CN115371548A - 三次元测量机构及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种三次元测量机构及其使用方法，包括工作台，被测物体放置在工作台上；还包括测量组件，测量组件与工作台对应设置，对工作台上的被测物体进行三次元测量；其中，测量组件包括：测量探头，测量探头作用于工作台上的被测物体；还包括三轴平移机构，三轴平移机构作用于测量探头，带动测量探头在X轴、Y轴以及Z轴的三维空间内移动调节位置；本方案设计的三次元测量机构，通过测量探头的上下左右前后平移获取被测物体的空间点位置，根据这些点的空间坐标值，计算求出被测物体的几何尺寸，形状和位置，完成对所测得点群的分析拟合，还原出被测的几何元素，并在此基础上计算其与理论值之间的偏差，完成对被测零件的检验工作。
Description
技术领域
本发明涉及自动化检测设备技术领域，具体涉及一种三次元测量机构及其使用方法。
背景技术
在机械制造领域，产品的检测是较为重要的一个步骤，产品的检测分为很多种类型，其中较为常见的就是对产品外观、尺寸等方面的检测；而现阶段，常规的检测方法都是通过采用人工肉眼对产品进行观察或者相机对产品进行拍照来对产品进行检测，这些检测方法在检测时检测精度不高，检测效率也很低，人工检测需要消耗大量的人力，同时检测人员很容易出现视觉疲劳，出现错检或者漏检的情况；而相机拍照检测很依赖光源，一旦受到外界环境的干扰，很容易出现相机拍照不清晰，从而导致检测结果出现偏差。
发明内容
为克服上述缺点，本发明的目的在于提供一种三次元测量机构及其使用方法，从而有效地解决传统检测方法检测精度低的技术问题。
为了达到以上目的，本发明采用的技术方案是提供一种三次元测量机构，包括装置本体，所述装置本体包括：
工作台，被测物体放置在所述工作台上；
测量组件，与所述工作台对应设置，对工作台上的被测物体进行三次元测量；其中，所述测量组件包括：
测量探头，作用于所述工作台上的被测物体；
三轴平移机构，作用于所述测量探头，带动所述测量探头在X轴、Y轴以及Z轴的三维空间内移动调节位置；
所述三轴平移机构包括X轴平移端、Y轴平移端以及Z轴平移端，其中，
所述X轴平移端包括X轴平移轨道和第一活动块；
所述Y轴平移端包括Y轴平移轨道和第二活动块；
所述Z轴平移端包括Z轴平移轨道和第三活动杆；
所述第一活动块可左右平移地设置在所述X轴平移轨道上，所述Y轴平移轨道设置在所述第一活动块上，所述第二活动块可前后平移地设置在所述Y轴平移轨道上；所述第三活动杆通过所述Z轴平移轨道可上下平移地设置在所述第二活动块上，所述测量探头设置在所述第三活动杆的端部。
本发明的有益效果为：本方案设计的三次元测量机构，通过测量探头的上下左右前后平移获取被测物体的空间点位置，根据这些点的空间坐标值，计算求出被测物体的几何尺寸，形状和位置，完成对所测得点群的分析拟合，还原出被测的几何元素，并在此基础上计算其与理论值之间的偏差，完成对被测零件的检验工作；采用此结构对产品的外观及尺寸进行检测，可有效地提高产品的检测精度，保证产品质量。
进一步地，所述装置本体采用桥式动梁结构，所述桥式动梁结构包括左右对称的两个支撑架，所述两个支撑架的中间可移动地设置有横梁，所述横梁包括所述第一活动块，所述工作台位于横梁的下方，所述工作台的底部设置有底座，所述底座内设置有电控箱，且所述电控箱与所述底座为一体式结构；支撑架将整个测量组件设置在工作台的上方，横梁即为第一活动块，可在工作平台的上方移动，方便对产品进行检测；另外，将电控箱与底座设置成一体式结构，这样可以方便整个设备运输，避免出现装置与电控箱分开运输的问题。
进一步地，所述支撑架上设置有X轴驱动端，X轴驱动端带动所述第一活动块左右平移，且所述X轴驱动端为双电机中心驱动结构，在两个所述支撑架上都设置有所述X轴驱动端；所述第一活动块上设置有Y轴驱动端，所述Y轴驱动端带动所述第二活动块前后平移；所述第二活动块上设置有Z轴驱动端，所述Z轴驱动端带动所述第三活动杆上下平移；第一活动块、第二活动块以及第三活动杆的移动分别通过X轴驱动端、Y轴驱动端和Z轴驱动端驱动来实现。
进一步地，所述X轴驱动端、所述Y轴驱动端以及所述Z轴驱动端的结构相同，都包括驱动电机、第一带传动装置以及第二带传动装置，所述驱动电机通过所述第一带传动装置与所述第二带传动装置连接，所述第一活动块、所述第二活动块以及第三活动杆都分别与其各自对应驱动端上的第二带传动装置连接；驱动电机通过第一带传动装置再带动第二带传动装置，而第二带传动装置的传动带运动可带动与其分别对应的第一活动块、第二活动块以及第三活动杆运动。
进一步地，所述第一带传动装置包括第一主动轮、第一从动轮以及第一同步带，所述第二带传动装置包括第二主动轮、第二从动轮以及第二同步带，所述第一主动轮与所述驱动电机同轴连接，所述第一主动轮通过所述第一同步带与所述第一从动轮连接，所述第一从动轮与所述第二主动轮同轴连接且同步转动，所述第二主动轮通过第二同步带与所述第二从动轮连接，所述第一活动块、所述第二活动块以及第三活动杆都分别与其各自对应驱动端上的第二同步带固定连接。X轴驱动端、所述Y轴驱动端以及所述Z轴驱动端的原理为：驱动电机转动带动第一主动轮转动，第一主动轮通过第一传动带带动第一从动轮转动，而第一从动轮又与第二主动轮同轴连接，所以第二主动轮的转动会使整个第二带传动装置工作，而所述第一活动块、所述第二活动块以及第三活动杆都分别与其各自对应驱动端上的第二同步带固定连接，通过第二同步带带动活动块、活动杆往复直线运动。
进一步地，所述第一活动块和所述第二活动块都采用封闭箱体结构，其中间内部镂空，四周环绕围成封闭箱体结构；所述第二活动块的内侧箱壁上设置有导向卡块，所述Z轴平移轨道与所述导向卡块形成卡扣配合，所述第三活动杆竖直***并穿过所述第二活动块的封闭箱体，且所述Z轴平移轨道固定安装在所述第三活动杆上；箱中箱(box-in-box)的结构设计，使第三活动杆的杆体从内框部位***，并使导向卡块和Z轴平移轨道配合，让第三活动杆相对于第二活动块上下平移，而将第一活动块和第二活动块都设置成封闭的箱体，这样可以有效地保护整个活动杆，使其不存在受力弯曲变形的情况。
进一步地，所述驱动电机为伺服电机，且所述装置本体上还设置有若干个分别与X轴平移轨道、Y轴平移轨道以及Z轴平移轨道对应的光栅尺；采用伺服电机+光栅尺的全闭环控制方式，伺服电机精确控制第一活动块、第二活动块以及第三活动杆的移动量，而光栅尺可以对第一活动块、第二活动块以及第三活动杆进行实时运动位置检测，从而有效地提高设备的检测精度。
进一步地，所述支撑架上设置有作用于所述第一活动块的弹性缓冲罩；弹性缓冲罩可以减缓第一活动块的冲击力。
本发明还提供一种用于三次元测量机构的使用方法，所述使用方法是先将被测物体放置在所述工作台，然后测量探头在三轴平移机构的作用下在X轴、Y轴以及Z轴的三维空间内移动调节位置，所述测量探头获取被测物体离散的空间点位置，根据这些点的空间坐标值，计算求出被测物体的几何尺寸，形状和位置，完成对所测得点群的分析拟合，最终还原出被测的几何元素，并在此基础上计算其与理论值之间的偏差，从而完成对被测零件的检验工作
附图说明
图1为本发明一实施例的三次元测量机构整体结构正面示意图。
图2为本发明一实施例的三次元测量机构整体结构反面示意图。
图3为图2中X轴驱动端放大结构示意图。
图4为图2中Y轴驱动端放大结构示意图。
图5为图2中Z轴驱动端放大结构示意图。
图6为箱中箱结构分解示意图。
图7为中心驱动原理图。
图8为装置三点支撑结构示意图。
图中：1、工作台；2、测量探头；3、X轴平移轨道；4、第一活动块；5、Y轴平移轨道；6、第二活动块；7、Z轴平移轨道；8、第三活动杆；9、支撑架；10、驱动电机；11、第一带传动装置；12、第二带传动装置；13、箱中箱结构；14、导向卡块；15、光栅尺；16、弹性缓冲罩；17、三点支撑结构；a、X轴驱动段；b、Y轴驱动段；c、Z轴驱动段。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
本发明实施例公开了一种三次元测量机构，包括装置本体，所述装置本体包括工作台1，被测物体放置在所述工作台1上；还包括测量组件，测量组件与所述工作台1对应设置，对工作台1上的被测物体进行三次元测量；其中，所述测量组件包括测量探头2，测量探头2作用于所述工作台1上的被测物体，对被测物体进行测量；还包括三轴平移机构，三轴平移机构作用于所述测量探头2，带动所述测量探头2在X轴、Y轴以及Z轴的三维空间内移动调节位置；所述三轴平移机构包括X轴平移端、Y轴平移端以及Z轴平移端，其中，所述X轴平移端包括X轴平移轨道3和第一活动块4；所述Y轴平移端包括Y轴平移轨道5和第二活动块6；所述Z轴平移端包括Z轴平移轨道7和第三活动杆8；所述第一活动块4可左右平移地设置在所述X轴平移轨道3上，所述Y轴平移轨道5设置在所述第一活动块4上，所述第二活动块6可前后平移地设置在所述Y轴平移轨道5上；所述第三活动杆8通过所述Z轴平移轨道7可上下平移地设置在所述第二活动块6上，所述测量探头2设置在所述第三活动杆8的端部。
本实施例通过测量探头2的上下左右前后平移获取被测物体的空间点位置，根据这些点的空间坐标值，计算求出被测物体的几何尺寸，形状和位置，完成对所测得点群的分析拟合，还原出被测的几何元素，并在此基础上计算其与理论值之间的偏差，完成对被测零件的检验工作；采用此结构对产品的外观及尺寸进行检测，可有效地提高产品的检测精度，保证产品质量。
优点为：采用此结构对产品的外观及尺寸进行检测，可有效地提高产品的检测精度，保证产品质量。
优选地，在上述实施例的基础上提供一个优选方案，所述装置本体采用桥式动梁结构，所述桥式动梁结构包括左右对称的两个支撑架9，所述两个支撑架9的中间可移动地设置有横梁，所述横梁包括所述第一活动块4，所述工作台1位于横梁的下方，所述工作台1的底部设置有底座，所述底座内设置有电控箱，且所述电控箱与所述底座为一体式结构。
支撑架9将整个测量组件设置在工作台1的上方，横梁即为第一活动块4，可在工作平台的上方移动，方便对产品进行检测；另外，将电控箱与底座设置成一体式结构，这样可以方便整个设备运输，避免出现装置与电控箱分开运输的问题。
具体地，对上述实施例进行具体结构描述，所述支撑架9上设置有X轴驱动端，X轴驱动端带动所述第一活动块4左右平移，且所述X轴驱动端为双电机中心驱动结构，在两个所述支撑架9上都设置有所述X轴驱动端；所述第一活动块4上设置有Y轴驱动端，所述Y轴驱动端带动所述第二活动块6前后平移；所述第二活动块6上设置有Z轴驱动端，所述Z轴驱动端带动所述第三活动杆8上下平移。
第一活动块4、第二活动块6以及第三活动杆8的移动分别通过X轴驱动端、Y轴驱动端和Z轴驱动端驱动来实现；另外，X轴驱动端为双电机中心驱动结构，即在两个对称的支撑架9上都设置相应的驱动电机10，且它们的受力点都在中心位置，如图7所示，为中心驱动原理图，并对受力点进行了标注。
具体地，对上述实施例进行具体结构描述，所述X轴驱动端、所述Y轴驱动端以及所述Z轴驱动端的结构相同，都包括驱动电机10、第一带传动装置11以及第二带传动装置12，所述驱动电机10通过所述第一带传动装置11与所述第二带传动装置12连接，所述第一活动块4、所述第二活动块6以及第三活动杆8都分别与其各自对应驱动端上的第二带传动装置12连接。
驱动电机10通过第一带传动装置11再带动第二带传动装置12，而第二带传动装置12的传动带运动可带动与其分别对应的第一活动块4、第二活动块6以及第三活动杆8运动。
具体地，对上述实施例进行具体结构描述，如图3～图5所示，所述第一带传动装置11包括第一主动轮、第一从动轮以及第一同步带，所述第二带传动装置12包括第二主动轮、第二从动轮以及第二同步带，所述第一主动轮与所述驱动电机10同轴连接，所述第一主动轮通过所述第一同步带与所述第一从动轮连接，所述第一从动轮与所述第二主动轮同轴连接且同步转动，所述第二主动轮通过第二同步带与所述第二从动轮连接，所述第一活动块4、所述第二活动块6以及第三活动杆8都分别与其各自对应驱动端上的第二同步带固定连接。
X轴驱动端、所述Y轴驱动端以及所述Z轴驱动端的原理为：驱动电机10转动带动第一主动轮转动，第一主动轮通过第一传动带带动第一从动轮转动，而第一从动轮又与第二主动轮同轴连接，所以第二主动轮的转动会使整个第二带传动装置12工作，而所述第一活动块4、所述第二活动块6以及第三活动杆8都分别与其各自对应驱动端上的第二同步带固定连接，通过第二同步带带动活动块、活动杆往复直线运动。
优选地，在上述实施例的基础上提供一个优选方案，如图6所示，所述第一活动块4和所述第二活动块6都采用封闭箱体结构，其中间内部镂空，四周环绕围成封闭箱体结构；所述第二活动块6的内侧箱壁上设置有导向卡块14，所述Z轴平移轨道7与所述导向卡块14形成卡扣配合，所述第三活动杆8竖直***并穿过所述第二活动块6的封闭箱体，且所述Z轴平移轨道7固定安装在所述第三活动杆8上。
箱中箱结构13(box-in-box)设计，使第三活动杆8的杆体从内框部位***，并使导向卡块14和Z轴平移轨道7配合，让第三活动杆8相对于第二活动块6上下平移，而将第一活动块4和第二活动块6都设置成封闭的箱体，这样可以有效地保护整个活动杆，使其不存在受力弯曲变形的情况。
优选地，在上述实施例的基础上提供一个优选方案，所述驱动电机10为伺服电机，且所述装置本体上还设置有若干个分别与X轴平移轨道3、Y轴平移轨道5以及Z轴平移轨道7对应的光栅尺15。
采用伺服电机+光栅尺15的全闭环控制方式，伺服电机精确控制第一活动块4、第二活动块6以及第三活动杆8的移动量，而光栅尺15可以对第一活动块4、第二活动块6以及第三活动杆8进行实时运动位置检测，从而有效地提高设备的检测精度。
优选地，所述支撑架9上设置有作用于所述第一活动块4的弹性缓冲罩16。
弹性缓冲罩16可以减缓第一活动块4的冲击力。
优选地，如图8所示，工作台1与底座之间设置有三点支撑结构17，通过三点支撑结构17可以使工作台1放置平稳，保证处于水平状态，可有效地避免放置在工作台1上的被测产品因工作台1倾斜而导致测量出现误差的情况。
本发明的另一实施例提供一种用于三次元测量机构的使用方法，所述使用方法是先将被测物体放置在所述工作台1，然后测量探头2在三轴平移机构的作用下在X轴、Y轴以及Z轴的三维空间内移动调节位置，所述测量探头22获取被测物体离散的空间点位置，根据这些点的空间坐标值，计算求出被测物体的几何尺寸，形状和位置，完成对所测得点群的分析拟合，最终还原出被测的几何元素，并在此基础上计算其与理论值之间的偏差，从而完成对被测零件的检验工作。
以上实施方式只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人了解本发明的内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所做的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。
Claims (9)
1.一种三次元测量机构，包括装置本体，其特征在于：所述装置本体包括：
工作台，被测物体放置在所述工作台上；
测量组件，与所述工作台对应设置，对工作台上的被测物体进行三次元测量；其中，所述测量组件包括：
测量探头，作用于所述工作台上的被测物体；
三轴平移机构，作用于所述测量探头，带动所述测量探头在X轴、Y轴以及Z轴的三维空间内移动调节位置；
所述三轴平移机构包括X轴平移端、Y轴平移端以及Z轴平移端，其中，
所述X轴平移端包括X轴平移轨道和第一活动块；
所述Y轴平移端包括Y轴平移轨道和第二活动块；
所述Z轴平移端包括Z轴平移轨道和第三活动杆；
所述第一活动块可左右平移地设置在所述X轴平移轨道上，所述Y轴平移轨道设置在所述第一活动块上，所述第二活动块可前后平移地设置在所述Y轴平移轨道上；所述第三活动杆通过所述Z轴平移轨道可上下平移地设置在所述第二活动块上，所述测量探头设置在所述第三活动杆的端部。
2.根据权利要求1所述的三次元测量机构，其特征在于：所述装置本体采用桥式动梁结构，所述桥式动梁结构包括左右对称的两个支撑架，所述两个支撑架的中间可移动地设置有横梁，所述横梁包括所述第一活动块，所述工作台位于横梁的下方，所述工作台的底部设置有底座，所述底座内设置有电控箱，且所述电控箱与所述底座为一体式结构。
3.根据权利要求2所述的三次元测量机构，其特征在于：所述支撑架上设置有X轴驱动端，X轴驱动端带动所述第一活动块左右平移，且所述X轴驱动端为双电机中心驱动结构，在两个所述支撑架上都设置有所述X轴驱动端；所述第一活动块上设置有Y轴驱动端，所述Y轴驱动端带动所述第二活动块前后平移；所述第二活动块上设置有Z轴驱动端，所述Z轴驱动端带动所述第三活动杆上下平移。
4.根据权利要求3所述的三次元测量机构，其特征在于：所述X轴驱动端、所述Y轴驱动端以及所述Z轴驱动端的结构相同，都包括驱动电机、第一带传动装置以及第二带传动装置，所述驱动电机通过所述第一带传动装置与所述第二带传动装置连接，所述第一活动块、所述第二活动块以及第三活动杆都分别与其各自对应驱动端上的第二带传动装置连接。
5.根据权利要求4所述的三次元测量机构，其特征在于：所述第一带传动装置包括第一主动轮、第一从动轮以及第一同步带，所述第二带传动装置包括第二主动轮、第二从动轮以及第二同步带，所述第一主动轮与所述驱动电机同轴连接，所述第一主动轮通过所述第一同步带与所述第一从动轮连接，所述第一从动轮与所述第二主动轮同轴连接且同步转动，所述第二主动轮通过第二同步带与所述第二从动轮连接，所述第一活动块、所述第二活动块以及第三活动杆都分别与其各自对应驱动端上的第二同步带固定连接。
6.根据权利要求1所述的三次元测量机构，其特征在于：所述第一活动块和所述第二活动块都采用封闭箱体结构，其中间内部镂空，四周环绕围成封闭箱体结构；所述第二活动块的内侧箱壁上设置有导向卡块，所述Z轴平移轨道与所述导向卡块形成卡扣配合，所述第三活动杆竖直***并穿过所述第二活动块的封闭箱体，且所述Z轴平移轨道固定安装在所述第三活动杆上。
7.根据权利要求1所述的三次元测量机构，其特征在于：所述驱动电机为伺服电机，且所述装置本体上还设置有若干个分别与X轴平移轨道、Y轴平移轨道以及Z轴平移轨道对应的光栅尺。
8.根据权利要求2所述的三次元测量机构，其特征在于：所述支撑架上设置有作用于所述第一活动块的弹性缓冲罩。
9.一种用于上述权利要求1～8中任一一项三次元测量机构的使用方法，其特征在于：所述使用方法是先将被测物体放置在所述工作台，然后测量探头在三轴平移机构的作用下在X轴、Y轴以及Z轴的三维空间内移动调节位置，所述测量探头获取被测物体离散的空间点位置，根据这些点的空间坐标值，计算求出被测物体的几何尺寸，形状和位置，完成对所测得点群的分析拟合，最终还原出被测的几何元素，并在此基础上计算其与理论值之间的偏差，从而完成对被测零件的检验工作。
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