专利名称：全自动多功能传感器几何测量系统的制作方法
技术领域：
全自动多功能传感器几何测量系统
技术领域：
本实用新型涉及一种高精密测量系统，具体是一种用于制造领域中的全自动多功
能传感器几何测量系统。背景技术：
随着世界经济一体化技术进步和发展，伴随着国内的制造工艺技术不断进步和提 高，同时也伴随客户对产品的质量及精度要求越来越高。现有用于加工产品工艺的机器大 部分都是具有单一加工某工艺步骤的功能，若需要加工成某个完整的产品，则需要多台具 有加工不同工艺的机器，导致设备利用率低及资金占用率大。另外，加工出来的产品的质量 精度低、生产成本高、操作复杂以及自动化程度低。
实用新型内容
本实用新型的技术目的是为了解决上述现有技术存在的问题而提供一种全自动 多功能传感器几何测量系统，该全自动多功能传感器几何测量系统融汇于光学、激光技术、 机械、电子、自动化控制及计算机图像数字技术而成的，其具有功能强大、精度高、自动化程 度高、操作简单、性价比优、结构设计合理、构件选材独特优良以及适用范围广阔的特点。 为了实现上述技术问题，本实用新型所提供一种全自动多功能传感器几何测量系 统，包括底座、安装于底座上的X向工作台以及安装于X向工作台底部的Y向工作台；垂直 竖立安装于底座上的立柱、安装于立柱上端的防护外罩壳体以及安装于立柱与防护外罩壳 体之间的Z向工作台；其特征在于所述的Z向工作台包括固定于防护外罩壳体顶部的滑 轨座、与滑轨座连接的Z轴升降传动台组、设置于Z轴升降传动台组一侧部的Z轴高精密直 线导轨、设置于Z轴升降传动台组另一侧部的Z轴精密光栅尺、安装于Z轴升降传动台组底 端的Z向升降移动台、设置于Z向升降移动台外侧的光学影像集成装置、安装于Z向升降移 动工作台底部的滑板、穿过于滑板上的光学影像集成装置尾端连接的LED程控照明装置、 安装于LED程控照明装置一侧部的与滑板连接一起的探针触发测头、安装于LED程控照明 装置另一侧部的与中间隔板连接一起的CCD激光位移传感器。 依据上述主要技术特征，所述的X向工作台包括安装于立柱底端处的X向传动组、 安装于X向传动组上面的X向移动平台、安装于X向移动平台上面的玻璃载物台、安装于X 向移动平台底面两侧的高精密交叉滚子导轨以及安装于高精密交叉滚子导轨侧面的X向 精密光栅尺。 依据上述主要技术特征，所述的Y向工作台包括安装于X向移动平台底端的Y向 移动平台、安装于X向精密光栅尺底面的Y向精密光栅尺、安装于Y向精密光栅尺侧面的Y 向传动组以及安装于Y向传动组背面的Y向高精密直线导轨。 依据上述主要技术特征，所述的防护外罩壳体包括安装于立柱上的立柱防护外罩 体、安装于立柱防护外罩体正面的外围防护外罩体以及安装于底座侧面的底座防护外罩体。 依据上述主要技术特征，所述的光学影像集成装置包括固定于滑板上的集成装置、连接于集成装置下端的单筒显微镜以及安装于单筒显微镜下端上的连接件。 依据上述主要技术特征，所述的LED程控照明装置包括照明灯、安装于照明灯内
部的镜头、安装于镜头上部的折射镜、设置于照明灯内部的表面光环以及安置于镜头下部
的工件。 依据上述主要技术特征，所述的探针触发测头包括触发主体、设置于触发主体上 端的探针螺帽以及设置于触发主体下端的探针测头。 依据上述主要技术特征，所述的CCD激光位移传感器包括传感器主体、设置于传
感器主体内部的垂直方向上的半导体镜头、活动安装于半导体镜头上的发射器镜头、安装
于传感器主体内部的倾斜方向的接收器镜头以及安装于接收器镜头上面的CCD。 依据上述主要技术特征，所述的Z轴升降传动台组是由伺服马达驱动滚珠丝杠旋
转带动Z向升降移动台动换为直线运动的传动机构。 本实用新型的有益技术效果因所述的Z向工作台包括固定于防护外罩壳体顶部 的滑轨座、与转动座体连接的Z轴升降传动台组、设置于Z轴升降传动台组一侧部的Z轴高 精密直线导轨、设置于Z轴升降传动台组另一侧部的Z轴精密光栅尺、安装于Z轴升降传动 台组底端的Z向升降移动台、设置于Z向升降移动台外侧的光学影像集成装置、安装于Z向 升降移动工作台底部的滑板、穿过于滑板上的光学影像集成装置尾端连接的LED程控照明 装置、安装于LED程控照明装置一侧部的与中间隔板连接一起的探针触发测头、安装于LED 程控照明装置另一侧部的与中间隔板连接一起的CCD激光位移传感器。使用时，可以将不 同材质、表面状况、透明及半透明的所有目标物体放置于玻璃载物台上面，再利用本系统中 的由高精密性线滑轨或高精密V型交叉导轨或Z轴高精密直线导轨和由大理石平板组合的 X、 Y、 Z工作台形成的X、 Y、 Z三维坐标移动台及精滚珠丝杠、伺服马达和精密光栅尺组合实 现的全闭环运动控制系统、光学影像集成装置、CCD激光位移传感器、探针触发测头，能够实 现各复杂的接触与非接触几何测量，平面度测量，表面粗糙度测量，形位公差测量的测量工 作，从而达到其具有功能强大、精度高、自动化程度高、操作简单、性价比优、结构设计合理、 构件选材独特优良以及适用范围广阔的特点。另外，由融汇于光学、激光技术、机械、电子、 自动化控制及计算机图像数字技术而成的几何测量系统，可以适用于精密机械加工、模具、 五金、塑胶、电子、手机配件、纺织品、工艺品、冲压件、PCB板、钟表、各种机械配件、刀模、汽 车零配件及教学、科研产品的检测、研发等领域，有利于具有很好的推广及使用价值。
以下结合附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。
图1是本实用新型中全自动多功能传感器几何测量系统的立体示意图； 图2是本实用新型中光学影像集成装置的示意图； 图3是本实用新型中LED程控照明装置的示意图； 图4是本实用新型中探针触发测头的示意图； 图5是本实用新型中CCD激光位移传感器的示意图.
具体实施方式
请参考图1至图5所示，下面结合具体实施例来说明一种全自动多功能传感器几
4何测量系统，包括底座1、安装于底座1上的X向工作台以及安装于X向工作台底部的Y向 工作台；垂直竖立安装于底座1上的立柱2、安装于立柱2上端的防护外罩壳体以及安装于 立柱2与防护外罩壳体之间的Z向工作台。 所述的底座1、立柱2、移动台均采用优质天然大理石制作，Z向升降移动台采用优 质航空硬铝合金制作，材料特性稳定质量轻，使设备具有高精度、高稳定性和很低的运动贯 所述的X向工作台包括安装于立柱2底端处的X向传动组31、安装于X向传动组 31上面的X向移动平台32、安装于X向移动平台32上面的玻璃载物台33、安装于X向移动 平台32底面两侧的高精密交叉滚子导轨34以及安装于高精密交叉滚子导轨34侧面的X 向精密光栅尺35。所述的X向移动平台32通过高精密交叉滚子导轨34联接导向，在Y向 移动平台41上沿X向左右移动。所述的X向传动组31是由X向的伺服马达驱动滚珠丝杠 旋转带动X向移动平台32做直线运动，并控制X向移动台32的点位或轨迹运动，使得其相 应速度快，定位准确。 所述的Y向工作台包括安装于X向移动平台32底端的Y向移动平台41、安装于 X向精密光栅尺35底面的Y向精密光栅尺42、安装于Y向精密光栅尺42侧面的Y向传动 组43以及安装于Y向传动组43背面的Y向高精密直线导轨44。所述的Y向移动平台41 通过高精直线导轨44联接导向，在底座1上沿Y向前后移动。所述的Y向传动组43是由 Y向的伺服马达驱动滚珠丝杠旋转带动Y向移动平台41做直线运动，并控制Y向移动平台 41的点位或轨迹运动，相应速度快，定位准确。 所述的防护外罩壳体包括安装于立柱2上的立柱防护外罩体51、安装于立柱防护 外罩体51正面的外围防护外罩体52以及安装于底座1侧面的底座防护外罩体53。 所述的Z向工作台包括固定于防护外罩壳体顶部的滑轨座61、与滑轨座61连接 的Z轴升降传动台组62、设置于Z轴升降传动台组62 —侧部的Z轴高精密直线导轨63、设 置于Z轴升降传动台组62另一侧部的Z轴精密光栅尺64、安装于Z轴升降传动台组62底 端的Z向升降移动台65、设置于Z向升降移动台65外侧的光学影像集成装置66、安装于Z 向升降移动台65底部的滑板67、穿过于滑板67上的光学影像集成装置66尾端连接的LED 程控照明装置68、安装于LED程控照明装置68 —侧部的与滑板67连接一起的探针触发测 头69、安装于LED程控照明装置68另一侧部的与滑板67连接一起的CCD激光位移传感器 60。 所述的Z轴升降传动台组62是由Z轴运动方向的伺服马达驱动滚珠丝杠旋转带 动Z轴高精密直线导轨63为直线运动的传动构件，并控制Z向升降移动台65的点位或轨 迹运动，使得其相应速度快，定位准确。所述的Z向升降移动台65是由滑轨座61、Z轴高精 密直线导轨63和滑板67组成。 所述的光学影像集成装置66包括固定于滑板67上的集成装置、连接于集成装置 下端的单筒显微镜以及安装于单筒显微镜下端上的连接件。使用时，先将被测目标物体固 定放置于玻璃载物台33上，开启LED程控照明装置68上被选择合适的组合照明方式，根据 被测目标物体特征在"兆丰精密测量软件"内编辑好自动测量程序，保存并运行已经编辑好 的测量程序，即可按设置要求取的所需的数据，在该种工作模式下是基于计算机像素处理 技术所进行测量的工作，被测目标物体经可连续变倍的单筒显微镜放大成像，再由CCD摄
5像头采集视频信号给计算机软件处理。 所述的LED程控照明装置68包括照明灯681、安装于照明灯681内部的镜头682、 安装于镜头682上部的折射镜683、设置于照明灯681内部的表面光环684以及安置于镜 头682下部的工件685。所述的LED程控照明装置68可根据被测目标物的不同形状和表面 颜色选择不同的组合方式照明，其组合方式为轮廓光、同轴光以及表面环光构成的，其中表 面环光可分为"五环八区"任意组合并由软件程序控制，任选其中的一种或几种方式组合照 明，其操作均可由软件程序控制。 所述的探针触发测头69包括触发主体691、设置于触发主体691上端的探针螺帽 692以及设置于触发主体691下端的探针测头693。将被测目标物体固定在玻璃载物33上， 再根据被测目标物体特征在"兆丰精密测量软件"内进行编辑好自动测量程序，保存并运行 已编辑好的测量程序，即可按设置要求取的所需的数据。在这种工作模式下是由探针测头 693接触到被测目标物体的瞬间所产生的一个通断电子信号转换而来数据指令，传递给计 算机软件，并记录此点的三维坐值，再由计算机软件做后台处理后输出符合用户要求的测 量结果。 所述的CCD激光位移传感器60包括传感器主体601、设置于传感器主体601内 部的垂直方向上的半导体镜头602、活动安装于半导体镜头602上的发射器镜头603、安装 于传感器主体601内部的倾斜方向的接收器镜头604以及安装于接收器镜头604上面的 CCD605。 所述的CCD激光位移传感器60是采用三角形测量法的测量原理构成的，反射光在 Li-CCD605上的位置随着目标物体位置的改变而改变，通过检测该变化就可以测量物体的 位移量。在这种工作模式下的操作方法和前两种模式一样将被测目标物体固定在玻璃载 物台33上，再根据被测目标物体特征在"兆丰精密测量软件"内进行编辑好自动测量程序， 保存并运行已编辑好的测量程序，即可按设置要求取的所需的数据。在这种工作模式下系 统是将CCD激光位移传感器60本身的检测距离再加上Z轴上下移动的距离合成得到Z轴 坐标值。 如图l所示，所述的全自动多传感器几何测量系统的动作执行机构如下所述的Y 向移动平台41通过Y向高精直线导44轨联接导向，在底座1上沿Y向前后移动。所述的X 向移动平台32通过高精密交叉滚子导轨304联接导向，在Y向移动平台41上沿X向左右 移动，以此组成X-Y平面坐标系。所述的Z向升降移动台65是由滑轨座61、 Z轴高精密直 线导轨63和滑板67组成。沿Z向上下移动且垂直于X-Y平面，从而形成X-Y-Z三维空间 坐标系。所述的Z轴升降传动台组62、X向传动组31、 Y向传动组43分别是由X-Y-Z方向 的伺服马达驱动滚珠丝杠将旋转动换为直线运动，分别控制Z向升降移动台65、X向移动平 台32、Y向移动平台41完成空间三维点位或轨迹运动，响应速度快，定位准确。 所述的具有测量功的光学影像集成装置66、 CCD激光位移传感器60、探针触发测 头69三种测量装置分别同一固定装配在Z向升降移动台62上，并标定三者相对坐标值，其 测量数据可以无缝对接，经过计算机软件后台处理后还原到同一坐系内，因此被测目标物 体在同一位置可以根据工件特征和测量精确度要求任选一种最理想之方式测量，在自动编 程测量时三种测量装置可以复合同一个程序中工作。 在坐标系统中，都是以X-Y-Z方向上，不同的精密光栅尺来标定拾取的。整个测量系统设置有机械坐标原点"0"，每次启动系统时可自动回到坐标原点"0"，以保证系统的重
现精度。当然用户也可以根据需要设置临时的用户坐标系以方便测量工作的完成。 所述的X向移动平台32、高精密交叉滚子导轨34、Y向移动平台41、高精直线导轨
以及底座组合搭配的独具特色的两层工作台结构，其特点是结构简单、装配方便、成本低、
稳定性好、精度更高；底座、立柱、移动台均采用优质天然大理石制作，Z向升降滑动台65采
用优质航空硬铝合金制作，材料特性稳定质量轻，使设备具有高精度、高稳定性和很低的运
动贯量。 本几何测量系统还可以适合于不同材质、不同表面状况、透明及半透明的所有目 标物体测量方法来实现。其主要功能部件有由高精密性线滑轨或高精密V型交叉导轨以 及大理石移动平板组合而成的X、Y、Z三维坐标移动台、精滚珠丝杠、伺服马达、精密光栅尺 组合实现的全闭环运动控制系统、光学影像集成装置66、CCD激光位移传感器60、探针触发 测头69。本几何测量系统可以通过一台设备实现了以往要由多种相关设备相互配合才能完 成的工作任务，并且测量数据和测量基准可共享，可操作性强，使用方便，效率高。同时，也 可以解决了以往同类设备无法测量或无法精确测量的或者非接触方式的透明及半透明目 标物体，以及柔软目标物体精确测的技术难题目，极大的增强了该设备的测量功能。 所述的X、 Y移动平台32、41是采用两层结构直接在底座上移动组成X_Y平面坐 标，伺服马达驱动精密滚珠丝传动，辅以光栅尺示值实时补偿，真正实现了全闭环控制、精 确定位。CCD激光位移传感器60、光学影像集成装置66以及探针触发测头69分别同一固 定装配在Z向升降移动台65上，并且标定相对坐标值，使其在三种测量方式下所取的测量 数据可以无缝对接，经过计算机软件后台处理后还原到同一坐系内。所述的底座1、立柱2、 移动台均采用优质天然大理石制作，Z向升降移动台65采用优质航空硬铝合金制作，材料 特性稳定质量轻，使设备具有高精度、高稳定性和很低的运动贯量。 所述的几何测量系统可以沿X\Y\Z三轴方向运动，取得任意三维坐标值。由操作 软件发送控制指令到伺服驱动器，该伺服驱动器驱动伺服马达带动滚珠丝杠旋转，滚珠丝 杠将旋转运动转换为直线运动分别带动X\Y\Z三轴移动平台完成空间三维点位或轨迹运 动。 所述的标定滚珠丝杠导程是根据目标位置计算机软件预算出伺服驱动器应发送 复数个具有正负方向之分的脉冲信号到伺服马达，当伺服马达接近目标位置时由精密光栅 尺实时检测已达位置并将数据反馈到计算机及时修正控制指令，从而系统可精确到达目标 位置。此种控制方式的特点为预先设定一个目标位置，在接近目标位置时再实时检测反 馈，这种全闭环的控制方式大大提高了计算机的运算速度和系统的响应速度，同时又保证 了定位运动的精确性。 综上所述，因所述的Z向工作台包括固定于防护外罩壳体顶部的滑轨座61、与滑 轨座61连接的Z轴升降传动台组62、设置于Z轴升降传动台组62 —侧部的Z轴高精密直 线导轨63、设置于Z轴升降传动台组62另一侧部的Z轴精密光栅尺64、安装于Z轴升降 传动台组62底端的Z向升降移动台65、设置于Z向升降移动台65外侧的光学影像集成装 置66、安装于Z向升降移动台65底部的滑板67、穿过于滑板67上的光学影像集成装置66 尾端连接的LED程控照明装置68、安装于LED程控照明装置68 —侧部的与滑板67连接一 起的探针触发测头69、安装于LED程控照明装置68另一侧部的与滑板67连接一起的CCD激光位移传感器60。使用时，可以将不同材质、表面状况、透明及半透明的所有目标物体放 置于玻璃载物台上面，再利用本系统中的由高精密性线滑轨或高精密V型交叉导轨或Z轴 高精密直线导轨和由大理石平板组合的X、 Y、 Z工作台形成的X、 Y、 Z三维坐标移动台及精 滚珠丝杠、伺服马达和精密光栅尺组合实现的全闭环运动控制系统、光学影像集成装置66、 CCD激光位移传感器60、探针触发测头69，能够实现各复杂的接触与非接触几何测量，平面 度测量，表面粗糙度测量，形位公差测量的测量工作，从而达到其具有功能强大、精度高、自 动化程度高、操作简单、性价比优、结构设计合理、构件选材独特优良以及适用范围广阔的 特点。另外，由融汇于光学、激光技术、机械、电子、自动化控制及计算机图像数字技术而成 的几何测量系统，可以适用于精密机械加工、模具、五金、塑胶、电子、手机配件、纺织品、工 艺品、冲压件、PCB板、钟表、各种机械配件、刀模、汽车零配件及教学、科研产品的检测、研发 等领域，有利于具有很好的推广及使用价值。
权利要求一种全自动多功能传感器几何测量系统，包括底座、安装于底座上的X向工作台以及安装于X向工作台底部的Y向工作台；垂直竖立安装于底座上的立柱、安装于立柱上端的防护外罩壳体以及安装于立柱与防护外罩壳体之间的Z向工作台；其特征在于所述的Z向工作台包括固定于防护外罩壳体顶部的滑轨座、与滑轨座连接的Z轴升降传动台组、设置于Z轴升降传动台组一侧部的Z轴高精密直线导轨、设置于Z轴升降传动台组另一侧部的Z轴精密光栅尺、安装于Z轴升降传动台组底端的Z向升降移动台、设置于Z向升降移动台外侧的光学影像集成装置、安装于Z向升降移动工作台底部的滑板、穿过于滑板上的光学影像集成装置尾端连接的LED程控照明装置、安装于LED程控照明装置一侧部的与滑板连接一起的探针触发测头、安装于LED程控照明装置另一侧部的与中间隔板连接一起的CCD激光位移传感器。
2. 根据权利要求1所述的全自动多功能传感器几何测量系统，其特征在于所述的X 向工作台包括安装于立柱底端处的X向传动组、安装于X向传动组上面的X向移动平台、安 装于X向移动平台上面的玻璃载物台、安装于X向移动平台底面两侧的高精密交叉滚子导 轨以及安装于高精密交叉滚子导轨侧面的X向精密光栅尺。
3. 根据权利要求1所述的全自动多功能传感器几何测量系统，其特征在于所述的Y 向工作台包括安装于X向移动平台底端的Y向移动平台、安装于X向精密光栅尺底面的Y向 精密光栅尺、安装于Y向精密光栅尺侧面的Y向传动组以及安装于Y向传动组背面的Y向 高精密直线导轨。
4. 根据权利要求1所述的全自动多功能传感器几何测量系统，其特征在于所述的防 护外罩壳体包括安装于立柱上的立柱防护外罩体、安装于立柱防护外罩体正面的外围防护 外罩体以及安装于底座侧面的底座防护外罩体。
5. 根据权利要求1所述的全自动多功能传感器几何测量系统，其特征在于所述的光 学影像集成装置包括固定于滑板上的集成装置、连接于集成装置下端的单筒显微镜以及安 装于单筒显微镜下端上的连接件。
6. 根据权利要求l所述的全自动多功能传感器几何测量系统，其特征在于所述的LED 程控照明装置包括照明灯、安装于照明灯内部的镜头、安装于镜头上部的折射镜、设置于照 明灯内部的表面光环以及安置于镜头下部的工件。
7. 根据权利要求1所述的全自动多功能传感器几何测量系统，其特征在于所述的探针触发测头包括触发主体、设置于触发主体上端的探针螺帽以及设置于触发主体下端的探 针测头。
8. 根据权利要求l所述的全自动多功能传感器几何测量系统，其特征在于所述的CCD激光位移传感器包括传感器主体、设置于传感器主体内部的垂直方向上的半导体镜头、活 动安装于半导体镜头上的发射器镜头、安装于传感器主体内部的倾斜方向的接收器镜头以及安装于接收器镜头上面的CCD。
9. 根据权利要求1所述的全自动多功能传感器几何测量系统，其特征在于所述的Z轴升降传动台组是由伺服马达驱动滚珠丝杠旋转带动z向升降移动台动换为直线运动的传动机构。
专利摘要本实用新型涉及一种全自动多功能传感器几何测量系统，包括底座、X向工作台以及Y向工作台；立柱、防护外罩壳体以及Z向工作台；因Z向工作台包括滑轨座、Z轴升降传动台组、Z轴高精密直线导轨、Z轴精密光栅尺、Z向升降移动台、光学影像集成装置、滑板、LED程控照明装置、探针触发测头、CCD激光位移传感器。使用时，将所有目标物体放置于玻璃载物台上面，再利用本系统中的全闭环运动控制系统、光学影像集成装置、CCD激光位移传感器、探针触发测头，能够实现各几何测量，平面度测量，表面粗糙度测量，形位公差测量的测量工作，从而达到其具有功能强大、精度高、自动化程度高、操作简单、性价比优、结构设计合理、构件选材独特优良以及适用范围广阔。
文档编号G01B11/03GK201503259SQ20092020452
公开日2010年6月9日 申请日期2009年8月28日 优先权日2009年8月28日
发明者黄宏臻 申请人:东莞市兆丰精密仪器有限公司