一種基於雷射反射測量的自動準直系統及自動對準平臺的製作方法

2023-06-12 11:57:31 1

一種基於雷射反射測量的自動準直系統及自動對準平臺的製作方法
【專利摘要】本實用新型公開了基於雷射反射測量的自動準直系統及自動對準平臺。該自動對準平臺包括底板、用於放置待測工件的工作板、用於緊固底板與工作板的彈簧拉緊機構、設置於底板與工作板之間的用於調整工作板上待測工件反射雷射角度的角度調整機構。該自動準直系統包括自動對準平臺、設置在自動對準平臺前方的用於形成雷射反射光點的擋光板，擋光板上設有用於供雷射通過的通孔；自動準直系統還包括設置在自動對準平臺與擋光板之間的用於採集雷射反射光點與通孔位置的圖像的攝像頭以及分別與攝像頭和自動對準平臺相連的控制器。該自動對準平臺及自動準直系統結構簡單，使得方便，其準直過程全自動無需進行人工準直，有利於節省人力成本而且提高準直效率。
【專利說明】
【技術領域】
[0001] 本實用新型涉及雷射反射測量【技術領域】，尤其涉及一種基於雷射反射測量的自動 準直系統及自動對準平臺。 一種基於雷射反射測量的自動準直系統及自動對準平臺

【背景技術】
[0002] 雷射反射測量廣泛用於各種測試系統中，如都卜勒雷射測振儀，雷射幹涉測量系 統等。現有的雷射測試系統（如都卜勒雷射測振儀）使用時需要對雷射進行準直，使得激 光在測量件表面反射後原理返回雷射頭，以達到雷射測試的目的。現有的雷射反射測試系 統中通常使用人工進行雷射準直，成本高、效率低，在需要大批量生產的零部件的測試（如 硬碟頭等）中極為不便，容易出現人為因素導致產品質量參差不齊。現有技術中公開的電 動準直系統為半自動準直系統，需要使用多個自由度（如4個電機）進行電動準直，其測量 過程中雷射對準工件的過程難以實現自動對準，需要人為進行二次微調，影響整個電動準 直系統的測量效率。 實用新型內容
[0003] 本實用新型要解決的技術問題在於，針對現有技術的缺陷，提供一種基於雷射反 射測量的自動準直系統及自動對準平臺。
[0004] 本實用新型解決其技術問題所採用的技術方案是：一種基於雷射反射測量的自動 對準平臺，包括底板、用於放置待測工件的工作板、用於緊固所述底板與所述工作板的彈簧 拉緊機構、設置於所述底板與所述工作板之間的用於調整所述工作板上待測工件反射雷射 角度的角度調整機構。
[0005] 優選地，所述角度調整機構包括與所述工作板牴觸的用於支撐所述工作板的鋼珠 約束機構、與所述鋼珠約束機構配合用於調整所述工作板上待測工件反射雷射水平方向角 度的水平角度調整機構、以及與所述鋼珠約束機構配合的用於調整所述工作板上待測工件 反射雷射堅直方向角度的堅直角度調整機構。
[0006] 優選地，所述鋼珠約束機構包括設置在鋼珠支承組件上的全自由轉動鋼珠、設置 在所述水平角度調整機構上的半約束鋼珠、以及設置在所述堅直角度調整機構上的全約束 轉動鋼珠；所述全自由轉動鋼珠、半約束鋼珠和全約束轉動鋼珠均與所述工作板牴觸。
[0007] 優選地，所述鋼珠支承組件包括設置在所述底板上的支撐柱以及固定在所述支撐 柱上三個固定鋼珠，所述三個固定鋼珠呈三角方位設置，所述全自由轉動鋼珠放置在所述 三個固定鋼珠上。
[0008] 優選地，所述水平角度調整機構包括設置在所述底板上沿X軸方向設置的第一滑 軌、設置在所述第一滑軌上與所述第一滑軌配合的第一滑塊、用於控制所述第一滑塊沿所 述第一滑軌移動的第一驅動組件以及設置在所述第一滑塊上的用於控制所述半約束鋼珠 沿Y軸方向移動的Y方向調整組件。
[0009] 所述Y方向調整組件包括固定在所述第一滑塊的沿Y軸方向平行設置的兩個滾 柱，所述半約束鋼珠放置在所述兩個滾柱上；所述第一驅動組件包括第一電機、與所述第一 電機通過第一絲杆相連的第一轉子，所述第一轉子與所述第一滑軌固定相連。
[0010] 所述堅直角度調整機構包括設置在所述底板上沿X軸方向設置的第二滑軌、設置 在所述第二滑軌上與所述第二滑軌配合的第二滑塊、用於控制所述第二滑塊沿所述第二滑 軌移動的第二驅動組件以及與所述第二滑塊相連的用於控制所述全約束轉動鋼珠沿Z軸 方向移動的Z方向調整組件。
[0011] 所述第二驅動組件包括第二電機、與所述第二電機通過第二絲杆相連的第二轉 子，所述第二轉子與所述第二滑塊相連；所述Z方向調整組件包括"U"形搖杆支座、設置在 所述搖杆支座上的旋轉軸、設置於所述旋轉軸上並繞所述旋轉軸轉動的搖杆、與所述第二 轉子相連的用於推動所述搖杆繞所述旋轉軸轉動的圓頭頂銷；所述搖杆包括呈"L"形設置 的第一搖杆部分和第二搖杆部分，所述第一搖杆部分與所述圓頭頂銷接觸，所述第二搖杆 部分呈"L"形設置，所述第二搖杆部分遠離所述第一搖杆部分的一端上固定設置有所述全 約束轉動鋼珠。
[0012] 優選地，所述彈簧拉緊機構包括設置在所述全自由轉動鋼珠周邊呈三角方位設置 的三根第一拉簧、相對設置所述半約束鋼珠兩側的二根第二拉簧和設置在所述全約束轉動 鋼珠一側的一根第三拉簧。
[0013] 本實用新型還提供一種雷射反射測量的自動準直系統，包括前述自動對準平臺、 設置在所述自動對準平臺前方的用於形成雷射反射光點的擋光板，所述擋光板上設有用於 供雷射通過的通孔；所述自動準直系統還包括設置在所述自動對準平臺與所述擋光板之間 的用於採集所述雷射反射光點與通孔位置的圖像的攝像頭、以及分別與所述攝像頭和所述 自動對準平臺相連的控制器；所述控制器根據所述攝像頭採集的雷射反射光點與通孔位置 的圖像控制自動對準平臺進行角度調整以使所述雷射反射光點與通孔位置重合。
[0014] 本實用新型與現有技術相比具有如下優點：本實用新型提供的自動對準平臺利用 設置在底板與工作板之間的用於調整工作板上待測工件反射雷射角度的角度調整機構，調 整工作板上待測工件雷射反射角度以達到自動準直的目的，該自動對準平臺結構簡單，使 得方便，其準直過程全自動無需進行人工準直，有利於節省人力成本而且提高準直效率。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015] 下面將結合附圖及實施例對本實用新型作進一步說明，附圖中：
[0016] 圖1是本實用新型一實施例中自動對準平臺的結構示意圖。
[0017] 圖2是本實用新型一實施例中自動對準平臺的局部結構示意圖。
[0018] 圖3是圖2的俯視圖。
[0019]圖4是本實用新型一實施例中自動準直系統的結構示意圖。
[0020] 圖中：1、自動對準平臺；10、底板；11、工作板；12、遮光板；13、彈簧拉緊機構； 130、第一拉簧；131、第二拉簧；132、第三拉簧；14、鋼珠約束機構；140、全自由轉動鋼珠； 141、半約束鋼珠；142、全約束轉動鋼珠；143、鋼珠支承組件；1430、支撐柱；1431、固定鋼 珠；15、水平角度調整機構；150、第一滑軌；151、第一滑塊；152、第一驅動組件；1520、第一 電機；1521、第一絲杆；1522、第一轉子；153、Y方向調整組件；1530、滾柱；16、堅直角度調 整機構；160、第二滑軌；161、第二滑塊；162、第二驅動組件；1620、第二電機；1621、第二 絲杆；1622、第二轉子；163、Z方向調整組件；1630、搖杆支座；1631、旋轉軸；1632、搖杆； 1633、圓頭頂銷；2、擋光板；20、通孔；3、攝像頭；4、待測工件；5、工裝夾具。

【具體實施方式】
[0021] 為了對本實用新型的技術特徵、目的和效果有更加清楚的理解，現對照附圖詳細 說明本實用新型的【具體實施方式】。
[0022] 圖1?圖3示出本實用新型一實施例中的基於雷射反射測量的自動對準平臺1。 該自動對準平臺1包括底板10、用於放置待測工件4的工作板11、用於緊固底板10與工作 板11的彈簧拉緊機構13、設置於底板10與工作板11之間的用於調整工作板11上待測工 件4反射雷射角度的角度調整機構。如圖4所示，待測工件4通過工裝夾具5固定在工作 板11上，以避免角度調整機構工作時，導致待測工件4從工作板11上脫落。
[0023] 如圖2、圖3所示，角度調整機構包括與工作板11牴觸的用於支撐工作板11的鋼 珠約束機構14、與鋼珠約束機構14配合的用於調整工作板11上待測工件4反射雷射水平 方向角度的水平角度調整機構15、以及與鋼珠約束機構14配合的用於調整工作板11上待 測工件4反射雷射堅直方向角度的堅直角度調整機構16,通過水平角度調整機構15和堅直 角度調整機構16相互配合，以實現工作板11上待測工件4反射雷射全多方位角度調整，進 而達到雷射測量自動準直。
[0024] 鋼珠約束機構14包括設置在鋼珠支承組件143上的全自由轉動鋼珠140、設置在 水平角度調整機構15上的半約束鋼珠141、以及設置在堅直角度調整機構16上的全約束 轉動鋼珠142 ;全自由轉動鋼珠140、半約束鋼珠141和全約束轉動鋼珠142均與工作板11 牴觸。
[0025] 具體地，鋼珠支承組件143包括設置在底板10上的支撐柱1430以及固定在支撐 柱1430上三個固定鋼珠1431，三個固定鋼珠1431呈三角方位設置，全自由轉動鋼珠140放 置在三個固定鋼珠1431上，採用三個固定鋼珠1431支撐限制全自由轉動鋼珠140在X軸、 Y軸方向的移動，再由工作板11通過彈簧拉緊機構13在Z軸方向的拉緊力限制全自由轉動 鋼珠140在Z軸方向的移動，工作板11上設有一個90°的錐形沉孔與全自由轉動鋼珠140 配合，以實現全方位自由轉動，使得整個工作板11可圍繞全自由轉動鋼珠140轉動。
[0026] 具體地，水平角度調整機構15包括設置在底板10上沿X軸方向設置的第一滑軌 150、設置在第一滑軌150上與第一滑軌150配合的第一滑塊151、用於控制第一滑塊151沿 第一滑軌150移動的第一驅動組件152以及設置在第一滑塊151上的用於控制半約束鋼珠 141沿Y軸方向移動的Y方向調整組件153。進一步地，第一驅動組件152包括用於提供驅 動力的第一電機1520、與第一電機1520通過第一絲杆1521相連的第一轉子1522,第一轉 子1522與第一滑軌150固定相連，以帶動第一滑塊151沿第一滑軌150方向（即X軸方向） 移動。具體地，Y方向調整組件153包括固定在第一滑塊151的沿Y軸方向平行設置的兩 個滾柱1530,半約束鋼珠141放置在兩個滾柱1530上。具體地，半約束鋼珠141為約束其 在Y軸方向移動的鋼珠，在工作板11與半約束鋼珠141接觸處設有一個90°的錐形沉孔， 以限制半約束鋼珠141的位置。可以理解的，放置在兩個滾柱1530上的半約束鋼珠141可 以在第一滑塊151沿X軸方向移動的同時沿Y軸方向移動，以調整全自由轉動鋼珠140與 半約束鋼珠141之間的距離，使工作板11繞Z軸轉動。
[0027] 水平解調調整機構工作時，第一電機1520驅動第一滑塊151沿第一滑軌150移 動，第一滑塊151帶動放置在第一滑塊151兩個滾柱1530上的半約束鋼珠141，使得工作 板11繞全自由轉動鋼珠140的Z軸轉動，進而調整工作板11上待測工件4反射雷射的水 平方向角度。
[0028] 堅直角度調整機構16包括設置在底板10上沿X軸方向設置的第二滑軌160、設置 在第二滑軌160上與第二滑軌160配合的第二滑塊161、用於控制第二滑塊161沿第二滑軌 160移動的第二驅動組件162以及與第二滑塊161相連的用於控制全約束轉動鋼珠142沿 Z軸方向移動的Z方向調整組件163。具體地，第二驅動組件162包括用於提供驅動力的第 二電機1620、與第二電機1620通過第二絲杆1621相連的第二轉子1622,第二轉子1622與 第二滑塊161相連，以帶動第二滑塊161沿第二滑軌160方向（即X軸方向）移動。
[0029] Z方向調整組件163包括"U"形搖杆支座1630、設置在搖杆支座1630上的旋轉軸 1631、設置於旋轉軸1631上並繞旋轉軸1631轉動的搖杆1632、與第二轉子1622相連的用 於推動搖杆1632繞旋轉軸1631轉動的圓頭頂銷1633。搖杆1632包括呈"L"形設置的第 一搖杆部分和第二搖杆部分，第一搖杆部分與圓頭頂銷1633接觸，第二搖杆部分呈"L"形 設置，第二搖杆部分遠離第一搖杆部分的一端上固定設置有全約束轉動鋼珠142。具體地， 全約束轉動鋼珠142固定在第二搖杆部分的一端並與工作板11接觸，不能自由轉動，但在 圓頭頂銷1633推動第一搖杆部分沿X軸方向移動時，帶動第二搖杆部分繞旋轉軸1631轉 動，使得第二搖杆部分上的全約束轉動鋼珠142在Z軸方向上發生位移，使工作板11繞Y 軸（即全自由轉動鋼珠140和半約束鋼珠141之間連線）轉動。
[0030] 堅直角度調整機構16工作時，第二電機1620驅動第二滑塊161沿第二滑軌160 移動，與第二轉子1622相連的圓頭頂銷1633推動搖杆1632的第一搖杆部分使其繞旋轉軸 1631轉動，進而使得固定在第二搖杆部分上的全約束轉動鋼珠142在Z軸方向上發生位移， 使工作板11繞Y軸轉動，以調整工作板11上待測工件4反射雷射的堅直方向角度。
[0031] 具體地，彈簧拉緊機構13設置在底板10與工作板11之間，用於使底板10與工作 板11保持拉緊狀態，使兩板不分離。具體地，彈簧拉緊機構13包括設置在全自由轉動鋼珠 140周邊呈三角方位設置的三根第一拉簧130、相對設置半約束鋼珠141兩側的二根第二拉 簧131和設置在全約束轉動鋼珠142 -側的一根第三拉簧132。具體地，三根第一拉簧130 設置在底板10與工作板11之間呈三角方位設置，可使底板10與工作板11保持拉緊狀態， 避免工作板11繞全自由轉動鋼珠140轉動時脫落；而且三根第一拉簧130設置在全自由轉 動鋼珠140周邊呈三角方位設置，可實現全方向多角度轉動時，有效減少第一拉簧130各方 向形變量並壓緊全自由轉動鋼珠140。二根第二拉簧131設置在在第一滑塊151與工作板 11之間且相對設置在兩個滾柱1530兩側，以避免半約束鋼珠141工作時工作板11脫落，而 且可實現半約束鋼珠141在Y軸方向移動時，減少第二拉簧131的形變量。第三拉簧132 設置在底板10與工作板11之間，用於避免工作板11脫落，而且第三拉簧132可與Z方向 調整組件163配合，利用第三拉簧132的拉緊力以使全約束轉動鋼珠142在Z軸方向上發 生位移，使工作板11繞Y軸（即全自由轉動鋼珠140和半約束鋼珠141之間連線）轉動。
[0032] 本實施例中工作板11上待測工件4後方還設置有用於遮擋雷射的遮光板12,避免 雷射沒有照射到待測工件4並由待測工件4反射的情況下，雷射直射至待測工件4後方而 可能對人體尤其是人眼睛造成嚴重傷害等情況發生。可以理解地，遮光板12不能對雷射進 行反射，以避免其反射光線與待測工件4上的反射光線混淆，避免待測工件4的自動準直效 率。
[0033] 本實施例所提供的自動對準平臺1利用設置在底板10與工作板11之間的用於調 整工作板11上待測工件4反射雷射角度的角度調整機構，調整雷射反射角度以達到自動準 直的目的，該自動對準平臺1結構簡單，使得方便，其準直過程全自動無需進行人工準直， 有利於節省人力成本而且提高準直效率。
[0034] 圖3示出本實用新型一實施例中的雷射反射測量的自動準直系統。該自動準直系 統包括前述的自動對準平臺1、設置在自動對準平臺1前方的的擋光板2、設置於自動對準 平臺1與擋光板2之間的攝像頭3、分別與攝像頭3和自動對準平臺1相連的控制器。擋光 板2用於形成雷射反射光點，其上設有用於供雷射通過的通孔20,雷射從擋光板2上的通 孔20通過經自動對準平臺1上的待測工件4的反射在擋光板2上形成雷射反射光點。攝 像頭3用於採集雷射反射光點與通孔20位置的圖像，若雷射反射光點與通孔20位置的圖 像中雷射反射光點與通孔20位置重合，則雷射在待測工件4上的入射角與反射角重合，以 達到準直目的。控制器根據攝像頭3採集的雷射反射光點與通孔20位置的圖像控制自動 對準平臺1進行角度調整以使雷射反射光點與通孔20位置重合。
[0035] 該自動準直系統工作時，將待測工件4通過工裝夾具5固定在自動對準平臺1上， 雷射通過擋光板2上的通孔20入射到自動對準平臺1上的待測工件4上，待測工件4將激 光反射到擋光板2上形成雷射反射光點；攝像頭3採集雷射反射光點與通孔20位置的圖像 並將其發送至控制器，控制器對攝像頭3採集的雷射反射光點與通孔20位置的圖像進行處 理後控制自動對準平臺1中的角度調整機構對待測工件4上的雷射反射角度進行調整，使 得雷射在待測工件4上的入射角與反射角重合（即再次採集到的雷射反射光點與通孔20 位置的圖像中雷射反射光點與通孔20位置重合），以實現自動準直的目的。該自動準直系 統的準直過程全自動無需進行人工準直，有利於節省人力成本而且提高準直效率。
[0036] 本實用新型是通過一個具體實施例進行說明的，本領域技術人員應當明白，在不 脫離本實用新型範圍的情況下，還可以對本實用新型進行各種變換和等同替代。另外，針對 特定情形或具體情況，可以對本實用新型做各種修改，而不脫離本實用新型的範圍。因此， 本實用新型不局限於所公開的具體實施例，而應當包括落入本實用新型權利要求範圍內的 全部實施方式。
【權利要求】
1. 一種基於雷射反射測量的自動對準平臺，其特徵在於：包括底板（10)、用於放置待 測工件（4)的工作板（11)、用於緊固所述底板（10)與所述工作板（11)的彈簧拉緊機構 (13)、設置於所述底板（10)與所述工作板（11)之間的用於調整所述工作板（11)上待測工 件（4)反射雷射角度的角度調整機構。
2. 根據權利要求1所述的基於雷射反射測量的自動對準平臺，其特徵在於：所述角度 調整機構包括與所述工作板（11)牴觸的用於支撐所述工作板（11)的鋼珠約束機構（14)、 與所述鋼珠約束機構（14)配合用於調整工作板（11)上待測工件（4)反射雷射水平方向角 度的水平角度調整機構（15)、以及與所述鋼珠約束機構（14)配合的用於調整工作板（11) 上待測工件（4)反射雷射堅直方向角度的堅直角度調整機構（16)。
3. 根據權利要求2所述的基於雷射反射測量的自動對準平臺，其特徵在於：所述鋼珠 約束機構（14)包括設置在鋼珠支承組件（143)上的全自由轉動鋼珠（140)、設置在所述水 平角度調整機構（15)上的半約束鋼珠（141 )、以及設置在所述堅直角度調整機構（16)上的 全約束轉動鋼珠（142);所述全自由轉動鋼珠（140)、半約束鋼珠（141)和全約束轉動鋼珠 (142)均與所述工作板（11)牴觸。
4. 根據權利要求3所述的基於雷射反射測量的自動對準平臺，其特徵在於：所述鋼 珠支承組件（143)包括設置在所述底板（10)上的支撐柱（1430)以及固定在所述支撐柱 (1430)上三個固定鋼珠（1431 )，所述三個固定鋼珠（1431)呈三角方位設置，所述全自由轉 動鋼珠（140)放置在所述三個固定鋼珠（1431)上。
5. 根據權利要求3所述的基於雷射反射測量的自動對準平臺，其特徵在於：所述水平 角度調整機構（15)包括設置在所述底板（10)上沿X軸方向設置的第一滑軌（150)、設置在 所述第一滑軌（150)上與所述第一滑軌（150)配合的第一滑塊（151 )、用於控制所述第一滑 塊（151)沿所述第一滑軌（150)移動的第一驅動組件（152)以及設置在所述第一滑塊（151) 上的用於控制所述半約束鋼珠（141)沿Y軸方向移動的Y方向調整組件（153)。
6. 根據權利要求5所述的基於雷射反射測量的自動對準平臺，其特徵在於：所述Y 方向調整組件（153)包括固定在所述第一滑塊（151)的沿Y軸方向平行設置的兩個滾柱 (1530)，所述半約束鋼珠（141)放置在所述兩個滾柱（1530)上；所述第一驅動組件（152)包 括第一電機（1520)、與所述第一電機（1520)通過第一絲杆（1521)相連的第一轉子（1522)， 所述第一轉子（1522)與所述第一滑軌（150)固定相連。
7. 根據權利要求3所述的基於雷射反射測量的自動對準平臺，其特徵在於：所述堅直 角度調整機構（16)包括設置在所述底板（10)上沿X軸方向設置的第二滑軌（160)、設置在 所述第二滑軌（160)上與所述第二滑軌（160)配合的第二滑塊（161 )、用於控制所述第二滑 塊（161)沿所述第二滑軌（160)移動的第二驅動組件（162)以及與所述第二滑塊（161)相 連的用於控制所述全約束轉動鋼珠（142)沿Z軸方向移動的Z方向調整組件（163)。
8. 根據權利要求7所述的基於雷射反射測量的自動對準平臺，其特徵在於：所述第二 驅動組件（162)包括第二電機（1620)、與所述第二電機（1620)通過第二絲杆（1621)相連的 第二轉子（1622)，所述第二轉子（1622)與所述第二滑塊（161)相連；所述Z方向調整組件 (163)包括"U"形搖杆支座（1630)、設置在所述搖杆支座（1630)上的旋轉軸（1631)、設置於 所述旋轉軸（1631)上並繞所述旋轉軸（1631)轉動的搖杆（1632)、與所述第二轉子（1622) 相連的用於推動所述搖杆（1632)繞所述旋轉軸（1631)轉動的圓頭頂銷（1633);所述搖杆 (1632)包括呈"L"形設置的第一搖杆部分和第二搖杆部分，所述第一搖杆部分與所述圓頭 頂銷（1633)接觸，所述第二搖杆部分呈"L"形設置，所述第二搖杆部分遠離所述第一搖杆 部分的一端上固定設置有所述全約束轉動鋼珠（142)。
9. 根據權利要求3?8任一項所述的基於雷射反射測量的自動對準平臺，其特徵在於： 所述彈簧拉緊機構（13)包括設置在所述全自由轉動鋼珠（140)周邊呈三角方位設置的三 根第一拉簧（130)、相對設置所述半約束鋼珠（141)兩側的二根第二拉簧（131)和設置在所 述全約束轉動鋼珠（142)-側的一根第三拉簧（132)。
10. -種雷射反射測量的自動準直系統，其特徵在於：包括權利要求1-9所述的自動對 準平臺（1)、設置在所述自動對準平臺（1)前方的用於形成雷射反射光點的擋光板（2)，所 述擋光板（2)上設有用於供雷射通過的通孔（20);所述自動準直系統還包括設置在所述自 動對準平臺（1)與所述擋光板（2)之間的用於採集所述雷射反射光點與通孔（20)位置的圖 像的攝像頭（3)、以及分別與所述攝像頭（3)和所述自動對準平臺（1)相連的控制器；所述 控制器根據所述攝像頭（3)採集的雷射反射光點與通孔（20)位置的圖像控制自動對準平 臺（1)進行角度調整以使所述雷射反射光點與通孔（20)位置重合。
【文檔編號】G05D3/12GK203882200SQ201420283161
【公開日】2014年10月15日 申請日期:2014年5月29日 優先權日:2014年5月29日
【發明者】張曉波, 蔡金傑, 何彩英, 陸鋒 申請人:深圳長城開發科技股份有限公司