CN211291312U - 一种三维表面轮廓跟踪测量精密调整和采集装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种三维表面轮廓跟踪测量精密调整和采集装置，主要由姿态调整装置、形貌采集装置以及电子器件支撑装置三部分组成，可以实现零件在X‑Y平面的移动以及绕X轴和Y轴的转动，消除了传统测量中装配偏差导致的测量结果误差；运用CCD摄像头对被测零件进行监控，自动规划被测零件的移动路径，并随时对其位置进行反馈，实现对被测零件的实时监控和路径纠错；用LED灯对被测零件进行照明，并且灯光强度可调，解决了采集图像时光线不适的问题；传感器的升降设置为自动与手动两种模式，实现传感器的精准进给与粗略进给；根据国际规范编写相关程序对测得数据进行筛选、提取以及精密计算，获得被测零件表面粗糙度及其他三维形貌参数的精确数值。

Description

一种三维表面轮廓跟踪测量精密调整和采集装置

技术领域

本实用新型属于机械加工制造检测装置领域，尤其涉及一种三维表面轮廓跟踪测量精密调整和采集装置。

背景技术

随着现代社会的不断发展，各个行业中对精密零件的需求量与日俱增，这在推动制造业飞速发展的同时，也不断对检测零件三维表面轮廓方面的技术提出了严峻的挑战。目前，用以检测零件表面形貌的仪器按照传感器测头与零件表面的接触形式主要分为非接触式与接触式两种。非接触式一般通过激光测头发射激光扫描零件表面，然后用特殊的光学探测器对反射回来的激光进行采集，最后汇总到计算机中通过软件计算得到零件的表面形貌参数；而接触式则是使锐利的触针划过被测零件的表面，通过触针的上下位移感受被测表面的粗糙度，并对产生的电信号进行采集、放大，最终将其显示出来作为零件表面三维形貌的数据。由于接触式的测量精度普遍高于非接触式，误差很小，所以其在精密测量领域的应用十分广泛。不过在传统的接触式粗糙度测量仪的使用过程中，其传感器划过被测零件的表面的方式通常较为简陋，无法精准测得零件的全部表面，存在较大的误差，所得数据不够严谨，这就使得研发一套精密的姿态调整装置与形貌采集装置变的十分必要。

综上所述，需要一种三维表面轮廓跟踪测量精密调整和采集装置，该装置采用接触式传感器，可以使传感器触针与被测零件之间的相对运动精准可控，同时可以自动规划零件的移动路径，并随时对其位置进行反馈，实现对零件三维表面轮廓的精密测量以及自动追踪。设计开发出一种三维表面轮廓跟踪测量精密调整和采集装置，改进了对精密加工零件的测量技术，使对零件表面形貌的测量迎来了重大的技术突破。同时，对零件表面形貌的精密测量也对精密加工行业起到了极大的促进作用。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种三维表面轮廓跟踪测量精密调整和采集装置，该装置可自动实现零件位置校正，规划传感器测量路径，并对测得数据进行验算分析得到零件三维表面形貌。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：

一种三维表面轮廓跟踪测量精密调整和采集装置，由姿态调整装置、形貌采集装置以及电子器件支撑装置组成。其中姿态调整装置包括双倾角调节台底座、双倾角调节台、连接板、十字滑台A、短连接板、长连接板、光栅尺、零件夹具底座、零件夹具压板、套筒、扭力弹簧、连接螺栓等；形貌采集装置包括摄像头支架A、摄像头支架B、垫板、十字滑台B、垂直升降滑台、传感器、传感器支架A、传感器支架B、传感器夹具、连接螺栓等；电子器件支撑装置包括电器件支架、手轮、电位器、45c导轨、编码器信号转换卡、驱动器等。

所述底板正面有十个螺纹孔，可以分成三组，背面有四个螺纹孔。用高强度的螺栓穿过双倾角调节台底座的四个光孔后旋入底板正面的第一组四个螺纹孔，实现姿态调整装置的固定与定位；通过将螺栓穿过垂直升降平台底部的四个沉头孔并旋入底板的第二组四个螺纹孔，实现形貌采集装置的固定与定位；通过将连接螺栓穿过电器件支架底部的两个光孔后旋入底板的第三组两个螺纹孔，实现电子器件支撑装置的固定与定位。用螺栓穿过四个橡胶底座并旋入底板背面的四个螺纹孔，实现橡胶底座的安装与固定。

所述双倾角调节台通过四个螺栓与双倾角调节台底座连接；连接板位于双倾角调节台与十字滑台A中间，通过螺栓将两者连接在一起；零件夹具底座上有四个沉头孔，通过螺栓与十字滑轨A连接；十字滑轨A的侧面有多个螺纹孔，用螺栓将连接板与十字导轨A连接在一起，再用螺栓穿过光栅尺上的通孔并旋入连接板上的螺纹孔实现光栅尺与连接板的连接。

所述摄像头支架B底部有四个沉头孔，用螺栓将其固定在底板上；摄像头支架B的顶部有四个光孔，通过螺栓螺母结构将其与十字滑轨B连接在一起；摄像头支架A的一侧有四个沉头孔，用螺栓实现其与十字滑轨B的连接；摄像头支架A的另一侧有四个光孔，其位置与垫板上的光孔位置相对应，用螺栓分别穿过传感器支架A与垫板上的光孔，再旋入摄像头侧面的螺纹孔，将这三者固定在一起。

所述垂直升降台底部有四个沉头孔，用螺栓将其与底板固定在一起；传感器支架B一侧有四个光孔，与垂直升降台滑块的螺纹孔位置相对应，用螺栓将两者固定；传感器支架B的另一侧也有四个光孔，与传感器支架A上的螺纹孔对应，用螺栓实现它们之间的连接；传感器支架B的该侧还有两个光孔，一个与传感器支架A上的一个螺纹孔对应，旋入螺栓用以夹紧传感器，另一个较大的光孔与传感器支架A上较大的光孔对应，用以将传感器穿入；传感器支架A的一侧为镂空结构，且在其边缘处有六个螺纹孔，与传感器夹具上的六个光孔对应，用螺栓将传感器夹具与传感器支架A连接在一起；传感器夹具的中心有一个光孔，用来装夹传感器，光孔到边缘有一个槽，用来使固定传感器的螺栓从中穿过。

所述电器件支架底部有两个光孔，用螺栓穿过该孔将其固定在底板上；电器件支架的侧面有十六个螺纹孔，其中十二个用来旋入螺栓以固定电位器、驱动器、编码器信号转换卡等元件，其余四个用来固定45c导轨，从而实现编码器信号转换卡和传感器驱动器的安装；电器件支架的顶部有一个较大的圆孔，其周边有三个均匀分布的小光孔，用以安装手轮。

本实用新型的优势在于：该装置可以充分调整被测零件的位置，实现零件在X-Y平面的移动以及绕X轴和Y轴的转动。传感器夹具设计为透明结构，可以使CCD摄像头对零件的位置随时进行监控。可随意调整摄像头的位置和倾斜角度从而使其轴线与传感器重合。用LED灯对零件进行照明可使零件的图像更加清晰，并且灯光强度可调，易于实现零件图像的最佳采集状态。传感器的升降可以通过计算机控制，也可以通过手轮进行手动调整。整个装置结构紧凑，布置合理，零部件易于加工安装，可以通过U型槽、加减垫片等方式对不同零件的相对位置进行调整。可以对不同尺寸的零件进行固定，适用范围广泛。

附图说明

图1为本实用新型整体结构正面示意图

图2为本实用新型整体结构反面示意图

图3为姿态调整装置结构示意图

图4为形貌采集装置结构示意图

图5为电子器件支撑装置结构示意图

图6为零件夹具示意图

图7为调整过程流程图

图8为测量过程流程图

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型进行进一步说明：

如图1和图2所示，本实用新型为一种三维表面轮廓跟踪测量精密调整和采集装置，各部分依次为：底板(1)、双倾角调节台底座(2)、双倾角调节台(3)、连接板(4)、十字滑台A(5)、零件夹具底座(6)、弹簧定位螺栓A(7)、零件夹具压板(8)、被测零件(9)、弹簧定位螺栓B(10)、零件定位螺栓(11)、LED灯(12)、传感器(13)、传感器支架A(14)、传感器夹具(15)、摄像头(16)、垫板(17)、摄像头支架A(18)、十字滑台B(19)、摄像头支架B(20)、垂直升降滑台(21)、传感器支架B(22)、手轮(23)、电器件支架(24)、电位器(25)、45c导轨A(26)、编码器信号转换卡(27)、步进电机驱动器(28)、橡胶底座(29)、十字滑台A驱动器(30)、双倾角调节台驱动器(31)、传感器驱动器(32)、45c导轨B(33)、手轮驱动器(34)、扭力弹簧(35)、套筒(36)、压板定位螺栓(37)、长连接板(38)、光栅尺(39)、短连接板A(40)、短连接板B(41)；其它诸如电源、电源线、零件连接螺栓等部件并未在图中表示。

本实用新型的姿态调整装置结构示意图如图3所示。双倾角调节台(3)通过螺栓与双倾角调节台底座(2)连接在一起，连接板(4)位于双倾角调节台(3)与十字滑台A(5)中间，其上有四个沉头孔，四个螺纹孔，螺栓穿过沉头孔实现连接板(4)与双倾角调节台(3)的连接，穿过十字滑轨A(5)的螺栓旋入连接板(4)的螺纹孔实现十字滑轨A(5)与连接板(4)的固定，通过该结构保证双倾角调节台(3)与十字滑台A(5)的中心轴线重合；零件夹具底座(6)上有六个螺纹孔，用两个半牙螺栓旋入此处，并在该两个半牙螺栓上覆盖橡胶套管用以固定被测零件；零件夹具底座(6)还有两个螺纹孔，用螺栓穿过套筒(36)、扭力弹簧(35)、零件夹具压板(8)旋入其中一个螺纹孔将上述零件固定在零件夹具底座(6)上，另一个螺纹孔用以旋入半牙螺栓固定扭力弹簧(35)的一个脚；零件夹具压板(8)上也有一个螺纹孔，旋入半牙螺栓用以固定扭力弹簧(35)的另一个脚；两个光栅尺(39)的上半部分分别与固定在十字滑台A(5)上层的短连接板A(40)、短连接板B(41)连接，下半部分分别与固定在十字滑台A(5)下层的长连接板(38)连接，从而使十字滑台A(5)带动光栅尺(39)一同运动。

本实用新型的形貌采集装置结构示意图如图4所示。通过螺栓按照前述方式将摄像头(16)、垫板(17)、摄像头支架A(18)与十字滑台B(19)连接在摄像头支架B(20)上，保证摄像头(16)的轴线与十字滑台B(19)、十字滑台A(5)的轴线重合；传感器夹具(15)的材料选用有机玻璃，可以使摄像头(16)透过其直接监控被测零件(9)的位置信息；传感器(13)安装在传感器夹具(15)的中心光孔内，用螺栓将其夹紧，其轴线与摄像头(16)重合；在传感器支架A(14)的下方安装有一圈LED灯(12)对被测零件(9)进行照明，使得到的图像更加清晰。

本实用新型的电子器件支撑装置结构示意图如图5所示。电位器(25)、步进电机驱动器(28)、十字滑台A驱动器(30)、双倾角调节台驱动器(31)直接通过螺栓固定在电器件支架(24)上，编码器信号转换卡(27)、传感器驱动器(32)则安装在45c导轨A(26)与45c导轨B(33)上；通过转动电位器(25)的旋钮，可以对LED灯(12)的亮度进行调节，将其调整至所需的亮度；本实用新型设有模式转换开关，当切换至手动调节模式时，可以通过手轮(23)调节垂直升降滑台(21)的升降，当切换至自动调节模式时，则用计算机对垂直升降滑台(21)进行控制。

以下结合附图1描述本实施例中三维表面轮廓跟踪测量精密调整和采集装置具体工作过程：

首先将被测零件(9)装夹在零件夹具上；然后接通电源，十字滑台A(5)处于零位，摄像头(16)拍摄传感器(13)与被测零件(9)位置，十字滑台A(5)自动调整被测零件(9)位置，使其中心与传感器(13)中心对齐，随后控制垂直升降滑台(21)带动传感器(13)下降，直至与被测零件(9)接触；调节LED灯(12)至合适亮度；调节十字滑台B(19)改变摄像头(16)的倾斜角度与水平位置，使被测零件(9)在镜头中处于一个合适位置。

摄像头(16)将被测零件(9)与传感器的位置传输进计算机，进行路径规划；启动十字滑台A(5)带动被测零件(9)相对于传感器(13)运动，本实用新型采用的传感器(13)为接触式，固传感器(13)的探头划过被测零件(9)表面即可得到其表面参数；通过光栅尺(39)对十字滑台A(5)的移动距离进行监控，精确控制被测零件(9)的移动距离并将其数值传递给计算机；运用计算机对测得的数据进行筛选、优化、计算等操作，得到被测零件(9)的表面参数，实现对零件三维表面轮廓的跟踪测量和精密数据采集。

上述实例只为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术科研人员和工程技术人员能够了解本发明的内容并据此实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种三维表面轮廓跟踪测量精密调整和采集装置，其特征在于：由底板(1)、双倾角调节台底座(2)、双倾角调节台(3)、连接板(4)、十字滑台A(5)、零件夹具底座(6)、弹簧定位螺栓A(7)、零件夹具压板(8)、被测零件(9)、弹簧定位螺栓B(10)、零件定位螺栓(11)、LED灯(12)、传感器(13)、传感器支架A(14)、传感器夹具(15)、摄像头(16)、垫板(17)、摄像头支架A(18)、十字滑台B(19)、摄像头支架B(20)、垂直升降滑台(21)、传感器支架B(22)、手轮(23)、电器件支架(24)、电位器(25)、45c导轨A(26)、编码器信号转换卡(27)、步进电机驱动器(28)、橡胶底座(29)、十字滑台A驱动器(30)、双倾角调节台驱动器(31)、传感器驱动器(32)、45c导轨B(33)、手轮驱动器(34)、扭力弹簧(35)、套筒(36)、压板定位螺栓(37)、长连接板(38)、光栅尺(39)、短连接板A(40)、短连接板B(41)组成。

2.根据权利要求1所述的一种三维表面轮廓跟踪测量精密调整和采集装置，其特征在于：零件夹具底座(6)上有六个螺纹孔,用两个半牙螺栓旋入此处，并在该两个半牙螺栓上覆盖橡胶套管用以固定被测零件；零件夹具底座(6)还有两个螺纹孔，用螺栓穿过套筒(36)、扭力弹簧(35)、零件夹具压板(8)旋入其中一个螺纹孔将上述零件固定在零件夹具底座(6)上，另一个螺纹孔用以旋入半牙螺栓固定扭力弹簧(35)的一个脚；零件夹具压板(8)上也有一个螺纹孔，旋入半牙螺栓用以固定扭力弹簧(35)的另一个脚。

3.根据权利要求1所述的一种三维表面轮廓跟踪测量精密调整和采集装置，其特征在于：传感器夹具(15)的材料选用有机玻璃，可以使摄像头(16)透过其直接监控被测零件(9)的位置信息；传感器(13)安装在传感器夹具(15)的中心光孔内，用螺栓穿过光孔到边缘的长槽将传感器(13)夹紧；在传感器支架A(14)的下方安装有一圈LED灯(12)对被测零件(9)进行照明，并可以通过电位器(25)调节LED灯(12)亮度，使得到的图像更加清晰。

4.根据权利要求1所述的一种三维表面轮廓跟踪测量精密调整和采集装置，其特征在于：保证被测零件(9)位于双倾角调节台(3)的旋转中心，通过控制双倾角调节台(3)来调节被测零件(9)的倾斜角度，从而使传感器(13)的轴线与被测零件(9)的上表面垂直，使测得的数据直观准确。

5.根据权利要求1所述的一种三维表面轮廓跟踪测量精密调整和采集装置，其特征在于：十字滑台B(19)通过螺栓连接在摄像头支架B(20)上，摄像头支架A(18)通过螺栓将摄像头(16)与十字滑台B(19)连接起来，垫板(17)则保证了摄像头(16)的轴线与十字滑台B(19)的轴线重合在一起；通过调节十字滑台B(19)，可以改变摄像头(16)的位置与倾斜角度，使其正对被测零件(9)的上表面。

Images