非接觸表面微小深度自動檢測儀的製作方法

2023-07-22 18:44:56 3

專利名稱：非接觸表面微小深度自動檢測儀的製作方法
技術領域：
非接觸表面微小深度自動檢測儀技術領域[0001]本實用新型涉及一種微小深度檢測儀，尤其是一種採用光切法與數位技術相結合 的以雷射為光源的自動微小深度檢測儀。
背景技術：
[0002]隨著材料與製造技術的發展，對裝置的微小化和精密加工精度提出了越來越高的 要求，結構質量好壞直接決定了其性能高低，尋求有效的微測量手段對於產品質量的評定、 機械性能的分析和加工條件的改善都具有重要的意義，已成為國內外研究的熱點之一。在 微結構三維尺寸中，高度方向尺寸相對平面尺寸的測量較為困難。[0003]測量微小深度尺寸的儀器有很多，如體視顯微鏡、觸針式儀器、幹涉儀和9J光切 儀等。採用體視顯微鏡測量時，根據工件形狀和被測深度位置，有時需將工件切割解剖後進 行橫截面的顯微光學成像分析，屬於靜態破壞性測量。觸針式儀器測量準確度高，測試穩 定，但易劃傷被測表面，對測量環境要求高。幹涉儀是利用光的幹涉原理進行測量，具有高 的測量精度和靈敏度，但是基於該儀器結構複雜，對環境要求很高。9J光切儀是基於光切法 原理的測量儀器，但是此儀器較為笨重，不便攜帶，常用於實驗室測量，測量過程為純人工 操作，測量複雜，讀數困難。[0004]目前還沒有非接觸式小型微小深度自動檢測儀器。發明內容[0005]本實用新型所要解決的技術問題是，提供一種對物體表面微小深度進行非接觸 測量，並且操作簡單的自動檢測裝置。[0006]為達上述目的，本實用新型所採取的技術方案為[0007]非接觸表面微小深度自動檢測儀，包括檢測裝置、三維電動平臺和上位機，檢測裝 置的正下方設置三維電動平臺，三維電動平臺由平臺驅動器控制，平臺驅動器與檢測裝置 均與上位機信號連接。[0008]所述的檢測裝置包括殼體、連接杆、保護蓋、導軌槽、光源系統和視覺採集系統；所 述的光源系統由雷射光源、+3V電池盒和電源線組成；所述的視覺採集系統由組合透鏡、數 字圖像傳感器和USB傳輸線組成。[0009]弧形的導軌槽設置在殼體內，導軌槽內裝有連接杆，連接杆的一端固定有視覺採 集系統，另一端固定有雷射光源；連接杆可在導軌槽滑動，通過連接杆位置調節螺栓確定檔 位；所述的雷射光源所在的光軸與視覺採集系統所在的光軸形成90°的直角。[0010]在殼體內底部設置保護蓋，殼體上部設置有把手。[0011]本實用新型與現有技術相比具有以下優點通過+3V電池盒為雷射光源提供電 源，電源開光控制雷射光源的開閉，通過上位機控制電動平臺，將被測物調節至合適的測量 位置。通過連接杆的連接，光源系統和視覺採集系統的相對位置關係始終不變，固定為在同 一平面並相互成90°角，根據實際測量情況，光源系統和視覺採集系統的絕對位置可以調節，沿導軌槽設有三個固定檔位，連接杆上的位置調節螺栓用於將其固定在不同的已標定 位置，並可根據實際情況，調節至其他位置結合標定程序進行測量。雷射光源為本實用新型 提供所需的光線，視覺採集系統中的組合透鏡將所需採集的圖像成像於數字圖像傳感器， 數字圖像傳感器將圖像轉換為數位訊號，USB傳輸線將數字圖像傳感器的信號傳輸至圖像 處理測量軟體，圖像處理測量軟體對所得圖像進行處理和計算，從而得到所需深度信息，本 實用新型為自動測量，測量方便，測量精度高，測量檔位可調節，測量範圍大。


[0012]圖1是本實用新型的工作流程示意框圖；[0013]圖2是本實用新型的總體結構示意圖；[0014]圖3是本實用新型的主結構剖視圖；[0015]圖4是本實用新型的光路圖；[0016]圖5是本實用新型的光路原理圖；[0017]圖中1.上位機、2.儀器殼體、3.電動平臺、4.平臺驅動器、5.儀器把手、6.位 置調節螺栓、7.儀器支架、8.數據傳輸線、9.平臺控制線、10.驅動控制線、11.雷射光源、12.視覺採集系統、13.組合透鏡、14.數字圖像傳感器、15.導軌槽、16.連接杆、17.檔位 一、18.檔位二、19.檔位三、20.雷射電源、21.電源線、22.電源開關、23.保護蓋、24.雷射 光線、25.被測物體、26.微小深度、27.光帶圖像。
具體實施方式
[0018]
以下結合附圖對本實用新型作進一步說明。[0019]如圖1和圖2所示，一種表面微小深度檢測儀，包括檢測裝置、三維電動平臺和上 位機，其中檢測裝置由儀器支架7支承，檢測裝置中的雷射光源選用波長為650nm的一字 雷射器，視覺採集系統選用MDA1300數碼顯微鏡，三維電動平臺的平臺部分由電動升降臺 7SVA160、電動平移臺7STA0450A、電動平移臺7STA04200A搭建而成，驅動部分選用BQM201M 驅動器。使用時將保護蓋23打開，數據傳輸線8連接至上位機1，平臺控制線9連接電動平 臺3和平臺驅動器4，驅動器控制線10連接平臺驅動器4和上位機1，通過電源開關22將 雷射光源11打開，雷射光源11將所需雷射光線24入射至被測物體25上，通過上位機I調 節電動平臺3,電動平臺3能夠實現X、y、z三個方向的運動,將被測物25送至合適的測量 位置，然後根據被測物25的情況，判斷是否需要調節測量檔位，將位置調節螺栓6固定至合 適的檔位，通過視覺採集系統12的組合透鏡13和數字圖像傳感器14，將被測物刻痕處的光 帶圖像27採集並轉換為數位訊號，經數據傳輸線8將信號傳輸至上位機I，通過圖像處理測 量軟體對所得圖像進行處理和計算，判斷儀器是否需要標定，如果需要標定，則結合標定軟 件得出測量所需參數，如果不需要標定，則結合原有參數計算出微小深度的信息，並將結果 顯示出來。本實用新型的測量範圍為100Mm-5000Mm，測量精度為10Mm。[0020]圖3是本實用新型的主結構剖視圖，連接杆16將雷射光源11和視覺採集系統12 的相對位置固定，使雷射光源11的光軸和視覺採集系統12的光軸處於同一平面並始終成 90°夾角，這樣可以保證視覺採集系統12的物面始終與雷射光線的入射面平行，從而保證 視覺採集系統12放大倍率均勻、成像清晰。[0021]儀器殼體2上設有導軌槽15，使雷射光源11和視覺採集系統12隻能沿固定路線移動，導軌槽15共設有檔位一 17、檔位二 18、檔位三19，共三個檔位，通過位置調節螺栓6 固定雷射光源11和視覺採集系統12在導軌槽15上的位置，從而可以選定三個已標定測量參數的測量角度，其中檔位一為雷射11的光軸與被測物25的表面成60°角，視覺採集系統12的光軸與被測物25的表面成30°角，用於測量較深的刻痕，並可測量光滑表面，檔位二為雷射11的光軸與被測物25的表面成45°角，視覺採集系統12的光軸與被測物25的表面成45°角，用於常規測量，可測量較粗糙表面，檔位三為雷射11的光軸與被測物25的表面成30°角，視覺採集系統12的光軸與被測物25的表面成60°角，用於測量較淺的刻痕，可用於測量光滑表面，根據實際需要，可調節位置調節螺栓6至未標定角度，結合標定程序，進行現場標定測量。[0022]儀器殼體2上設有儀器提手5、雷射電源20和電源開關22,雷射電源20為雷射光源11提供電源，光源開關22控制雷射光源11開閉，另有保護蓋23，保護雷射光源11和視覺採集系統12，電源線21連接雷射光源11和雷射電源20。[0023]圖4、圖5是本實用新型的光路原理圖，α為雷射光線24與被測物25的表面的夾角，β為視覺米集系統12的光軸與被測物25的夾角，兩者關係為α + β =90°，h為微小深度26的高度，h丨為所採集到圖像的階梯差，當雷射光線24照射在被測物體25上，由於存在 微小深度26，一字光線變為階梯形，從而通過光路將深度信息轉換為平面圖像，所得圖像為放大圖。經上位機I將放大圖轉換為數位訊號，則對微小深度h的測量轉變為數字圖像像素點間距離的測量，設所得像素點間距離為S，放大倍率為k，則測量關係為[0024]h ; =h / sin a ；S =k · h ;；[0025]故有h=S · sin a / k。
權利要求1.非接觸表面微小深度自動檢測儀，包括檢測裝置、三維電動平臺和上位機，其特徵在於檢測裝置的正下方設置三維電動平臺，三維電動平臺由平臺驅動器控制，平臺驅動器與檢測裝置均與上位機信號連接；所述的檢測裝置包括殼體、連接杆、保護蓋、導軌槽、光源系統和視覺採集系統；所述的光源系統由雷射光源、+3V電池盒和電源線組成；所述的視覺採集系統由組合透鏡、數字圖像傳感器和USB傳輸線組成；弧形的導軌槽設置在殼體內，導軌槽內裝有連接杆，連接杆的一端固定有視覺採集系統，另一端固定有雷射光源；連接杆可在導軌槽滑動，通過連接杆位置調節螺栓確定檔位； 所述的雷射光源所在的光軸與視覺採集系統所在的光軸形成90°的直角；在殼體內底部設置保護蓋，殼體上部設置有把手。
專利摘要本實用新型涉及一種非接觸表面微小深度自動檢測儀。本實用新型包括檢測裝置、三維電動平臺和上位機，檢測裝置的正下方設置三維電動平臺，三維電動平臺由平臺驅動器控制，平臺驅動器與檢測裝置均與上位機信號連接。所述的檢測裝置包括殼體、連接杆、保護蓋、導軌槽、光源系統和視覺採集系統；所述的光源系統由雷射光源、+3V電池盒和電源線組成；所述的視覺採集系統由組合透鏡、數字圖像傳感器和USB傳輸線組成。本實用新型為自動測量，測量方便，測量精度高，測量檔位可調節，測量範圍大。
文檔編號G01B11/22GK202836522SQ201220489949
公開日2013年3月27日 申請日期2012年9月24日 優先權日2012年9月24日
發明者葉懷儲, 裘越, 王志強, 餘桂英, 陳歡, 潘璐 申請人:浙江省計量科學研究院, 中國計量學院