面向于多種結構特征的多自由度宏微結合集成檢測裝置的制作方法

本發明涉及一種產品集成檢測裝置，具體涉及一種面向多種產品的多自由度宏微結合集成檢測裝置，屬于產品質量檢測技術領域。

背景技術：

在航空、航天、軍事、醫療等多種領域內，對復雜零件的精度和穩定性的要求不斷增加，提高復雜零件檢測精度和效率的任務迫在眉睫。隨著計算機技術、數字圖像處理技術、led光源技術等領域的不斷發展，機器視覺技術也有了長足的進步。機器視覺技術在檢測領域的應用也越來越廣、可靠性越來越高、檢測速度也越來越快，已經成為檢測領域不可或缺的技術手段。目前的生產實踐中，對于零件三維尺寸的檢測，不能在單次檢測過程中實現宏微結合的檢測，因而不能分步對零件是否合格進行判斷，效率較低。且不能根據實際需要檢測零件任意維度的尺寸和特征，功能較單一。目前的檢測系統，都只針對單一結構零件而設計，只能檢測單一特征零件，不具有廣泛的適應性。

技術實現要素：

有鑒于此，本發明提供了一種面向于多種結構特征的多自由度宏微結合集成檢測裝置，該裝置能夠通過宏觀視場完成零件缺陷檢測，通過微觀視場完成零件尺寸精密檢測，并且能夠檢測多種特征零件，具有廣泛的適用性。

一種面向于多種結構特征的多自由度宏微結合集成檢測裝置，該裝置包括位姿調整機構、快換夾持機構、視覺檢測機構和基座；

所述位姿調整機構能實現水平面內的x軸、y軸方向和垂直于xy平面的z軸方向的直線運動，位姿調整機構還能實現繞x軸±90°轉動，繞z軸360°轉動；

所述快換夾持機構夾持的零件外形為柱狀、塊狀、軸套類，重復定位精度小于±0.002mm；

所述視覺檢測機構利用宏微兩視場鏡頭和相機分別得到零件的三維尺寸圖像，利用外部計算機分別對圖像進行宏觀缺陷檢測和10μm以內的微觀尺寸檢測；

所述位姿調整機構固定連接在基座上，快換夾持機構固定連接在位姿調整結構上，視覺檢測機構固定連接在基座上并正對快換夾持機構上夾持的零件。

進一步地，所述位姿調整機構包括x軸直線位移模塊、y軸直線位移模塊、z軸直線位移模塊和旋轉模塊；

所述x軸直線位移模塊和y軸直線位移模塊的結構組成相同，均包括基板、水平絲杠螺母副、水平導軌組件和水平電機，所述水平電機驅動安裝在基板中部的水平絲杠螺母副中的絲杠轉動，套裝在絲杠上的螺母產生直線移動，螺母與外部機構固定連接；所述水平導軌組件安裝在水平絲杠螺母副的兩側，水平導軌組件中的導軌與基板固定連接，水平導軌組件的滑塊與導軌為滑動配合，滑塊與外部機構固定連接；

所述z軸直線位移模塊包括支架、豎直導軌組件、豎直絲杠螺母副、連接板和豎直電機，所述支架呈l型結構，豎直導軌組件、豎直絲杠螺母副和豎直電機均連接在支架的豎直連接面上，結構及連接方式與x軸直線位移模塊和y軸直線位移模塊相同，連接板固定連接在豎直導軌組件的滑塊和豎直絲杠螺母副的螺母上；

所述旋轉模塊包括a軸旋轉臺、連接座、b軸旋轉臺和固定板，所述連接座為呈l型結構，所述a軸旋轉臺的輸出端與連接座的豎直部分固定連接，a軸旋轉臺的旋轉軸線與y軸直線位移模塊的位移方向平行，所述b軸旋轉臺固定連接在連接座的水平部分上，b軸旋轉臺的旋轉軸線與z軸直線位移模塊的位移方向平行；所述b軸旋轉臺的輸出端連接固定板，固定板用于連接外部機構；

所述y軸直線位移模塊通過自身的基板與x軸直線位移模塊上水平絲杠螺母副和水平導軌組件中的螺母和滑塊固定連接，x軸直線位移模塊和y軸直線位移模塊中水平絲杠螺母副的轉動軸線方向互相垂直；所述z軸直線位移模塊的支架與y軸直線位移模塊上水平絲杠螺母副和水平導軌組件中的螺母和滑塊固定連接；所述旋轉模塊中的a軸旋轉臺與z軸直線位移模塊中的連接板固定連接。

進一步地，所述快換夾持機構包括氣動卡盤、托板、轉接法蘭、氣動卡爪和夾持爪臂，所述托板下方連接氣動卡盤，上方連接轉接法蘭，轉接法蘭上方連接氣動卡爪，氣動卡爪與夾持爪臂連接，夾持爪臂有不同的結構外形來適應不同外形的待夾持產品。

進一步地，所述視覺檢測機構包括宏觀相機、微觀相機、料盒、直線/回轉氣缸、連接塊和立架，所述宏觀相機和微觀相機均包括相機、鏡頭和同軸光源；宏觀相機和微觀相機并列安裝在立架的懸臂梁上，立架的立柱上通過連接塊安裝直線/回轉氣缸，直線/回轉氣缸上連接料盒，料盒用于盛放檢驗后的零件。

有益效果：

1、本發明中的位姿調整機構能夠在五個自由度對待測零件進行位姿調整，能夠按照檢測要求和鏡頭特征參數實時調整零件位姿，最終完成所需求維度的尺寸檢測，一次裝夾即可實現零件的三維尺寸檢測。

2、本發明的快換夾持機構通過不同類型卡具的設計，能夠裝夾多種不同形態特征的復雜零件，實現其三維尺寸檢測，例如塊狀、柱狀、軸孔類、薄壁類等多種零件。統一的標準化托板能夠實現互換性，完成零件的快速裝夾到位，極大地提高了工作效率，又具有一定的普適性，適合大批量零件的快速檢測。

3、本發明的視覺檢測機構通過兩個不同放大倍率鏡頭的配合，先后在宏微兩視場完成對零件的缺陷檢測、局部特征識別、尺寸測量，并對合格零件和不合格零件分類存放。

4、本發明的裝置具有集成化的特點，裝置能夠完成零件裝夾、調整、定位、檢測、分類，適用于在線大批量檢測。

5、本發明在檢測時零件一次裝夾到位，當需要檢測不同維度或不同區域局部特征時，不再需要反復裝卸零件，節約工時，提高了檢測效率。

附圖說明

圖1為本發明整體結構組成示意圖；

圖2為本發明中位姿調整機構的結構示意圖；

圖3為本發明位姿調整機構中x、y軸直線位移模塊的結構示意圖；

圖4為本發明位姿調整機構中z軸直線位移模塊的結構示意圖；

圖5為本發明位姿調整機構中的旋轉模塊的結構示意圖；

圖6為本發明中快換夾持機構的結構示意圖；

圖7為本發明中視覺檢測機構的結構示意圖。

其中，1-位姿調整機構、2-快換夾持機構、3-視覺檢測機構、4-基座、5-x軸直線位移模塊、6-y軸直線位移模塊、7-z軸直線位移模塊、8-旋轉模塊、9-基板、10-水平絲杠螺母副、11-水平導軌組件、12-水平電機、13-支架、14-豎直導軌組件、15-豎直絲杠螺母副、16-連接板、17-豎直電機、18-a軸旋轉臺、19-連接座、20-b軸旋轉臺、21-固定板、22-氣動卡盤、23-托板、24-轉接法蘭、25-氣動卡爪、26-夾持爪臂、27-相機、28-鏡頭、29-同軸光源、30-料盒、31-直線/回轉氣缸、32-連接塊、33-立架。

具體實施方式

下面結合附圖并舉實施例，對本發明進行詳細描述。

如附圖1所示，本發明提供了一種面向于多種結構特征的多自由度宏微結合集成檢測裝置，該裝置包括位姿調整機構1、快換夾持機構2、視覺檢測機構3和基座4；

位姿調整機構1能實現水平面內的x軸、y軸方向和垂直于xy平面的z軸方向的直線運動，位姿調整機構還能實現繞x軸±90°轉動，繞z軸360°轉動；

快換夾持機構2針對夾持外形尺寸在1～70mm范圍內的柱狀、塊狀、軸套類，外形尺寸在8～70mm范圍內的薄壁類零件實現快速裝夾，重復定位精度小于±0.002mm；

視覺檢測機構3利用宏微兩視場鏡頭和相機分別得到零件的三維尺寸圖像，利用外部計算機分別對圖像進行宏觀缺陷檢測和10μm以內的微觀尺寸檢測；

位姿調整機構1固定連接在基座4上，快換夾持機構2固定連接在位姿調整結構上，視覺檢測機構3固定連接在基座4上并正對快換夾持機構2上夾持的零件。

如附圖2所示，位姿調整機構1包括x軸直線位移模塊5、y軸直線位移模塊6、z軸直線位移模塊7和旋轉模塊8；

如附圖3所示，x軸直線位移模塊5和y軸直線位移模塊6的結構組成相同，均包括基板9、水平絲杠螺母副10、水平導軌組件11和水平電機12，水平電機12驅動安裝在基板9中部的水平絲杠螺母副10中的絲杠轉動，套裝在絲杠上的螺母產生直線移動，螺母與y軸直線位移模塊6固定連接；水平導軌組件11安裝在水平絲杠螺母副10的兩側，水平導軌組件11中的導軌與基板9固定連接，水平導軌組件11的滑塊與導軌為滑動配合，滑塊與y軸直線位移模塊6中的基板固定連接；

如附圖4所示，z軸直線位移模塊包括支架13、豎直導軌組件14、豎直絲杠螺母副15、連接板16和豎直電機17，支架13呈l型結構，豎直導軌組件14、豎直絲杠螺母副15和豎直電機17均連接在支架13的豎直連接面上，結構及連接方式與x軸直線位移模塊和y軸直線位移模塊相同，連接板16固定連接在豎直導軌組件14的滑塊和豎直絲杠螺母副15的螺母上；

如附圖5所示，旋轉模塊包括a軸旋轉臺18、連接座19、b軸旋轉臺20和固定板21，連接座19為呈l型結構，所述a軸旋轉臺18的輸出端與連接座19的豎直部分固定連接，a軸旋轉臺18的旋轉軸線與y軸直線位移模塊的位移方向平行，所述b軸旋轉臺20固定連接在連接座19的水平部分上，b軸旋轉臺20的旋轉軸線與z軸直線位移模塊的位移方向平行；所述b軸旋轉臺20的輸出端連接固定板21，固定板用于連接外部機構；

y軸直線位移模塊通過自身的基板9與x軸直線位移模塊上水平絲杠螺母副10和水平導軌組件11中的螺母和滑塊固定連接，x軸直線位移模塊和y軸直線位移模塊中水平絲杠螺母副10的轉動軸線方向互相垂直；z軸直線位移模塊的支架13與y軸直線位移模塊上水平絲杠螺母副10和水平導軌組件11中的螺母和滑塊固定連接；所述旋轉模塊中的a軸旋轉臺18與z軸直線位移模塊中的連接板16固定連接。

如附圖6所示，快換夾持機構2包括氣動卡盤22、托板23、轉接法蘭24、氣動卡爪25和夾持爪臂26，所述托板23下方連接氣動卡盤22，上方連接轉接法蘭24，轉接法蘭24上方連接氣動卡爪25，氣動卡爪25與夾持爪臂26連接，夾持爪臂26有不同的結構外形來適應不同外形的待夾持產品，圖中顯示了八種不同結構的夾持爪臂26。

如附圖7所示，視覺檢測機構3包括宏觀相機、微觀相機、料盒30、直線/回轉氣缸31、連接塊32和立架33，所述宏觀相機和微觀相機均包括相機27、鏡頭28和同軸光源29；宏觀相機和微觀相機并列安裝在立架33的懸臂梁上，立架33的立柱上通過連接塊32安裝直線/回轉氣缸31，直線/回轉氣缸31上連接料盒30，料盒30用于盛放檢驗后的零件，料盒30由直線/回轉氣缸31帶動，旋轉范圍±90°，z軸正向行程20mm，能夠對合格零件與不合格零件的分類存放。

本發明采用navitor-zoom6000系列遠心鏡頭。宏觀視野可實現基于特征匹配的零件識別與零件宏觀缺陷檢測，采用0.5×倍率轉換器和0.5×輔助物鏡，工作距離175mm，實際檢測視野范圍50mm×50mm，檢測精度0.05mm；微觀視野實現零件尺寸特征的測量與零件微觀缺陷檢測，采用0.67×倍率轉換器和1.5×輔助物鏡，工作距離51mm，實際檢測視野范圍10mm×10mm，檢測精度0.01mm。

本發明的工作過程如下：檢測過程開始前的夾持動作由夾持爪臂26完成，可夾持外形尺寸在1～70mm范圍內的柱狀、塊狀、軸套類，外形尺寸在8～70mm范圍內的薄壁類等多種具有不同結構特征的復雜零件；零件裝夾到位后，依據宏觀視場零件圖像，可以對零件是否存在缺陷進行判斷，隨后將不合格零件送到指定料盒存放，若零件合格則通過位姿調整機構1中的直線位移模塊和旋轉模塊配合對零件的位姿進行調整，能夠實現對零件5個自由度的調整；零件定位后，通過微觀鏡頭對零件進行拍攝，采集到零件該維度圖像，傳輸至計算機，利用顯微圖像邊緣精確識別算法進行圖像處理，完成零件的快速精確檢測，依據測得的零件尺寸對零件是否合格進行判斷，并將零件分別送到指定料盒存放。

綜上所述，以上僅為本發明的較佳實施例而已，并非用于限定本發明的保護范圍。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。