CN110095080A - 一种小型零件快速二维轮廓尺寸测量装置 - Google Patents

一种小型零件快速二维轮廓尺寸测量装置 Download PDF

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田应仲
李龙
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Abstract

本发明提供一种小型零件快速二维轮廓尺寸测量装置，包括：主控系统，驱动系统，机械传动系统，负反馈系统，光学测量系统，操作手柄，其特征在于：主控系统与驱动系统，负反馈系统，光学测量系统，操作手柄相连接，驱动系统与机械传动系统相连接，并由主控系统控制，所有系统均放置于箱体内，通过USB转串口的方式将数据传送给计算机；本装置通过三爪卡盘固定被测零件后，通过操作手柄调整移动平台达到合适测量位置，LED作为光源，光线经过漫反射装置后，再通过镜头，反射镜以及聚光镜头，将光线均匀发射出，照射在被测零件上，光线再经过受光镜头，反射镜，镜头，到达CCD，由CCD接收到光的明暗边缘，实现对被测零件的二维轮廓测量并将二维轮廓图像数据传送给计算机。

Description

一种小型零件快速二维轮廓尺寸测量装置
技术领域
本发明涉及一种二维轮廓测量装置，特别涉及一种小型零件快速二维轮廓尺寸测量装置
背景技术
目前，市场上的在线尺寸检测，一般会使用CMOS或一维尺寸测量仪并安装多台进行扫描，一方面检测效率不高，另一方面增加了测量成本。近年来，随着检测标准不断提高，特别是对小型零件而言，既要高效快速的检测，又要减少测量成本，所以传统方法无法满足对小型零件轮廓尺寸的快速和高精度的测量。传统的一维外径测量仪进行扫描，如果测量平台不稳定，测量精度就会下降，被测物有倾斜，测量值就会变大并且扫描时间成本高。另一种方法是在一维外径测量仪安装多个传感头，由此导致传感头越多，成本越高，在两个传感头之间存在无法测量的区域，适合测量小型零件。专利公开号为“CN204405018U”的中国专利公开了一种在线轮廓测量装置，该装置采用多个激光二维扫描仪从多个方向对物料进行全方位扫描，根据物料具体形状调整激光二维扫描仪的方位，即可测量处物料的完整截面轮廓，但不适应对小型零件的二维轮廓尺寸的快速测量。专利公开号为“CN203687917U”的中国专利公开了一种自动测量钢轨轮廓的检测装置，该装置通过可移动激光轮廓传感器和位移传感器能够实现钢轨的断面尺寸，但是该装置尺寸较大，且采用多传感器进行扫描，测量成本高，不利于对小型零件的测量。随着信息化与自动化的高速发展，对零件轮廓尺寸高精度快速的测量的要求不断增加。因此，传统的二维轮廓尺寸测量装置已经无法满足人们对灵活、快速的二维轮廓尺寸测量要求。
发明内容
本发明的目的在于解决现有的小型零件二维轮廓尺寸测量装置的不足，提供一种小型零件快速二维轮廓尺寸测量装置，在复杂工业环境中能够便捷高效的小型零件二维轮廓尺寸的快速测量，该装置能够充分迎合市场需求。
为达到上述目的，本发明的构思是：
一种小型零件快速二维轮廓尺寸测量装置，其特征在于，由主控系统，驱动系统，机械传动系统，反馈系统，模块化控制装置，CAN总线通信，光学测量系统，所述主控系统由STM32，电机驱动器，计算机，操作台组成，所述驱动系统包括电机驱动器，STM32，伺服电机，电源模块，所述机械传动系统由滚柱丝杠，齿轮组，三爪卡盘，伺服电机组成，所述反馈系统由STM32，计算机，操作台，CAN总线，电机驱动器，伺服电机，光电编码器组成，所述模块化控制包括计算机，操作台，控制移动平台移动的操作杆，控制Z轴升降的旋钮，所述CAN总线实现各系统之间通信，所述电源模块为测量装置提供稳定可靠的电能，所述光学测量系统包括CCD，镜头，反射镜，漫反射装置，LED，所述各个系统放置于箱体内，由CAN总线实现轮廓测量装置与计算机与操作台之间的数据传输，所述图像采集卡将CCD采集到的图像通过USB转串口传输给计算机。
其中一种小型零件快速二维轮廓尺寸测量装置，其特征在于所述STM32与计算机，操作台，电机驱动器和电源模块相连接，所述计算机和操作台通过CAN总线与STM32相连接，所述STM32通过电机驱动器控制伺服电机，所述操作杆控制移动平台的移动，旋钮控制移动平台的升降，所述计算机由CAN总线通信实时显示测量结果，所述滚柱丝杠和齿轮组与伺服电机相连接，实现平台在Z轴方向上的移动，所述三爪卡盘与齿轮组相连接由伺服电机带动实现紧固被测零件，所述光电编码器采集伺服电机数据，将电机数据传送给STM32再由STM32将数据偏差反馈给伺服电机，构成反馈系统，所述光学测量系统由发射器与接收器共同组成，所述CCD，镜头，反射镜，受光镜头放置于接收器中，所述聚光镜头，漫反射装置，LED放置于发射器中。
根据上述发明构思，本发明采用下述技术方案：
一种小型零件快速二维轮廓尺寸测量装置，包括：主控系统，驱动系统，机械传动系统，负反馈系统，光学测量系统，操作手柄，其特征在于：主控系统与驱动系统，负反馈系统，光学测量系统，操作手柄相连接，驱动系统与机械传动系统相连接，并由主控系统控制，所有系统均放置于箱体内，通过USB转串口的方式将数据传送给计算机；本装置通过三爪卡盘固定被测零件后，通过操作手柄调整移动平台达到合适测量位置，由光学测量系统实现对被测零件的二维轮廓测量，由CCD将二维轮廓图像数据传送给计算机。
所述的主控系统包括STM32控制板，计算机，操作手柄，计算机通过USB转串口与STM32控制板连接，操作手柄通过CAN总线与STM32控制板连接，整个主控系统将驱动系统，机械传动系统，负反馈系统，光学测量系统连接起来，实现对移动平台的控制以及测量数据的采集。
所述机械传动系统包括滚柱丝杠，齿轮组，伺服电机，滚柱丝杠与伺服电机相连接，滚珠丝杠实现移动平台XYZ方向上的移动，齿轮组实现三爪卡盘固定被测零件。
所述负反馈系统包括STM32，电机驱动器，伺服电机，光电编码器，STM32与电机驱动器连接，电机驱动器与伺服电机连接，光电编码器放置于伺服电机上，光电编码器将采集到的伺服电机转速直接反馈给STM32，实现对移动平台的精确控制。
所述光学测量系统包括CCD，镜头，反射镜，受光镜头，聚光镜头，漫反射装置，LED，所述聚光镜头，漫反射装置，LED放置于发射器中，所述CCD，镜头，反射镜，受光镜头放置于接收器中，LED作为光源，光线经过漫反射装置后，再通过镜头，反射镜以及聚光镜头，将光线均匀发射出，照射在被测零件上，光线再经过受光镜头，反射镜，镜头，到达CCD，由CCD接收到光的明暗边缘，实现对被测零件的二维轮廓测量并将二维轮廓图像数据传送给计算机。
所述操作手柄包括控制移动平台XY方向移动的操作杆，控制Z方向移动的旋钮，操作手柄通过CAN总线与STM32连接，实现对移动平台XYZ方向上的控制。
本发明与现有技术相比较，具有以下显而易见的突出实质性特点和显著优点：
1)以往的二维轮廓尺寸，一般使用图像传感器或一维尺寸测量仪安装多台传感器进行扫描，测量成本高，测量速度慢，本发明的二维轮廓测量装置，通过光学测量原理实现对被测物二维轮廓尺寸的提取，测量速度快，操作简单，鲁棒性强且适合于工业环境；
2)本发明的测量装置，通过模块化控制移动平台，自动化程度高；
3)传统的测量装置由多个传感器组成，在两个传感器之间存在无法测量的区域，因此不适合测量小型零件，而本发明的测量装置针对小型零件能够实现高精度，快速的二维轮廓尺寸测量；
附图说明
图1是小型零件快速二维轮廓尺寸测量装置整体结构示意图
图2是本发明二维轮廓尺寸测量原理示意图
具体实施方式
以下将结合附图1-2描述本发明的一种实施例
一种小型零件快速二维轮廓尺寸测量装置，包括：主控系统，驱动系统，机械传动系统，负反馈系统，光学测量系统，操作手柄，其特征在于：主控系统与驱动系统，负反馈系统，光学测量系统，操作手柄相连接，驱动系统与机械传动系统相连接，并由主控系统控制，所有系统均放置于箱体内，通过USB转串口的方式将数据传送给计算机；本装置通过三爪卡盘固定被测零件后，通过操作手柄调整移动平台达到合适测量位置，由光学测量系统实现对被测零件的二维轮廓测量，由CCD将二维轮廓图像数据传送给计算机。
所述的主控系统包括STM32控制板(9)，计算机(15)，操作手柄(14)，计算机(9)通过USB转串口(10)与STM32控制板(9)连接，操作手柄(14)通过CAN总线(11)与STM32控制板(9)连接，整个主控系统(I)将驱动系统(II)，机械传动系统(III)，负反馈系统(IV)，光学测量系统(V)连接起来，实现对移动平台(5)的控制以及测量数据的采集。所述的驱动系统(II)包括电机驱动器(7)，STM32控制板(9)，伺服电机(21,23,24)，STM32控制板(9)与电机驱动器(7)连接，电机驱动器(7)与伺服电机(21,23,24)连接，伺服电机(23)控制移动平台(5)的XY方向移动，伺服电机(24)控制移动平台(5)的绕Z轴旋转，伺服电机(21)控制移动平台(5)的Z方向移动，驱动系统(II)主要实现自动化控制移动平台(5)。驱动系统(II)主要实现自动化控制移动平台。所述机械传动系统(III)包括滚柱丝杠(6)，齿轮组(25)，伺服电机(21,23,24)，滚柱丝杠(6)与伺服电机(21)相连接，滚珠丝杠(6)实现移动平台(5)XYZ方向上的移动，齿轮组(25)实现三爪卡盘(4)固定被测零件(3)。所述负反馈系统(IV)包括STM32(9)，电机驱动器(7)，伺服电机(21,23,24)，光电编码器(22)，STM32(9)与电机驱动器(7)连接，电机驱动器(7)与伺服电机(21,23,24)连接，光电编码器(22)放置于伺服电机(21,23,24)上，光电编码器(22)将采集到的伺服电机(21,23,24)转速直接反馈给STM32(9)，实现对移动平台(5)的精确控制。所述光学测量系统(V)包括CCD(17)，镜头(18,29)，反射镜(19,30)，受光镜头(2)，聚光镜头(26)，漫反射装置(28)，LED(27)，所述聚光镜头(26)，漫反射装置(28)，LED(27)放置于发射器(31)中，所述CCD(17)，镜头(18)，反射镜(19)，受光镜头(2)放置于接收器(16)中，LED(27)作为光源，光线经过漫反射装置(28)后，再通过镜头(29)，反射镜(30)以及聚光镜头(26)，将光线均匀发射出现，照射在被测零件(3)上，光线经过受光镜头(2)，反射镜(19)，镜头(18)，到达CCD(17)，由CCD(17)接收到光的明暗边缘，再由图像采集卡(8)将数据传送给计算机(15)。所述操作手柄(14)包括控制移动平台XY方向移动的操作杆(13)，控制Z方向移动的旋钮(12)，操作手柄(14)通过CAN总线(11)与STM32(9)连接，实现对移动平台XYZ方向上的控制。
本发明一种适应小型零件的快速二维轮廓尺寸测量装置，具体步骤是通过三爪卡盘固(4)定被测零件(3)，由操作台上的控制移动平移的操作杆(13)和控制Z轴升降的旋钮(12)调整被测零件在视野中的位置，由发射器(31)中LED(27)照明光源经过漫反射装置(28)，发出光强度均匀的平行光到镜头(29)，在由反射镜(30)将光路反射到聚光镜头(26)上，光路经被测物再由接收器(16)中受光镜头(2)接收，经过反射镜(19)将光路反射到CCD(17)中，实现对被测物的二维轮廓尺寸的测量，图像采集卡(8)将CCD(7)采集到的图像通过USB转串口(10)传送给计算机(15)。本发明装置操作简单，测量速度快，适应小型零件的二维轮廓尺寸测量，能够在复杂的工业环境中实现对零件二维轮廓尺寸的检测。

Claims (7)

1.一种小型零件快速二维轮廓尺寸测量装置，包括主控系统(I)，驱动系统(II)，机械传动系统(III)，负反馈系统(IV)，光学测量系统(V)和操作手柄(14)，三爪卡盘(4)，移动平台(5)，其特征在于：通过主控系统(I)与驱动系统(II)，负反馈系统(III)，光学测量系统(IV)，操作手柄(14)相连接，驱动系统(II)与机械传动系统(III)相连接，并由主控系统(I)控制，所有系统均放置于箱体(1)内，图像采集卡(8)将采集到的数据通过USB转串口(10)的方式传送给计算机(15)；本装置通过三爪卡盘(4)固定被测零件(3)后，通过操作手柄(14)调整移动平台(5)达到合适测量位置，由光学测量系统(V)实现对被测零件(3)的二维轮廓测量，由图像采集卡(8)将二维轮廓图像数据传送给计算机(15)。
2.根据权利要求1所述一种小型零件快速二维轮廓尺寸测量装置，其特征在于：所述的主控系统(I)包括STM32控制板(9)，计算机(15)，操作手柄(14)，计算机(15)通过USB转串口(10)与STM32控制板(9)连接，操作手柄(15)通过CAN总线(11)与STM32控制板(9)连接，整个主控系统(I)将驱动系统(II)，机械传动系统(III)，负反馈系统(IV)，光学测量系统(V)连接起来，实现对移动平台(5)的控制以及测量数据的采集。
3.根据权利要求1所述一种小型零件快速二维轮廓尺寸测量装置，其特征在于：所述的驱动系统(II)包括电机驱动器(7)，STM32控制板(9)，伺服电机(21,23,24)，STM32控制板(9)与电机驱动器(7)连接，电机驱动器(7)与伺服电机(21,23,24)连接，伺服电机(23)控制移动平台(5)的XY方向移动，伺服电机(24)控制移动平台(5)的绕Z轴旋转，伺服电机(21)控制移动平台(5)的Z方向移动，驱动系统(II)主要实现自动化控制移动平台(5)。
4.根据权利要求1所述一种小型零件快速二维轮廓尺寸测量装置，其特征在于：所述机械传动系统(III)包括滚柱丝杠(6)，齿轮组(25)，伺服电机(21,23,24)，滚柱丝杠(6)与伺服电机(21)相连接，滚珠丝杠(6)实现移动平台(5)XYZ方向上的移动，齿轮组(25)实现三爪卡盘(4)固定被测零件(3)。
5.根据权利要求1所述一种小型零件快速二维轮廓尺寸测量装置，其特征在于：负反馈系统(IV)包括STM32控制板(9)，电机驱动器(7)，伺服电机(21,23,24)，光电编码器(22)，STM32(9)与电机驱动器(7)连接，电机驱动器(7)与伺服电机(21,23,24)连接，光电编码器(22)放置于伺服电机(21,23,24)上，光电编码器(22)将采集到的伺服电机(21,23,24)转速直接反馈给STM32(9)，实现对移动平台(5)的精确控制。
6.根据权利要求1所述一种小型零件快速二维轮廓尺寸测量装置，其特征在于：所述光学测量系统(V)包括CCD(17)，镜头(18,29)，反射镜(19,30)，受光镜头(2)，聚光镜头(26)，漫反射装置(28)，LED(27)，所述聚光镜头(26)，漫反射装置(28)，LED(27)放置于发射器(31)中，所述CCD(17)，镜头(18)，反射镜(19)，受光镜头(2)放置于接收器(16)中，LED(27)作为光源，光线经过漫反射装置(28)后，再通过镜头(29)，反射镜(30)以及聚光镜头(26)，将光线均匀发射出现，照射在被测零件(3)上，光线经过受光镜头(2)，反射镜(19)，镜头(18)，到达CCD(17)，由CCD(17)接收到光的明暗边缘，实现对被测零件的二维轮廓测量。
7.根据权利要求1所述一种小型零件快速二维轮廓尺寸测量装置，其特征在于：所述操作手柄(14)包括控制移动平台XY方向移动的操作杆(13)，控制Z方向移动的旋钮(12)，操作手柄通(14)过CAN总线(11)与STM32(9)连接，实现对移动平台(5)XYZ方向上的控制。
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