面向于多种结构特征的多自由度宏微结合集成检测装置的制作方法

本发明涉及一种产品集成检测装置，具体涉及一种面向多种产品的多自由度宏微结合集成检测装置，属于产品质量检测技术领域。

背景技术：

在航空、航天、军事、医疗等多种领域内，对复杂零件的精度和稳定性的要求不断增加，提高复杂零件检测精度和效率的任务迫在眉睫。随着计算机技术、数字图像处理技术、led光源技术等领域的不断发展，机器视觉技术也有了长足的进步。机器视觉技术在检测领域的应用也越来越广、可靠性越来越高、检测速度也越来越快，已经成为检测领域不可或缺的技术手段。目前的生产实践中，对于零件三维尺寸的检测，不能在单次检测过程中实现宏微结合的检测，因而不能分步对零件是否合格进行判断，效率较低。且不能根据实际需要检测零件任意维度的尺寸和特征，功能较单一。目前的检测系统，都只针对单一结构零件而设计，只能检测单一特征零件，不具有广泛的适应性。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供了一种面向于多种结构特征的多自由度宏微结合集成检测装置，该装置能够通过宏观视场完成零件缺陷检测，通过微观视场完成零件尺寸精密检测，并且能够检测多种特征零件，具有广泛的适用性。

一种面向于多种结构特征的多自由度宏微结合集成检测装置，该装置包括位姿调整机构、快换夹持机构、视觉检测机构和基座；

所述位姿调整机构能实现水平面内的x轴、y轴方向和垂直于xy平面的z轴方向的直线运动，位姿调整机构还能实现绕x轴±90°转动，绕z轴360°转动；

所述快换夹持机构夹持的零件外形为柱状、块状、轴套类，重复定位精度小于±0.002mm；

所述视觉检测机构利用宏微两视场镜头和相机分别得到零件的三维尺寸图像，利用外部计算机分别对图像进行宏观缺陷检测和10μm以内的微观尺寸检测；

所述位姿调整机构固定连接在基座上，快换夹持机构固定连接在位姿调整结构上，视觉检测机构固定连接在基座上并正对快换夹持机构上夹持的零件。

进一步地，所述位姿调整机构包括x轴直线位移模块、y轴直线位移模块、z轴直线位移模块和旋转模块；

所述x轴直线位移模块和y轴直线位移模块的结构组成相同，均包括基板、水平丝杠螺母副、水平导轨组件和水平电机，所述水平电机驱动安装在基板中部的水平丝杠螺母副中的丝杠转动，套装在丝杠上的螺母产生直线移动，螺母与外部机构固定连接；所述水平导轨组件安装在水平丝杠螺母副的两侧，水平导轨组件中的导轨与基板固定连接，水平导轨组件的滑块与导轨为滑动配合，滑块与外部机构固定连接；

所述z轴直线位移模块包括支架、竖直导轨组件、竖直丝杠螺母副、连接板和竖直电机，所述支架呈l型结构，竖直导轨组件、竖直丝杠螺母副和竖直电机均连接在支架的竖直连接面上，结构及连接方式与x轴直线位移模块和y轴直线位移模块相同，连接板固定连接在竖直导轨组件的滑块和竖直丝杠螺母副的螺母上；

所述旋转模块包括a轴旋转台、连接座、b轴旋转台和固定板，所述连接座为呈l型结构，所述a轴旋转台的输出端与连接座的竖直部分固定连接，a轴旋转台的旋转轴线与y轴直线位移模块的位移方向平行，所述b轴旋转台固定连接在连接座的水平部分上，b轴旋转台的旋转轴线与z轴直线位移模块的位移方向平行；所述b轴旋转台的输出端连接固定板，固定板用于连接外部机构；

所述y轴直线位移模块通过自身的基板与x轴直线位移模块上水平丝杠螺母副和水平导轨组件中的螺母和滑块固定连接，x轴直线位移模块和y轴直线位移模块中水平丝杠螺母副的转动轴线方向互相垂直；所述z轴直线位移模块的支架与y轴直线位移模块上水平丝杠螺母副和水平导轨组件中的螺母和滑块固定连接；所述旋转模块中的a轴旋转台与z轴直线位移模块中的连接板固定连接。

进一步地，所述快换夹持机构包括气动卡盘、托板、转接法兰、气动卡爪和夹持爪臂，所述托板下方连接气动卡盘，上方连接转接法兰，转接法兰上方连接气动卡爪，气动卡爪与夹持爪臂连接，夹持爪臂有不同的结构外形来适应不同外形的待夹持产品。

进一步地，所述视觉检测机构包括宏观相机、微观相机、料盒、直线/回转气缸、连接块和立架，所述宏观相机和微观相机均包括相机、镜头和同轴光源；宏观相机和微观相机并列安装在立架的悬臂梁上，立架的立柱上通过连接块安装直线/回转气缸，直线/回转气缸上连接料盒，料盒用于盛放检验后的零件。

有益效果：

1、本发明中的位姿调整机构能够在五个自由度对待测零件进行位姿调整，能够按照检测要求和镜头特征参数实时调整零件位姿，最终完成所需求维度的尺寸检测，一次装夹即可实现零件的三维尺寸检测。

2、本发明的快换夹持机构通过不同类型卡具的设计，能够装夹多种不同形态特征的复杂零件，实现其三维尺寸检测，例如块状、柱状、轴孔类、薄壁类等多种零件。统一的标准化托板能够实现互换性，完成零件的快速装夹到位，极大地提高了工作效率，又具有一定的普适性，适合大批量零件的快速检测。

3、本发明的视觉检测机构通过两个不同放大倍率镜头的配合，先后在宏微两视场完成对零件的缺陷检测、局部特征识别、尺寸测量，并对合格零件和不合格零件分类存放。

4、本发明的装置具有集成化的特点，装置能够完成零件装夹、调整、定位、检测、分类，适用于在线大批量检测。

5、本发明在检测时零件一次装夹到位，当需要检测不同维度或不同区域局部特征时，不再需要反复装卸零件，节约工时，提高了检测效率。

附图说明

图1为本发明整体结构组成示意图；

图2为本发明中位姿调整机构的结构示意图；

图3为本发明位姿调整机构中x、y轴直线位移模块的结构示意图；

图4为本发明位姿调整机构中z轴直线位移模块的结构示意图；

图5为本发明位姿调整机构中的旋转模块的结构示意图；

图6为本发明中快换夹持机构的结构示意图；

图7为本发明中视觉检测机构的结构示意图。

其中，1-位姿调整机构、2-快换夹持机构、3-视觉检测机构、4-基座、5-x轴直线位移模块、6-y轴直线位移模块、7-z轴直线位移模块、8-旋转模块、9-基板、10-水平丝杠螺母副、11-水平导轨组件、12-水平电机、13-支架、14-竖直导轨组件、15-竖直丝杠螺母副、16-连接板、17-竖直电机、18-a轴旋转台、19-连接座、20-b轴旋转台、21-固定板、22-气动卡盘、23-托板、24-转接法兰、25-气动卡爪、26-夹持爪臂、27-相机、28-镜头、29-同轴光源、30-料盒、31-直线/回转气缸、32-连接块、33-立架。

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

如附图1所示，本发明提供了一种面向于多种结构特征的多自由度宏微结合集成检测装置，该装置包括位姿调整机构1、快换夹持机构2、视觉检测机构3和基座4；

位姿调整机构1能实现水平面内的x轴、y轴方向和垂直于xy平面的z轴方向的直线运动，位姿调整机构还能实现绕x轴±90°转动，绕z轴360°转动；

快换夹持机构2针对夹持外形尺寸在1～70mm范围内的柱状、块状、轴套类，外形尺寸在8～70mm范围内的薄壁类零件实现快速装夹，重复定位精度小于±0.002mm；

视觉检测机构3利用宏微两视场镜头和相机分别得到零件的三维尺寸图像，利用外部计算机分别对图像进行宏观缺陷检测和10μm以内的微观尺寸检测；

位姿调整机构1固定连接在基座4上，快换夹持机构2固定连接在位姿调整结构上，视觉检测机构3固定连接在基座4上并正对快换夹持机构2上夹持的零件。

如附图2所示，位姿调整机构1包括x轴直线位移模块5、y轴直线位移模块6、z轴直线位移模块7和旋转模块8；

如附图3所示，x轴直线位移模块5和y轴直线位移模块6的结构组成相同，均包括基板9、水平丝杠螺母副10、水平导轨组件11和水平电机12，水平电机12驱动安装在基板9中部的水平丝杠螺母副10中的丝杠转动，套装在丝杠上的螺母产生直线移动，螺母与y轴直线位移模块6固定连接；水平导轨组件11安装在水平丝杠螺母副10的两侧，水平导轨组件11中的导轨与基板9固定连接，水平导轨组件11的滑块与导轨为滑动配合，滑块与y轴直线位移模块6中的基板固定连接；

如附图4所示，z轴直线位移模块包括支架13、竖直导轨组件14、竖直丝杠螺母副15、连接板16和竖直电机17，支架13呈l型结构，竖直导轨组件14、竖直丝杠螺母副15和竖直电机17均连接在支架13的竖直连接面上，结构及连接方式与x轴直线位移模块和y轴直线位移模块相同，连接板16固定连接在竖直导轨组件14的滑块和竖直丝杠螺母副15的螺母上；

如附图5所示，旋转模块包括a轴旋转台18、连接座19、b轴旋转台20和固定板21，连接座19为呈l型结构，所述a轴旋转台18的输出端与连接座19的竖直部分固定连接，a轴旋转台18的旋转轴线与y轴直线位移模块的位移方向平行，所述b轴旋转台20固定连接在连接座19的水平部分上，b轴旋转台20的旋转轴线与z轴直线位移模块的位移方向平行；所述b轴旋转台20的输出端连接固定板21，固定板用于连接外部机构；

y轴直线位移模块通过自身的基板9与x轴直线位移模块上水平丝杠螺母副10和水平导轨组件11中的螺母和滑块固定连接，x轴直线位移模块和y轴直线位移模块中水平丝杠螺母副10的转动轴线方向互相垂直；z轴直线位移模块的支架13与y轴直线位移模块上水平丝杠螺母副10和水平导轨组件11中的螺母和滑块固定连接；所述旋转模块中的a轴旋转台18与z轴直线位移模块中的连接板16固定连接。

如附图6所示，快换夹持机构2包括气动卡盘22、托板23、转接法兰24、气动卡爪25和夹持爪臂26，所述托板23下方连接气动卡盘22，上方连接转接法兰24，转接法兰24上方连接气动卡爪25，气动卡爪25与夹持爪臂26连接，夹持爪臂26有不同的结构外形来适应不同外形的待夹持产品，图中显示了八种不同结构的夹持爪臂26。

如附图7所示，视觉检测机构3包括宏观相机、微观相机、料盒30、直线/回转气缸31、连接块32和立架33，所述宏观相机和微观相机均包括相机27、镜头28和同轴光源29；宏观相机和微观相机并列安装在立架33的悬臂梁上，立架33的立柱上通过连接块32安装直线/回转气缸31，直线/回转气缸31上连接料盒30，料盒30用于盛放检验后的零件，料盒30由直线/回转气缸31带动，旋转范围±90°，z轴正向行程20mm，能够对合格零件与不合格零件的分类存放。

本发明采用navitor-zoom6000系列远心镜头。宏观视野可实现基于特征匹配的零件识别与零件宏观缺陷检测，采用0.5×倍率转换器和0.5×辅助物镜，工作距离175mm，实际检测视野范围50mm×50mm，检测精度0.05mm；微观视野实现零件尺寸特征的测量与零件微观缺陷检测，采用0.67×倍率转换器和1.5×辅助物镜，工作距离51mm，实际检测视野范围10mm×10mm，检测精度0.01mm。

本发明的工作过程如下：检测过程开始前的夹持动作由夹持爪臂26完成，可夹持外形尺寸在1～70mm范围内的柱状、块状、轴套类，外形尺寸在8～70mm范围内的薄壁类等多种具有不同结构特征的复杂零件；零件装夹到位后，依据宏观视场零件图像，可以对零件是否存在缺陷进行判断，随后将不合格零件送到指定料盒存放，若零件合格则通过位姿调整机构1中的直线位移模块和旋转模块配合对零件的位姿进行调整，能够实现对零件5个自由度的调整；零件定位后，通过微观镜头对零件进行拍摄，采集到零件该维度图像，传输至计算机，利用显微图像边缘精确识别算法进行图像处理，完成零件的快速精确检测，依据测得的零件尺寸对零件是否合格进行判断，并将零件分别送到指定料盒存放。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。