一种非接触式三自由度光学三维测量转台制造技术

本发明专利技术公开一种非接触式三自由度光学三维测量转台，属于结构光精密测量技术领域。本发明专利技术综合运用了串并联机构、数控技术；该测量转台主要包括底座、推力轴承、旋转平台、万向节、主动齿轮、传动连杆、伺服电机、固定夹具的夹具台等机构，并由这些机构构成一个自由度为三的光学三维测量转台；本发明专利技术使用串并联结构控制着三个自由度方向运动，二个自由度的并联结构固定在一个自由度的旋转平台上；本发明专利技术结构简单，制造成本低；本发明专利技术控制精度高，通过上位机数字控制，控制简单、快速；本发明专利技术拥有三个自由度，轻松完成三维光学测量，一次操作就可以得到被测量物的三维数字影像，高效快捷。

A non-contact three degree of freedom optical 3D measurement turntable

The invention discloses a non-contact three degree of freedom optical three-dimensional measuring turntable, which belongs to the technical field of structured light precision measurement. The invention uses the serial parallel mechanism, numerical control technology; the measurement platform mainly comprises a base, a thrust bearing, a rotating platform, a universal joint, a driving gear, a transmission rod, servo motor, fixture fixture Taiwan and other institutions, and these institutions constitute a three-dimensional optical measurement for three degrees of freedom of the turntable; the invention the use of controlled three degree of freedom motion series parallel structure, two degrees of freedom parallel structure is fixed on the rotating platform with one degree of freedom; the invention has the advantages of simple structure, low manufacturing cost; the invention has high control precision, control by digital computer control, simple and fast; the invention has three degrees of freedom easy to complete, three-dimensional optical measurement, one operation can get the 3D digital image of the object to be measured, fast and efficient.

【技术实现步骤摘要】
一种非接触式三自由度光学三维测量转台
本专利技术涉及一种非接触式三自由度光学三维测量转台，属于精密测量

技术介绍
非接触式光学三维测量突破了传统投影仪和二维影像测量的原本条件，是集光学、机械、电子、计算机图像处理技术于一体的高精度、高效率、高可靠性的测量仪器。由光学放大系统对被测物体进行放大，经过CCD摄像系统采集影像特征并送入计算机后，能够高效的检测出各种各样复杂的精密零部件的轮廓和表面形状尺寸、角度及位置，全自动的进行每一种微观检测与质量控制。随着现代工业向高精度、微制造产业方向的不断发展与升级，非接触方式已经成了一种趋势。突破原本的传统模式，使用非接触式三维测量的方式方法进行快速精密的几何尺寸和形位公差的测算计量，成为了一种肯定的方式。因为它在微型精密测量领域的巨大的使用途径，已经成为越来越多的主流应用领域接受的快速尺寸的测量方式之一。三维光学测量仪适用于以坐标测量为最终目的一切应用方向，比如机械、电子、仪表、五金、塑胶等行业，并在其中被广泛使用。并联机构已经在工业上显现出了极大的应用价值，其多自由度并联机构相比传统的串联机构具有：如结构简单、刚度大、动态响应快、承载能力强、精度高等优点。大部分的并联机器人是以Stewart平台为基础，具有6个自由度，但多数情况并不需要6个自由度，且6个自由度导致简化复杂、控制速率低、进度慢等。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种非接触式三自由度光学三维测量转台，在光学摄像机不接触装置的情况下，实现对物体三维方向，快速，高效的光学测量。使用数控技术解决操作繁琐，低效的问题，所有控制操作在上位机上实现高效、快捷。本专利技术采用的技术方案是：一种非接触式三自由度光学三维测量转台，包括底座1、推力轴承3、旋转平台4、主动齿轮14、Y向伺服电机5a、X向伺服电机5b、旋转伺服电机5c、凸轮Ⅰ6b、凸轮Ⅱ6a、连杆Ⅰ7b、连杆Ⅱ7a、下万向节叉8、万向节十字轴9、上万向节叉10、夹具台11、上位机；所述旋转平台4、推力轴承3位于底座1内，底座1与推力轴承3转动副连接，推力轴承3与旋转平台4转动副连接，旋转平台4与底座1内切，旋转平台4与下万向节叉8下端固定连接，下万向节叉8与万向节十字轴9的X走向轴转动副连接，万向节十字轴9的Y走向轴与上万向节叉10转动副连接，上万向节叉10与夹具台11固定连接，夹具台11重心在上万向节叉10轴线上；夹具台11侧面的相邻两面固定有Y方向V形杆2a、X方向V形杆2b；旋转伺服电机5c固定在底座1一侧，其输出轴与主动齿轮14相连接，主动齿轮14与旋转平台4相啮合，伺服电机5c驱动旋转平台4绕推力轴承3的轴心旋转；X向伺服电机5b固定在旋转平台4上，其输出轴与凸轮Ⅰ6b连接，凸轮Ⅰ6b与连杆Ⅰ7b转动副连接，连杆7b与X方向V形杆2b球面副连接；Y向伺服电机5a固定在旋转平台4上，输出轴与凸轮Ⅱ6a连接，凸轮Ⅱ6a与连杆Ⅱ7a转动副连接，连杆Ⅱ7a与Y方向V形杆2a球面副连接，所述的旋转平台4、底座1、推力轴承3、下万向节叉8共用轴心线，旋转平台4相对底座1同轴旋转，Y向伺服电机5a、X向伺服电机5b、旋转伺服电机5c均与上位机连接。所述旋转平台4是一个齿轮，齿顶圆与底座1内切，旋转平台4上沿不超出底座1上沿，旋转平台4的上平面在底座1上沿以下6mm。所述旋转平台4上使用内六角螺钉12固定下万向节叉8；X向伺服电机5b通过的电机螺栓13固定在旋转平台4上，且沿X轴右侧分布；Y向伺服电机5a通过电机螺栓13固定在旋转平台4上，且沿Y轴左侧分布。所述底座1一侧有缺口，缺口处伸出一板，旋转伺服电机5c通过电机螺栓13固定于底座1的伸出板上，底座1的缺口处露出旋转平台4的齿轮。所述下万向节叉8、万向节十字轴9、上万向节叉10共同组成万向节16，所述底座1、推力轴承3、旋转平台4、万向节16、夹具台11组成非接触式三自由度光学三维测量转台的支撑部分，非接触式三自由度光学三维测量转台的承重能力由支撑部分决定。所述夹具台11的固定夹具平面呈正方形，Y方向V形杆2a、X方向V形杆2b中心对称分布且底部有球面副，X方向V形杆2b球面副球心在万向节十字轴9的X走向轴的轴线上，Y方向V形杆2a球面副球心在万向节十字轴9的Y走向轴的轴线上，X向伺服电机5b、凸轮Ⅰ6b、连杆Ⅰ7b、X方向V形杆2b组成X方向平台倾角控制机构17，Y向伺服电机5a、凸轮Ⅱ6a、连杆Ⅱ7a、Y方向V形杆2a组成Y方向平台倾角控制机构15。所述上位机给X向伺服电机5b发送控制信号，控制转动角度，等同控制凸轮Ⅰ6b转动角度，凸轮Ⅰ6b的角度通过连杆Ⅰ7b控制夹具台11X轴向倾角；上位机给Y向伺服电机5a发送控制信号，控制转动角度，等同控制凸轮Ⅱ6a转动角度，凸轮Ⅱ6a的角度通过连杆Ⅱ7a控制夹具台11Y轴向倾角，所述的X轴向倾角、Y轴向倾角共同决定夹具台11相对旋转平台4的倾角。所述的夹具台11的固定夹具平面上有6个夹具螺纹接口。所述的上万向节叉10固定在夹具台11下方，上万向节叉10与夹具台11使用6*6mm内六角螺钉12通过法兰盘固定。所述的旋转伺服电机5c、X向伺服电机5b、Y向伺服电机5a共同决定夹具台11的运动，非接触式三自由度光学三维测量转台整体有三个自由度，夹具台11在以旋转平台4为机架情况下有二个自由度。本专利技术的工作原理是：本专利技术使用串并联结构控制状态向三个自由度方向运动，二个自由度的并联结构固定在一个自由度的旋转平台4上。所述一个自由度的旋转平台4主要包括推力轴承3、旋转平台4、底座1、旋转伺服电机5c、主动齿轮14。旋转平台4与底座1之间使用推力轴承3转动副连接，旋转平台4、底座1、推力轴承3两两同轴，且相互之间平稳高精度转动。旋转平台4是一个齿轮，齿顶圆与底座1内切，旋转平台4上沿不超出底座1上沿，旋转平台4的上平面在底座1上沿以下6mm。使用推力轴承3保证了旋转平台4的同轴旋转，摩檫力小，同时有具备了做够的支撑能力，在支撑并联结构和被测物体的同时，保证旋转精度、使用寿命。底座1一侧有缺口，缺口处伸出一板，旋转伺服电机5c通过4*1.5mm螺纹固定于底座1的伸出板上。底座1缺口为方形，利于转台的底部安装、清洗和观察推力轴承3部分运行状况。同时缺口处露出旋转平台4齿轮，旋转伺服电机5c输出轴连接主动齿轮14，主动齿轮14与转盘齿轮啮合。旋转平台4相对底座1同轴旋转。上位机通过控制旋转伺服电机5c的转动可以控制旋转平台4角的坐标角度，即控制了非接触式三自由度光学三维测量转台的其中一个自由度的运动。并联结构有二个自由度，分为两个部分：平台承重支撑部分、平台姿态调整部分。并联结构的平台承重支撑部分包括下万向节叉8、万向节十字轴9、上万向节叉10、夹具台11。下万向节叉8固定在旋转平台4，下万向节叉8、旋转平台4同轴，下万向节叉8与旋转平台4使用法兰盘方式固定。上万向节叉10固定在夹具台11下方，上万向节叉10轴心正对夹具台11平面中心，上万向节叉10与夹具台11使用法兰盘方式固定。下万向节叉8与万向节十字轴9X方向轴旋转副连接，万向节十字轴9Y方向轴与上万向节叉10旋转副连接，下万向节叉8、万向节十字轴9、上万向节叉10共同组成万向节16。底座1、推力轴承本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种非接触式三自由度光学三维测量转台，其特征在于：包括底座（1）、推力轴承（3）、旋转平台（4）、主动齿轮（14）、Y向伺服电机（5a）、X向伺服电机（5b）、旋转伺服电机（5c）、凸轮Ⅰ（6b）、凸轮Ⅱ（6a）、连杆Ⅰ（7b）、连杆Ⅱ（7a）、下万向节叉（8）、万向节十字轴（9）、上万向节叉（10）、夹具台（11）、上位机；所述旋转平台（4）、推力轴承（3）位于底座（1）内，底座（1）与推力轴承（3）转动副连接，推力轴承（3）与旋转平台（4）转动副连接，旋转平台（4）与底座（1）内切，旋转平台（4）与下万向节叉（8）下端固定连接，下万向节叉（8）与万向节十字轴（9）的X走向轴转动副连接，万向节十字轴（9）的Y走向轴与上万向节叉（10）转动副连接，上万向节叉（10）与夹具台（11）固定连接，夹具台（11）重心在上万向节叉（10）轴线上；夹具台（11）侧面的相邻两面固定有Y方向V形杆(2a)、X方向V形杆(2b)；旋转伺服电机（5c）固定在底座（1）一侧，其输出轴与主动齿轮（14）相连接，主动齿轮（14）与旋转平台（4）相啮合，伺服电机（5c）驱动旋转平台（4）绕推力轴承（3）的轴心旋转；X向伺服电机（5b）固定在旋转平台（4）上，其输出轴与凸轮Ⅰ（6b）连接，凸轮Ⅰ（6b）与连杆Ⅰ（7b）转动副连接，连杆（7b）与X方向V形杆(2b)球面副连接；Y向伺服电机（5a）固定在旋转平台（4）上，输出轴与凸轮Ⅱ（6a）连接，凸轮Ⅱ（6a）与连杆Ⅱ（7a）转动副连接，连杆Ⅱ（7a）与Y方向V形杆(2a)球面副连接，所述的旋转平台（4）、底座（1）、推力轴承（3）、下万向节叉（8）共用轴心线，旋转平台（4）相对底座（1）同轴旋转，Y向伺服电机（5a）、X向伺服电机（5b）、旋转伺服电机（5c）均与上位机连接。...

【技术特征摘要】
1.一种非接触式三自由度光学三维测量转台，其特征在于：包括底座（1）、推力轴承（3）、旋转平台（4）、主动齿轮（14）、Y向伺服电机（5a）、X向伺服电机（5b）、旋转伺服电机（5c）、凸轮Ⅰ（6b）、凸轮Ⅱ（6a）、连杆Ⅰ（7b）、连杆Ⅱ（7a）、下万向节叉（8）、万向节十字轴（9）、上万向节叉（10）、夹具台（11）、上位机；所述旋转平台（4）、推力轴承（3）位于底座（1）内，底座（1）与推力轴承（3）转动副连接，推力轴承（3）与旋转平台（4）转动副连接，旋转平台（4）与底座（1）内切，旋转平台（4）与下万向节叉（8）下端固定连接，下万向节叉（8）与万向节十字轴（9）的X走向轴转动副连接，万向节十字轴（9）的Y走向轴与上万向节叉（10）转动副连接，上万向节叉（10）与夹具台（11）固定连接，夹具台（11）重心在上万向节叉（10）轴线上；夹具台（11）侧面的相邻两面固定有Y方向V形杆(2a)、X方向V形杆(2b)；旋转伺服电机（5c）固定在底座（1）一侧，其输出轴与主动齿轮（14）相连接，主动齿轮（14）与旋转平台（4）相啮合，伺服电机（5c）驱动旋转平台（4）绕推力轴承（3）的轴心旋转；X向伺服电机（5b）固定在旋转平台（4）上，其输出轴与凸轮Ⅰ（6b）连接，凸轮Ⅰ（6b）与连杆Ⅰ（7b）转动副连接，连杆（7b）与X方向V形杆(2b)球面副连接；Y向伺服电机（5a）固定在旋转平台（4）上，输出轴与凸轮Ⅱ（6a）连接，凸轮Ⅱ（6a）与连杆Ⅱ（7a）转动副连接，连杆Ⅱ（7a）与Y方向V形杆(2a)球面副连接，所述的旋转平台（4）、底座（1）、推力轴承（3）、下万向节叉（8）共用轴心线，旋转平台（4）相对底座（1）同轴旋转，Y向伺服电机（5a）、X向伺服电机（5b）、旋转伺服电机（5c）均与上位机连接。2.根据权利要求1所述的非接触式三自由度光学三维测量转台，其特征在于：所述旋转平台（4）是一个齿轮，齿顶圆与底座（1）内切，旋转平台（4）上沿不超出底座（1）上沿，旋转平台（4）的上平面在底座（1）上沿以下6mm。3.根据权利要求1所述的非接触式三自由度光学三维测量转台，其特征在于：所述旋转平台（4）上使用内六角螺钉（12）固定下万向节叉（8）；X向伺服电机（5b）通过的电机螺栓（13）固定在旋转平台（4）上，且沿X轴右侧分布；Y向伺服电机（5a）通过电机螺栓（13）固定在旋转平台（4）上，且沿Y轴左侧分布。4.根据权利要求1所述的非接触式三自由度光学三维测量转台，其特征在于：所述底...

【专利技术属性】
技术研发人员：李文国，李小林，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：云南,53