CN204944429U - 一种全自动几何测量系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种全自动几何测量系统，包括底座、X向工作台以及Y向工作台；立柱、防护外罩壳体以及Z向工作台；因Z向工作台包括滑轨座、Z轴升降传动台组、Z轴高精密直线导轨、Z轴精密光栅尺、Z向升降移动台、光学影像集成装置、滑板、LED程控照明装置、探针触发测头、CCD激光位移传感器、条式水平仪。使用时，将所有目标物体放置于玻璃载物台上面，再利用本系统中的全闭环运动控制系统、光学影像集成装置、CCD激光位移传感器、探针触发测头，能够实现各几何测量，平面度测量，表面粗糙度测量，形位公差测量的测量工作，从而达到其具有功能强大、精度高、操作简单、结构设计合理、构件选材独特优良以及适用范围广阔。

Description

一种全自动几何测量系统

技术领域

本实用新型涉及一种高精密测量系统，具体是一种一种全自动几何测量系统。

背景技术

随着世界经济一体化技术进步和发展，伴随着国内的制造工艺技术不断进步和提高，同时也伴随客户对产品的质量及精度要求越来越高。现有用于加工产品工艺的机器大部分都是具有单一加工某工艺步骤的功能，若需要加工成某个完整的产品，则需要多台具有加工不同工艺的机器，导致设备利用率低及资金占用率大。另外，加工出来的产品的质量精度低、生产成本高、操作复杂以及自动化程度低。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种全自动几何测量系统，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种全自动几何测量系统，包括底座、安装于底座上的条式水平仪和X向工作台以及安装于X向工作台底部的Y向工作台；垂直竖立安装于底座上的立柱、安装于立柱上端的防护外罩壳体以及安装于立柱与防护外罩壳体之间的Z向工作台；其特征在于，所述的Z向工作台包括固定于防护外罩壳体顶部的滑轨座、与滑轨座连接的Z轴升降传动台组、设置于Z轴升降传动台组一侧部的Z轴高精密直线导轨、设置于Z轴升降传动台组另一侧部的Z轴精密光栅尺、安装于Z轴升降传动台组底端的Z向升降移动台、设置于Z向升降移动台外侧的光学影像集成装置、安装于Z向升降移动工作台底部的滑板、穿过于滑板上的光学影像集成装置尾端连接的LED程控照明装置、安装于LED程控照明装置一侧部的与滑板连接一起的探针触发测头、安装于LED程控照明装置另一侧部的与中间隔板连接一起的CCD激光位移传感器。

作为本实用新型进一步的方案：所述的X向工作台包括安装于立柱底端处的X向传动组、安装于X向传动组上面的X向移动平台、安装于X向移动平台上面的玻璃载物台、安装于X向移动平台底面两侧的高精密交叉滚子导轨以及安装于高精密交叉滚子导轨侧面的X向精密光栅尺。

依据上述主要技术特征，所述的Y向工作台包括安装于X向移动平台底端的Y向移动平台、安装于X向精密光栅尺底面的Y向精密光栅尺、安装于Y向精密光栅尺侧面的Y向传动组以及安装于Y向传动组背面的Y向高精密直线导轨。

依据上述主要技术特征，所述的防护外罩壳体包括安装于立柱上的立柱防护外罩体、安装于立柱防护外罩体正面的外围防护外罩体以及安装于底座侧面的底座防护外罩体。

依据上述主要技术特征，所述的光学影像集成装置包括固定于滑板上的集成装置、连接于集成装置下端的单筒显微镜以及安装于单筒显微镜下端上的连接件。

依据上述主要技术特征，所述的LED程控照明装置包括照明灯、安装于照明灯内部的镜头、安装于镜头上部的折射镜、设置于照明灯内部的表面光环以及安置于镜头下部的工件。

依据上述主要技术特征，所述的探针触发测头包括触发主体、设置于触发主体上端的探针螺帽以及设置于触发主体下端的探针测头。

依据上述主要技术特征，所述的CCD激光位移传感器包括传感器主体、设置于传感器主体内部的垂直方向上的半导体镜头、活动安装于半导体镜头上的发射器镜头、安装于传感器主体内部的倾斜方向的接收器镜头以及安装于接收器镜头上面的CCD。

依据上述主要技术特征，所述的Z轴升降传动台组是由伺服马达驱动滚珠丝杠旋转带动Z向升降移动台动换为直线运动的传动机构。

本实用新型的有益技术效果：因所述的Z向工作台包括固定于防护外罩壳体顶部的滑轨座、与转动座体连接的Z轴升降传动台组、设置于Z轴升降传动台组一侧部的Z轴高精密直线导轨、设置于Z轴升降传动台组另一侧部的Z轴精密光栅尺、安装于Z轴升降传动台组底端的Z向升降移动台、设置于Z向升降移动台外侧的光学影像集成装置、安装于Z向升降移动工作台底部的滑板、穿过于滑板上的光学影像集成装置尾端连接的LED程控照明装置、安装于LED程控照明装置一侧部的与中间隔板连接一起的探针触发测头、安装于LED程控照明装置另一侧部的与中间隔板连接一起的CCD激光位移传感器。使用时，可以将不同材质、表面状况、透明及半透明的所有目标物体放置于玻璃载物台上面，再利用本系统中的由高精密性线滑轨或高精密V型交叉导轨或Z轴高精密直线导轨和由大理石平板组合的X、Y、Z工作台形成的X、Y、Z三维坐标移动台及精滚珠丝杠、伺服马达和精密光栅尺组合实现的全闭环运动控制系统、光学影像集成装置、CCD激光位移传感器、探针触发测头，能够实现各复杂的接触与非接触几何测量，平面度测量，表面粗糙度测量，形位公差测量的测量工作，从而达到其具有功能强大、精度高、自动化程度高、操作简单、性价比优、结构设计合理、构件选材独特优良以及适用范围广阔的特点。另外，由融汇于光学、激光技术、机械、电子、自动化控制及计算机图像数字技术而成的几何测量系统，可以适用于精密机械加工、模具、五金、塑胶、电子、手机配件、纺织品、工艺品、冲压件、PCB板、钟表、各种机械配件、刀模、汽车零配件及教学、科研产品的检测、研发等领域，有利于具有很好的推广及使用价值。

下面结合附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。

【附图说明】

图1是本实用新型中全自动多功能传感器几何测量系统的立体示意图。

图2是本实用新型中光学影像集成装置的示意图。

图3是本实用新型中LED程控照明装置的示意图。

图4是本实用新型中探针触发测头的示意图。

图5是本实用新型中CCD激光位移传感器的示意图。

图6是本实用新型中水平仪装置的示意图。

【具体实施方式】

请参考图1至图5所示，下面结合具体实施例来说明一种全自动多功能传感器几何测量系统，包括底座、安装于底座上的条式水平仪70以及安装于X向工作台底部的Y向工作台；垂直竖立安装于底座1上的立柱2、安装于立柱2上端的防护外罩壳体以及安装于立柱2与防护外罩壳体之间的Z向工作台。

所述的底座1、立柱2、移动台均采用优质天然大理石制作，Z向升降移动台采用优质航空硬铝合金制作，材料特性稳定质量轻，使设备具有高精度、高稳定性和很低的运动贯量。

所述的X向工作台包括安装于立柱2底端处的X向传动组31、安装于X向传动组31上面的X向移动平台32、安装于X向移动平台32上面的玻璃载物台33、安装于X向移动平台32底面两侧的高精密交叉滚子导轨34以及安装于高精密交叉滚子导轨34侧面的X向精密光栅尺35。所述的X向移动平台32通过高精密交叉滚子导轨34联接导向，在Y向移动平台41上沿X向左右移动。所述的X向传动组31是由X向的伺服马达驱动滚珠丝杠旋转带动X向移动平台32做直线运动，并控制X向移动台32的点位或轨迹运动，使得其相应速度快，定位准确。

所述的Y向工作台包括安装于X向移动平台32底端的Y向移动平台41、安装于X向精密光栅尺35底面的Y向精密光栅尺42、安装于Y向精密光栅尺42侧面的Y向传动组43以及安装于Y向传动组43背面的Y向高精密直线导轨44。所述的Y向移动平台41通过高精直线导轨44联接导向，在底座1上沿Y向前后移动。所述的Y向传动组43是由Y向的伺服马达驱动滚珠丝杠旋转带动Y向移动平台41做直线运动，并控制Y向移动平台41的点位或轨迹运动，相应速度快，定位准确。

所述的防护外罩壳体包括安装于立柱2上的立柱防护外罩体51、安装于立柱防护外罩体51正面的外围防护外罩体52以及安装于底座1侧面的底座防护外罩体53。

所述的Z向工作台包括固定于防护外罩壳体顶部的滑轨座61、与滑轨座61连接的Z轴升降传动台组62、设置于Z轴升降传动台组62一侧部的Z轴高精密直线导轨63、设置于Z轴升降传动台组62另一侧部的Z轴精密光栅尺64、安装于Z轴升降传动台组62底端的Z向升降移动台65、设置于Z向升降移动台65外侧的光学影像集成装置66、安装于Z向升降移动台65底部的滑板67、穿过于滑板67上的光学影像集成装置66尾端连接的LED程控照明装置68、安装于LED程控照明装置68一侧部的与滑板67连接一起的探针触发测头69、安装于LED程控照明装置68另一侧部的与滑板67连接一起的CCD激光位移传感器60。

所述的Z轴升降传动台组62是由Z轴运动方向的伺服马达驱动滚珠丝杠旋转带动Z轴高精密直线导轨63为直线运动的传动构件，并控制Z向升降移动台65的点位或轨迹运动，使得其相应速度快，定位准确。所述的Z向升降移动台65是由滑轨座61、Z轴高精密直线导轨63和滑板67组成。

所述的光学影像集成装置66包括固定于滑板67上的集成装置、连接于集成装置下端的单筒显微镜以及安装于单筒显微镜下端上的连接件。使用时，先将被测目标物体固定放置于玻璃载物台33上，开启LED程控照明装置68上被选择合适的组合照明方式，根据被测目标物体特征在“兆丰精密测量软件”内编辑好自动测量程序，保存并运行已经编辑好的测量程序，即可按设置要求取的所需的数据，在该种工作模式下是基于计算机像素处理技术所进行测量的工作，被测目标物体经可连续变倍的单筒显微镜放大成像，再由CCD摄像头采集视频信号给计算机软件处理。

所述的LED程控照明装置68包括照明灯681、安装于照明灯681内部的镜头682、安装于镜头682上部的折射镜683、设置于照明灯681内部的表面光环684以及安置于镜头682下部的工件685。所述的LED程控照明装置68可根据被测目标物的不同形状和表面颜色选择不同的组合方式照明，其组合方式为轮廓光、同轴光以及表面环光构成的，其中表面环光可分为“五环八区”任意组合并由软件程序控制，任选其中的一种或几种方式组合照明，其操作均可由软件程序控制。

所述的探针触发测头69包括触发主体691、设置于触发主体691上端的探针螺帽692以及设置于触发主体691下端的探针测头693。将被测目标物体固定在玻璃载物33上，再根据被测目标物体特征在“兆丰精密测量软件”内进行编辑好自动测量程序，保存并运行已编辑好的测量程序，即可按设置要求取的所需的数据。在这种工作模式下是由探针测头693接触到被测目标物体的瞬间所产生的一个通断电子信号转换而来数据指令，传递给计算机软件，并记录此点的三维坐值，再由计算机软件做后台处理后输出符合用户要求的测量结果。

所述的CCD激光位移传感器60包括传感器主体601、设置于传感器主体601内部的垂直方向上的半导体镜头602、活动安装于半导体镜头602上的发射器镜头603、安装于传感器主体601内部的倾斜方向的接收器镜头604以及安装于接收器镜头604上面的CCD605。

所述的CCD激光位移传感器60是采用三角形测量法的测量原理构成的，反射光在Li-CCD605上的位置随着目标物体位置的改变而改变，通过检测该变化就可以测量物体的位移量。在这种工作模式下的操作方法和前两种模式一样：将被测目标物体固定在玻璃载物台33上，再根据被测目标物体特征在“兆丰精密测量软件”内进行编辑好自动测量程序，保存并运行已编辑好的测量程序，即可按设置要求取的所需的数据。在这种工作模式下系统是将CCD激光位移传感器60本身的检测距离再加上Z轴上下移动的距离合成得到Z轴坐标值。

如图1所示，所述的全自动多传感器几何测量系统的动作执行机构如下：所述的Y向移动平台41通过Y向高精直线导44轨联接导向，在底座1上沿Y向前后移动。所述的X向移动平台32通过高精密交叉滚子导轨304联接导向，在Y向移动平台41上沿X向左右移动，以此组成X-Y平面坐标系。所述的Z向升降移动台65是由滑轨座61、Z轴高精密直线导轨63和滑板67组成。沿Z向上下移动且垂直于X-Y平面，从而形成X-Y-Z三维空间坐标系。所述的Z轴升降传动台组62、X向传动组31、Y向传动组43分别是由X-Y-Z方向的伺服马达驱动滚珠丝杠将旋转动换为直线运动，分别控制Z向升降移动台65、X向移动平台32、Y向移动平台41完成空间三维点位或轨迹运动，响应速度快，定位准确。

所述的具有测量功的光学影像集成装置66、CCD激光位移传感器60、探针触发测头69三种测量装置分别同一固定装配在Z向升降移动台62上，并标定三者相对坐标值，其测量数据可以无缝对接，经过计算机软件后台处理后还原到同一坐系内，因此被测目标物体在同一位置可以根据工件特征和测量精确度要求任选一种最理想之方式测量，在自动编程测量时三种测量装置可以复合同一个程序中工作。

在坐标系统中，都是以X-Y-Z方向上，不同的精密光栅尺来标定拾取的。整个测量系统设置有机械坐标原点“O”，每次启动系统时可自动回到坐标原点“O”，以保证系统的重现精度。当然用户也可以根据需要设置临时的用户坐标系以方便测量工作的完成。

所述的X向移动平台32、高精密交叉滚子导轨34、Y向移动平台41、高精直线导轨以及底座组合搭配的独具特色的两层工作台结构，其特点是：结构简单、装配方便、成本低、稳定性好、精度更高；底座、立柱、移动台均采用优质天然大理石制作，Z向升降滑动台65采用优质航空硬铝合金制作，材料特性稳定质量轻，使设备具有高精度、高稳定性和很低的运动贯量。

本几何测量系统还可以适合于不同材质、不同表面状况、透明及半透明的所有目标物体测量方法来实现。其主要功能部件有：由高精密性线滑轨或高精密V型交叉导轨以及大理石移动平板组合而成的X、Y、Z三维坐标移动台、精滚珠丝杠、伺服马达、精密光栅尺组合实现的全闭环运动控制系统、光学影像集成装置66、CCD激光位移传感器60、探针触发测头69。本几何测量系统可以通过一台设备实现了以往要由多种相关设备相互配合才能完成的工作任务，并且测量数据和测量基准可共享，可操作性强，使用方便，效率高。同时，也可以解决了以往同类设备无法测量或无法精确测量的或者非接触方式的透明及半透明目标物体，以及柔软目标物体精确测的技术难题目，极大的增强了该设备的测量功能。

所述的X、Y移动平台32、41是采用两层结构直接在底座上移动组成X-Y平面坐标，伺服马达驱动精密滚珠丝传动，辅以光栅尺示值实时补偿，真正实现了全闭环控制、精确定位。CCD激光位移传感器60、光学影像集成装置66以及探针触发测头69分别同一固定装配在Z向升降移动台65上，并且标定相对坐标值，使其在三种测量方式下所取的测量数据可以无缝对接，经过计算机软件后台处理后还原到同一坐系内。所述的底座1、立柱2、移动台均采用优质天然大理石制作，Z向升降移动台65采用优质航空硬铝合金制作，材料特性稳定质量轻，使设备具有高精度、高稳定性和很低的运动贯量。

所述的几何测量系统可以沿X\Y\Z三轴方向运动，取得任意三维坐标值。由操作软件发送控制指令到伺服驱动器，该伺服驱动器驱动伺服马达带动滚珠丝杠旋转，滚珠丝杠将旋转运动转换为直线运动分别带动X\Y\Z三轴移动平台完成空间三维点位或轨迹运动。

所述的标定滚珠丝杠导程是根据目标位置计算机软件预算出伺服驱动器应发送复数个具有正负方向之分的脉冲信号到伺服马达，当伺服马达接近目标位置时由精密光栅尺实时检测已达位置并将数据反馈到计算机及时修正控制指令，从而系统可精确到达目标位置。此种控制方式的特点为：预先设定一个目标位置，在接近目标位置时再实时检测反馈，这种全闭环的控制方式大大提高了计算机的运算速度和系统的响应速度，同时又保证了定位运动的精确性。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：使用时，可以将不同材质、表面状况、透明及半透明的所有目标物体放置于玻璃载物台上面，再利用本系统中的由高精密性线滑轨或高精密V型交叉导轨或Z轴高精密直线导轨和由大理石平板组合的X、Y、Z工作台形成的X、Y、Z三维坐标移动台及精滚珠丝杠、伺服马达和精密光栅尺组合实现的全闭环运动控制系统、光学影像集成装置66、CCD激光位移传感器60、探针触发测头69，能够实现各复杂的接触与非接触几何测量，平面度测量，表面粗糙度测量，形位公差测量的测量工作，从而达到其具有功能强大、精度高、自动化程度高、操作简单、性价比优、结构设计合理、构件选材独特优良以及适用范围广阔的特点。另外，由融汇于光学、激光技术、机械、电子、自动化控制及计算机图像数字技术而成的几何测量系统，可以适用于精密机械加工、模具、五金、塑胶、电子、手机配件、纺织品、工艺品、冲压件、PCB板、钟表、各种机械配件、刀模、汽车零配件及教学、科研产品的检测、研发等领域，有利于具有很好的推广及使用价值。

上面对本专利的较佳实施方式作了详细说明，但是本专利并不限于上述实施方式，在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本专利宗旨的前提下做出各种变化。

Claims (9)

1.一种全自动几何测量系统，包括底座、安装于底座上的条式水平仪和X向工作台以及安装于X向工作台底部的Y向工作台；垂直竖立安装于底座上的立柱、安装于立柱上端的防护外罩壳体以及安装于立柱与防护外罩壳体之间的Z向工作台；其特征在于，所述的Z向工作台包括固定于防护外罩壳体顶部的滑轨座、与滑轨座连接的Z轴升降传动台组、设置于Z轴升降传动台组一侧部的Z轴高精密直线导轨、设置于Z轴升降传动台组另一侧部的Z轴精密光栅尺、安装于Z轴升降传动台组底端的Z向升降移动台、设置于Z向升降移动台外侧的光学影像集成装置、安装于Z向升降移动工作台底部的滑板、穿过于滑板上的光学影像集成装置尾端连接的LED程控照明装置、安装于LED程控照明装置一侧部的与滑板连接一起的探针触发测头、安装于LED程控照明装置另一侧部的与中间隔板连接一起的CCD激光位移传感器。

2.根据权利要求1所述的全自动多功能传感器几何测量系统，其特征在于：所述的X向工作台包括安装于立柱底端处的X向传动组、安装于X向传动组上面的X向移动平台、安装于X向移动平台上面的玻璃载物台、安装于X向移动平台底面两侧的高精密交叉滚子导轨以及安装于高精密交叉滚子导轨侧面的X向精密光栅尺。

3.根据权利要求1所述的全自动多功能传感器几何测量系统，其特征在于：所述的Y向工作台包括安装于X向移动平台底端的Y向移动平台、安装于X向精密光栅尺底面的Y向精密光栅尺、安装于Y向精密光栅尺侧面的Y向传动组以及安装于Y向传动组背面的Y向高精密直线导轨。

4.根据权利要求1所述的全自动多功能传感器几何测量系统，其特征在于：所述的防护外罩壳体包括安装于立柱上的立柱防护外罩体、安装于立柱防护外罩体正面的外围防护外罩体以及安装于底座侧面的底座防护外罩体。

5.根据权利要求1所述的全自动多功能传感器几何测量系统，其特征在于：所述的光学影像集成装置包括固定于滑板上的集成装置、连接于集成装置下端的单筒显微镜以及安装于单筒显微镜下端上的连接件。

6.根据权利要求1所述的全自动多功能传感器几何测量系统，其特征在于：所述的LED程控照明装置包括照明灯、安装于照明灯内部的镜头、安装于镜头上部的折射镜、设置于照明灯内部的表面光环以及安置于镜头下部的工件。

7.根据权利要求1所述的全自动多功能传感器几何测量系统，其特征在于：所述的探针触发测头包括触发主体、设置于触发主体上端的探针螺帽以及设置于触发主体下端的探针测头。

8.根据权利要求1所述的全自动多功能传感器几何测量系统，其特征在于：所述的CCD激光位移传感器包括传感器主体、设置于传感器主体内部的垂直方向上的半导体镜头、活动安装于半导体镜头上的发射器镜头、安装于传感器主体内部的倾斜方向的接收器镜头以及安装于接收器镜头上面的CCD。

9.根据权利要求1所述的全自动多功能传感器几何测量系统，其特征在于：所述的Z轴升降传动台组是由伺服马达驱动滚珠丝杠旋转带动Z向升降移动台动换为直线运动的传动机构。