一种基于超声波的精密零件位姿自动测量调整装置与方法制造方法及图纸

本发明专利技术属于精密测量与装配领域，提供一种基于超声波的精密零件位姿自动测量调整装置与方法。该装置中的零件定位模块和夹持模块将精密零件固定；夹持模块中的两个超声波传感器可以实现超声波信号的发射和接收，并通过控制回路传给PC机；然后通过提取超声波信号中相邻两个超声波脉冲之间的时间间隔可以得到有源夹指中弹性块的变形量；再通过超声波传感器的位置与弹性块变形间的几何关系得到精密零件的位姿，从而实现零件位姿的精密测量；最后，通过位姿调整模块即可实现零件位姿的精确调整。本发明专利技术可以实现精密零件位姿的自动测量，测量精度高、时间短、自动化程度高、无需标定，可适用于精密组件的装配中。用于精密组件的装配中。用于精密组件的装配中。

【技术实现步骤摘要】
一种基于超声波的精密零件位姿自动测量调整装置与方法


[0001]本专利技术属于精密测量与装配领域，尤其涉及一种基于超声波的精密零件位姿自动测量调整装置与方法。

技术介绍

[0002]航空、航天和精密仪器等领域的精密组件大多具有尺寸小、结构复杂和装配精度高的特点。精密组件装配过程中零件位姿(位置和姿态)的调整是影响装配精度的关键。目前，大多采用机器视觉的方法对精密零件的位姿进行测量。但受零件加工质量的影响，零件边缘往往存在缺陷，使基于图像拟合方法难以获得准确的零件边缘信息，导致零件位姿测量误差产生，最终降低精密组件的装配精度。对于精密组件的装配，比较典型的是零件中线的垂直度和平行度调整。此时，往往需要对零件的多条边线进行拟合得到零件中线的位姿，然后对零件中线进行垂直度和平行度调整。零件边线的拟合误差会导致零件中线位姿的测量精度，最终导致装配误差产生。因此，目前的检测方法在精密组件的位姿测量和姿态调整方面仍存在缺陷，难以满足精密组件的装配需求。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是为了提供一种基于超声波的精密零件位姿自动测量调整装置与方法。
[0004]本专利技术的目的是这样实现的：
[0005]一种基于超声波的精密零件位姿自动测量调整装置，包括位姿调整模块、夹持模块、零件定位模块2和控制回路，位姿调整模块包括底座1、精密转台3和转接板4，精密转台3通过螺栓固定安装在底座1上，转接板4通过螺栓固定安装在精密转台3的台面上，夹持模块包括夹持模块安装板5、精密电动夹爪6、无源夹指7和有源夹指8，夹持模块安装板5通过螺栓固定安装在转接板4上，精密电动夹爪动6通过螺栓固定安装在夹持模块安装板5上，有源夹指8包括夹指安装杆8
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1、弹性块8
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2、精密夹持块8
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3、左超声波传感器8
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4和右超声波传感器8
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5，无源夹指7通过螺栓固定安装在精密电动夹爪6的左侧夹爪上，有源夹指8的夹指安装杆8
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1通过螺栓固定安装在精密电动夹爪6的右侧夹爪上，弹性块8
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2通过胶粘与夹指安装杆8
‑
1固定连接，精密夹持块8
‑
3通过胶粘与弹性块8
‑
2固定连接，左超声波传感器8
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4和右超声波传感器8
‑
5通过胶粘与弹性块8
‑
2固定连接，零件定位模块2包括支撑圆柱2
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1、定位圆台2
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2、弹簧2
‑
3、弹簧垫片2
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4和紧固螺栓2
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5，支撑圆台2
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1通过螺栓固定安装在底座1上，定位圆台通过弹簧垫片2
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4和紧固螺栓2
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5与支撑圆柱2
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1连接，弹簧2
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3安装在定位圆台2
‑
2位于支撑圆柱2
‑
1腔体A内部的圆柱上，控制回路包括PC机、示波器、超声波脉冲收发仪、运动控制卡、步进电机驱动器，运动控制卡位于PC机中，示波器与PC机相连，超声波脉冲收发仪与示波器相连，左超声波传感器8
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4和右超声波传感器8
‑
5均与超声波脉冲收发仪相连，步进电机驱动器通过导线分别与运动控制卡、精密转台3和精密电动夹爪6相连。
[0006]本专利技术还可以包括：
[0007]1、所述有源指夹轴线与精密转台3的回转轴线正交，并平行于世界坐标系的X轴。
[0008]2、所述无源夹指7和有源夹指8平行，夹持状态接触面无缝隙，且夹持面与世界坐标系的X轴平行。
[0009]3、所述支撑圆台2
‑
1与精密转台3的回转中心同轴。
[0010]4、所述定位圆台2
‑
2螺栓紧固端的圆柱面与支撑圆柱为间隙配合，定位圆台2
‑
2与支撑圆柱2
‑
1同轴。
[0011]5、所述弹簧2
‑
3安装后处于压缩状态。
[0012]6、所述支撑圆柱2
‑
1上端面与定位圆台2
‑
2在装配完成后，之间保留间隙。
[0013]其测量原理：精密零件9放置在定位圆台2
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2上，并按压使定位圆台2
‑
2与支撑圆柱2
‑
1上端面接触；通过精密电动夹爪6驱动无源夹指7和有源夹指8夹紧精密零件9；左超声波传感器8
‑
4和右超声波传感器8
‑
5同时发射超声波脉冲信号，并分别接收由弹性块8
‑
2和精密夹持块8
‑
3胶粘界面反射回的超声波脉冲信号E和F，再由控制回路传送到PC机；然后对超声波信号E和F进行分析，提取两个相邻超声波脉冲信号间的时间差Δt，再根据超声波在弹性块8
‑
2中的传播速度c计算得到两个超声波传感器所在位置处弹性块8
‑
2的局部厚度h＝Δt
·
c/2；根据未夹持状态下两个超声波传感器所在位置处弹性块8
‑
2的局部初始厚度得到厚度变化量Δh
左
和Δh
右
；根据两个超声波传感器的之间的距离L，计算得到精密零件9加工误差导致的精密夹持块8
‑
3的倾角θ＝arctan[(Δh
右
‑
Δh
左
)/L]，即可得到精密零件9中线CD的倾角α＝θ/2；最后，通过精密转台3带动整个夹持模块转动相应的角度，实现精密零件9位姿的任意调整。
[0014]本专利技术一种基于超声波的精密零件位姿自动测量调整装置进行位姿测量和调整的方法，包括以下步骤：
[0015]第一步，初始化
[0016]对精密转台3进行初始化，使转台0
°
和180
°
连线与全局坐标系XYZ的X轴平行；精密电动夹爪6呈打开状态。
[0017]第二步，安装夹紧
[0018]精密零件9放置在定位圆台2
‑
2上，使精密零件9下面的第一圆柱凸台G与定位圆台2
‑
2上端面的定位孔B配合，并按压精密零件9上面的第二圆柱凸台H使定位圆台2
‑
2与支撑圆柱2
‑
1上端面接触；通过精密电动夹爪6驱动无源夹指7和有源夹指8夹紧精密零件9；
[0019]第三步，位姿测量
[0020]左超声波传感器8
‑
4和右超声波传感器8
‑
5同时发射超声波脉冲信号，并分别接收由弹性块8
‑
2和精密夹持块8
‑
3胶粘界面反射回的超声波脉冲信号E和F，再由控制回路传送到PC机；然后对超声波信号E和F进行分析，提取两个相邻超声波本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于超声波的精密零件位姿自动测量调整装置，其特征在于：包括位姿调整模块、夹持模块、零件定位模块(2)和控制回路，位姿调整模块包括底座(1)、精密转台(3)和转接板(4)，精密转台(3)通过螺栓固定安装在底座(1)上，转接板(4)通过螺栓固定安装在精密转台(3)的台面上，夹持模块包括夹持模块安装板(5)、精密电动夹爪(6)、无源夹指(7)和有源夹指(8)，夹持模块安装板(5)通过螺栓固定安装在转接板(4)上，精密电动夹爪动(6)通过螺栓固定安装在夹持模块安装板(5)上，有源夹指(8)包括夹指安装杆(8
‑
1)、弹性块(8
‑
2)、精密夹持块(8
‑
3)、左超声波传感器(8
‑
4)和右超声波传感器(8
‑
5)，无源夹指(7)通过螺栓固定安装在精密电动夹爪(6)的左侧夹爪上，有源夹指(8)的夹指安装杆(8
‑
1)通过螺栓固定安装在精密电动夹爪(6)的右侧夹爪上，弹性块(8
‑
2)通过胶粘与夹指安装杆(8
‑
1)固定连接，精密夹持块(8
‑
3)通过胶粘与弹性块(8
‑
2)固定连接，左超声波传感器(8
‑
4)和右超声波传感器(8
‑
5)通过胶粘与弹性块(8
‑
2)固定连接，零件定位模块(2)包括支撑圆柱(2
‑
1)、定位圆台(2
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2)、弹簧(2
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3)、弹簧垫片(2
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4)和紧固螺栓(2
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5)，支撑圆台(2
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1)通过螺栓固定安装在底座(1)上，定位圆台通过弹簧垫片(2
‑
4)和紧固螺栓(2
‑
5)与支撑圆柱(2
‑
1)连接，弹簧(2
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3)安装在定位圆台(2
‑
2)位于支撑圆柱(2
‑
1)腔体A内部的圆柱上，控制回路包括PC机、示波器、超声波脉冲收发仪、运动控制卡、步进电机驱动器，运动控制卡位于PC机中，示波器与PC机相连，超声波脉冲收发仪与示波器相连，左超声波传感器(8
‑
4)和右超声波传感器(8
‑
5)均与超声波脉冲收发仪相连，步进电机驱动器通过导线分别与运动控制卡、精密转台(3)和精密电动夹爪(6)相连。2.根据权利要求1所述的一种基于超声波的精密零件位姿自动测量调整装置，其特征在于：所述有源指夹轴线与精密转台(3)的回转轴线正交，并平行于世界坐标系的X轴。3.根据权利要求1或2所述的一种基于超声波的精密零件位姿自动测量调整装置，其特征在于：所述无源夹指(7)和有源夹指(8)平行，夹持状态接触面无缝隙，且夹持面与世界坐标系的X轴平行。4.根据权利要求1所述的一种基于超声波的...

【专利技术属性】
技术研发人员：王兴远，张立勋，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：