CN201974587U - 一种激光准直成像装配定位系统 - Google Patents

Abstract

一种激光准直成像装配定位系统，该定位系统包括至少三组激光准直成像装配装置，每个激光准直成像装配装置包括光源部分和成像部分。通过三组激光准直成像装配装置发出的激光通过基准工件的定位孔，从而定位一个基准的工作平面，然后放置使待装配工件，使得激光穿过待装配工件的定位孔在摄像机上形成的光斑最大，基本等于激光光斑的大小从而实现该待装配工件的定位。本实用新型为航空、航天、船舶、精密仪器、机械设备制造等具有高精度装配需求的系统提供装配定位指导。

Description

一种激光准直成像装配定位系统

技术领域

本实用新型涉及成像装配定位领域。特别的，适用于利用激光准直原理的激光准直成像装配定位系统。该系统可以用于精度要求较高的产品机械零部件装配场合。由于其结构稳定、检测精度高、使用灵活方便，特别适用于航空、航天、船舶、精密仪器、机械设备制造等领域。

背景技术

随着全球科学技术的发展，我国在航空、航天、船舶、等领域也取得了很大的进步。航空、航天等领域，该领域涉及到的各项设备，其根本而言就需要绝对的精确、绝对的精准，每一个螺丝钉都要做到完美无缺，然而这并非一件易事。特别是在大型设备安装的时候，大型设备由多个工件组成，某一些的工件需要保持彼此的平行，即彼此垂至于同一根轴线。因此，如何解决这些工件的装配定位问题，设计一套精度较高，操作简便的定位设备来辅助工件的定位，保持各个工件彼此平行成为急需解决的问题。

实用新型内容

本实用新型目的在于提供精度高，操作简便的激光准直成像装配定位系统。该激光准直成像系统通过至少三个激光源发送独立至少三束激光，分别穿过待定位工件的定位孔，在工件的另外一侧分别由至少三个摄像机接收该激光成像光斑。调节待定位工件的位置使得三个摄像机成像光斑大小基本相同，从而保证工件位置平行于基准面。

本实用新型的技术方案为：一种激光准直成像装配定位系统，该定位系统包括至少三组激光准直成像装配装置，每组所述激光准直成像装配装置包括光源部分和成像部分；所述光源部分包括激光器，俯仰调节装置，第一装置固定板和第一精密平移台，所述激光器通过所述俯仰调节装置固定在所述第一装置固定板上，所述第一装置固定板连接在所述第一精密平移台上；所述成像部分包括成像靶面，工业摄像机，第二装置固定板和第二精密平移台，所述成像靶面和所述工业摄像机固定在所述第二装置固定板上，所述第二装置固定板连接在所述第二精密平移台上；其中激光照射在所述成像靶面后由所述工业摄像机成像，所述精密平移台能够进行水平方向上的精密平移。

本实用新型的工作原理如下：由于激光亮度高、单色性好、发散角小，在一定的范围内，例如几百米，激光光斑大小基本不变。而一个工作平面可以由至少三个不同的点确认。利用至少三束激光作为工作光源，这三束光源就确定了一个基准工作平面。待定位工件上具有多个定位孔，定位孔的孔径略大于该光斑。至少三个激光源位于待定位工件的一侧，该至少三束激光束分别穿过这些定位孔，在定位工件的另外一侧具有至少三个成像接收装置，例如使得激光照射在诸如陶瓷片的成像靶面上，通过CCD摄像机进行成像接收，测量通过工件定位孔后的激光光斑大小。如果待定位工件和基准工作平面平行，且垂直于同一定位轴，则激光光束恰好穿过这些定位孔，激光成像装配装置上接收的光斑大小基本不变；如果待定位工件与基准平面倾斜或者平移，则激光不能完全穿过定位孔，激光成像装配装置上的光斑变小。通过调整待定位工件的位置，使得激光成像装配装置上的光斑基本不变可以使得该定位工件和基准平面平行，且垂直于同一定位轴，从而完成该工件的定位。按照如此的原理，可以在一条轴线上平行定位多个工件，从而完成多个工件的定位。

所述激光器为单模激光器，单模激光的光斑光束质量好，发散性小。

所述激光器为发射光谱为可见光谱的半导体激光器或者He-Ne激光器。激光具有明确的指向性，平行轴清楚，装配更加明确，容易调试。

成像靶面为陶瓷片，工业摄像机为CCD摄像机或者CMOS摄像机。操作简便，成本较低。

激光准直成像装配装置为3组、4组或者5组；多个所述光源部分位于待定位工件的一侧，其发射的激光分别穿过所述待定位工件的定位孔，多个所述成像部分在所述待定位工件的另外一侧接收穿过所述定位孔的激光成像。这样激光准直成像能够确定一个基准平面，定位多个工件和基准工作平面平行，且垂直于同一定位轴。

本实用新型的有益效果是：

1、采用激光作为准直光源，精度高，且当利用诸如He-Ne激光器的可见激光时，激光具有明确的指向性，平行轴清楚，装配更加明确，容易调试。

2、整套系统主要利用激光和CCD摄像机，操作简便，成本较低。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明；

图1激光准直成像装配装置构成示意图

图2装配工件平面示意图

图中1.激光器，2.俯仰调节装置，3.第一装置固定板，4.第一精密平移台，5.成像靶面，6.工业摄像机，7.第二装置固定板，，8.第二精密平移台，9.基准工件，10.待装配工件，11.定位孔。

具体实施方式

本实用新型提供了一种激光准直成像装配定位系统。激光由于亮度高、单色性好、发散角小，在一定的范围内，例如几百米，激光光斑大小基本不变。因此，在一些需要准直的场合中可以利用激光进行各个器件的准直。例如在固体激光器的激光谐振腔中利用可见的半导体激光器或者He-Ne激光器进行激光腔内各器件的准直。但对于大型的装配工件，由于工件的体积较大，如果在某个激光校正点上，工件平面与基准面存在微小偏差可以导致在远离该激光校正点上工件平面与基准面存在较大的偏离。因此，本激光准直成像装配定位系统采用至少三组激光准直成像装配装置，该至少三组激光准直成像装配装置彼此远离，例如分布在基准平面的边缘上。

参见附图1，该附图为激光准直成像装配定位系统其中的一组激光准直成像装配装置工作示意图。该组激光准直成像装配装置包含光源部分和成像部分。其中光源部分位于工件9、10的一侧，包括激光器1，俯仰调节装置2，第一装置固定板3和第一精密平移台4，该激光器可优选为单色性好、发散角小的单模激光器，该激光器的类型可以为发射可见光谱的半导体激光器或者He-Ne激光器。该激光器1通过俯仰调节装置2固定在第一装置固定板3上，俯仰调节装置2可以进行激光器的俯仰调节，第一装置固定板3连接在第一精密平移台4上，第一精密平移台4可以进行水平平面的精密平移。在工件9、10的另外一侧具有成像部分。成像部分包括成像靶面5，工业摄像机6，第二装置固定板7和第二精密平移台8。为了避免激光直接射入工业摄像机，采用激光直射到成像靶面5后再通过工业摄像机6成像，其中工业摄像机6可以为CCD摄像机或者CMOS摄像机。成像靶面5和工业摄像机6固定在第二装置固定板7上，第二装置固定板7连接在第二精密平移台8上，第二精密平移台8可以进行水平平面的精密平移。附图1是本实用新型具体实施例结构示意图，在该图中仅表示出激光准直成像装配定位系统的其中一组激光准直成像装配装置。其他的激光准直成像装配装置与附图1的工作方式一致，所不同的是，其他的成像装配装置穿过工件的其他定位孔。所有的激光准直成像装配装置均平行排列。

附图2为装配工件平面示意图。准直工件9和待装配工件10上都具有3个以上的定位孔，定位孔略大于激光光斑，定位孔在工件上彼此远离，例如分布在工件的边缘上。

在定位待装配工件之前，首先应当进行光源的基准定位。其主要目的在于使多束激光垂直穿过基准工件9上各个工艺孔的中心。在一个实施例中，采用He-Ne单模激光器，激光光斑大小为Φ3.5mm，成像部分采用CCD摄像机作为工业摄像机6，利用陶瓷片作为成像靶面5，基准工件的定位孔大小均为Φ3.8mm或者均为Φ4.0mm。将基准工件放置在基准位置后，打开He-Ne激光电源，通过调整光源部分的俯仰调整装置3和第一精密平移台4，使得激光器发出的光分别通过基准工件9上的三个工艺孔，让光束通过工艺孔照射到成像靶面5和摄像机6镜头。注意：此时镜头盖应该盖上，不要让光直接射入CCD以免因激光过强造成对CCD不必要的破坏。调整第一俯仰调整装置2，第一精密平移台4和第二精密平移台8的位置。使得光源基本照射到工艺孔、成像靶面的中心，CCD摄像机成像光斑最大，且基本等于Φ3.5mm。此时完成一组成像装配装置的基准定位，调整完成后关闭激光器的电源。按照同样的步骤调整其他二组成像装配装置的光源部分和成像部分的定位。

当完成激光准直成像装配定位系统的基准定位后，可以进行待装配工件的定位装配。将待装配工件插入到接近于预定的位置。打开激光器电源，让三路激光分别通过对应工艺孔成像到靶面，观察CCD摄像机所摄取的光斑大小，调整待装配工件的位置，移动待装配工件10，使得三条光路照射到靶面后形成的激光光斑最大，且基本等于Φ3.5mm。这样即可认为系统调试到位，待装配工件于基准平面平行且垂直于同一垂直于同一定位轴。

重复上述检测装配过程，可以完成所有的待装配工件的调试、装配工作。

以上实施例仅用以说明本实用新型发明而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型发明进行修改或者同等替换，而不脱离本新型发明的精神和范围，均应涵盖在本实用新型发明的权利要求范围中。例如激光准直成像装配定位系统中包括的激光准直成像装配定位装置可以为4组、5组或者以上，根据工程的需要而定。成像靶面不局限于陶瓷片，在激光照射后可以被CCD摄像机捕获光斑的物质均可。

本实用新型为航空、航天、船舶、精密仪器、机械设备制造等具有高精度装配需求的系统提供装配定位指导。

Claims (7)

1.一种激光准直成像装配定位系统，其特征在于：该定位系统包括至少3组激光准直成像装配装置，每组所述激光准直成像装配装置包括光源部分和成像部分；所述光源部分包括激光器，俯仰调节装置，第一装置固定板和第一精密平移台，所述激光器通过所述俯仰调节装置固定在所述第一装置固定板上，所述第一装置固定板连接在所述第一精密平移台上；所述成像部分包括成像靶面，工业摄像机，第二装置固定板和第二精密平移台，所述成像靶面和所述工业摄像机固定在所述第二装置固定板上，所述第二装置固定板连接在所述第二精密平移台上；其中激光照射在所述成像靶面后由所述工业摄像机成像，所述精密平移台能够进行水平方向上的精密平移。

2.根据权利要求1所述的定位系统，其特征在于：所述激光器为单模激光器。

3.根据权利要求1所述的定位系统，其特征在于：所述激光器为发射光谱为可见光谱的半导体激光器或者He-Ne激光器。

4.根据权利要求1所述的定位系统，其特征在于：所述成像靶面为陶瓷片。

5.根据权利要求1所述的定位系统，其特征在于：所述工业摄像机为CCD摄像机或者CMOS摄像机。

6.根据权利要求1所述的定位系统，其特征在于：所述激光准直成像装配装置为3组、4组或者5组。

7.根据权利要求6所述的定位系统，其特征在于：多个所述光源部分位于待定位工件的一侧，其发射的激光分别穿过所述待定位工件的定位孔，多个所述成像部分在所述待定位工件的另外一侧接收穿过所述定位孔的激光成像。

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