实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种结构简单紧凑、能够快速对大型结构件表面进行精确无损在线三维检测的非接触式检测设备。
为实现上述目的,本实用新型的技术方案为:提供一种非接触式检测设备,适用于对大型构件的表面所存在的缺陷进行检测,其包括检测装置、X轴机械手、Y轴移载平台及下部适配板部件;其中,所述Y轴移载平台的下端固定于所述下部适配板部件,所述Y轴移载平台上设置有可沿Y轴方向移动的Y轴联接座,所述Y轴联接座的上端与所述X轴机械手的下端固定连接;所述X轴机械手上设置有可沿X轴方向移动的X轴联接座,所述X轴联接座的上端与所述检测装置的一端固定连接;所述检测装置的另一端分别设置有可沿Z轴方向移动的视觉检测机构及位移检测机构。
较佳地,所述检测装置还包括检测安装基板,所述检测安装基板的一端固定于所述X轴联接座的上端,所述检测安装基板的另一端分别设置有所述视觉检测机构及所述位移检测机构。
较佳地,所述视觉检测机构包括光源、镜头、视觉传感器及第一安装板,所述第一安装板垂直地固定于所述检测安装基板的中部,并位于所述检测安装基板的上方,所述视觉传感器的上端连接于所述第一安装板且可沿Z轴方向移动,所述镜头通过接圈连接于所述视觉传感器的下端,所述光源设置于所述检测安装基板的下方并与所述镜头相对。
较佳地,所述位移检测机构包括Z轴调整平台、第二安装板及位移传感器,所述Z轴调整平台固定于所述检测安装基板的端部并位于所述检测安装基板的下方,所述第二安装板的上端可移动地连接于所述Z轴调整平台,所述第二安装板的下端固定连接所述位移传感器。
较佳地,所述X轴机械手还包括X轴丝杆、X轴丝杆螺母及X轴电机,所述X轴丝杆沿X轴方向设置,所述X轴丝杆螺母与所述X轴丝杆配合连接,且所述X轴联接座固定于所述X轴丝杆螺母,所述X轴电机安装于所述X轴丝杆的一端,且所述X轴电机的输出轴与所述X轴丝杆的端部相连接,所述X轴电机用于驱动所述X轴丝杆转动。
较佳地,所述X轴机械手还包括底板及连接于所述底板上的法兰安装座,所述X轴丝杆通过轴承连接于所述法兰安装座上,所述X轴电机安装于所述法兰安装座的一侧并通过弹性联轴器与所述X轴丝杆的端部连接,且所述底板与所述Y轴联接座的上端固定连接。
较佳地,所述X轴机械手还包括固定于所述底板上的X轴导轨,所述X轴联接座滑动地连接于所述X轴导轨上。
较佳地,所述X轴机械手还包括X轴极限开关,所述X轴极限开关沿X轴方向设置并位于所述X轴丝杆的上方,所述X轴极限开关用于对所述X轴联接座进行限位。
较佳地,所述Y轴移载平台还包括Y轴丝杆、Y轴丝杆螺母、Y轴驱动机构及安装支架,所述Y轴丝杆沿Y轴方向设置并连接于所述安装支架,所述Y轴丝杆螺母与所述Y轴丝杆配合连接,且所述Y轴丝杆螺母与所述Y轴联接座固定连接,所述Y轴驱动机构安装于所述安装支架并与所述Y轴丝杆的一端连接,所述Y轴驱动机构用于驱动所述Y轴丝杆转动。
较佳地,所述安装支架包括安装基板、驱动部件固定板及多个立柱,多个所述立柱均匀地固定于所述安装基板的下表面,且每一所述立柱的另一端均固定于所述下部适配板部件,所述驱动部件固定板垂直地固定于所述安装基板的下表面,Y轴丝杆通过轴承连接于所述驱动部件固定板的一侧,所述Y轴驱动机构安装于所述驱动部件固定板的另一侧并与所述Y轴丝杆相连接。
较佳地,所述Y轴驱动机构包括Y轴电机及同步传动机构,所述同步传动机构安装于所述驱动部件固定板的另一侧,所述Y轴电机通过所述同步传动机构与所述Y轴丝杆的端部相连接。
较佳地,所述安装支架还包括连接板,所述连接板的上端与所述X轴机械手的下端固定连接,所述连接板的下端与所述Y轴联接座固定连接。
较佳地,所述安装支架还包括Y轴导轨,所述Y轴导轨沿Y轴方向设置并固定于所述安装基板,所述连接板滑动地连接于所述Y轴导轨上。
较佳地,所述Y轴移载平台还包括所述Y轴限位开关,所述Y轴限位开关沿Y轴方向设置,且所述Y轴限位开关位于所述Y轴导轨的一侧。
较佳地,所述Y轴丝杆的两端还设置有缓冲块。
较佳地,所述安装基板的侧壁上还设置有把手。
较佳地,所述下部适配板部件包括适配安装板、支撑块、放置导向机构及视域板,所述适配安装板的上表面与所述Y轴移载平台的下端固定连接,所述支撑块、所述放置导向机构均设置于所述适配安装板的下表面,所述视域板固定于所述适配安装板的一侧并与之位于同一平面,且所述视域板位于所述检测装置的下方。
较佳地,所述支撑块的表面包覆有橡胶层。
较佳地,所述放置导向机构为随动轮。
较佳地,所述非接触式检测设备还包括上部联接支撑架,所述上部联接支撑架固定于所述Y轴移载平台的上方,用于与外部夹具对接。
较佳地,所述上部联接支撑架包括对接块、上部支撑板及支撑架,所述对接块固定于所述上部支撑板的上方,所述上部支撑板通过所述支撑架固定于所述Y轴移载平台上。
较佳地,所述对接块呈工字型,以便于与外部夹具快速对接。
与现有技术相比,由于本实用新型的非接触式检测设备,其包括检测装置、X轴机械手、Y轴移载平台及下部适配板部件;其中,Y轴移载平台的下端固定于下部适配板部件,Y轴移载平台上设置有可沿Y轴方向移动的Y轴联接座,Y轴联接座的上端与X轴机械手的下端固定连接;X轴机械手上设置有可沿X轴方向移动的X轴联接座,X轴联接座的上端与检测装置的一端固定连接;检测装置的另一端分别设置有可沿Z轴方向移动的视觉检测机构及位移检测机构。通过X轴机械手和Y轴移载平台组合而成的高精度移动平台作为本实用新型的移载平台,并搭载含有视觉传感器及位移传感器的检测装置,以对抛光后的表面进行图像采集及测量,获取抛光后表面缺陷的尺寸信息,为抛光后表面的修复提供数据支持,适用于精密表面无损检测;且大大减少对检测对象的三维扫描的时间,实现大型工件表面缺陷的在线三维检测;该非接触式检测设备的运动部件与检测部件紧凑结合,减少设备整体尺寸及体积,实现检测设备的小型化及便携化,且使用时占据较小的使用空间,适用于多种工作环境。
具体实施方式
现在参考附图描述本实用新型的实施例,附图中类似的元件标号代表类似的元件。本实用新型所提供的非接触式检测设备200,适用于对大型构件的表面所存在的缺陷快速进行自动识别并能对缺陷进行尺寸测量,满足在线检测的时间要求,并且不会对检测对象的表面造成损伤。
如图1-图3所示,本实用新型所提供的非接触式检测设备200,其包括检测装置210、X轴机械手220、Y轴移载平台230、下部适配板部件240及上部联接支撑架250;其中,所述Y轴移载平台230的下端固定于所述下部适配板部件240,上部联接支撑架250固定于Y轴移载平台230;且所述Y轴移载平台230上设置有可沿Y轴方向滑动的Y轴联接座238,所述Y轴联接座238的上端与所述X轴机械手220的下端固定连接;所述X轴机械手220上设置有可沿X轴方向滑动的X轴联接座223,所述X轴联接座223的上端与所述检测装置210的一端固定连接;所述检测装置210的另一端分别设置有可沿Z轴方向移动的视觉检测机构212及位移检测机构213。因此,在对大型构件表面进行检测时,可驱动检测装置210沿X轴、Y轴两个方向移动,具备X、Y两个方向的高精度移载能力,同时搭载含有可沿Z轴方向移动的视觉检测机构212及位移检测机构213的检测装置210,以对抛光后表面进行图像采集及测量,为抛光后表面的修复提供数据支持,实现对抛光后表面的快速三维扫描,满足在线检测的时间要求。
下面结合图1-图8所示,对本实用新型非接触式检测设备200的结构进行详细说明。
如图1-图3所示,所述检测装置210包括检测安装基板211、视觉检测机构212及位移检测机构213,所述检测安装基板211的一端通过螺栓锁紧方式固定于所述X轴联接座223的上端,视觉检测机构212设置于检测安装基板211的上方,位移检测机构213设置于检测安装基板211的下方,且两者位于不同的直线上,即两者沿Z轴方向的轴向相平行;因此,检测装置210在X轴机械手220驱动下可实现沿X轴方向的移动。
具体地,所述视觉检测机构212包括第一安装板2121、视觉传感器2122、镜头2123及光源2124,所述第一安装板2121设置于检测安装基板211的上方,且其通过螺栓锁紧方式垂直地固定于检测安装基板211上大致中部的位置处;第一安装板2121的上端开有长形安装孔(未标号),长形安装孔沿竖直方向设置,视觉传感器2122上端连接于长形安装孔内,因此可对视觉传感器2122在竖直方向上进行调整和固定,也即实现对视觉传感器2122沿Z轴方向的调整;所述镜头2123通过接圈对接于视觉传感器2122的下端,通过镜头2123对视觉传感器2122下方的被检物件表面进行扫描。光源2124设置于检测安装基板211的下方并与镜头2123相对。在进行检测时,根据检测区域的大小,可相应调整光源2124、镜头2123和接圈。
继续参阅图1-图3所示,所述位移检测机构213包括Z轴调整平台2131、第二安装板2132及位移传感器2133,所述Z轴调整平台2131设置于检测安装基板211的下方,且其通过螺栓锁紧方式固定于所述检测安装基板211的远离X轴联接座223的端部,第二安装板2132的上端可移动地连接于所述Z轴调整平台2131上,所述第二安装板2132的下端固定连接所述位移传感器2133,因此,通过第二安装板2132的移动可实现位移传感器2133在竖直方向的调整,从而保证位移传感器2133位于最佳的检测高度。
结合图1-图2、图4所示,所述X轴机械手220包括底板221、法兰安装座222、X轴联接座223、X轴丝杆螺母(图未示)、X轴丝杆224、弹性联轴器225及X轴电机226。其中,法兰安装座222连接于底板221的一端,所述X轴丝杆224沿X轴方向设置,且X轴丝杆224通过轴承连接于所述法兰安装座222上;X轴电机226安装于法兰安装座222的另一侧,即X轴丝杆224、X轴电机226分别位于法兰安装座222的两侧,X轴电机226的输出轴通过弹性联轴器225与X轴丝杆224的端部连接,X轴电机226用于驱动所述X轴丝杆224转动。另外,X轴丝杆螺母相配合地连接于X轴丝杆224上,且X轴丝杆螺母的上端与X轴联接座223相固定。这样,通过X轴电机226驱动X轴丝杆224转动,X轴丝杆224利用螺纹幅传动方式驱动X轴丝杆螺母沿X轴丝杆224移动,从而使固定于X轴丝杆螺母上的X轴联接座223沿X轴丝杆224移动,也即X轴联接座223沿X轴方向移动,带动检测安装基板211沿X轴方向移动,从而实现检测装置210沿X轴方向的移动。
另外,所述底板221上还固定有X轴导轨227,X轴导轨227沿X轴方向设置,所述X轴联接座223滑动地连接于所述X轴导轨227上,X轴导轨227用于为X轴联接座223提供支撑及导向作用。
优选地,所述X轴机械手220还包括X轴极限开关228,所述X轴极限开关228沿X轴方向设置。本实施例中,X轴极限开关228设置于X轴丝杆224的上方,并设置于邻近X轴丝杆224一端的端部,具体为邻近法兰安装座222的一端。X轴极限开关228用于为X轴联接座223的移动设置软极限,避免X轴联接座223因过行程而发生机械撞击,从而最终导致零部件的损坏,提高设备使用的安全性。
另外,X轴机械手220通过其底板221与Y轴移载平台230的Y轴联接座238的固定连接,从而使Y轴移载平台230可驱动X轴机械手220沿Y轴方向移动,下面结合附图1-图6所示,对本实用新型Y轴移载平台230的结构进行说明。
如图1-2、图5-6所示,所述Y轴移载平台230包括安装支架、Y轴丝杆237、Y轴丝杆螺母(图未示)、Y轴联接座238及Y轴驱动机构。其中,安装支架的下端固定于下部适配板部件240,安装支架的上端固定有上部联接支撑架250。所述Y轴丝杆237连接于安装支架,且Y轴丝杆237沿Y轴方向设置,Y轴丝杆螺母配合连接于Y轴丝杆237上,且Y轴丝杆螺母的上端与Y轴联接座238固定连接,Y轴联接座238与X轴机械手220的底板221固定连接。所述Y轴驱动机构安装于所述安装支架并与所述Y轴丝杆237的一端连接,所述Y轴驱动机构用于驱动所述Y轴丝杆237转动,从而使Y轴丝杆237利用螺纹幅传动方式驱动Y轴丝杆螺母移动,以带动固定于Y轴丝杆螺母上的Y轴联接座238沿Y轴丝杆237移动,从而使X轴机械手220可沿Y轴方向移动。
如图5-6所示,所述安装支架包括连接板231、安装基板232、驱动部件固定板233及多个立柱234。多个立柱234均匀地固定于所述安装基板232的下表面,且每一个立柱234的另一端均固定于所述下部适配板部件240。优选地,所述安装支架具有四个立柱234,四个立柱234分别安装在安装基板232的四个角上,因此能平稳分担平台的重量,保证重心落在支撑面上。且立柱234的两端均采用圆柱设计,安装基板232上开设有与立柱234一端相配合的台阶孔,立柱234的一端配合连接于安装基板232的台阶孔内,并通过螺栓锁紧方式将两者固定;另外,下部适配板部件240的适配安装板241(详见下述)上开设有与立柱234另一端的圆柱相配合的台阶孔,立柱234的另一端配合连接于适配安装板241上的台阶孔内,并通过螺栓锁紧方式将两者固定;台阶孔的设置,保证适配安装板241拆卸回装后与安装基板232的相对位置不变,进而也确定了适配安装板241上导向机构与检测装置210在Y轴方向上的相对位置,有利于提高本实用新型非接触式检测设备200在现场放置位置的复现性及检测精度。
所述驱动部件固定板233通过螺栓锁紧方式垂直地固定于安装基板232的下表面,且驱动部件固定板233固定于安装基板232的一端,并位于其中两立柱234之间;Y轴丝杆237通过轴承连接于驱动部件固定板233的一侧,且Y轴丝杆237垂直于驱动部件固定板233,Y轴驱动机构安装于所述驱动部件固定板233的另一侧并与Y轴丝杆237相连接,Y轴驱动机构用于驱动Y轴丝杆237转动。
本实施例中,所述Y轴驱动机构包括Y轴电机235及同步传动机构236,所述Y轴电机235通过螺栓螺母夹紧方式固定于驱动部件固定板233上,且同步传动机构236连接于驱动部件固定板233上,并与Y轴电机235位于同一侧,Y轴电机235通过同步传动机构236与Y轴丝杆237的端部相连接,Y轴电机235通过同步传动机构236驱动Y轴丝杆237转动,从而使Y轴丝杆237利用螺纹幅传动方式驱动Y轴丝杆螺母移动,因此带动固定于Y轴丝杆螺母上的Y轴联接座238沿Y轴方向移动。
在Y轴移载平台230后侧通过螺栓锁紧方式安装有电控安装盒239,本实施例中,电控安装盒239设置于驱动部件固定板233的后端,其主要作用是保护设备的线缆及安装电缆接插件。
另外,为便于Y轴联接座238与X轴机械手220的连接,两者之间还设置有连接板231,所述连接板231的上端与X轴机械手220的底板221固定连接,连接板231的下端与Y轴联接座238的上端固定连接,Y轴联接座238的下端与Y轴丝杆螺母固定连接。
本实用新型中,安装基板232的侧壁上还设置有把手232b,以便于手动操作。且安装基板232的上表面还设置有两相间隔的Y轴导轨232a,两Y轴导轨232a均沿Y轴方向设置,连接板231滑动地连接于两Y轴导轨232a上,两Y轴导轨232a用于为X轴机械手220提供支撑,以保持X轴机械手220的平稳性。可以理解地,Y轴导轨232a的数量并不以本实施例为限,其可以根据实际需要灵活设置。
优选地,所述Y轴移载平台230还包括Y轴限位开关237a,Y轴限位开关237a沿Y轴方向设置。本实施例中Y轴移载平台230安装有两个Y轴极限开关,可根据实际使用要求增加到三个或更多个;Y轴限位开关237a设置于Y轴导轨232a的一侧;利用Y轴极限开关为Y轴移载平台230设置软极限,保护Y轴移载平台230上的传动部件及驱动部件因过行程而发生机械撞击,避免导致零部件的损坏。
另外,所述Y轴丝杆237的两端还设置有缓冲块237b(见图32),以防在软限位失效时引起的机械刚性撞击,以致损坏零部件。
结合图1-2、图7所示,所述下部适配板部件240包括适配安装板241、支撑块242、放置导向机构243及视域板244;其中,所述适配安装板241的上表面与所述Y轴移载平台230的立柱234的下端固定连接;具体地,适配安装板241上设计有与立柱234相配合的台阶孔,立柱234配合安装于台阶孔内,并通过螺栓锁紧方式将两者固定。所述支撑块242、放置导向机构243均设置于适配安装板241的下表面,支撑块242通过导向台阶和螺栓固定安装在适配安装板241上,且支撑块242的表面包覆有橡胶层,通过对支撑块242的表面作包胶处理,避免造成检测表面损伤的同时,也起到为设备震动吸收的功能。在本实施例中放置导向机构243采用随动轮设计,随动轮设计能减少定位时导致的定向磨损,提高定位的精度,但不限于此设计,也可采用定位销,定位凸台等设计。
所述视域板244固定于所述适配安装板241的一侧并与之位于同一平面,且所述视域板244位于检测装置210的下方。视域板244通过螺栓锁紧在适配安装板241上,视域板244上根据检测装置210的检测区域大小开有视窗244a(见图2),用于对缺陷进行视窗框选定位,有助于提高检测的效率和准确度。
结合图1-2、图8所示,所述上部联接支撑架250固定于所述Y轴移载平台230的上方,用于与外部夹具对接;在本实用新型的一种优选方式中,上部联接支撑架250用于与三自由度自适应小车300对接(详见后述)。
具体地,所述上部联接支撑架250包括对接块251、上部支撑板252及支撑架;其中,支撑架包括支撑基板253及支撑立柱254,所述对接块251固定于所述上部支撑板252的上方,支撑基板253、支撑立柱254的一端均固定于上部支撑板252,支撑立柱254、支撑基板253的另一端均固定于Y轴移载平台230的安装基板232。
其中,对接块251用于与外部夹具(例如三自由度自适应小车300)对接,两者的对接结构相配合设计即可,例如对接块251与外部夹具中的一者设置有圆形凸台,另一者设置有与所述圆形凸台对应的圆形凹槽,所述圆形凸台转动地插入所述圆形凹槽,即可实现两者的对接。当然两者的连接方式并不以此为限。在本实施例中,对接块251采用工字型结构设计,从而满足外部夹具快速对接的要求。通过与外部夹具对接可实现本实用新型非接触式检测设备200在多种工作环境下使用,例如侧面或检测面朝下的检测工况。
下面结合图1-图8所示,对实用新型非接触式检测设备200第一实施例的工作原理进行说明。本实施例中,其主要用于对朝上的检测面进行检测。
开始工作后,在已知缺陷大概位置的情况下,检测人员通过下部适配板部件240上的视域板244对缺陷进行框选定位,以该方式确定本实用新型非接触式检测设备200的大致放置位置;然后,通过放置导向机构243与现场大型结构件的基准边配合定位对设备放置姿态进行细微调整,所述非接触式检测设备200放置完成后,对缺陷进行在线非接触式高精度三维扫描。
首先,对X轴机械手220和Y轴移载平台230进行回零点操作;使本实用新型非接触式检测设备200在X、Y轴方向都回零。
其次,利用视觉检测机构212对视域板244的视窗范围内被检测表面进行扫描。具体地,视觉检测机构212在X轴机械手220和Y轴移载平台230的联合移载下,在视域板244的视窗范围内分别沿X轴、Y轴方向移动,具体地,X轴电机226驱动X轴丝杆224转动,X轴丝杆224通过螺纹副传动方式带动X轴联接座223沿X轴方向移动,从而实现位视觉检测机构212沿X轴方向移动;同理,Y轴电机235驱动Y轴丝杆237转动,Y轴丝杆237通过螺纹副传动方式带动Y轴联接座238沿Y轴方向移动,实现位视觉检测机构212沿Y轴方向移动,并采集视窗范围内被检测表面的图像信息,采集到的图像信息通过上位控制器中的图像处理工具进行分析处理,筛选出含有缺陷的图像并对缺陷进行定位以得到缺陷处的定位信息。
然后,上位控制器根据定位信息来控制位移检测机构213进行扫描。具体地,上位控制器根据定位信息控制X轴机械手220的X轴电机226运行,X轴电机226驱动X轴丝杆224转动,X轴丝杆224通过螺纹副传动方式带动X轴联接座223沿X轴方向移动,从而实现位移检测机构213沿X轴方向移动;同理,上位控制器根据定位信息控制Y轴移载平台230中的Y轴电机235运行,Y轴电机235驱动Y轴丝杆237转动,Y轴丝杆237通过螺纹副传动方式带动Y轴联接座238沿Y轴方向移动,实现位移检测机构213沿Y轴方向移动;在X轴电机226、Y轴电机235的驱动下,位移检测机构213移至缺陷存在位置,再控制位移传感器2133按照已规划好的扫描路径对缺陷进行扫描,将该扫描信息结合视觉检测机构212的检测信息,获取缺陷的长、宽、高、深等尺寸信息,实现对被检测表面缺陷精确无损伤的三维扫描,为抛光后表面的修复提供数据支持。
另外,根据现场允许的检测时间可选取合适的扫描方式,分别有线扫描和面扫描两种方式。
且,由于本实施例中非接触式检测设备200的结构紧凑,体积较小,当对固定的大型检测表面进行检测时,可手持式移动非接触式检测设备200至检测位置以对其进行检测,使其使用更具便携性及灵活多变性。
由于本实用新型的非接触式检测设备200,其包括检测装置210、X轴机械手220、Y轴移载平台230及下部适配板部件240;其中,所述Y轴移载平台230的下端固定于所述下部适配板部件240,所述Y轴移载平台230上设置有可沿Y轴方向移动的Y轴联接座238,所述Y轴联接座238的上端与所述X轴机械手220的下端固定连接;所述X轴机械手220上设置有可沿X轴方向移动的X轴联接座223,所述X轴联接座223的上端与所述检测装置210的一端固定连接;所述检测装置210的另一端分别设置有可沿Z轴方向移动的视觉检测机构212及位移检测机构213。通过X轴机械手220和Y轴移载平台230组合而成的高精度移动平台作为本实用新型的移载平台,并搭载含有视觉传感器2122及位移传感器2133的检测装置210,以对抛光后的表面进行图像采集及测量,获取抛光后表面缺陷的尺寸信息,为抛光后表面的修复提供数据支持,适用于精密表面无损检测;且大大减少对检测对象的三维扫描的时间,实现大型工件表面缺陷的在线三维检测;该非接触式检测设备200的运动部件与检测部件紧凑结合,减少设备整体尺寸及体积,实现检测设备的小型化及便携化,且使用时占据较小的使用空间,适用于多种工作环境。
以上所揭露的仅为本实用新型的较佳实例而已,其作用是方便本领域的技术人员理解并据以实施,当然不能以此来限定本实用新型之权利范围,因此依本实用新型申请专利范围所作的等同变化,仍属于本实用新型所涵盖的范围。