CN112648944A - 一种测量静态平面度的旋转式三维检测仪 - Google Patents

Abstract

本发明涉及工业生产与系统装配技术领域，具体涉及一种测量静态平面度的旋转式三维检测仪；包括外壳体、工业相机和连接条，外壳体的上表面一端对称设置有两个转动连接板，两个连接条的一端转动设置在两个转动连接板之间，连接条上开设有连接条形槽；本发明在对零部件的平面进行平面度检测时，其零部件是固定不动，仅每次通过伺服电机的驱动作用使得十字激光发生器转动90°，从而使得十字激光束能够旋转覆盖整个平面，其检测的结果精度与现有的高精度平面度检测的三维视觉检测装置相差无几，同时有效解决了现有非规则零部件无法在运动过程中时刻保持与激光束垂直的不足，其平面度检测方式更简单、适用性更强。

Description

一种测量静态平面度的旋转式三维检测仪

技术领域

本发明涉及工业生产与系统装配技术领域，具体涉及一种测量静态平面度的旋转式三维检测仪。

背景技术

在工业生产与系统装配领域，对零部件加工的平面度要求特别高，特别是高精密装配与加工领域，对目标平面的平面度误差非要高，有的甚至达到μ级尺寸精度，即0.001mm的精度要求。目前，在高精密装配与加工领域绝大部分都是采用接触式的三坐标检测仪对平面度进行检测，但是接触式的三坐标检测仪的操作每次都会引入随机误差，而且跟检测操作人的动作有很大关系，因此现在大量发展非接触式的检测手段，主要鉴于非接触式的自动化程度高、随机误差干扰小，与操作者基本无关。

例如专利号为CN110174055A的发明公开了一种高精度平面度检测的三维视觉检测装置，包括外壳，垂直度检测杆，电动调节缸，一字激光发生器和工业相机；所述电动调节缸的下端转动连接在底端铰接板上，且底端铰接板连接在外壳的顶端一侧，且电动调节缸的顶部还转动连接到顶端铰接板上，一字激光发生器通过激光发生器固定支架固定安装在外壳的内侧，工业相机通过相机固定底板支撑并固定在外壳的内侧。该高精度平面度检测的三维视觉检测装置虽然相比较于传统的接触式的三坐标检测仪其避免了人员操作引入的误差，但是该装置在对零部件的平面度进行进行检测时，需要被检测的零部件处于运动状态，且运动过程中时刻要保持待检测平面与激光束垂直，而在对非规则零部件的平面进行检测时，零部件在运动的过程中无法有效保证时刻与激光束垂直，当待检测零部件的平面稍微与激光束产生倾角时，其检测的平面精度均会产生较大的误差。另外，该高精度平面度检测的三维视觉检测装置通过设置的垂直度检测杆对整个装置安装时的垂直情况进行检测时，其不仅结构复杂，而且安装后无法时刻对垂直情况进行检测，一旦在装置运行检测过程中，其安装发生松动使得整个设备发生倾斜并且没有及时调节，就会对平面度检测结果产生巨大影响。因此，针对现有高精度平面度检测的三维视觉检测装置的上述不足，设计一种无需被检测零部件运动就能对其检测的测量静态平面度的旋转式三维检测仪是一项有待解决的技术问题。

发明内容

本发明针对现有技术公开的三坐标检测仪以及高精度平面度检测的三维视觉检测装置的上述不足，设计一种无需被检测零部件运动就能对其检测的测量静态平面度的旋转式三维检测仪。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种测量静态平面度的旋转式三维检测仪，包括外壳体、工业相机和连接条，所述外壳体的上表面一端对称设置有两个转动连接板，两个连接条的一端转动设置在两个转动连接板之间，所述连接条上开设有连接条形槽，位于所述外壳体上表面的另一端固定有转动件，位于所述转动件的正上方设置有伸缩装置，所述伸缩装置的下端与转动件转动连接，所述外壳体的下表面由水平底板和倾斜底板组成，所述水平底板上开设有投射方形孔，所述倾斜底板上开设有拍摄透孔，位于所述投射方形孔正上方的外壳体顶壁上固定有连接块，位于所述连接块的下方设置有激光器固定架，所述激光器固定架上开设有旋转孔，所述旋转孔中转动设置有激光器外圆套，所述激光器外圆套中固定有十字激光发生器，所述十字激光发生器与投射方形孔在空间上相垂直设置，所述激光器外圆套的上端设置有与连接块转动设置的转轴，位于所述转轴的外圆周套设有扭簧，所述扭簧的上下端分别与连接块、激光器外圆套相连接，位于所述激光器固定架上方的激光器外圆套上设置有从动齿轮，位于所述连接块旁侧的外壳体顶壁上设置有伺服电机，所述伺服电机的输出轴下端连接有不完全齿轮，所述不完全齿轮的齿数为从动齿轮的四分之一，位于所述拍摄透孔上方的外壳体侧面固定有相机固定块，所述工业相机固定设置在固定块中，且工业相机与拍摄透孔在空间上相垂直，所述外壳体的侧面上设置有水平监测装置和警报装置。

作为上述方案的进一步设置，所述水平监测装置包括与外壳体侧面垂直连接的铜柱，所述铜柱上设置有旋转套，所述旋转套的两端连接有对称设置的水平条，所述水平条的外端下表面连接有铜球触片，所述旋转套内壁设置有铜套，所述铜套与铜球触片之间连接有铜条片，位于每个所述铜球触片下方设置有凸块，所述凸块的上表面设置有与凹球铜片，所述警报装置、铜柱、凹球铜片以及外电源之间电性连接。

作为上述方案的进一步设置，所述警报装置为蜂鸣器或警报灯其中的一种。

作为上述方案的进一步设置，所述外壳体上还设有PLC控制盒，所述PLC控制盒与警报装置、伸缩装置之间电性连接。

作为上述方案的进一步设置，所述伸缩装置为气缸、液压缸或电动伸缩杆其中的一种。

作为上述方案的进一步设置，所述投射方形孔和拍摄透孔上均设置有高透玻璃。

作为上述方案的进一步设置，所述外壳体上还设置有干燥剂安置腔，所述干燥剂安置腔中装有干燥剂。

作为上述方案的进一步设置，所述工业相机的中心线与垂直方向的夹角范围为18～22°。

作为上述方案的进一步设置，所述工业相机的采样帧率在40帧。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明公开的测量静态平面度的旋转式三维检测仪在对零部件的平面进行平面度检测时，其无需与三坐标检测仪一样与被检测零部件相接触，有效避免了接触式的三坐标检测仪的在人员操作过程中都会每次都会引入随机误差，其检测将精准。

2、本发明在对零部件的平面进行平面度检测时，其零部件是固定不动，仅每次通过伺服电机的驱动作用使得十字激光发生器转动90°，从而使得十字激光束能够旋转覆盖整个平面，其检测的结果精度与现有的高精度平面度检测的三维视觉检测装置相差无几，但是有效解决了现有非规则零部件无法在运动过程中时刻保持与激光束垂直的不足，其平面度检测方式更简单、适用性更强。

3、本发明公开的水平监测装置相比较现有技术，其灵敏度高，并且能够及时发出警报以及自动对其进行水平调节，有效避免了现有检测仪在检测过程中发生倾斜无法及时发现导致检测数据不精确的不足，其结构新颖、效果优异、实用性强。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的第一视角立体结构示意图；

图2为本发明的第一角度内部立体结构示意图；

图3为本发明的第二角度内部立体结构示意图；

图4为本发明中伺服电机、激光器固定架、十字激光发生器等立体结构图；

图5为本实施例2中水平监测装置立体装配结构图；

图6为本实施例2中水平监测装置的内部截面图；

图7为图1中A处的放大结构图；

图8为本发明中的系统检测流程示意图。

其中，1-外壳体，101-水平底板，102-倾斜底板，103-投射方形孔，104-拍摄透孔，2-工业相机，3-连接条，4-转动连接板，5-转动件，6-伸缩装置，7-连接块，8-激光器固定架，801-旋转孔，9-激光器外圆套，10-十字激光发生器，11-扭簧，12-从动齿轮，13-伺服电机，14-不完全齿轮，15-固定块，16-水平监测装置，161-铜柱，162-旋转套，163-水平条，164-铜球触片，165-铜条片，166-凸块，167-凹球铜片，168-铜套，17-警报装置，18-PLC控制盒，19-干燥剂安置腔。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

下面结合附图1-8对本发明进一步说明。

实施例一

本实施例1介绍了一种测量静态平面度的旋转式三维检测仪，参考附图1、附图2和附图3，其主体结构包括外壳体1、工业相机2和连接条3，其中关于工业相机2，其在通过十字激光发生器在旋转过程中对被检测零部件进行拍摄，因此其对工业相机2的采样帧率有很高的要求，不能出现拖影现场，本发明中工业相机2的采样帧率设置为40帧最佳，并且工业相机2上的数据接口是千兆网口，通过工业相机上的数据网线(图中未标注)将采集到的单帧图像快速传输给控制器(图中未画出)，并且进行对应的图像处理与特征点提取。

外壳体1的上表面一端对称设置有两个转动连接板4，两个连接条3的一端转动设置在两个转动连接板4之间，连接条3上开设有连接条形槽301，具体的其连接条形槽301双开设置，通过其双开设置的连接条形槽301将整个三维检测仪与对应的设备安装架相连接。位于外壳体1上表面的另一端固定有转动件5，位于转动件5的正上方设置有伸缩装置6，具体地其伸缩装置6可选用气缸、液压缸或电动伸缩杆其中的一种，并将伸缩装置6的下端与转动件5转动连接，通过伸缩装置6的伸长或缩短可实现对整个外壳体的水平状态进行调节。外壳体1的下表面由水平底板101和倾斜底板102组成，水平底板101上开设有投射方形孔103，倾斜底板102上开设有拍摄透孔104，为了起到防潮和防尘作用，还在投射方形孔103和拍摄透孔104上均设置有高透玻璃(图中未画出)。

参考附图3和附图4，位于投射方形孔103正上方的外壳体1顶壁上固定有连接块7，位于连接块7的下方设置有激光器固定架8，激光器固定架8上开设有旋转孔801，旋转孔中转动设置有激光器外圆套9，激光器外圆套9中固定有十字激光发生器10，其十字激光发生器10的中心波长635纳米，且十字激光发生器10与投射方形孔103在空间上相垂直设置，激光器外圆套9的上端设置有与连接块7转动设置的转轴(图中未标注)，位于转轴的外圆周套设有扭簧11，扭簧11的上下端分别与连接块7、激光器外圆套9相连接，位于激光器固定架8上方的激光器外圆套9上设置有从动齿轮12，位于连接块7旁侧的外壳体1顶壁上设置有伺服电机13，伺服电机13的输出轴下端连接有不完全齿轮14，为了使得十字激光发生器10转动90°，将不完全齿轮14的齿数为从动齿轮12的四分之一。位于拍摄透孔104上方的外壳体1侧面固定有相机固定块15，工业相机2固定设置在固定块15中，且工业相机2与拍摄透孔104在空间上相垂直，同时，在还要注意其工业相机2在固定设置过程中工业相机2的中心线与垂直方向的夹角范围为18～22°。

最后，还在外壳体1上还设置有干燥剂安置腔19，干燥剂安置腔19中装有干燥剂(图中未画出)，其内部的干燥剂可以对整个三维检测仪起到防潮作用，确保系统正常运转。

实施例二

本实施例2介绍了基于实施例1基础上改进后的测量静态平面度的旋转式三维检测仪，参考附图1、附图2和附图3，其主体结构包括外壳体1、工业相机2和连接条3，其中关于工业相机2，其在通过十字激光发生器在旋转过程中对被检测零部件进行拍摄，因此其对工业相机2的采样帧率有很高的要求，不能出现拖影现场，本发明中工业相机2的采样帧率设置为40帧最佳，并且工业相机2上的数据接口是千兆网口，通过工业相机上的数据网线(图中未标注)将采集到的单帧图像快速传输给控制器(图中未画出)，并且进行对应的图像处理与特征点提取。

外壳体1的上表面一端对称设置有两个转动连接板4，两个连接条3的一端转动设置在两个转动连接板4之间，连接条3上开设有连接条形槽301，具体的其连接条形槽301双开设置，通过其双开设置的连接条形槽301将整个三维检测仪与对应的设备安装架相连接。位于外壳体1上表面的另一端固定有转动件5，位于转动件5的正上方设置有伸缩装置6，具体地其伸缩装置6可选用气缸、液压缸或电动伸缩杆其中的一种，并将伸缩装置6的下端与转动件5转动连接，通过伸缩装置6的伸长或缩短可实现对整个外壳体的水平状态进行调节。外壳体1的下表面由水平底板101和倾斜底板102组成，水平底板101上开设有投射方形孔103，倾斜底板102上开设有拍摄透孔104，为了起到防潮和防尘作用，还在投射方形孔103和拍摄透孔104上均设置有高透玻璃(图中未画出)。

参考附图3和附图4，位于投射方形孔103正上方的外壳体1顶壁上固定有连接块7，位于连接块7的下方设置有激光器固定架8，激光器固定架8上开设有旋转孔801，旋转孔中转动设置有激光器外圆套9，激光器外圆套9中固定有十字激光发生器10，其十字激光发生器10的中心波长635纳米，且十字激光发生器10与投射方形孔103在空间上相垂直设置，激光器外圆套9的上端设置有与连接块7转动设置的转轴(图中未标注)，位于转轴的外圆周套设有扭簧11，扭簧11的上下端分别与连接块7、激光器外圆套9相连接，位于激光器固定架8上方的激光器外圆套9上设置有从动齿轮12，位于连接块7旁侧的外壳体1顶壁上设置有伺服电机13，伺服电机13的输出轴下端连接有不完全齿轮14，为了使得十字激光发生器10转动90°，将不完全齿轮14的齿数为从动齿轮12的四分之一。位于拍摄透孔104上方的外壳体1侧面固定有相机固定块15，工业相机2固定设置在固定块15中，且工业相机2与拍摄透孔104在空间上相垂直，同时，在还要注意其工业相机2在固定设置过程中工业相机2的中心线与垂直方向的夹角范围为18～22°。为了对整个三维检测仪起到防潮作用，确保系统正常运转，还在外壳体1上还设置有干燥剂安置腔19，干燥剂安置腔19中装有干燥剂(图中未画出)。

本实施例2还在外壳体1的侧面上设置有水平监测装置16和警报装置17。参考附图5、附图6和附图7。具体地，其水平监测装置16包括与外壳体1侧面垂直连接的铜柱161，铜柱161上设置有旋转套162，旋转套162的两端连接有对称设置的水平条163，水平条163的外端下表面连接有铜球触片164，旋转套162内壁设置有铜套168，铜套168与铜球触片164之间连接有铜条片165，位于每个铜球触片164下方设置有凸块166，凸块166的上表面设置有与凹球铜片167，警报装置17、铜柱161、凹球铜片167以及外电源之间电性连接，具体地其警报装置17为蜂鸣器或警报灯其中的一种。当整个外壳体处于倾斜状态使得十字激光发生器10发出的光束不与待检测平面垂直时，其铜柱161上的一个水平条163由于由于重力的作用会向倾斜的一端转动，从而使得铜套168落在凹球铜片167中，其警报装置17的线路接通，并发出警报提醒作业人员对外壳体1进行水平调节。

另外，为了进一步实习外壳体1的自动调节，还在外壳体1上还设有PLC控制盒18，PLC控制盒18与警报装置17、伸缩装置6之间电性连接；当警报装置17的电路接通时，其PLC控制18会控制伸缩装置6伸长或缩短，从而对外壳体1进行调节，其自动化程度更高。

本发明公开的测量静态平面度的旋转式三维检测仪还需要说明的是，还包括与工业相机2上数据线相连接的处理单元，本发明的处理过程为现有技术，本处对其进行简单说明。具体地，其系统的软件部分安装在处理单元，系统经标定后，获取了内部与外部参数集，经工业相机2拍摄后，采集到的图像经数据线发送到处理器的内存上或者在硬盘上储存，系统的软件系统从控制器的内存或硬盘上读取图像进行图像预处理并且进行特征点提取，经本系统的算法的计算后，获取每个目标点的三维XYZ坐标，从而生成对应的点云数据，因为检测对象是平面，因此生存的点云数据在空间可以生成一张与实际对象一致的立体平面，在Z轴方向上，即深度数据上的数据窜动峰值与谷值的差值大小反映了该平面的平面度数值指标。

本发明实施例1的一种具体实施应用如下，参考附图8，

S1：检测装置垂直安装在固定支架上，激光面垂直于被检测平面，并且被检测对象水平放置在恒速流水线上；

S2：图像采集装置以一定的帧率拍摄的图像通过数据线传输给控制器，即处理单元，处理单元对每一帧图像进行预处理，并且抽取特征点的信息，抽取每个电云的深度数据。其中选取一个局部领域作为该平面的参考面，计算所得的全部点云的深度数据与该参考平面作比较，计算其峰值与谷值，能快速检测出该平面的平面度指标。

S3：系统将计算得到的平面度指标在显示装置的可视化界面上显示，并且记录每个被检测对象的ID及其对应的平面度指标，以供上位机或者下位机系统对被检测对象的优次分拣。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种测量静态平面度的旋转式三维检测仪，包括外壳体(1)、工业相机(2)和连接条(3)，所述外壳体(1)的上表面一端对称设置有两个转动连接板(4)，两个连接条(3)的一端转动设置在两个转动连接板(4)之间，所述连接条(3)上开设有连接条形槽(301)，位于所述外壳体(1)上表面的另一端固定有转动件(5)，位于所述转动件(5)的正上方设置有伸缩装置(6)，所述伸缩装置(6)的下端与转动件(5)转动连接，所述外壳体(1)的下表面由水平底板(101)和倾斜底板(102)组成，所述水平底板(101)上开设有投射方形孔(103)，所述倾斜底板(102)上开设有拍摄透孔(104)，其特征在于，位于所述投射方形孔(103)正上方的外壳体(1)顶壁上固定有连接块(7)，位于所述连接块(7)的下方设置有激光器固定架(8)，所述激光器固定架(8)上开设有旋转孔(801)，所述旋转孔中转动设置有激光器外圆套(9)，所述激光器外圆套(9)中固定有十字激光发生器(10)，所述十字激光发生器(10)与投射方形孔(103)在空间上相垂直设置，所述激光器外圆套(9)的上端设置有与连接块(7)转动设置的转轴，位于所述转轴的外圆周套设有扭簧(11)，所述扭簧(11)的上下端分别与连接块(7)、激光器外圆套(9)相连接，位于所述激光器固定架(8)上方的激光器外圆套(9)上设置有从动齿轮(12)，位于所述连接块(7)旁侧的外壳体(1)顶壁上设置有伺服电机(13)，所述伺服电机(13)的输出轴下端连接有不完全齿轮(14)，所述不完全齿轮(14)的齿数为从动齿轮(12)的四分之一，位于所述拍摄透孔(104)上方的外壳体(1)侧面固定有相机固定块(15)，所述工业相机(2)固定设置在固定块(15)中，且工业相机(2)与拍摄透孔(104)在空间上相垂直，所述外壳体(1)的侧面上设置有水平监测装置(16)和警报装置(17)。

2.根据权利要求1所述的一种测量静态平面度的旋转式三维检测仪，其特征在于：所述水平监测装置(16)包括与外壳体(1)侧面垂直连接的铜柱(161)，所述铜柱(161)上设置有旋转套(162)，所述旋转套(162)的两端连接有对称设置的水平条(163)，所述水平条(163)的外端下表面连接有铜球触片(164)，所述旋转套(162)内壁设置有铜套(168)，所述铜套(168)与铜球触片(164)之间连接有铜条片(165)，位于每个所述铜球触片(164)下方设置有凸块(166)，所述凸块(166)的上表面设置有与凹球铜片(167)，所述警报装置(17)、铜柱(161)、凹球铜片(167)以及外电源之间电性连接。

3.根据权利要求1或2所述的一种测量静态平面度的旋转式三维检测仪，其特征在于：所述警报装置(17)为蜂鸣器或警报灯其中的一种。

4.根据权利要求3所述的一种测量静态平面度的旋转式三维检测仪，其特征在于：所述外壳体(1)上还设有PLC控制盒(18)，所述PLC控制盒(18)与警报装置(17)、伸缩装置(6)之间电性连接。

5.根据权利要求4所述的一种测量静态平面度的旋转式三维检测仪，其特征在于：所述伸缩装置(5)为气缸、液压缸或电动伸缩杆其中的一种。

6.根据权利要求1所述的一种测量静态平面度的旋转式三维检测仪，其特征在于：所述投射方形孔(103)和拍摄透孔(104)上均设置有高透玻璃。

7.根据权利要求1所述的一种测量静态平面度的旋转式三维检测仪，其特征在于，所述外壳体(1)上还设置有干燥剂安置腔(19)，所述干燥剂安置腔(19)中装有干燥剂。

8.根据权利要求1所述的一种测量静态平面度的旋转式三维检测仪，其特征在于，所述工业相机(2)的中心线与垂直方向的夹角范围为18～22°。

9.根据权利要求8所述的一种测量静态平面度的旋转式三维检测仪，其特征在于，所述工业相机(2)的采样帧率在40帧。

Images