CN204255308U - 一种大面积物体平面度检测装置 - Google Patents
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Abstract
提供一种大面积物体平面度检测装置，包括基座(1)、液压装置(2)、工作台(4)、防尘罩(5)、竖直状支撑板(6)和位于防尘罩(5)内的测量机构。测量机构包括杆状支撑架(9)、光栅支架(16)、光栅(7)、位移台(8)、滑块(12)和载荷支架(15)，载荷支架(15)上装载有可水平移动的CCD相机(14)和光源(10)，CCD相机(14)的光心和光源(10)位于同一水平面内，CCD相机(14)和光源(10)分别面向光栅(7)摄像和发光，控制装置与位移台(8)相连并控制其上下移动。本实用新型的大面积物体平面度检测装置能快速精确地测量一个大平面的三维形貌，且成本低廉、操作简单。
Description
技术领域
本实用新型技术涉及光学检测领域，具体涉及一种快速精确测量大面积物体平面度的非接触式装置，特别是一种基于阴影摩尔技术的全场测量装置。
背景技术
目前，广泛应用的平面度检测方法是在待检测物体表面上采一定数量的样点，测量这些样点的高度值，然后利用特定的公式计算，将计算结果用来表征一个面的平面度。这种测量方法，由于要逐点测量，当选取的测量样点少时，不能精确的反映一个表面的平面度。而采得的测量的样点多时，势必影响检测速度。市面上也有一些采用其他方法的全场测量仪器，但价格昂贵，且测量面积小，限制了其在工业检测的应用。
实用新型内容
本实用新型的目的在于克服上述现有设备的缺点。为了实现大面积物体测量精度和测量速度的结合，本实用新型提供了一种新型的平面度检测装置。该装置可以应用于手机面板、笔记本电脑面板、平板电脑面板等大面积面板的平面度测量，不仅能精确的反映大面积面板的三维形貌，而且测量速度快，价格低廉，操作简单，占地面积小，不损伤工件表面，对工作环境要求不高，能够满足大规模流水线生产在线检测的要求。
本实用新型的大面积物体平面度检测装置，包括
基座1，起到稳定支撑作用，其上下表面水平方向相互平行；
液压装置2，其被稳定支承在基座1上，其上下表面水平方向相互平行；
工作台4，其位于液压装置2上，受到液压装置2的控制而上下移动，其上下表面水平方向相互平行；
防尘罩5，其为箱体，下部开放，为便于安装，其后面与杆状支撑架9接触的地方开有缺口；
竖直状支撑板6，位于基座1上，液压装置2、工作台4和防尘罩5的后侧，并分别与基座1、液压装置2和防尘罩5固定连接；
其特征在于，还包括整***于防尘罩5内的测量机构，测量机构包括
杆状支撑架9，其被竖直固定在支撑板6的前侧；
其余组件自下而上依次为
光栅支架16，其水平安装，与位移台8固定连接；
光栅7，其水平安装于光栅支架16上；
位移台8，其与杆状支撑架9固定连接，与光栅支架16固定连接，用于控制光栅7上下移动；
滑块12，其能够沿着支撑架9上下滑动；
载荷支架(15)，其与滑块12固定连接，其上装载有可水平移动的CCD相机14和光源10，其中CCD相机14面向光栅7摄像，光源10面向光栅7发光，并且CCD相机的光心14和光源10位于同一水平面内；
控制装置，其与位移台8相连并控制其上下移动。
在本实用新型的一个实施例中，载荷支架(15)为一个水平放置的T形杆，滑块12与T形杆的后端固定连接，T形杆的前端是一段导轨，T型杆15前端的左右两个端部分别安装有第一滑块11和第二滑块13，第一滑块11和第二滑块13均可沿T形杆前端的的导轨在水平面内左右滑动，第一滑块11和第二滑块13 上分别固定安装CCD相机14和光源10。
在本实用新型的一个实施例中，位移台8采用可上下移动的步进电机；
在本实用新型的一个实施例中，本实用新型的大面积物体平面度检测装置还包括几个支撑柱3，用于支承工作台4。
在本实用新型的一个优选实施例中，本支撑柱3的数量为4个。
在本实用新型的一个实施例中，在工作台4上安装夹具，用于固定被测件。
本实用新型的大面积物体平面度检测装置能快速精确地测量一个大平面的三维形貌，且成本低廉、操作简单。
附图说明
图1示出测量原理图，图中，p代表栅距，d代表LED光源与光栅的竖直距离，h代表CCD相机的光心与LED线光源的水平距离，H代表物体表面到光栅的距离；
图2示出装置整体图，其中1.基座，2.液压升降装置，3.工作台支撑柱，4.工作台，5.防尘罩，6.竖直支撑板；
图3示出测量机构的构造图，其中7.光栅及其支架，8.位移台，9.杆状支撑架，10.LED线光源，11.LED光源定位滑块，12.滑块，13.CCD定位滑块，14.CCD相机，15.载荷支架，16.光栅支架。
具体实施方案
下面结合附图对本实用新型做进一步详细描述。
本实用新型是通过以下技术方案来实现平面度检测：如图1所示，将一光栅置于被测物体上，当用LED光源照射该光栅时，光栅在被测物体表面上投影 出明亮相间的栅线。该栅线受到被测物体表面的三维形貌调制，产生变形影栅。由于该变形影栅与参考光栅栅线的交叠作用，产生了一系列黑白相间，周期被放大的条纹，该条纹含物体表面的三维信息。利用位移台控制光栅上下移动特定的距离，可实现相移。利用CCD采集条纹图，每次相移采集一幅，相移4次，通过4幅图就可求得包裹相位。利用计算机程序解包裹相位，求得原始相位，进而通过一定的几何关系，就能求出表面的三维形貌。
图2是装置整体图，包含具有减震功能的基座1，基座1可采用图2中示出的底面、顶面是正方形的下大上小的台状，也可采用任何其他稳固底座的形状，例如正方体、长方体、圆柱等，基座1的形状应该能够稳定支撑位于其上的液压装置2。液压装置2用于控制工作台4上下移动，液压装置2通常为四方体或圆柱体形状。工作台4通常为薄四方体，具有几个支撑柱3，支撑柱3的数量通常为4个，支撑柱3支承在液压装置2上，液压装置2能通过支撑柱3控制工作台4上下移动。工作台4上可安装夹具(图中未示出)，例如定位块，或根据工件形状而制作的专用夹具，夹具用于固定工件(即被测件)的位置；当然，也可以不安装夹具。根据不同工件的厚度，通过液压装置2控制工作台4的高度。在大规模生产中，同种工件的厚度一般变化不大，一般不需要频繁调节工作台的高度，只需要确定工件的在工作台上的位置，这特别适合于平面形工件的形貌测量。工作台4上方是本装置的核心部分——测量机构，测量机构位于防尘罩5内部。防尘罩5起防尘作用，防尘罩5为箱体，下部开放，防尘罩5用于将测量机构包含在内。
上述组成部分中，除工作台4、工作台支撑柱3外，其余部分的都与竖直支撑板6固定连接。被防尘罩5限定的测量机构，其内部结构如图3所示：自下而上分别是光栅7，光栅7水平安装于光栅支架16上，其安装方法如本领域技 术人员所熟知。光栅支架16与位移台8固定连接。位移台8与计算机相连并受其控制。控制相移时，通过计算机程序给位移台中的步进电机一定数的脉冲，驱动步进电机转动，步进电机带动位移台8，从而控制光栅上下移动，实现相移。位移台通过例如螺杆的紧固装置固定于杆状支撑架9上，杆状支撑架9与支撑板6通过例如螺杆的紧固装置固定连接，其连接方式是使整个测量机构组件位于防尘罩5内。位移台上方是一个安装在杆状支撑架9上的滑块12，滑块12通过例如螺杆的紧固装置紧固在杆状支撑架9上，位置一般不动。在标定时，可以松开螺杆，上下调节滑块12的位置。滑块12上固定一水平放置的载荷支架15，滑块12与T形杆15的后端固定连接，T形杆15的前端是一段导轨，T形杆15所处的平面与光栅7所处的平面平行。T形杆15前端的左右两个端部分别安装有第一滑块11和第二滑块13，第一滑块11和第二滑块13均可沿T形杆前端的的导轨左右滑动(但显然都不会超过载荷支架15中部)，同滑块12一样，标定完成后通过例如螺杆的紧固装置将第一滑块11和第二滑块13分别紧固在T形杆15前端的左右端部。左端的第二滑块13上通过例如螺杆的紧固装置固定安装CCD相机14，CCD相机14竖直安装，镜头面对光栅7，松动螺杆后CCD相机14的位置可上下轻微移动，以进行微调。右端的第一滑块11下方(即面对光栅7侧)固定水平安装LED线光源10，面向光栅7发光。LED线光源10和CCD相机14的光心位于同一水平面内。CCD相机14和LED线光源10均与相应的电源接通，CCD相机14的输出端与计算机相连。当计算机控制相移并使CCD相机14采得4幅相位图后，可以求出工件表面的三维形貌。根据不同的平面度表征方法，结合相应的计算公式，可以求出工件平面度。
紧固装置不限于螺杆，而是可以采用本领域技术人员熟知的装置，例如螺钉、螺栓、定位销。
下面以测量某笔记本电脑键盘的平面度为例，说明该装置的操作。
1.首先选择合适的夹具。由于工作台为平面，并且本装置为非接触是测量，所以键盘可以直接放置在上面，只需要选择合适的限位装置，以确定键盘在水平面的位置。
2.调节工作台的高度。启动液压装置，工作台缓慢上升，同时观察计算机的图像，待屏幕上出现清晰的条纹时，停止上升。
3.图像采集。检测开始，计算机先采集一幅图像，然后给位移台的步进电机一定数目的脉冲，光栅上移一定距离，采集第二幅图像。重复执行上述步骤，直到采集完4幅图像，光栅回到起始位置。
4.平面度计算。这时计算机会显示采集的第1幅图像。拖动鼠标选择待检测的区域。选择完成后计算机就可以直接输出物体表面的三维形貌，若预先确定了平面度计算公式，可直接求出平面度。
在大规模生产中，同一种工件的批量大，不需要重复调节工作台和选择区域，每一个工件安装完成后，开始测试，通过相应的程序，图像采集完成后可自动选择测量区域，直接求出平面度，进而判断工件是否合格。
综上所述，本实用新型的优点在于：在大面积物体平面度检测中，能快速精确反映物体的平面度。同时，本装置采用非接触式测量，不会对工件表面造成任何损伤，并且结构简单，成本低，操作简单，易于实现自动化，能够适应流水线生产的在线检测。有非常广的应用前景。
Claims (6)
1.一种大面积物体平面度检测装置，包括
基座(1)，起到稳定支撑作用，其上下表面水平方向相互平行；
液压装置(2)，其被稳定支承在基座(1)上，其上下表面水平方向相互平行；
工作台(4)，其位于液压装置(2)上，受到液压装置(2)的控制而上下移动，其上下表面水平方向相互平行；
防尘罩(5)，其为箱体，下部开放，后面与杆状支撑架接触的地方开有缺口；
竖直支撑板(6)，位于基座(1)上，液压装置(2)、工作台(4)和防尘罩(5)的后侧，并分别与基座(1)、液压装置(2)和防尘罩(5)固定连接；
其特征在于，还包括整***于防尘罩(5)内的测量机构，测量机构包括杆状支撑架(9)，其被竖直固定在竖直支撑板(6)的前侧；
其余组件自下而上依次为
光栅支架(16)，其水平安装；
光栅(7)，其水平安装于光栅支架(16)上；
位移台(8)，其与杆状支撑架(9)固定连接，与光栅支架(16)固定连接，用于控制光栅(7)上下移动；
滑块(12)，其能够沿着杆状支撑架(9)上下滑动；
载荷支架(15)，其与滑块(12)固定连接，其上装载有可水平移动的CCD相机(14)和光源(10)，其中CCD相机(14)面向光栅(7)摄像，光源(10)面向光栅(7)发光，并且CCD相机的光心(14)和光源(10)位于同一水平面内；
控制装置，其与位移台(8)相连并控制其上下移动。
2.如权利要求1所述的大面积物体平面度检测装置，其中载荷支架(15)为一个水平放置的T形杆，滑块(12)与T形杆的后端固定连接，T形杆的前端是一段导轨，T型杆(15)前端的左右两个端部分别安装有第一滑块(11)和第二滑块(13)，第一滑块(11)和第二滑块(13)均可沿T形杆前端的的导轨在水平面内左右滑动，第一滑块(11)和第二滑块(13)上分别固定安装CCD相机(14)和光源(10)。
3.如权利要求1或2所述的大面积物体平面度检测装置，其中位移台(8)采用可上下移动的步进电机。
4.如权利要求1或2所述的大面积物体平面度检测装置，还包括几个支撑柱(3)，用于支承工作台(4)。
5.如权利要求4所述的大面积物体平面度检测装置，其中支撑柱(3)的数量为4个。
6.如权利要求1或2所述的大面积物体平面度检测装置，其中工作台(4)上安装夹具，用于固定被测件。
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Cited By (3)
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|---|---|---|---|---|
| CN107588744A (zh) * | 2017-09-06 | 2018-01-16 | 安徽乐金环境科技有限公司 | 圆形铁板的平面度检测*** |
| CN108732184A (zh) * | 2018-05-22 | 2018-11-02 | 丹阳市精通眼镜技术创新服务中心有限公司 | 一种树脂镜片漏膜缺陷检测的装置与方法 |
| CN110174055A (zh) * | 2019-06-11 | 2019-08-27 | 嘉兴正研智能科技有限公司 | 一种高精度平面度检测的三维视觉检测装置 |
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| CN110174055B (zh) * | 2019-06-11 | 2020-10-02 | 嘉兴正研智能科技有限公司 | 一种高精度平面度检测的三维视觉检测装置 |
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