CN113375596A - 一种用于大型结构件表面形貌检测的测量机构 - Google Patents

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张晓磊
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Abstract

本发明公开了一种用于大型结构件表面形貌检测的测量机构，包括底座、第一直线模组、第二直线模组、第三直线模组、转向机构和3D机构光相机，所述第一直线模组水平固定在底座的上端，所述第二直线模组与第一直线模组的滑块连接，所述第三直线模组与第二直线模组的滑块连接，所述转向机构固定在第三直线模组的端部，所述3D机构光相机与转向机构连接。合理建立空间误差补偿模型，能够预测各轴误差对实际测量设备的各项误差进行检测和分离，分别对各项误差进行补偿，以提高测量设备的精度；通过直线模组与转向机构的配合能够带动3D机构光相机实现五轴的调节，增大测量范围，实现对结构件的全面检测，提高了检测的便利性，使用方便。

Description

一种用于大型结构件表面形貌检测的测量机构
技术领域
本发明涉及零件检测技术领域，具体为一种用于大型结构件表面形貌检测的测量机构。
背景技术
对于质量要求严格的结构件，在生产过程中需要对结构件的表面尺寸、孔位等尺寸进行精确检测以确保满足加工要求，目前的对于大型结构件的表面形貌的检测主要是采用机械手或借助龙门架实现。
机械手方案成本较高，控制算法较为复杂；而龙门架结构，对于较大型结构件的测量，体积会更加庞大。且大跨度的门架机构随着行程的增加，各轴间的位置度误差、直线度误差、脚摆误差、各轴间的垂直度误差都会显著增加。且随着外界温度的变化，门架结构非线性形变严重，影响设备整体的测量精度。
发明内容
本发明就是针对现有技术存在的上述不足，提供一种用于大型结构件表面形貌检测的测量机构，合理建立空间误差补偿模型，能够预测各轴误差对实际测量设备的各项误差进行检测和分离，分别对各项误差进行补偿，以提高测量设备的精度；该装置结构简单，制造成本低，通过直线模组与转向机构的配合能够带动3D机构光相机实现五轴的调节，增大测量范围，实现对结构件的全面检测，提高了检测的便利性，使用方便。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种用于大型结构件表面形貌检测的测量机构，包括底座、第一直线模组、第二直线模组、第三直线模组、转向机构和3D机构光相机，所述第一直线模组水平固定在底座的上端，所述第二直线模组与第一直线模组的滑块连接，所述第三直线模组与第二直线模组的滑块连接，所述转向机构固定在第三直线模组的端部，所述3D机构光相机与转向机构连接。
优选的，所述第一直线模组、第二直线模组、第三直线模组之间两两相互垂直。
优选的，所述第一直线模组的滑块上设有固定第二直线模组的支撑架。
优选的，所述第二直线模组的滑块上设有固定第三直线模组的滑块的固定架。
优选的，所述转向机构包括驱动机构和角板，所述驱动机构包括第一驱动机构和第二驱动机构，所述第一驱动机构与第二驱动机构之间通过角板连接，所述第一驱动机构与第三直线模组连接，所述第二驱动机构与3D机构光相机连接。
优选的，所述驱动机构包括电机、固定盒和转盘，所述电机与固定盒连接，电机的驱动轴上设有驱动齿轮，所述转盘与固定盒之间转动连接，转盘的上端连有与驱动齿轮啮合的从动齿轮。
优选的，所述固定盒内固定有固定盘，所述固定盘的下端设有固定轴，所述从动齿轮通过轴承套在固定轴的外侧，所述从动齿轮与转盘之间通过套在固定轴外侧的连接环连接。
优选的，所述从动齿轮与固定盘之间设有保持架，所述保持架内沿圆周方向均匀设有滚珠。
优选的，所述第一直线模组、第二直线模组、第三直线模组上均设有检测行程的光电开关。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明合理建立空间误差补偿模型，能够预测各轴误差对实际测量设备的各项误差进行检测和分离，分别对各项误差进行补偿，以提高测量设备的精度；该装置结构简单，制造成本低，通过直线模组与转向机构的配合能够带动3D机构光相机实现五轴的调节，增大测量范围，实现对结构件的全面检测，提高了检测的便利性，使用方便。
附图说明
图1为本发明的立体结构示意图；
图2为本发明的主视图；
图3为转向机构的结构示意图；
图4为驱动机构的结构示意图；
图5为驱动机构的剖视图；
图6为BP网络预测模型图。
图中：1-底座；2-第一直线模组；201-支撑架；3-第二直线模组；301-固定架；4-第三直线模组；5-转向机构；501-第一驱动机构；502-角板；503-第二驱动机构；504-驱动轮；505-电机；506-驱动轴；507-固定盒；508-转盘；509-固定盘；510-固定轴；511-连接环；512-滚珠；513-保持架；514-从动齿轮；515-轴承；6-3D机构光相机。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
如图1-2所示，一种用于大型结构件表面形貌检测的测量机构，包括底座1、第一直线模组2、第二直线模组3、第三直线模组4、转向机构5和3D机构光相机6，所述第一直线模组2水平固定在底座1的上端，所述第二直线模组3与第一直线模组2的滑块连接，所述第三直线模组4与第二直线模组3的滑块连接，第一直线模组2、第二直线模组3、第三直线模组4之间两两相互垂直，第一直线模组2的滑块上设有固定第二直线模组3导轨的支撑架201，第二直线模组3的滑块上设有固定第三直线模组4滑块的固定架301，转向机构5固定在第三直线模组4的端部，如图3所示，3D机构光相机6与转向机构5连接。在第一直线模组2、第二直线模组3、第三直线模组4导轨的侧壁上均设有检测行程的光电开关，用作行程保护。
转向机构5能够实现2个方向上的转动调节，再结合三个直线模组，从而实现5轴调节，转向机构5包括驱动机构和角板502，如图4-5所示，所述驱动机构包括第一驱动机构501和第二驱动机构503，所述第一驱动机构501与第二驱动机构503之间通过角板502连接，所述第一驱动机构501与第三直线模组4连接，带动3D机构光相机6能够在水平方向做圆周运动，第二驱动机构503与3D机构光相机6连接，带动3D机构光相机6在竖直方向上做圆周运动，从而实现全方位的检测。
在本发明中，第一驱动机构501与第二驱动机构503的结构相同，其结构为，驱动机构包括电机505、固定盒507和转盘508，所述电机505与固定盒507连接，电机505的驱动轴506上设有驱动齿轮504，驱动齿轮504的外侧设有护罩进行防护，所述转盘508与固定盒507之间转动连接，转盘508的上端连有与驱动齿轮504啮合的从动齿轮514。
在固定盒507内固定有固定盘509，所述固定盘509的下端设有固定轴510，所述从动齿轮514通过轴承515套在固定轴510的外侧，所述从动齿轮514与转盘508之间通过套在固定轴510外侧的连接环511连接，为了减小摩擦，在从动齿轮514与固定盘509之间设有保持架513，所述保持架513内沿圆周方向均匀设有滚珠512，减小从动齿轮514旋转时对固定盘509的磨损，同时能够对从动齿轮514进行限位固定。
使用时，将装置放在待测结构件的一侧，在各直线模组、底座1以及转向机构5上设置温度传感器，建立温度传感神经预测网络，通过识别温度的变化，预测各直线模组的变形值，再结合几何误差变形对测量结果进行补偿。
温度补偿系统中温度传感器由热敏电阻构成，测量模型的输入为瞬时温升，输出为传感器测量温度，预测模型输入因子为：1、热源温度变化率v1，2、传感器的热敏特性v2，模型输出因子为传感器输出温度。
传感器输出温度表达式：
T1＝f(v1,v2)
测量温度
T2＝g(v1)
系统采用BP神经网络建立预测模型，输入层节点数Xn＝3，输出层节点数为1，隐含层W确定为20，神经元的转移函数采用s igmoid函数，如图6所示。
通过BP神经网络模型预测温度变化，根据三维机构材料的热膨胀系数，实时预测直线模组的形变值，反馈给上位机控制系统，位置控制回路的内回路包含速度回路，设定位置控制单元前，将速度控制单操作方式完成速度控制单元的设定，接着再设定位置回路的比例增益及前馈增益从而达到运动补偿控制位置精度的目的。
通过三个直线模组带动3D机构光相机6移动到待测结构件的待测部位，通过第一驱动机构501与第二驱动机构503调节3D机构光相机6，使3D机构光相机6对准待测部位的法向，从而实现对工件上待测要素的测量。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (9)

1.一种用于大型结构件表面形貌检测的测量机构，其特征在于：包括底座、第一直线模组、第二直线模组、第三直线模组、转向机构和3D机构光相机，所述第一直线模组水平固定在底座的上端，所述第二直线模组与第一直线模组的滑块连接，所述第三直线模组与第二直线模组的滑块连接，所述转向机构固定在第三直线模组的端部，所述3D机构光相机与转向机构连接。
2.如权利要求1所述的一种用于大型结构件表面形貌检测的测量机构，其特征在于：所述第一直线模组、第二直线模组、第三直线模组之间两两相互垂直。
3.如权利要求1所述的一种用于大型结构件表面形貌检测的测量机构，其特征在于：所述第一直线模组的滑块上设有固定第二直线模组的支撑架。
4.如权利要求1所述的一种用于大型结构件表面形貌检测的测量机构，其特征在于：所述第二直线模组的滑块上设有固定第三直线模组的滑块的固定架。
5.如权利要求1所述的一种用于大型结构件表面形貌检测的测量机构，其特征在于：所述转向机构包括驱动机构和角板，所述驱动机构包括第一驱动机构和第二驱动机构，所述第一驱动机构与第二驱动机构之间通过角板连接，所述第一驱动机构与第三直线模组连接，所述第二驱动机构与3D机构光相机连接。
6.如权利要求5所述的一种用于大型结构件表面形貌检测的测量机构，其特征在于：所述驱动机构包括电机、固定盒和转盘，所述电机与固定盒连接，电机的驱动轴上设有驱动齿轮，所述转盘与固定盒之间转动连接，转盘的上端连有与驱动齿轮啮合的从动齿轮。
7.如权利要求6所述的一种用于大型结构件表面形貌检测的测量机构，其特征在于：所述固定盒内固定有固定盘，所述固定盘的下端设有固定轴，所述从动齿轮通过轴承套在固定轴的外侧，所述从动齿轮与转盘之间通过套在固定轴外侧的连接环连接。
8.如权利要求7所述的一种用于大型结构件表面形貌检测的测量机构，其特征在于：所述从动齿轮与固定盘之间设有保持架，所述保持架内沿圆周方向均匀设有滚珠。
9.如权利要求1所述的一种用于大型结构件表面形貌检测的测量机构，其特征在于：所述第一直线模组、第二直线模组、第三直线模组上均设有检测行程的光电开关。
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