CN206095171U - 直线激光器姿态调整机构 - Google Patents

Abstract

直线激光器姿态调整机构属于激光器的定位装置领域，其包括轴套筒、端盖、套环、防护箱、高度调整机构、和高度定位旋钮，轴套筒包括套筒体和竖直轴，防护箱包括箱体端盖和防护箱体，高度调整机构包括支撑架、齿条、齿轮和齿轮旋钮。本实用新型可以在误差允许的范围内实现对激光平面沿x轴的自轴旋转角度值的直接获取，还可以使每一次激光平面三维姿态变换后新产生的三维姿态数据信息均成为已知量，避免了以往每次调整激光器姿态后，都需要单独通过视觉测量算法对激光平面在标靶上的投影光条进行重新提取和解算的繁琐过程，大幅简化了操作步骤并显著提高了测量效率。

Description

直线激光器姿态调整机构

技术领域

本实用新型属于激光器的定位装置领域，具体涉及一种直线激光器姿态调整机构。

背景技术

基于视觉测量技术的结构光视觉系统能很好地适应现代工业对工件外形尺寸检测所提出的新标准和要求，是一种兼备精度和效率的非接触式外形检测手段。如图1所示的直线激光器1是视觉测量技术中常用的一种线结构激光发射装置，它能射出激光平面并在投影平面上投射出直线度极高的激光光条，当直线激光器1发射的激光照射到被检测工件表面时，原本的直线激光光条就会随被检测工件表面形状发生相应的形状改变。用相机拍摄此时的激光光条照片，就能通过视觉测量算法解算得出被检测工件的三维表面形状。现有的结构光视觉系统通常用激光平面扫描的方式获得工件的三维表面形状数据，进而实现对工件外形轮廓的检测。

在某些特殊的使用条件下，需要使直线激光器1所投射出的激光平面沿激光器自身的x轴线旋转，并在每次变换姿态后均获取此时激光平面在yz直角平面上的投影线条相对于x轴的旋转角度值，或者，需要使直线激光器1沿竖直z轴向升高至给定的新高度值，之后再重新获取激光平面在新高度下的x轴旋转角度值，从而获得直线激光器在其每个空间姿态下所对应的激光平面的三维姿态数据信息。

然而，由于缺少对应的激光器姿态调整装置，现有获取每个空间姿态下激光平面所对应三维姿态数据信息的过程均需要单独通过视觉测量算法对激光平面在标靶上的投影光条进行重新提取和解算，再进一步通过坐标变换方法才能获得，其步骤异常繁琐，提取设备成本造价高、运算量大，效率低且结果精确度并不理想。

若能设计一种应用于结构光视觉系统中的直线激光器专用姿态调整机构，使其同时满足视觉测量算法对直接获取激光平面x轴的旋转角度值和直接获取新的高度值的双重三维姿态数据获取需求，则可以免去对直线激光器激光平面空间位置的反复重新提取、解算和坐标变换的繁琐步骤，进而大幅简化激光平面三维姿态数据信息的获取过程，从而提高测量效率。

实用新型内容

为了解决现有因缺少对应的激光器姿态调整机构而造成的在视觉测量过程中每一次激光平面三维姿态变换后，其所新产生的三维姿态数据信息均无法直接获取的技术问题，本实用新型提供一种直线激光器姿态调整装置。

本实用新型解决技术问题所采取的技术方案如下：

直线激光器姿态调整机构，其包括轴套筒、端盖、套环、防护箱、高度调整机构、和高度定位旋钮，所述轴套筒包括套筒体和竖直轴，竖直轴的上端垂直固连于套筒体的外壁中段；端盖、套筒体和套环均同轴，端盖的后端面与套筒体的前端面连接，套环位于套筒体的后端；所述防护箱包括箱体端盖和防护箱体，箱体端盖的下端面与防护箱体的上端面扣合；在箱体端盖的上端面设有齿条通孔，在防护箱体的前端侧壁上设有旋钮轴孔，防护箱体的左端侧壁上设有高度定位旋钮光孔；所述高度调整机构包括支撑架、齿条、齿轮和齿轮旋钮，齿条与齿轮啮合；支撑架包括支架底座、竖直板和两块铰轴座板，竖直板与支架底座的上端面垂直固连，两块铰轴座板均分别与竖直板中上段的侧壁垂直固连，两块铰轴座板的前端共同形成轴向水平的铰轴座；两块铰轴座板的后端与竖直板共同合围形成一个矩形的齿轮滑槽；齿轮滑槽的凹槽底面上设有齿条高度定位螺孔；齿条与齿轮滑槽沿竖直方向活动连接，齿轮的旋转轴两端均分别与支撑架的铰轴座转动连接；支撑架、齿条和齿轮三者共同形成一个齿条升降机构，该齿条升降机构位于防护箱体内；齿条的最下一个齿是限位齿，限位齿的齿槽宽度大于与齿轮的齿槽宽度；齿轮旋钮位于防护箱体的外部，齿轮旋钮的轴杆穿过旋钮轴孔并与齿轮同轴固连；高度定位旋钮的螺杆端头分别穿过高度定位旋钮光孔和齿条高度定位螺孔并与齿条的后端面连接；高度定位旋钮的螺杆端头与齿条高度定位螺孔螺纹连接；齿条的上端穿过齿条通孔，竖直轴的下端垂直固连于齿条的上端面。

所述套筒体的前端面外圆周上设有刻度均布的激光器自身轴向转角刻度环。

所述激光器自身轴向转角刻度环的刻度精度为0.2度，激光器自身轴向转角刻度环的0刻度线与竖直z轴平行。

所述端盖包括端盖侧壁、前盖板和后端面环台，其三者一体成型；后端面环台的外侧壁上设有激光器轴向转角指针，前盖板上设有沿直径方向的狭缝。

所述齿条的后端面上设有直尺刻度，其直尺刻度精度为0.5毫米，刻度尺的范围等于齿条的总长度。

本实用新型的有益效果是：该直线激光器姿态调整机构通过旋转套环驱动直线激光器做沿x轴的自轴旋转，并能够直接通过激光器轴向转角指针与激光器自身轴向转角刻度环读取直线激光器的自轴旋转角度值，从而在误差允许的范围内实现对激光平面沿x轴的自轴旋转角度值的直接获取。该直线激光器姿态调整机构还可以直接通过齿条升降机构调整激光器的垂直高度并使其可以直接在已知的新高度上重新获取对应姿态下的激光平面空间姿态坐标数据，从而使每一次激光平面三维姿态变换后新产生的三维姿态数据信息均成为已知量，避免了以往每次调整激光器姿态后，都需要单独通过视觉测量算法对激光平面在标靶上的投影光条进行重新提取和解算的繁琐过程，大幅简化了操作步骤并显著提高了测量效率。

附图说明

图1是直线激光器及其所投射出的激光平面的示意图；

图2是本实用新型直线激光器姿态调整机构的立体结构示意图；

图3是本实用新型轴套筒、端盖和套环的爆炸装配关系示意图；

图4是本实用新型轴套筒的立体结构示意图；

图5是本实用新型端盖的立体结构示意图；

图6是本实用新型套环的立体结构示意图；

图7是本实用新型高度调整箱的爆炸装配关系示意图；

图8是本实用新型齿条升降机构的立体结构示意图；

图9是本实用新型支撑架的立体结构示意图；

图10是本实用新型直线激光器姿态调整机构的应用示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步详细说明。

如图2至图9所示，本实用新型的直线激光器姿态调整机构包括轴套筒2、端盖3、套环4、防护箱5、高度调整机构6和高度定位旋钮7，轴套筒2包括套筒体2-1和竖直轴2-2，竖直轴2-2的上端垂直固连于套筒体2-1的外壁中段。端盖3、套筒体2-1和套环4均同轴，端盖3的后端面与套筒体2-1的前端面连接，套环4位于套筒体2-1的后端，套环4用于同轴嵌套在直线激光器1的外壳上，并带动直线激光器1自轴扭转。套筒体2-1的前端面外圆周上设有刻度均布的激光器自身轴向转角刻度环2-1-1，其刻度精度为0.2度，激光器自身轴向转角刻度环2-1-1的0刻度线与竖直z轴平行。端盖3包括端盖侧壁3-1、前盖板3-2和后端面环台3-3，其三者一体成型。后端面环台3-3的外侧壁上设有激光器轴向转角指针3-3-1，前盖板3-2上设有沿直径方向的狭缝3-2-1，其用于保护直线激光器1的前端。

防护箱5包括箱体端盖5-1和防护箱体5-2，箱体端盖5-1的下端面与防护箱体5-2的上端面扣合。在箱体端盖5-1的上端面设有齿条通孔5-1-1，在防护箱体5-2的前端侧壁上设有旋钮轴孔5-2-1，防护箱体5-2的左端侧壁上设有高度定位旋钮光孔5-2-2。

高度调整机构6包括支撑架6-1、齿条6-2、齿轮6-3和齿轮旋钮6-4，齿条6-2与齿轮6-3啮合。支撑架6-1包括支架底座6-1-1、竖直板6-1-2和两块铰轴座板6-1-3，竖直板6-1-2与支架底座6-1-1的上端面垂直固连，两块铰轴座板6-1-3均分别与竖直板6-1-2中上段的侧壁垂直固连，两块铰轴座板6-1-3的前端共同形成轴向水平的铰轴座。两块铰轴座板6-1-3的后端与竖直板6-1-2共同合围形成一个矩形的齿轮滑槽6-1-4。齿轮滑槽6-1-4的凹槽底面上设有齿条高度定位螺孔6-1-4-1，齿条高度定位螺孔6-1-4-1的轴心延长线通过铰轴座的轴线。齿条6-2与齿轮滑槽6-1-4沿竖直方向活动连接，齿轮6-3的旋转轴两端均分别与支撑架6-1的铰轴座转动连接。支撑架6-1、齿条6-2、齿轮6-3和齿轮旋钮6-4四者共同形成一个齿条升降机构，该齿条升降机构中的支撑架6-1、齿条6-2、齿轮6-3均位于防护箱体5-2内部。齿条6-2的最下一个齿是限位齿，限位齿的齿槽宽度大于与齿轮6-3的齿槽宽度，其无法与齿轮实现啮合，从而对齿轮转动形成限位。当限位齿对齿轮6-3构成限位时，齿条6-2的上端面到箱体端盖5-1的上端面的距离为50毫米。所述齿条6-2的后端面上设有直尺刻度6-2-1，其直尺刻度精度为0.5毫米，刻度尺的范围等于齿条6-2的总长度。

齿轮旋钮6-4位于防护箱体5-2的外部，齿轮旋钮6-4的轴杆穿过旋钮轴孔5-2-1并与齿轮6-3同轴固连。高度定位旋钮7的螺杆端头分别穿过高度定位旋钮光孔5-2-2和齿条高度定位螺孔6-1-4-1并与齿条6-2的后端面连接。高度定位旋钮7的螺杆端头与齿条高度定位螺孔6-1-4-1螺纹连接。齿条6-2的上端穿过齿条通孔5-1-1，竖直轴2-2的下端垂直固连于齿条6-2的上端面。

防护箱5、高度调整机构6和高度定位旋钮7共同构成一个高度调整箱。

具体应用本实用新型的直线激光器姿态调整机构时，如图10所示，将直线激光器1的前端顺次穿过套环4、套筒体2-1、后端面环台3-3以及端盖侧壁3-1并使直线激光器1的前端与前盖板3-2的后端面连接。开启直线激光器1并调整激光平面与前盖板3-2的相对角度，直至激光平面完全从狭缝3-2-1射出。

此后，关闭直线激光器1并用胶将其外壳分别与后端面环台3-3以及端盖侧壁3-1固连。再沿轴向推动后端面环台3-3并使其与套筒体2-1的前端面密贴，从而使激光器轴向转角指针3-3-1与激光器自身轴向转角刻度环2-1-1完成配合，再将套环4的前端面也与套筒体2-1的后端面用胶固连。

然后，通过旋转齿轮旋钮6-4驱动齿条升降机构直至齿条6-2的下端面与支架底座6-1-1的上端面贴合，旋紧高度定位旋钮7并用其螺杆端头将齿条6-2的后侧端面顶紧和定位。齿条6-2的上端面刚好与箱体端盖5-1的上端面持平，将竖直轴2-2的下端与齿条6-2的上端面用胶固连。

使用时，首先使齿条6-2保持与支架底座6-1-1上端面贴近的状态，并使激光器轴向转角指针3-3-1均分别指向其各自所对应刻度环的0度位置，便可以启动直线激光器1，使其投射一个竖直姿态下的激光平面。此后，在齿条升降机构均保持不动的情况下，单独通过旋转套环4驱动直线激光器1做自轴旋转，并直接通过激光器轴向转角指针3-3-1与激光器自身轴向转角刻度环2-1-1读取直线激光器1自轴旋转的增量角度值，激光器轴向转角指针3-3-1每转动一个刻度，即意味着直线激光器1所投射的激光平面沿其自身轴线转动了0.2度，且此时的误差精度完全在视觉测量所允许的误差范围之内。

此外，当直线激光器1需要进一步变化更多的空间姿态，以丰富数据样板的数量时，还可以直接通过齿条升降机构调整直线激光器的垂直高度，选松高度定位旋钮7，通过，旋转齿轮旋钮6-4驱动齿条升降机构，使齿条6-2带动直线激光器1升高，并通过齿条6-2的后端面上的直尺刻度6-2-1读取直线激光器沿z轴方向垂直上升的高度值。再次旋紧高度定位旋钮7的螺杆端头并将齿条6-2的后侧端面顶紧和定位，即可在误差允许的前提下直接在新高度上重新获取对应姿态下的激光平面三维姿态数据信息，避免了以往每次调整激光器姿态后，都需要单独通过视觉测量算法对激光平面在标靶上的投影光条进行重新提取和解算的繁琐过程，大幅简化了操作步骤并显著提高了测量效率。

当限位齿对齿轮6-3构成限位时，齿条6-2的上端面到箱体端盖5-1的上端面的距离刚好为50毫米，此时无需从直尺刻度6-2-1上读数，可以直接获知对应的高度值。

Claims (5)

1.直线激光器姿态调整机构，其特征在于：该机构包括轴套筒(2)、端盖(3)、套环(4)、防护箱(5)、高度调整机构(6)和高度定位旋钮(7)，所述轴套筒(2)包括套筒体(2-1)和竖直轴(2-2)，竖直轴(2-2)的上端垂直固连于套筒体(2-1)的外壁中段；端盖(3)、套筒体(2-1)和套环(4)均同轴，端盖(3)的后端面与套筒体(2-1)的前端面连接，套环(4)位于套筒体(2-1)的后端；

所述防护箱(5)包括箱体端盖(5-1)和防护箱体(5-2)，箱体端盖(5-1)的下端面与防护箱体(5-2)的上端面扣合；在箱体端盖(5-1)的上端面设有齿条通孔(5-1-1)，在防护箱体(5-2)的前端侧壁上设有旋钮轴孔(5-2-1)，防护箱体(5-2)的左端侧壁上设有高度定位旋钮光孔(5-2-2)；

所述高度调整机构(6)包括支撑架(6-1)、齿条(6-2)、齿轮(6-3)和齿轮旋钮(6-4)，齿条(6-2)与齿轮(6-3)啮合；支撑架(6-1)包括支架底座(6-1-1)、竖直板(6-1-2)和两块铰轴座板(6-1-3)，竖直板(6-1-2)与支架底座(6-1-1)的上端面垂直固连，两块铰轴座板(6-1-3)均分别与竖直板(6-1-2)中上段的侧壁垂直固连，两块铰轴座板(6-1-3)的前端共同形成轴向水平的铰轴座；两块铰轴座板(6-1-3)的后端与竖直板(6-1-2)共同合围形成一个矩形的齿轮滑槽(6-1-4)；齿轮滑槽(6-1-4)的凹槽底面上设有齿条高度定位螺孔(6-1-4-1)；齿条(6-2)与齿轮滑槽(6-1-4)沿竖直方向活动连接，齿轮(6-3)的旋转轴两端均分别与支撑架(6-1)的铰轴座转动连接；支撑架(6-1)、齿条(6-2)和齿轮(6-3)三者共同形成一个齿条升降机构，该齿条升降机构位于防护箱体(5-2)内；齿条(6-2)的最下一个齿是限位齿，限位齿的齿槽宽度大于与齿轮(6-3)的齿槽宽度；

齿轮旋钮(6-4)位于防护箱体(5-2)的外部，齿轮旋钮(6-4)的轴杆穿过旋钮轴孔(5-2-1)并与齿轮(6-3)同轴固连；高度定位旋钮(7)的螺杆端头分别穿过高度定位旋钮光孔(5-2-2)和齿条高度定位螺孔(6-1-4-1)并与齿条(6-2)的后端面连接；高度定位旋钮(7)的螺杆端头与齿条高度定位螺孔(6-1-4-1)螺纹连接；齿条(6-2)的上端穿过齿条通孔(5-1-1)，竖直轴(2-2)的下端垂直固连于齿条(6-2)的上端面。

2.如权利要求1所述的直线激光器姿态调整机构，其特征在于：所述套筒体(2-1)的前端面外圆周上设有刻度均布的激光器自身轴向转角刻度环(2-1-1)。

3.如权利要求2所述的直线激光器姿态调整机构，其特征在于：所述激光器自身轴向转角刻度环(2-1-1)的刻度精度为0.2度，激光器自身轴向转角刻度环(2-1-1)的0刻度线与竖直z轴平行。

4.如权利要求1所述的直线激光器姿态调整机构，其特征在于：所述端盖(3)包括端盖侧壁(3-1)、前盖板(3-2)和后端面环台(3-3)，其三者一体成型；后端面环台(3-3)的外侧壁上设有激光器轴向转角指针(3-3-1)，前盖板(3-2)上设有沿直径方向的狭缝(3-2-1)。

5.如权利要求1所述的直线激光器姿态调整机构，其特征在于：所述齿条(6-2)的后端面上设有直尺刻度(6-2-1)，其直尺刻度精度为0.5毫米，刻度尺的范围等于齿条(6-2)的总长度。