一种基于激光反射测量的自动准直系统及自动对准平台的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了基于激光反射测量的自动准直系统及自动对准平台。该自动对准平台包括底板、用于放置待测工件的工作板、用于紧固底板与工作板的弹簧拉紧机构、设置于底板与工作板之间的用于调整工作板上待测工件反射激光角度的角度调整机构。该自动准直系统包括自动对准平台、设置在自动对准平台前方的用于形成激光反射光点的挡光板，挡光板上设有用于供激光通过的通孔；自动准直系统还包括设置在自动对准平台与挡光板之间的用于采集激光反射光点与通孔位置的图像的摄像头以及分别与摄像头和自动对准平台相连的控制器。该自动对准平台及自动准直系统结构简单，使得方便，其准直过程全自动无需进行人工准直，有利于节省人力成本而且提高准直效率。
【专利说明】
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及激光反射测量【技术领域】，尤其涉及一种基于激光反射测量的自动 准直系统及自动对准平台。 一种基于激光反射测量的自动准直系统及自动对准平台
【背景技术】
[0002] 激光反射测量广泛用于各种测试系统中，如多普勒激光测振仪，激光干涉测量系 统等。现有的激光测试系统（如多普勒激光测振仪）使用时需要对激光进行准直，使得激 光在测量件表面反射后原理返回激光头，以达到激光测试的目的。现有的激光反射测试系 统中通常使用人工进行激光准直，成本高、效率低，在需要大批量生产的零部件的测试（如 硬盘头等）中极为不便，容易出现人为因素导致产品质量参差不齐。现有技术中公开的电 动准直系统为半自动准直系统，需要使用多个自由度（如4个电机）进行电动准直，其测量 过程中激光对准工件的过程难以实现自动对准，需要人为进行二次微调，影响整个电动准 直系统的测量效率。 实用新型内容
[0003] 本实用新型要解决的技术问题在于，针对现有技术的缺陷，提供一种基于激光反 射测量的自动准直系统及自动对准平台。
[0004] 本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于激光反射测量的自动 对准平台，包括底板、用于放置待测工件的工作板、用于紧固所述底板与所述工作板的弹簧 拉紧机构、设置于所述底板与所述工作板之间的用于调整所述工作板上待测工件反射激光 角度的角度调整机构。
[0005] 优选地，所述角度调整机构包括与所述工作板抵触的用于支撑所述工作板的钢珠 约束机构、与所述钢珠约束机构配合用于调整所述工作板上待测工件反射激光水平方向角 度的水平角度调整机构、以及与所述钢珠约束机构配合的用于调整所述工作板上待测工件 反射激光坚直方向角度的坚直角度调整机构。
[0006] 优选地，所述钢珠约束机构包括设置在钢珠支承组件上的全自由转动钢珠、设置 在所述水平角度调整机构上的半约束钢珠、以及设置在所述坚直角度调整机构上的全约束 转动钢珠；所述全自由转动钢珠、半约束钢珠和全约束转动钢珠均与所述工作板抵触。
[0007] 优选地，所述钢珠支承组件包括设置在所述底板上的支撑柱以及固定在所述支撑 柱上三个固定钢珠，所述三个固定钢珠呈三角方位设置，所述全自由转动钢珠放置在所述 三个固定钢珠上。
[0008] 优选地，所述水平角度调整机构包括设置在所述底板上沿X轴方向设置的第一滑 轨、设置在所述第一滑轨上与所述第一滑轨配合的第一滑块、用于控制所述第一滑块沿所 述第一滑轨移动的第一驱动组件以及设置在所述第一滑块上的用于控制所述半约束钢珠 沿Y轴方向移动的Y方向调整组件。
[0009] 所述Y方向调整组件包括固定在所述第一滑块的沿Y轴方向平行设置的两个滚 柱，所述半约束钢珠放置在所述两个滚柱上；所述第一驱动组件包括第一电机、与所述第一 电机通过第一丝杆相连的第一转子，所述第一转子与所述第一滑轨固定相连。
[0010] 所述坚直角度调整机构包括设置在所述底板上沿X轴方向设置的第二滑轨、设置 在所述第二滑轨上与所述第二滑轨配合的第二滑块、用于控制所述第二滑块沿所述第二滑 轨移动的第二驱动组件以及与所述第二滑块相连的用于控制所述全约束转动钢珠沿Z轴 方向移动的Z方向调整组件。
[0011] 所述第二驱动组件包括第二电机、与所述第二电机通过第二丝杆相连的第二转 子，所述第二转子与所述第二滑块相连；所述Z方向调整组件包括"U"形摇杆支座、设置在 所述摇杆支座上的旋转轴、设置于所述旋转轴上并绕所述旋转轴转动的摇杆、与所述第二 转子相连的用于推动所述摇杆绕所述旋转轴转动的圆头顶销；所述摇杆包括呈"L"形设置 的第一摇杆部分和第二摇杆部分，所述第一摇杆部分与所述圆头顶销接触，所述第二摇杆 部分呈"L"形设置，所述第二摇杆部分远离所述第一摇杆部分的一端上固定设置有所述全 约束转动钢珠。
[0012] 优选地，所述弹簧拉紧机构包括设置在所述全自由转动钢珠周边呈三角方位设置 的三根第一拉簧、相对设置所述半约束钢珠两侧的二根第二拉簧和设置在所述全约束转动 钢珠一侧的一根第三拉簧。
[0013] 本实用新型还提供一种激光反射测量的自动准直系统，包括前述自动对准平台、 设置在所述自动对准平台前方的用于形成激光反射光点的挡光板，所述挡光板上设有用于 供激光通过的通孔；所述自动准直系统还包括设置在所述自动对准平台与所述挡光板之间 的用于采集所述激光反射光点与通孔位置的图像的摄像头、以及分别与所述摄像头和所述 自动对准平台相连的控制器；所述控制器根据所述摄像头采集的激光反射光点与通孔位置 的图像控制自动对准平台进行角度调整以使所述激光反射光点与通孔位置重合。
[0014] 本实用新型与现有技术相比具有如下优点：本实用新型提供的自动对准平台利用 设置在底板与工作板之间的用于调整工作板上待测工件反射激光角度的角度调整机构，调 整工作板上待测工件激光反射角度以达到自动准直的目的，该自动对准平台结构简单，使 得方便，其准直过程全自动无需进行人工准直，有利于节省人力成本而且提高准直效率。
【专利附图】
【附图说明】
[0015] 下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，附图中：
[0016] 图1是本实用新型一实施例中自动对准平台的结构示意图。
[0017] 图2是本实用新型一实施例中自动对准平台的局部结构示意图。
[0018] 图3是图2的俯视图。
[0019]图4是本实用新型一实施例中自动准直系统的结构示意图。
[0020] 图中：1、自动对准平台；10、底板；11、工作板；12、遮光板；13、弹簧拉紧机构； 130、第一拉簧；131、第二拉簧；132、第三拉簧；14、钢珠约束机构；140、全自由转动钢珠； 141、半约束钢珠；142、全约束转动钢珠；143、钢珠支承组件；1430、支撑柱；1431、固定钢 珠；15、水平角度调整机构；150、第一滑轨；151、第一滑块；152、第一驱动组件；1520、第一 电机；1521、第一丝杆；1522、第一转子；153、Y方向调整组件；1530、滚柱；16、坚直角度调 整机构；160、第二滑轨；161、第二滑块；162、第二驱动组件；1620、第二电机；1621、第二 丝杆；1622、第二转子；163、Z方向调整组件；1630、摇杆支座；1631、旋转轴；1632、摇杆； 1633、圆头顶销；2、挡光板；20、通孔；3、摄像头；4、待测工件；5、工装夹具。
【具体实施方式】
[0021] 为了对本实用新型的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细 说明本实用新型的【具体实施方式】。
[0022] 图1?图3示出本实用新型一实施例中的基于激光反射测量的自动对准平台1。 该自动对准平台1包括底板10、用于放置待测工件4的工作板11、用于紧固底板10与工作 板11的弹簧拉紧机构13、设置于底板10与工作板11之间的用于调整工作板11上待测工 件4反射激光角度的角度调整机构。如图4所示，待测工件4通过工装夹具5固定在工作 板11上，以避免角度调整机构工作时，导致待测工件4从工作板11上脱落。
[0023] 如图2、图3所示，角度调整机构包括与工作板11抵触的用于支撑工作板11的钢 珠约束机构14、与钢珠约束机构14配合的用于调整工作板11上待测工件4反射激光水平 方向角度的水平角度调整机构15、以及与钢珠约束机构14配合的用于调整工作板11上待 测工件4反射激光坚直方向角度的坚直角度调整机构16,通过水平角度调整机构15和坚直 角度调整机构16相互配合，以实现工作板11上待测工件4反射激光全多方位角度调整，进 而达到激光测量自动准直。
[0024] 钢珠约束机构14包括设置在钢珠支承组件143上的全自由转动钢珠140、设置在 水平角度调整机构15上的半约束钢珠141、以及设置在坚直角度调整机构16上的全约束 转动钢珠142 ;全自由转动钢珠140、半约束钢珠141和全约束转动钢珠142均与工作板11 抵触。
[0025] 具体地，钢珠支承组件143包括设置在底板10上的支撑柱1430以及固定在支撑 柱1430上三个固定钢珠1431，三个固定钢珠1431呈三角方位设置，全自由转动钢珠140放 置在三个固定钢珠1431上，采用三个固定钢珠1431支撑限制全自由转动钢珠140在X轴、 Y轴方向的移动，再由工作板11通过弹簧拉紧机构13在Z轴方向的拉紧力限制全自由转动 钢珠140在Z轴方向的移动，工作板11上设有一个90°的锥形沉孔与全自由转动钢珠140 配合，以实现全方位自由转动，使得整个工作板11可围绕全自由转动钢珠140转动。
[0026] 具体地，水平角度调整机构15包括设置在底板10上沿X轴方向设置的第一滑轨 150、设置在第一滑轨150上与第一滑轨150配合的第一滑块151、用于控制第一滑块151沿 第一滑轨150移动的第一驱动组件152以及设置在第一滑块151上的用于控制半约束钢珠 141沿Y轴方向移动的Y方向调整组件153。进一步地，第一驱动组件152包括用于提供驱 动力的第一电机1520、与第一电机1520通过第一丝杆1521相连的第一转子1522,第一转 子1522与第一滑轨150固定相连，以带动第一滑块151沿第一滑轨150方向（即X轴方向） 移动。具体地，Y方向调整组件153包括固定在第一滑块151的沿Y轴方向平行设置的两 个滚柱1530,半约束钢珠141放置在两个滚柱1530上。具体地，半约束钢珠141为约束其 在Y轴方向移动的钢珠，在工作板11与半约束钢珠141接触处设有一个90°的锥形沉孔， 以限制半约束钢珠141的位置。可以理解的，放置在两个滚柱1530上的半约束钢珠141可 以在第一滑块151沿X轴方向移动的同时沿Y轴方向移动，以调整全自由转动钢珠140与 半约束钢珠141之间的距离，使工作板11绕Z轴转动。
[0027] 水平解调调整机构工作时，第一电机1520驱动第一滑块151沿第一滑轨150移 动，第一滑块151带动放置在第一滑块151两个滚柱1530上的半约束钢珠141，使得工作 板11绕全自由转动钢珠140的Z轴转动，进而调整工作板11上待测工件4反射激光的水 平方向角度。
[0028] 坚直角度调整机构16包括设置在底板10上沿X轴方向设置的第二滑轨160、设置 在第二滑轨160上与第二滑轨160配合的第二滑块161、用于控制第二滑块161沿第二滑轨 160移动的第二驱动组件162以及与第二滑块161相连的用于控制全约束转动钢珠142沿 Z轴方向移动的Z方向调整组件163。具体地，第二驱动组件162包括用于提供驱动力的第 二电机1620、与第二电机1620通过第二丝杆1621相连的第二转子1622,第二转子1622与 第二滑块161相连，以带动第二滑块161沿第二滑轨160方向（即X轴方向）移动。
[0029] Z方向调整组件163包括"U"形摇杆支座1630、设置在摇杆支座1630上的旋转轴 1631、设置于旋转轴1631上并绕旋转轴1631转动的摇杆1632、与第二转子1622相连的用 于推动摇杆1632绕旋转轴1631转动的圆头顶销1633。摇杆1632包括呈"L"形设置的第 一摇杆部分和第二摇杆部分，第一摇杆部分与圆头顶销1633接触，第二摇杆部分呈"L"形 设置，第二摇杆部分远离第一摇杆部分的一端上固定设置有全约束转动钢珠142。具体地， 全约束转动钢珠142固定在第二摇杆部分的一端并与工作板11接触，不能自由转动，但在 圆头顶销1633推动第一摇杆部分沿X轴方向移动时，带动第二摇杆部分绕旋转轴1631转 动，使得第二摇杆部分上的全约束转动钢珠142在Z轴方向上发生位移，使工作板11绕Y 轴（即全自由转动钢珠140和半约束钢珠141之间连线）转动。
[0030] 坚直角度调整机构16工作时，第二电机1620驱动第二滑块161沿第二滑轨160 移动，与第二转子1622相连的圆头顶销1633推动摇杆1632的第一摇杆部分使其绕旋转轴 1631转动，进而使得固定在第二摇杆部分上的全约束转动钢珠142在Z轴方向上发生位移， 使工作板11绕Y轴转动，以调整工作板11上待测工件4反射激光的坚直方向角度。
[0031] 具体地，弹簧拉紧机构13设置在底板10与工作板11之间，用于使底板10与工作 板11保持拉紧状态，使两板不分离。具体地，弹簧拉紧机构13包括设置在全自由转动钢珠 140周边呈三角方位设置的三根第一拉簧130、相对设置半约束钢珠141两侧的二根第二拉 簧131和设置在全约束转动钢珠142 -侧的一根第三拉簧132。具体地，三根第一拉簧130 设置在底板10与工作板11之间呈三角方位设置，可使底板10与工作板11保持拉紧状态， 避免工作板11绕全自由转动钢珠140转动时脱落；而且三根第一拉簧130设置在全自由转 动钢珠140周边呈三角方位设置，可实现全方向多角度转动时，有效减少第一拉簧130各方 向形变量并压紧全自由转动钢珠140。二根第二拉簧131设置在在第一滑块151与工作板 11之间且相对设置在两个滚柱1530两侧，以避免半约束钢珠141工作时工作板11脱落，而 且可实现半约束钢珠141在Y轴方向移动时，减少第二拉簧131的形变量。第三拉簧132 设置在底板10与工作板11之间，用于避免工作板11脱落，而且第三拉簧132可与Z方向 调整组件163配合，利用第三拉簧132的拉紧力以使全约束转动钢珠142在Z轴方向上发 生位移，使工作板11绕Y轴（即全自由转动钢珠140和半约束钢珠141之间连线）转动。
[0032] 本实施例中工作板11上待测工件4后方还设置有用于遮挡激光的遮光板12,避免 激光没有照射到待测工件4并由待测工件4反射的情况下，激光直射至待测工件4后方而 可能对人体尤其是人眼睛造成严重伤害等情况发生。可以理解地，遮光板12不能对激光进 行反射，以避免其反射光线与待测工件4上的反射光线混淆，避免待测工件4的自动准直效 率。
[0033] 本实施例所提供的自动对准平台1利用设置在底板10与工作板11之间的用于调 整工作板11上待测工件4反射激光角度的角度调整机构，调整激光反射角度以达到自动准 直的目的，该自动对准平台1结构简单，使得方便，其准直过程全自动无需进行人工准直， 有利于节省人力成本而且提高准直效率。
[0034] 图3示出本实用新型一实施例中的激光反射测量的自动准直系统。该自动准直系 统包括前述的自动对准平台1、设置在自动对准平台1前方的的挡光板2、设置于自动对准 平台1与挡光板2之间的摄像头3、分别与摄像头3和自动对准平台1相连的控制器。挡光 板2用于形成激光反射光点，其上设有用于供激光通过的通孔20,激光从挡光板2上的通 孔20通过经自动对准平台1上的待测工件4的反射在挡光板2上形成激光反射光点。摄 像头3用于采集激光反射光点与通孔20位置的图像，若激光反射光点与通孔20位置的图 像中激光反射光点与通孔20位置重合，则激光在待测工件4上的入射角与反射角重合，以 达到准直目的。控制器根据摄像头3采集的激光反射光点与通孔20位置的图像控制自动 对准平台1进行角度调整以使激光反射光点与通孔20位置重合。
[0035] 该自动准直系统工作时，将待测工件4通过工装夹具5固定在自动对准平台1上， 激光通过挡光板2上的通孔20入射到自动对准平台1上的待测工件4上，待测工件4将激 光反射到挡光板2上形成激光反射光点；摄像头3采集激光反射光点与通孔20位置的图像 并将其发送至控制器，控制器对摄像头3采集的激光反射光点与通孔20位置的图像进行处 理后控制自动对准平台1中的角度调整机构对待测工件4上的激光反射角度进行调整，使 得激光在待测工件4上的入射角与反射角重合（即再次采集到的激光反射光点与通孔20 位置的图像中激光反射光点与通孔20位置重合），以实现自动准直的目的。该自动准直系 统的准直过程全自动无需进行人工准直，有利于节省人力成本而且提高准直效率。
[0036] 本实用新型是通过一个具体实施例进行说明的，本领域技术人员应当明白，在不 脱离本实用新型范围的情况下，还可以对本实用新型进行各种变换和等同替代。另外，针对 特定情形或具体情况，可以对本实用新型做各种修改，而不脱离本实用新型的范围。因此， 本实用新型不局限于所公开的具体实施例，而应当包括落入本实用新型权利要求范围内的 全部实施方式。
【权利要求】
1. 一种基于激光反射测量的自动对准平台，其特征在于：包括底板（10)、用于放置待 测工件（4)的工作板（11)、用于紧固所述底板（10)与所述工作板（11)的弹簧拉紧机构 (13)、设置于所述底板（10)与所述工作板（11)之间的用于调整所述工作板（11)上待测工 件（4)反射激光角度的角度调整机构。
2. 根据权利要求1所述的基于激光反射测量的自动对准平台，其特征在于：所述角度 调整机构包括与所述工作板（11)抵触的用于支撑所述工作板（11)的钢珠约束机构（14)、 与所述钢珠约束机构（14)配合用于调整工作板（11)上待测工件（4)反射激光水平方向角 度的水平角度调整机构（15)、以及与所述钢珠约束机构（14)配合的用于调整工作板（11) 上待测工件（4)反射激光坚直方向角度的坚直角度调整机构（16)。
3. 根据权利要求2所述的基于激光反射测量的自动对准平台，其特征在于：所述钢珠 约束机构（14)包括设置在钢珠支承组件（143)上的全自由转动钢珠（140)、设置在所述水 平角度调整机构（15)上的半约束钢珠（141 )、以及设置在所述坚直角度调整机构（16)上的 全约束转动钢珠（142);所述全自由转动钢珠（140)、半约束钢珠（141)和全约束转动钢珠 (142)均与所述工作板（11)抵触。
4. 根据权利要求3所述的基于激光反射测量的自动对准平台，其特征在于：所述钢 珠支承组件（143)包括设置在所述底板（10)上的支撑柱（1430)以及固定在所述支撑柱 (1430)上三个固定钢珠（1431 )，所述三个固定钢珠（1431)呈三角方位设置，所述全自由转 动钢珠（140)放置在所述三个固定钢珠（1431)上。
5. 根据权利要求3所述的基于激光反射测量的自动对准平台，其特征在于：所述水平 角度调整机构（15)包括设置在所述底板（10)上沿X轴方向设置的第一滑轨（150)、设置在 所述第一滑轨（150)上与所述第一滑轨（150)配合的第一滑块（151 )、用于控制所述第一滑 块（151)沿所述第一滑轨（150)移动的第一驱动组件（152)以及设置在所述第一滑块（151) 上的用于控制所述半约束钢珠（141)沿Y轴方向移动的Y方向调整组件（153)。
6. 根据权利要求5所述的基于激光反射测量的自动对准平台，其特征在于：所述Y 方向调整组件（153)包括固定在所述第一滑块（151)的沿Y轴方向平行设置的两个滚柱 (1530)，所述半约束钢珠（141)放置在所述两个滚柱（1530)上；所述第一驱动组件（152)包 括第一电机（1520)、与所述第一电机（1520)通过第一丝杆（1521)相连的第一转子（1522)， 所述第一转子（1522)与所述第一滑轨（150)固定相连。
7. 根据权利要求3所述的基于激光反射测量的自动对准平台，其特征在于：所述坚直 角度调整机构（16)包括设置在所述底板（10)上沿X轴方向设置的第二滑轨（160)、设置在 所述第二滑轨（160)上与所述第二滑轨（160)配合的第二滑块（161 )、用于控制所述第二滑 块（161)沿所述第二滑轨（160)移动的第二驱动组件（162)以及与所述第二滑块（161)相 连的用于控制所述全约束转动钢珠（142)沿Z轴方向移动的Z方向调整组件（163)。
8. 根据权利要求7所述的基于激光反射测量的自动对准平台，其特征在于：所述第二 驱动组件（162)包括第二电机（1620)、与所述第二电机（1620)通过第二丝杆（1621)相连的 第二转子（1622)，所述第二转子（1622)与所述第二滑块（161)相连；所述Z方向调整组件 (163)包括"U"形摇杆支座（1630)、设置在所述摇杆支座（1630)上的旋转轴（1631)、设置于 所述旋转轴（1631)上并绕所述旋转轴（1631)转动的摇杆（1632)、与所述第二转子（1622) 相连的用于推动所述摇杆（1632)绕所述旋转轴（1631)转动的圆头顶销（1633);所述摇杆 (1632)包括呈"L"形设置的第一摇杆部分和第二摇杆部分，所述第一摇杆部分与所述圆头 顶销（1633)接触，所述第二摇杆部分呈"L"形设置，所述第二摇杆部分远离所述第一摇杆 部分的一端上固定设置有所述全约束转动钢珠（142)。
9. 根据权利要求3?8任一项所述的基于激光反射测量的自动对准平台，其特征在于： 所述弹簧拉紧机构（13)包括设置在所述全自由转动钢珠（140)周边呈三角方位设置的三 根第一拉簧（130)、相对设置所述半约束钢珠（141)两侧的二根第二拉簧（131)和设置在所 述全约束转动钢珠（142)-侧的一根第三拉簧（132)。
10. -种激光反射测量的自动准直系统，其特征在于：包括权利要求1-9所述的自动对 准平台（1)、设置在所述自动对准平台（1)前方的用于形成激光反射光点的挡光板（2)，所 述挡光板（2)上设有用于供激光通过的通孔（20);所述自动准直系统还包括设置在所述自 动对准平台（1)与所述挡光板（2)之间的用于采集所述激光反射光点与通孔（20)位置的图 像的摄像头（3)、以及分别与所述摄像头（3)和所述自动对准平台（1)相连的控制器；所述 控制器根据所述摄像头（3)采集的激光反射光点与通孔（20)位置的图像控制自动对准平 台（1)进行角度调整以使所述激光反射光点与通孔（20)位置重合。
【文档编号】G05D3/12GK203882200SQ201420283161
【公开日】2014年10月15日 申请日期:2014年5月29日 优先权日:2014年5月29日
【发明者】张晓波, 蔡金杰, 何彩英, 陆锋 申请人:深圳长城开发科技股份有限公司