CN107883885A - 一种高精度立体曲面物体厚度测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高精度立体曲面物体厚度测量装置，包括光栅尺、激光测量机构以及Y轴运动机构；Y轴运动机构包括Y轴基板和可在Y轴基板沿Y轴方向往复移动的Y轴移动单元；激光测量机构包括激光位移传感器，光栅尺包括标尺光栅和光栅尺读数头，光栅标尺和激光位移传感器设置在Y轴移动单元上，光栅尺读数头设置在Y轴基板上；光栅尺监测Y轴移动单元在Y轴方向上的运动位移，当运动位移达到预设位移时，发送测量信号至激光位移传感器，激光位移传感器根据测量信号对被测物体进行厚度参数采集。本发明的高精度立体曲面物体厚度测量装置实现了测量方便快捷、精度高，能满足大批量曲面物体厚度测量的需求。

Description

一种高精度立体曲面物体厚度测量装置

技术领域

本发明涉及厚度测量技术领域，更具体地说，涉及一种高精度立体曲面物体厚度测量装置。

背景技术

在产品的生产加工过程中，时刻要把握产品的精确厚度尺寸，厚度的测量是衡量产品质量的基础手段，通过确认产品的厚度从而判断产品是否合格。而产品有平面的、曲面的或者不规则的，目前常用的曲面物体厚度的测量方法是三坐标测量法，这种方法测量精度高，但测量速度慢，无法适应大批量曲面物体厚度的测量。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种测量速度快的高精度立体曲面物体厚度测量装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种高精度立体曲面物体厚度测量装置，其特征在于，包括光栅尺、激光测量机构以及Y轴运动机构；

所述Y轴运动机构包括Y轴基板和可在所述Y轴基板沿Y轴方向往复移动的Y轴移动单元；

所述激光测量机构包括激光位移传感器，所述光栅尺包括标尺光栅和光栅尺读数头，所述光栅标尺和激光位移传感器设置在所述Y轴移动单元上，所述光栅尺读数头设置在所述Y轴基板上；

所述光栅尺监测所述Y轴移动单元在Y轴方向上的运动位移，当所述运动位移达到预设位移时，发送测量信号至所述激光位移传感器，所述激光位移传感器根据所述测量信号对被测物体进行厚度参数采集。

优选地，所述Y轴运动机构还包括为所述Y轴移动单元的移动导向的Y轴直线导轨，所述Y轴直线导轨设置在所述Y轴基板上。

优选地，所述激光测量机构还包括连接板，所述激光位移传感器设置在所述连接板上；

所述连接板垂直设置在所述Y轴移动单元上，并由所述Y轴移动单元带动沿Y轴方向往复移动。

优选地，所述激光测量机构包括两个所述激光位移传感器，两个所述激光位移传感器间隔设置在所述连接板上，且两个所述激光位移传感器的激光器相对设置。

优选地，所述激光测量机构还包括平移台，所述平移台可拆卸地安装在所述连接板上，每个所述激光位移传感器设置在不同的所述平移台上。

优选地，所述厚度测量装置还包括与所述Y轴运动机构相互垂直的Z轴运动机构,所述Z轴运动机构包括Z轴基板和可在所述Z轴基板沿Z轴方向往复移动的Z轴移动单元；

所述Z轴基板设置在所述Y轴移动单元上，并由所述Y轴移动单元带动沿Y轴方向往复运动；

所述连接板设置在所述Z轴移动单元上，并由所述Z轴移动单元带动沿Z轴方向往复运动。

优选地，所述Z轴运动机构还包括为所述Z轴移动单元的移动导向的Z轴直线导轨，所述Z轴直线导轨设置在所述Z轴基板上。

优选地，所述Y轴运动机构还包括与所述Z轴基板垂直连接的Y轴连接板，所述Y轴连接板安装在所述Y轴移动单元上并由所述Y轴移动单元带动沿Y轴方向往复运动。

优选地，所述光栅标尺设置在所述Y轴连接板上，所述Y轴连接板与Z轴基板之间设有加强筋。

优选地，所述光栅尺还包括光栅尺读数头固定座，所述光栅尺读数头固定座设置在所述Y轴基板上，所述光栅尺读数头固定在所述光栅尺读数头固定座上。

实施本发明的高精度立体曲面物体厚度测量装置，具有以下有益效果：发明的厚度测量装置设置有移动单元、光栅尺和激光位移传感器，激光位移传感器设置在移动单元上，可根据测量需求设置固定的移动单元运动程序，满足大批量测量需求；通过调整移动单元带动着激光位移传感器移动，光栅尺可以根据移动单元的运动位移连续触发以激光位移传感器对被测物体进行厚度参数采集，将轮廓曲线扫描至电子终端(例如电脑)，实现测量方便快捷、精度高，能满足大批量曲面物体厚度测量的需求。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明高精度立体曲面物体厚度测量装置的结构示意图；

图2是图1所示高精度立体曲面物体厚度测量装置的分解示意图；

图3是本发明高精度立体曲面物体厚度测量装置的正视图；

图4是本发明高精度立体曲面物体厚度测量装置的侧视图；

图中各标号对应的部件名称如下：

1、激光位移传感器；2、平移台；3、连接板；4、Z轴移动单元；5、Z轴直线导轨；6、Z轴基板；7、加强筋；8、Y轴连接板；9、标尺光栅；10、Y轴移动单元；11、Y轴直线导轨；12、光栅尺读数头；13、光栅尺读数头固定座；14、Y轴基板。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。

本发明公开了一种高精度立体曲面物体厚度测量装置，可应用于测量立体物体的厚度，尤其是测量立体曲面物体的厚度。

如图1-图4所示，本发明的高精度立体曲面物体厚度测量装置包括光栅尺、激光测量机构以及Y轴运动机构；Y轴运动机构包括Y轴基板14和可在Y轴基板14上沿Y轴方向往复移动的Y轴移动单元10；激光测量机构包括激光位移传感器1，光栅尺包括标尺光栅9和光栅尺读数头12，标尺光栅9和激光位移传感器1设置在Y轴移动单元10上，光栅尺读数头12设置在Y轴基板14上；光栅尺监测Y轴移动单元10在Y轴方向上的运动位移，当运动位移达到预设位移时，发送测量信号至激光位移传感器1，激光位移传感器1根据所述测量信号对被测物体进行厚度参数采集。采集的频率与光栅尺的精度有关，例如光栅尺的精度为0.5μm，在预设位移内，每间隔0.5μm，便会测量一次厚度，厚度参数被电子终端(例如电脑)采集，形成厚度轮廓曲线。

其中，“预设位移”根据标尺光栅9的刻度进行选择设置。例如，需测量区域在标尺光栅9的刻度115-200μm内时，可将预设位移定为115-200μm，当运动位移到达115μm，光栅尺便触发激光位移传感器1对被测物体进行厚度参数采集，运动位移到达200μm，光栅尺便停止触发，测量完成。

激光测量机构用于对待测物体厚度进行非接触式激光测量。优选地，激光测量机构还包括连接板3，用于固定激光位移传感器1。连接板3垂直设置在Y轴移动单元10上，并由Y轴移动单元10带动沿Y轴方向往复移动。激光位移传感器1设置在连接板3上，当连接板3由Y轴移动单元10带动沿Y轴方向往复移动时，激光位移传感器1也随着连接板3沿Y轴方向往复移动，从而调整与被测物体的距离。

进一步的，激光测量机构还包括平移台2，每个激光位移传感器1设置在不同的平移台2上。平移台2可拆卸地安装在连接板3上，用于根据测量物体的尺寸快速调整激光位移传感器1的相对位置。使用时将激光位移传感器1设置在平移台2上，通过调节平移台2在连接板3上的位置，从而改变激光位移传感器1在连接板3上的相对位置。优选地，激光测量机构包括两个激光位移传感器1，两个激光位移传感器1间隔设置在连接板3上，且两个激光位移传感器1的激光器相对设置。如图2或图3所示，两个激光位移传感器1上下对称布局，分别固定在平移台2上，通过连接板3组合在一起。

Y轴运动机构用于带动激光测量机构沿Y轴方向往复移动。Y轴运动机构的Y轴移动单元10设置在Y轴基板14上，并可在Y轴基板14沿Y轴方向往复移动，从而带动激光测量机构沿Y轴方向往复移动。可以理解的，可通过驱动装置(例如伺服电机)驱动Y轴移动单元10在Y轴方向上进行往复移动，例如，可通过控制系统根据设定好的参数控制伺服电机转动，伺服电机拖动丝杆转动，丝杆驱动Y轴移动单元10移动，从而实现激光位移传感器1在Y轴方向位移的精准调节。

优选地，Y轴运动机构还包括Y轴连接板8和为Y轴移动单元10的移动导向的Y轴直线导轨11。Y轴直线导轨11设置在Y轴基板14上，激光测量机构设置在Y轴连接板8上，而Y轴连接板8又安装在Y轴移动单元10上并由Y轴移动单元10带动沿Y轴方向往复运动，从而带动整个激光测量机构沿Y轴方向往复移动。本实施例中，Y轴直线导轨11与Y轴移动单元10平行设置在Y轴基板14上，Y轴连接板8连接Y轴直线导轨11，以提高激光位移传感器1运动的稳定性。可以理解的，也可以将Y轴移动单元10设计成直接沿着Y轴直线导轨11进行移动。

本发明的高精度立体曲面物体厚度测量装置还包括与Y轴运动机构相互垂直的Z轴运动机构,Z轴运动机构用于带动激光测量机构沿Z轴方向往复移动。Z轴运动机构包括Z轴基板6和可在Z轴基板6沿Z轴方向往复移动的Z轴移动单元4，激光测量机构的连接板3设置在Z轴移动单元4上，并由Z轴移动单元4带动沿Z轴方向往复运动。Z轴基板6设置在Y轴移动单元10上，并由Y轴移动单元10带动沿Y轴方向往复运动，进而带动激光测量机构沿Y轴方向往复移动。可以理解的，可通过驱动装置(例如伺服电机)驱动Z轴移动单元4在Z轴方向上进行往复移动，例如，可通过控制系统根据设定好的参数控制伺服电机转动，伺服电机拖动丝杆转动，丝杆驱动Z轴移动单元4移动，从而实现激光位移传感器1在Z轴方向位移的精准调节。

如图1所示，Z轴基板6与Y轴运动机构的Y轴连接板8垂直连接，Y轴连接板8安装在Y轴移动单元10上并由Y轴移动单元10带动沿Y轴方向往复运动，从而带动Z轴基板6沿Y轴方向往复移动，进而带动整个激光测量机构沿Y轴方向往复移动。优选地，Y轴连接板8与Z轴基板6之间设有加强筋7，以增加Y轴连接板8与Z轴基板6之间的连接强度。

进一步地，Z轴运动机构还包括为Z轴移动单元4的移动导向的Z轴直线导轨5，Z轴直线导轨5设置在Z轴基板6上。本实施例中，Z轴直线导轨5与Z轴移动单元4平行设置在Z轴基板6上，激光测量机构的连接板3连接Z轴直线导轨5，以提高激光位移传感器1运动的稳定性。可以理解的，也可以将Z轴移动单元4设计成直接沿着Z轴直线导轨5进行移动。

光栅尺用于监测Y轴移动单元10在Y轴方向上的运动位移，当所述运动位移达到预设位移时，触发激光位移传感器1对被测物体进行厚度参数采集，通过使用光栅尺可以提高测量精度。光栅尺包括标尺光栅9和光栅尺读数头12。如图4所示，光栅尺读数头12设置在Y轴基板14上固定不动，标尺光栅9设置在Y轴连接板8上，随着Y轴连接板8在Y轴方向上移动。该标尺光栅9可选用分辨率为0.5微米的标尺光栅。优选地，光栅尺还包括光栅尺读数头固定座13，该光栅尺读数头固定座13设置在Y轴基板14上，光栅尺读数头12固定在光栅尺读数头固定座13上。

本发明的高精度立体曲面物体厚度测量装置通过将激光位移传感器1设置在移动单元上，可根据测量需求设置固定的移动单元运动程序，满足大批量检测需求。具体地，根据测量需求调整移动单元带动激光位移传感器1移动，以调整激光位移传感器1与被测物体的距离，通过调整Z轴移动单元4在Z轴方向移动，从而调整激光位移传感器1在Z轴方向上的高度；根据测量需求调整Y轴移动单元10沿Y轴方向移动，从而带动激光位移传感器1沿Y轴方向移动，以调整与被测物体的相对位置。光栅尺根据Y轴移动单元10的运动位移以标尺光栅分辨率的精度连续触发激光位移传感器1对被测物体进行厚度参数采集，将轮廓曲线扫描至电子终端(例如电脑)，实现测量方便快捷、精度高，能满足大批量曲面物体厚度测量的需求。

可以理解的，以上实施例仅表达了本发明的优选实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制；应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，可以对上述技术特点进行自由组合，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围；因此，凡跟本发明权利要求范围所做的等同变换与修饰，均应属于本发明权利要求的涵盖范围。

Claims (10)

1.一种高精度立体曲面物体厚度测量装置，其特征在于，包括光栅尺、激光测量机构以及Y轴运动机构；

所述Y轴运动机构包括Y轴基板(14)和可在所述Y轴基板(14)沿Y轴方向往复移动的Y轴移动单元(10)；

所述激光测量机构包括激光位移传感器(1)，所述光栅尺包括标尺光栅(9)和光栅尺读数头(12)，所述标尺光栅(9)和激光位移传感器(1)设置在所述Y轴移动单元(10)上，所述光栅尺读数头(12)设置在所述Y轴基板(14)上；

所述光栅尺监测所述Y轴移动单元(10)在Y轴方向上的运动位移，当所述运动位移达到预设位移时，发送测量信号至所述激光位移传感器(1)，所述激光位移传感器(1)根据所述测量信号对被测物体进行厚度参数采集。

2.根据权利要求1所述的厚度测量装置，其特征在于，所述Y轴运动机构还包括为所述Y轴移动单元(10)的移动导向的Y轴直线导轨(11)，所述Y轴直线导轨(11)设置在所述Y轴基板(14)上。

3.根据权利要求1所述的厚度测量装置，其特征在于，所述激光测量机构还包括连接板(3)，所述激光位移传感器(1)设置在所述连接板(3)上；

所述连接板(3)垂直设置在所述Y轴移动单元(10)上，并由所述Y轴移动单元(10)带动沿Y轴方向往复移动。

4.根据权利要求3所述的厚度测量装置，其特征在于，所述激光测量机构包括两个所述激光位移传感器(1)，两个所述激光位移传感器(1)间隔设置在所述连接板(3)上，且两个所述激光位移传感器(1)的激光器相对设置。

5.根据权利要求3所述的厚度测量装置，其特征在于，所述激光测量机构还包括平移台(2)，所述平移台(2)可拆卸地安装在所述连接板(3)上，每个所述激光位移传感器(1)设置在不同的所述平移台(2)上。

6.根据权利要求3-5任一项所述的厚度测量装置，其特征在于，所述厚度测量装置还包括与所述Y轴运动机构相互垂直的Z轴运动机构,所述Z轴运动机构包括Z轴基板(6)和可在所述Z轴基板(6)沿Z轴方向往复移动的Z轴移动单元(4)；

所述Z轴基板(6)设置在所述Y轴移动单元(10)上，并由所述Y轴移动单元(10)带动沿Y轴方向往复运动；

所述连接板(3)设置在所述Z轴移动单元(4)上，并由所述Z轴移动单元(4)带动沿Z轴方向往复运动。

7.根据权利要求6所述的厚度测量装置，其特征在于，所述Z轴运动机构还包括为所述Z轴移动单元(4)的移动导向的Z轴直线导轨(5)，所述Z轴直线导轨(5)设置在所述Z轴基板(6)上。

8.根据权利要求6所述的厚度测量装置，其特征在于，所述Y轴运动机构还包括与所述Z轴基板(6)垂直连接的Y轴连接板(8)，所述Y轴连接板(8)安装在所述Y轴移动单元(10)上并由所述Y轴移动单元(10)带动沿Y轴方向往复运动。

9.根据权利要求8所述的厚度测量装置，其特征在于，所述标尺光栅(9)设置在所述Y轴连接板(8)上，所述Y轴连接板(8)与Z轴基板(6)之间设有加强筋(7)。

10.根据权利要求1所述的厚度测量装置，其特征在于，所述光栅尺还包括光栅尺读数头固定座(13)，所述光栅尺读数头固定座(13)设置在所述Y轴基板(14)上，所述光栅尺读数头(12)固定在所述光栅尺读数头固定座(13)上。