给机构3设置于底座25上端面，回转机构4的上方通过定位支承板24连接有斗杆29；三轴进给机构3由滚珠丝杠a15、滚珠丝杠b16以及直线气缸17驱动，三轴进给机构3的末端设置有扫描夹持机构；扫描夹持机构包含有3D扫描仪1和夹持机构2，3D扫描仪1放置于夹持机构2的夹持器13中间，且通过夹紧电机11夹紧3D扫描仪1。

夹持机构2包含有与三轴进给机构3末端连接的旋转电机6，旋转电机6的另一端通过连接板7转动连接有俯仰电机8，且俯仰电机8的上表面固定有电机架9，电机架9的前端固定有末端基座10及夹紧电机11，电机轴上固定有旋转臂12，末端基座10上滑动连接有夹持器13，且夹持器13的前端设置有红外测距器14和自动定心手爪26。

三轴进给机构3中，其中X方向、Z方向运动由滚珠丝杠a15、滚珠丝杠b16分别驱动，Y方向由气缸17驱动，三轴进给机构3上的红外测距器14和自动定心手爪26在工作的过程中，能够保证扫描仪工作距离符合要求，自动定心手爪26可对扫描仪进行定位，且定位的准确度和稳定性较高，能够起到对扫描仪的保护作用。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的仅为本发明的优选例，并不用来限制本发明，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (6)

1.一种大型工程机械结构件的自动扫描检测装置，包括三轴进给机构(3)、扫描夹持机构、回转机构(4)和滑台机构(5)，其特征在于：

所述滑台机构(5)包含有底座(25)和滑板(27)，所述滑板(27)由滚珠丝杠c(28)的螺母副驱动，所述回转机构(4)设置于所述滑板(27)的上端面，所述三轴进给机构(3)设置于所述底座(25)上端面，所述回转机构(4)的上方通过定位支承板(24)连接有斗杆(29)；

所述三轴进给机构(3)由滚珠丝杠a(15)、滚珠丝杠b(16)以及直线气缸(17)驱动，所述三轴进给机构(3)的末端设置有所述扫描夹持机构；

所述扫描夹持机构包含有3D扫描仪(1)和夹持机构(2)，所述3D扫描仪(1)放置于夹持机构(2)的夹持器(13)中间，且通过夹紧电机(11)夹紧3D扫描仪(1)。

2.根据权利要求1所述的一种大型工程机械结构件的自动扫描检测装置，其特征在于：所述回转机构(4)包含有回转台基座(18)、驱动电机(19)、蜗轮蜗杆减速机(20)、回转支承(21)以及承载平台(22)，所述承载平台(22)由齿轮(23)与所述回转支承(21)啮合驱动，并通过所述驱动电机(19)和所述蜗轮蜗杆减速机(20)控制其转动，所述回转支承(21)可以承受结构件的重载荷，其内圈设置于回转台基座(18)上，外圈连接承载平台(22)，承载平台(22)可根据被扫描件的形状与尺寸进行设计与更换。

3.根据权利要求1所述的一种大型工程机械结构件的自动扫描检测装置，其特征在于：所述夹持机构(2)包含有与三轴进给机构(3)末端连接的旋转电机(6)，所述旋转电机(6)的另一端通过连接板(7)转动连接有俯仰电机(8)，且俯仰电机(8)的上表面固定有电机架(9)，所述电机架(9)的前端固定有末端基座(10)及夹紧电机(11)，电机轴上固定有旋转臂(12)，末端基座(10)上滑动连接有夹持器(13)，且夹持器(13)的前端设置有红外测距器(14)和自动定心手爪(26)。

4.根据权利要求1所述的一种大型工程机械结构件的自动扫描检测装置，其特征在于：所述三轴进给机构(3)的顶端布置有一超越离合器，连接滚珠丝杠b(16)和气缸(17)，用以实现滑块垂直升降运动中的自锁功能。

5.根据权利要求1-4任一项所述的一种大型工程机械结构件的自动扫描检测方法，其特征在于：

包括如下步骤：

(1)将3D扫描仪放置于夹持机构的末端夹持器中间，控制夹紧电机夹紧3D扫描仪；

(2)将被扫描结构件(如：斗杆)定位吊放于承载平台的定位支承板上；

(3)控制回转机构带动结构件转位，使被测面平行于扫描仪扫描平面；

(4)红外测距器测出扫描仪与被测面距离，三坐标进给机构带动3D扫描仪移动至符合要求的起始位置，按照数控编程描述的轨迹运动，完成对于工程结构件主视图的扫描；

(5)根据结构件具体形状安排回转机构的转位运动，实现更换被扫描面的目的，然后重复步骤(4)完成左、右、后视图扫描；

(6)扫描仪夹持机构的俯仰电机及旋转电机驱动扫描仪进行转位，使扫描仪正对被测结构件顶面，随后三坐标进给系统驱动扫描仪，完成机构件俯视图的扫描；工件底部平面，可在扫描软件中自动生成。

6.根据权利要求5所述的一种大型工程机械结构件的自动扫描检测方法，其特征在于：所述步骤(4)更换被扫描面时应控制滑板带动结构件做水平运动，防止结构件回转时与三坐标进给机构发生干涉；回转完成后仍需控制滑板水平移动，保证被测面与扫描仪距离满足扫描要求。