專利名稱：一種大型曲面柔性檢測裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及曲面檢測裝置，尤其涉及一種大型曲面柔性檢測裝置。
背景技術：
隨著制造業的快速發展，許多行業的構件大量采用了復雜曲面。在產品開發中，零件的復雜曲面和模具型面的數字化建模和三維檢測是進行產品設計和質量控制的前提和基礎，具有重要的意義。三坐標測量機雖然測量效率很低還需要數控編程，至今仍是工業中最常用而可靠的三維幾何測量裝備。然而對于大型零件，如汽車覆蓋件、船槳、水輪機葉片、風力發電機葉片、大型拋物面天線、飛機模具等，由于受尺寸和重量限制，很難將其搬到測量室三坐標測量機上進行測量，目前主要采用激光跟蹤儀、經緯儀、模板模線對零件的一些關鍵點進行測量。這些測量方法速度慢、檢測操作繁瑣，而且只能測量零件少量關鍵點位置，無法滿足全尺寸反求設計和在生產現場檢測在制件的需求。譬如不銹鋼材質的大型水輪機導葉，體積巨大而笨重，雙面都為非規則復雜三維曲面，在鑄件檢測和機加工中間檢測中，采用傳統的立體樣板和光電經緯儀進行檢測，檢測效率和精度很低(甚至達不到毫米級)，而且由于一次加工可能達不到最終要求，不得不在機床上局部修正加工后吊離到機外再檢測，如此多次反復。基于機器視覺的三維測量技術近年逐漸步入工業應用，其中基于雙目視覺直接攝取被測物體圖像而計算物體特征點三維坐標的被動式三維信息獲取技術尚未達到精密測量實用階段，而基于結構光掃描法或激光自動聚焦法的主動式三維信息獲取技術已經形成一些成熟的測量儀器，例如北京天遠三維科技有限公司的OKIO系列、上海數造公司的3DSS 系列三維測量儀，可用于對物體表面進行數字化三維測量，而且儀器可安裝在測量室外環境使用。但是這類儀器對被測表面粗糙度、反光性率、傾角很敏感，對光亮金屬表面測量效果很差；存在陰影遮擋效應，易于丟失數據；掃描得到的數據量極大，需要專門的反求數據處理軟件，部分曲面邊緣和結合部分還需要人工修理；對于特征點不足的被測表面，需要人工輔貼許多標識；對于大型物體表面測量，需要分塊局部掃描再拼合，檢測精度不高而且檢測效率低。
發明內容
為了克服現有技術的缺點和不足，本發明提供一種高精度、高效率，操作簡便易行的大型曲面柔性檢測裝置。其具體技術方案如下一種大型曲面柔性檢測裝置，其特征在于包括處理系統、導軌、滑臺、立柱、檢測網架、滑臺驅動裝置；所述立柱設置在滑臺的兩側，檢測網架通過立柱設置于滑臺的上方。所述檢測網架包括外框、縱向導板、橫向導板、縱向定位模板、橫向定位模板、傳感器支座，所述傳感器支座與橫向定位模板滑動連接。所述滑臺上設置有用夾持零件的夾具。
所述檢測網架與立柱之間通過可調托座活動連接。所述傳感器支座上設置有Z向位移測量裝置。所述Z向位移測量裝置包括，線性驅動單元、位移傳感器、接觸顯示器、位移顯示器以及位移信號輸出接口。所述傳感器支座上還設置有鎖定機構。所述處理系統包括傳輸及控制器、數據及圖形處理器。所述位移傳感器為接觸式傳感器或非接觸式傳感器。需要說明的是，接觸顯示器若采用非接觸式位移傳感器時則無。所述檢測網架可以為單行檢測架。本發明的有益效果是(I)測量效率高并且有高的測量精度。本發明檢測網架上設置有活動的傳感器支座，并在傳感器支座上組合設置有多個位移傳感器，多傳感器可以同時工作，一次性高效率地獲得整個被測大型曲面上所需全部測量點的三維數值，而各個位移傳感器可以互不干擾地獲得零件的高精度測量值。(2)柔性化的操作機制，適應性好。本發明根據所需測量要求而非定間隔地柔性組合多傳感器，可以對同一被測曲面的不同區域取得不同密集度的測量數據，還可以單個或部分位移傳感器同時工作，進行曲面上單點或局部測量。(3)通用性好，可實現在機檢測。本發明的檢測系統對受檢大型曲面沒有材質、顏色、形狀、尺寸的特定限制，有很好的通用性，而且可以利用大型加工機床的滑動工作臺作為檢測平臺，實現零件在機加工/檢測一體化。(4)本發明檢測網架活動可調。提出非定距行列式排布位移傳感器并可靈活變位和變數量、同時或分時獲取被測曲面上多點位置信息的方法，達到對大型曲面整體或分塊檢測其幾何形狀和尺寸的目的，取得高精度和高效率的測量效果，而且不拘泥于在閉式測量室操作，可在車間地面甚或加工機床上實施。(5)操作簡單，自動化程度高，測量成本低，無公害。本發明檢測系統的硬件和軟件都相當簡單，制造成本低；不同受檢零件只需快速更換定位模板，容易操作，而且可以實現較高程度的自動化；使用中無需消耗中間介質，測量成本低廉，而且不產生有害水、氣、光、 輻射等污染。
圖I為本發明結構示意圖；圖2為圖I局部結構示意圖；圖3為圖I檢測網架結構示意圖；圖4為圖3局部放大結構示意圖；圖5為Z向位移測量裝置及其安裝結構示意具體實施例方式下面對本發明的具體實施方式
作進一步詳細的說明，但本發明的實施方式不限于此。
如圖I、圖2所示。本發明大型曲面柔性檢測裝置，包括處理系統、導軌5、滑臺3、 立柱6、檢測網架、滑臺驅動裝置4 ;所述立柱6設置在滑臺3的兩側，檢測網架通過立柱6 設置于滑臺3的上方。所述滑臺3上設置有用于夾持零件I的夾具2。所述檢測網架的外框8與立柱6之間通過可調托座7活動連接。所述處理系統包括傳輸及控制器20、數據及圖形處理器21。地面22。如圖3圖4所示。所述檢測網架包括外框8、縱向導板9、橫向導板10、縱向定位模板12、橫向定位模板13、傳感器支座11,所述傳感器支座11與橫向定位模板13滑動連接。所述傳感器支座11上設置有Z向位移測量裝置。所述傳感器支座11上還設置有鎖定機構14。如圖5所示。所述Z向位移測量裝置包括，線性驅動單元15、位移傳感器16、接觸顯示器17、位移顯示器18以及位移信號輸出接口 19。所述位移傳感器16為接觸式傳感器或非接觸式傳感器。所述接觸顯示器若采用非接觸式位移傳感器時則無。本發明工作原理如下首先將被測零件I用與之匹配的夾具2安裝在滑臺3上，受檢曲面朝上并使之相對滑臺指定基準準確定位；滑臺驅動裝置4可驅動滑臺3沿導軌5移動，使被測的零件能滑出檢測網架遮擋區域而翻轉變換受檢面。對于大型加工機床，其滑動工作臺可作為本發明中的檢測滑臺使用。滑臺3兩側的立柱6，用于安裝檢測網架。立柱6與滑臺3有相對定位。立柱6上的可調托座7，使檢測網架可呈水平安裝并相對被測曲面而定高和確定前后左右位置。檢測網架也可以傾斜安裝以適應不同方位曲面的測量。兩個縱向導板9固定在檢測網架的兩對邊框上，視檢測網架的外框8大小可在中間增設與縱向導板9平行的加強板以滿足檢測網架的外框8剛度要求。若干塊橫向導板10 (其數量視檢測需要而定)正交安裝在縱向導板9上面，若干個傳感器支座11 (其數量視檢測需要而定)安裝在橫向導板10 上并可滑動。傳感器支座11在橫向導板10上的間距和橫向導板10在縱向導板9上的間距分別用縱向定位模板12和橫向定位模板13快速確定(根據零件的被測面上所要求的測量點位置而制作定位模板，對不同的受檢零件只需快速更換定位模板)。鎖定機構14用于固定定位模板。每個傳感器支座11上安裝有一套Z向(與檢測網架框平面垂直方向)位移測量裝置，可采用接觸式、非接觸式兩種類型。如上所示，每套Z向位移測量裝置主要由線性驅動單元15、位移傳感器16、接觸顯示器17、位移顯示器18以及位移信號輸出接口 19 組成。位移傳感器16的端部為小直徑半球狀觸頭。在開始測量之前，所有的位移傳感器16 都保持在初始預定高度(懸于被測零件的表面之上)；開始測量后，各自在線性驅動單元15 驅動下垂直下移，當其觸頭接觸到被表面時，接觸顯示器17給出接觸顯示(譬如亮燈)，線性驅動單元15暫停動作，位移顯示器18 (譬如數顯或指針)顯示位移值并通過位移信號輸出接口 19輸出表征位移量的模擬或數字信號；傳輸及控制器20采集位移信號并輸入計算機，同時觸發線性驅動單元15反向動作，使位移傳感器16上升復位。數據及圖形處理器21 對采集到的信號進行儲存和計算，生成數據和圖形檢測報告。視檢測網架上Z向位移測量裝置的多少和測量讀數、滑臺驅動等操作自動化程度要求，傳輸及控制器20可以有不同結構，典型的電路主要包括計算機、PLC、觸發器、數據采集卡、數模轉換模塊、多路開關、顯示屏、串/并口通訊模塊等器件，由計算機控制PLC，繼而控制滑臺3的滑入滑出、單個或局部或全部傳感器的動作以及顯示器的顯示、測量信號的采集與傳輸。數據及圖形處理器21安裝在計算機里。如果采用非接觸式傳感器，可以是基于光或超聲波或視覺圖像等原理的測距傳感器(每個傳感器支座11上垂直安裝一套)。測距傳感器在受控觸發時工作，測量自身發射頭與被測表面之間的距離，由位移顯示器18顯示結果并通過位移信號輸出接口 19輸出表征位移量的模擬或數字信號。作為一個特例，也可以考慮將測量網架縮減成單行架，由檢測平臺帶著被測物體移動，對曲面逐行進行檢測。零件I的測量過程如下如圖3、5所示，先用可調托座7調節檢測網架的高度，再用制作好的橫向定位模板 13、縱向定位模板12，實現Z向位移測量裝置的快速排布，并用鎖定機構14實現排布后的固定，最后利用線性驅動單元15實現位移傳感器16的快速復位；如圖I所示，先用驅動裝置4將滑臺3從檢測網架下面滑出，然后用夾具2將被檢測的零件I固定在滑臺3上，最后利用滑臺驅動裝置4將滑臺3滑回檢測網架下面。如圖5所示，先利用線性驅動單元15實現位移傳感器16的觸頭向下移動，當位移傳感器16的觸頭接觸被測的零件I時，接觸顯示器17給出相應的信號(譬如對金屬被測物體，位移傳感器觸頭與之接觸時形成閉合電路，指示燈亮)，該信號通過傳輸及控制器20 實現位移傳感器16的觸頭停止向下運動。如圖5所示，當位移傳感器16的觸頭停止向下運動，位移顯示器18顯示相應的位移傳感器16移動的位移量，并通過位移信號輸出接口 19輸出。位移信號輸出接口 19輸出的數據利用數據及圖形處理器21進行處理，得出被測零件I的幾何形狀及尺寸。如上所述便可較好地實現本專利。
權利要求
1.一種大型曲面柔性檢測裝置，其特征在于包括處理系統、導軌、滑臺、立柱、檢測網架、滑臺驅動裝置；所述立柱設置在滑臺的兩側，檢測網架通過立柱設置于滑臺的上方。
2.根據權利要求I所述的大型曲面柔性檢測裝置，其特征在于所述檢測網架包括外框、縱向導板、橫向導板、縱向定位模板、橫向定位模板、傳感器支座，所述傳感器支座與橫向定位模板滑動連接。
3.根據權利要求2所述的大型曲面柔性檢測裝置，其特征在于所述滑臺上設置有用夾持零件的夾具。
4.根據權利要求3所述的大型曲面柔性檢測裝置，其特征在于所述檢測網架與立柱之間通過可調托座活動連接。
5.根據權利要求4所述的大型曲面柔性檢測裝置，其特征在于所述傳感器支座上設置有Z向位移測量裝置。
6.根據權利要求5所述的大型曲面柔性檢測裝置，其特征在于所述Z向位移測量裝置包括，線性驅動單元、位移傳感器、接觸顯示器、位移顯示器以及位移信號輸出接口。
7.根據權利要求6所述的大型曲面柔性檢測裝置，其特征在于所述傳感器支座上還設置有鎖定機構。
8.根據權利要求7所述的大型曲面柔性檢測裝置，其特征在于所述處理系統包括傳輸及控制器、數據及圖形處理器。
9.根據權利要求6所述的大型曲面柔性檢測裝置，其特征在于所述位移傳感器為接觸式傳感器或非接觸式傳感器。
全文摘要
本發明公開了一種大型曲面柔性檢測裝置，包括處理系統、導軌、滑臺、立柱、檢測網架、滑臺驅動裝置；所述立柱設置在滑臺的兩側，檢測網架通過立柱設置于滑臺的上方；所述檢測網架包括外框、縱向導板、橫向導板、縱向定位模板、橫向定位模板、傳感器支座，所述傳感器支座與橫向定位模板滑動連接。本發明結構簡單制造成本低；對受檢曲面沒有材質、顏色、形狀、尺寸的限制；不同受檢零件只需快速更換定位模板，容易操作，而且可以實現較高程度的自動化；使用中無需消耗中間介質，測量成本低廉；不會產生有害水、氣、光、輻射等污染。
文檔編號G01B21/20GK102589492SQ20121001445
公開日2012年7月18日 申請日期2012年1月16日 優先權日2012年1月16日
發明者全燕鳴, 畢齊林 申請人:華南理工大學