專利名稱：以數(shù)控銑床為母機(jī)的三維反求測(cè)量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，涉及反求工程的測(cè)量裝置，更進(jìn)一步涉及一種以數(shù)控銑床為母機(jī)可同時(shí)精密測(cè)量復(fù)雜零件的內(nèi)外表面的三維反求測(cè)量裝置。
由于該技術(shù)是種新型的測(cè)量技術(shù)，因此目前國內(nèi)外對(duì)該測(cè)量技術(shù)沒有形成統(tǒng)一的稱呼。本發(fā)明屬于這種破壞性的斷層測(cè)量技術(shù)，目前對(duì)該技術(shù)及其相應(yīng)反求設(shè)備進(jìn)行研究與開發(fā)的，在國內(nèi)外有以下研究單位與公司1、西安交通大學(xué)激光與紅外應(yīng)用研究所，他們稱該技術(shù)為“層析三維數(shù)字化測(cè)量技術(shù)”，同時(shí)開發(fā)出“層析式逆工程三維測(cè)量裝置”，并于1998年10月10日取得了該裝置的實(shí)用新型專利，專利申請(qǐng)?zhí)枮?7239460.5。2、海信集團(tuán)公司青島海信技術(shù)中心，他們就該技術(shù)開發(fā)出了相應(yīng)的測(cè)量設(shè)備“層析三維數(shù)字化測(cè)量機(jī)”，“層析數(shù)字化測(cè)量機(jī)”，“層析數(shù)字化測(cè)量頭”，并分別于1999年9月27日、1999年12月1日、1999年12月6日提出了上述三項(xiàng)裝置的實(shí)用新型專利申請(qǐng)，且最終獲得了專利權(quán)，專利申請(qǐng)?zhí)栆来问?9246569.9、99247352.2、99247387.X。3、美國CGI公司，該公司已經(jīng)開發(fā)出了層去圖象法反求測(cè)量設(shè)備的系列產(chǎn)品，如CSS-300 SYSTEM、CSS-1000 SYSTEM、CSS-3000SYSTEM，并就Cross-Sectional Scanning technology and Spec.CheckTMMeasurementSoftware申請(qǐng)了專利。
由查新的資料知美國CGI公司開發(fā)的測(cè)量設(shè)備專用性強(qiáng)，不能利用現(xiàn)有的數(shù)控銑床資源，設(shè)備體積大，運(yùn)輸不便，價(jià)格昂貴；西安交大激光與紅外應(yīng)用研究所研制的“層析式逆工程三維測(cè)量裝置”，其設(shè)備質(zhì)量大、運(yùn)輸不便，同時(shí)，它不是立足于現(xiàn)有的數(shù)控銑床，因此，一方面使得它專用性強(qiáng)，一旦脫離裝置本身的材料切削機(jī)構(gòu)或是材料切削機(jī)構(gòu)發(fā)生故障，那么其它正常裝置便也喪失其應(yīng)有的功能，而另一方面，沒有利用現(xiàn)有的數(shù)控銑床資源，這使得在實(shí)現(xiàn)同樣的反求測(cè)量輔助功能時(shí)，他們所選用的裝置復(fù)雜，甚至可以說是多余，例如采用激光測(cè)距儀實(shí)時(shí)檢測(cè)被測(cè)零件與掃描測(cè)量鏡頭的距離、利用計(jì)算機(jī)閉環(huán)實(shí)時(shí)控制掃描測(cè)量鏡頭與被測(cè)零件的高度一致、采用負(fù)壓排屑等，這大大增加了設(shè)備硬件和軟件開發(fā)的復(fù)雜度，導(dǎo)致設(shè)備結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，價(jià)格昂貴；海信集團(tuán)公司青島海信技術(shù)中心開發(fā)的測(cè)量裝置，包含了數(shù)控銑床，但其測(cè)量?jī)x采用支架與數(shù)控銑床主軸箱進(jìn)行鉆孔連接方式進(jìn)行連接，因此一方面它只能應(yīng)用于某種型號(hào)的數(shù)控銑床，這就使得它的應(yīng)用范圍受到了很大的限制，而另一方面，測(cè)量?jī)x利用支架與數(shù)控銑床的主軸箱固聯(lián)，主軸箱細(xì)微的震動(dòng)對(duì)測(cè)量?jī)x測(cè)量的精度會(huì)有所影響；同時(shí)，其測(cè)量?jī)x沒有提供恒定不變的拍攝測(cè)量光源，利用環(huán)境光作為拍攝光源，這使得測(cè)量的精度很難得到保證；另外，青島海信技術(shù)中心開發(fā)的測(cè)量機(jī)，沒有自動(dòng)排屑裝置，排屑需要人工干預(yù)，因此，難以實(shí)現(xiàn)反求測(cè)量的完全自動(dòng)化。
實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的的解決方案是一種以數(shù)控銑床為母機(jī)的三維反求測(cè)量裝置，其特征在于，由計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)、數(shù)碼拍攝測(cè)量機(jī)構(gòu)、去屑機(jī)構(gòu)和懸架連接機(jī)構(gòu)構(gòu)成；1)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)包括計(jì)算機(jī)、信號(hào)傳輸線、數(shù)字量信號(hào)輸入/輸出板、行程開關(guān)和數(shù)據(jù)傳輸線；行程開關(guān)用于固定在數(shù)控銑床的床身上；2)數(shù)碼拍攝測(cè)量機(jī)構(gòu)包括一用于安裝數(shù)碼拍攝測(cè)量裝置的箱體；一高分辨率的數(shù)碼相機(jī)；兩個(gè)長(zhǎng)管狀高頻日光燈；高分辨率的數(shù)碼相機(jī)和兩個(gè)長(zhǎng)管狀高頻日光燈安裝在箱體內(nèi)，長(zhǎng)管狀高頻日光燈安裝有燈管防護(hù)罩；高分辨率的數(shù)碼相機(jī)的將采集的圖象通過數(shù)據(jù)傳輸線傳遞給計(jì)算機(jī)；3)去屑機(jī)構(gòu)包括兩個(gè)排刷；排刷分別固定設(shè)置在數(shù)碼拍攝測(cè)量箱體的下方。
4)懸架連接機(jī)構(gòu)三個(gè)穩(wěn)定平衡塊；一三角架；一可連接豎桿；一連接橫桿；一連接頭；三個(gè)松緊旋紐；通過調(diào)節(jié)松緊旋紐，連接豎桿可在三角架上垂直升降和緊固，連接橫桿可在連接豎桿上緊固和繞連接豎桿進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，連接頭用于固聯(lián)數(shù)碼拍攝測(cè)量箱體，同時(shí)可在連接橫桿里水平伸縮和緊固。
本發(fā)明的其它一些特點(diǎn)是，所述行程開關(guān)采用磁鐵和金屬壓塊固定在數(shù)控銑床的床身上。
所述排刷一個(gè)通過金屬片和螺釘直接安裝在箱體上，另一個(gè)安裝在箱體上的連接固定塊上。
本發(fā)明的反求測(cè)量裝置以數(shù)控銑床為母機(jī)，可作為多種不同類型數(shù)控銑床的柔性附件，能快速安裝，與數(shù)控銑床組成三維反求測(cè)量系統(tǒng)，可對(duì)具有切削性能的任何復(fù)雜零件進(jìn)行內(nèi)外表面自動(dòng)精密的三維反求測(cè)量。
圖2為本發(fā)明的數(shù)碼拍攝測(cè)量程序控制流程圖。
參見

圖1，圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。依本發(fā)明的技術(shù)方案，裝置包括計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)、數(shù)控銑床、數(shù)碼拍攝測(cè)量機(jī)構(gòu)，去屑機(jī)構(gòu)、懸架連接機(jī)構(gòu)。
計(jì)算機(jī)1、數(shù)據(jù)傳輸線2、數(shù)字量信號(hào)輸入/輸出板4、行程開關(guān)7和信號(hào)傳輸線3構(gòu)成本發(fā)明的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。行程開關(guān)7利用磁鐵5和金屬壓塊6固定在數(shù)控銑床22的床身上。當(dāng)數(shù)控銑床22將被測(cè)零件與包埋材料組成的包埋體23切削完一個(gè)層面后，數(shù)控銑床22驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)向行程開關(guān)7的方向運(yùn)動(dòng)，當(dāng)包埋體23到達(dá)高分辨率數(shù)碼相機(jī)19(例如Kodak DC4800 310萬象素的數(shù)碼相機(jī)，采用多少象素的數(shù)碼相機(jī)依據(jù)包埋體23截面的大小以及測(cè)量精度來決定，只要能滿足零件整體測(cè)量的精度要求，可用高象素的數(shù)碼相機(jī)，如340萬、500萬象素的數(shù)碼相機(jī)等，也可采用底象素的數(shù)碼相機(jī)，如260萬、200萬象素的數(shù)碼相機(jī)等)鏡頭正下方的最佳拍攝靶區(qū)時(shí)，工作臺(tái)停止，同時(shí)觸發(fā)行程開關(guān)7動(dòng)作，產(chǎn)生模擬信號(hào)，模擬信號(hào)經(jīng)過數(shù)字量信號(hào)輸入/輸出板4轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，并由信號(hào)傳輸線3輸送給計(jì)算機(jī)1。計(jì)算機(jī)1經(jīng)由數(shù)據(jù)傳輸線2實(shí)現(xiàn)與數(shù)碼拍攝測(cè)量機(jī)構(gòu)的數(shù)據(jù)傳輸。接收到由信號(hào)傳輸線3輸入的數(shù)字信號(hào)后，計(jì)算機(jī)1通過數(shù)據(jù)傳輸線2給高分辨率數(shù)碼相機(jī)19傳輸截面圖象拍攝的驅(qū)動(dòng)指令，高分辨率數(shù)碼相機(jī)19便進(jìn)行拍攝，每拍攝完一層包埋體23的截面輪廓，高分辨率數(shù)碼相機(jī)19又通過數(shù)據(jù)傳輸線2將圖象數(shù)據(jù)傳送給計(jì)算機(jī)1，進(jìn)行存儲(chǔ)。本發(fā)明的數(shù)碼拍攝測(cè)量機(jī)構(gòu)由高分辨率數(shù)碼相機(jī)19、相機(jī)固定架20、內(nèi)六角螺栓21、數(shù)碼拍攝測(cè)量箱體18、兩個(gè)長(zhǎng)管狀高頻日光燈14、燈管防護(hù)罩17、螺釘13構(gòu)成；相機(jī)固定架通過內(nèi)六角螺栓21固定在數(shù)碼拍攝測(cè)量箱體18上，并保證高分辨率的數(shù)碼相機(jī)19的鏡頭在數(shù)碼拍攝測(cè)量箱體18的正中間；長(zhǎng)管狀高頻日光燈14固定在燈管防護(hù)罩17上，燈管防護(hù)罩17通過螺釘13固定在數(shù)碼拍攝測(cè)量箱體18的內(nèi)壁、高分辨率數(shù)碼相機(jī)19鏡頭的斜下方，這兩個(gè)長(zhǎng)管狀高頻日光燈14將光線均勻明亮的照射在被測(cè)零件截面上，同時(shí)保證數(shù)碼拍攝測(cè)量光源的恒定，而數(shù)碼拍攝測(cè)量箱體18將環(huán)境光隔離，避免了環(huán)境光的干擾。排刷8、連接固定塊11、內(nèi)六角螺栓12、金屬片9和螺釘10構(gòu)成了本發(fā)明的排屑機(jī)構(gòu)，其中一個(gè)排刷通過金屬片9和螺釘10直接安裝在數(shù)碼拍攝測(cè)量箱體18上，另一個(gè)則利用金屬片和螺釘安裝在連接固定塊11上，而連接固定塊通過內(nèi)六角螺栓12固定在數(shù)碼拍攝測(cè)量箱體18上，本發(fā)明的去屑機(jī)構(gòu)，利用排刷8與數(shù)控銑床22工作臺(tái)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了去屑的自動(dòng)化，同時(shí)，兩個(gè)排刷的應(yīng)用，可以干凈去除切屑。懸架連接機(jī)構(gòu)由三個(gè)穩(wěn)定平衡塊30、31、32，三角架29，連接豎桿24，連接橫桿25，連接頭15，三個(gè)松緊旋紐26、27、28構(gòu)成和內(nèi)六角螺栓16構(gòu)成；連接頭15利用內(nèi)六角螺栓16將數(shù)碼拍攝測(cè)量箱體18固聯(lián)，同時(shí)利用松緊旋紐27，連接頭15可固連于連接橫桿25里，并可在連接橫桿25內(nèi)水平伸縮；連接橫桿25利用松緊旋紐26可在連接豎桿24上固定，也可繞連接豎桿24進(jìn)行圓周旋轉(zhuǎn)；連接豎桿24通過松緊旋紐28可固定在三角架29上，同時(shí)通過調(diào)節(jié)松緊旋紐28，連接豎桿24可在三角架29作垂直的升降運(yùn)動(dòng)；三角架固定安裝在起穩(wěn)定平衡作用的穩(wěn)定平衡塊30、31、32上。本發(fā)明的數(shù)碼拍攝測(cè)量機(jī)構(gòu)利用懸架連接機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)與數(shù)控銑床22的快速定位，且不接觸數(shù)控銑床22，因此可避免數(shù)控銑床22微小的震動(dòng)對(duì)數(shù)碼拍攝測(cè)量產(chǎn)生的影響，同時(shí)又利用數(shù)控銑床22控制系統(tǒng)自身的數(shù)控程序保證高分辨率數(shù)碼相機(jī)鏡頭與被測(cè)零件的所有截面保持相同的距離，而且數(shù)碼拍攝測(cè)量機(jī)構(gòu)利用懸架連接機(jī)構(gòu)在水平和豎直方向的位置靈活可調(diào)性，可應(yīng)用于多種不同類型的數(shù)控銑床，因此，本發(fā)明可與多種不同類型的數(shù)控銑床快速組成三維反求測(cè)量系統(tǒng)。
圖2為本發(fā)明的數(shù)碼拍攝測(cè)量程序控制流程圖。本發(fā)明的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)開始數(shù)碼拍攝測(cè)量控制程序后，首先檢測(cè)外部終止信號(hào)，外部終止信號(hào)人為產(chǎn)生；當(dāng)數(shù)控銑床22切削完包埋體23的一個(gè)層面后，數(shù)控程序驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)向行程開關(guān)7的方向運(yùn)動(dòng)，當(dāng)包埋體23的截面至于高分辨率數(shù)碼相機(jī)19鏡頭正下方的最佳拍攝靶區(qū)時(shí)，工作臺(tái)觸動(dòng)行程開關(guān)7，并停止，行程開關(guān)7產(chǎn)生的模擬量經(jīng)過數(shù)字量信號(hào)輸入/輸出板4轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，并由信號(hào)傳輸線3輸送給計(jì)算機(jī)1，這便產(chǎn)生了數(shù)碼拍攝測(cè)量控制信號(hào)，高分辨率數(shù)碼相機(jī)19進(jìn)行拍攝；計(jì)算機(jī)1檢測(cè)到數(shù)碼拍攝測(cè)量控制信號(hào)后，便由數(shù)據(jù)傳輸線2向高分辨率數(shù)碼相機(jī)19傳達(dá)拍攝指令，高分辨率數(shù)碼相機(jī)19便進(jìn)行數(shù)碼拍攝測(cè)量，同時(shí)將所獲得的圖象數(shù)據(jù)經(jīng)由數(shù)據(jù)傳輸線2傳送給計(jì)算機(jī)1進(jìn)行存儲(chǔ)。到此，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)便完成了被測(cè)零件一層圖象數(shù)據(jù)的獲取。再往復(fù)循環(huán)，直至獲取整個(gè)被測(cè)零件的切削層面圖象數(shù)據(jù)或是在檢測(cè)外部終止信號(hào)時(shí)檢測(cè)到外部終止信號(hào)。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是1)對(duì)零件進(jìn)行數(shù)控銑削，采用高分辨率的數(shù)碼相機(jī)進(jìn)行分層自動(dòng)測(cè)量，整個(gè)測(cè)量過程自動(dòng)完成，無需人工干預(yù)，可同時(shí)精密測(cè)量零件的內(nèi)外表面，這是三座標(biāo)測(cè)量?jī)x與以激光三角法為代表的光學(xué)反求測(cè)量技術(shù)所難以實(shí)現(xiàn)的，而且測(cè)量不受被測(cè)物體的材料(前提是該材料可進(jìn)行切削加工)、色澤、表面其它物理特性和測(cè)量環(huán)境的影響，這又是目前斷層測(cè)量技術(shù)中的ICT、MRI和超聲波數(shù)字化斷層測(cè)量法所未能達(dá)到的。2)本發(fā)明以數(shù)控銑床為母機(jī)，用作數(shù)控銑床的一個(gè)柔性附件，可與數(shù)控銑床快速構(gòu)成三維反求測(cè)量系統(tǒng)，同時(shí)，本發(fā)明的懸架連接機(jī)構(gòu)在水平和豎直方向具有空間位置靈活可調(diào)性，使得本發(fā)明可適用于多種不同類型的數(shù)控銑床，而非某一種類型的數(shù)控銑床，例如大致龍門銑床，小致臺(tái)式銑床，且本發(fā)明在數(shù)控銑床的定位，無需任何其它的輔助裝置或工藝，同時(shí)，本發(fā)明的數(shù)碼拍攝測(cè)量機(jī)構(gòu)脫離于數(shù)控銑床或是材料層削加工機(jī)構(gòu)，這避免了加工機(jī)構(gòu)的震動(dòng)給反求測(cè)量帶來精度上的影響。這是目前國內(nèi)外同類型的設(shè)備所未能實(shí)現(xiàn)的。另外，將極大拓展傳統(tǒng)數(shù)控銑床設(shè)備的作用。3)本發(fā)明的排屑機(jī)構(gòu)，利用排刷與工作臺(tái)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)排屑的功能，且排屑在工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)的過程中完成，這與西安交大激光紅外與應(yīng)用研究所開發(fā)同類型設(shè)備所采用的可行的負(fù)壓排屑的方式相比，其一，在達(dá)到去屑效果的前提下，本發(fā)明的排屑機(jī)構(gòu)所用裝置簡(jiǎn)單，成本很低，其二，本發(fā)明對(duì)切削的去除不花費(fèi)反求測(cè)量的時(shí)間。4)本發(fā)明所用裝置，在滿足自動(dòng)精密測(cè)量的前提下，所用設(shè)備硬件結(jié)構(gòu)和計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單，成本低。如依托已有的數(shù)控銑床資源，利用數(shù)控程序和位置方便可調(diào)的行程開關(guān)，在拍攝時(shí)，保證所有切削層面與高分辨率碼相機(jī)鏡頭的相對(duì)位置始終不變，而無需另加其它位置檢測(cè)與測(cè)距裝置，如激光測(cè)距儀和計(jì)算機(jī)閉環(huán)控制等。
權(quán)利要求
1.一種以數(shù)控銑床為母機(jī)的三維反求測(cè)量裝置，其特征在于，由計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)、數(shù)碼拍攝測(cè)量機(jī)構(gòu)、去屑機(jī)構(gòu)和懸架連接機(jī)構(gòu)構(gòu)成；1)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)包括計(jì)算機(jī)1、數(shù)據(jù)傳輸線2、數(shù)字量信號(hào)輸入/輸出板4、行程開關(guān)7和信號(hào)傳輸線3；行程開關(guān)7用于固定在數(shù)控銑床的床身上；2)數(shù)碼拍攝測(cè)量機(jī)構(gòu)包括一用于安裝數(shù)碼拍攝測(cè)量裝置的數(shù)碼拍攝測(cè)量箱體18；一高分辨率的數(shù)碼相機(jī)19；兩個(gè)長(zhǎng)管狀高頻日光燈14；高分辨率的數(shù)碼相機(jī)19和兩個(gè)長(zhǎng)管狀高頻日光燈14安裝在箱體內(nèi)，長(zhǎng)管狀高頻日光燈安裝有燈管防護(hù)罩17；高分辨率的數(shù)碼相機(jī)19將采集的圖象通過數(shù)據(jù)傳輸線2傳遞給計(jì)算機(jī)1；3)去屑機(jī)構(gòu)包括兩個(gè)排刷8；排刷分別固定設(shè)置在數(shù)碼拍攝測(cè)量箱體18的下方；4)用于支撐數(shù)碼拍攝測(cè)量機(jī)構(gòu)的懸架，包括三個(gè)穩(wěn)定平衡塊303132；一三角架29；一連接豎桿24；一連接橫桿25；一連接頭15；三個(gè)松緊旋紐262728；通過調(diào)節(jié)松緊旋紐，連接豎桿24可在三角架29上垂直升降和緊固，連接橫桿25可在連接豎桿24上緊固和繞連接豎桿進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，連接頭15用于固聯(lián)數(shù)碼拍攝測(cè)量箱體，同時(shí)可在連接橫桿25內(nèi)水平伸縮和緊固。
2.如權(quán)利要求1所述的以數(shù)控銑床為母機(jī)的三維反求測(cè)量裝置，其特征在于，所述行程開關(guān)7采用磁鐵5和金屬壓快6固定在數(shù)控銑床22的床身上。
3.如權(quán)利要求1所述的以數(shù)控銑床為母機(jī)的三維反求測(cè)量裝置，其特征在于，所述排刷8一個(gè)通過金屬片9和螺釘10直接安裝在箱體18上，另一個(gè)安裝在箱體16上的連接固定塊11上。
4.如權(quán)利要求1所述的以數(shù)控銑床為母機(jī)的三維反求測(cè)量裝置，其特征在于，所述高分辨率的數(shù)碼相機(jī)19為高象素的數(shù)碼相機(jī)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種以數(shù)控銑床為母機(jī)的三維反求測(cè)量裝置，該裝置采用懸架方式與數(shù)控銑床進(jìn)行快速的定位與連接，構(gòu)成一個(gè)三維反求測(cè)量系統(tǒng)，可對(duì)具有切屑加工性能的任何復(fù)雜零件進(jìn)行內(nèi)外輪廓的三維精密測(cè)量。該裝置由懸架連接機(jī)構(gòu)、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)、數(shù)碼拍攝測(cè)量機(jī)構(gòu)和排刷去屑機(jī)構(gòu)組成。該裝置與數(shù)控機(jī)床定位連接后，數(shù)控銑床實(shí)現(xiàn)測(cè)量過程中的三個(gè)坐標(biāo)軸直線運(yùn)動(dòng)，數(shù)碼拍攝測(cè)量機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)逐層圖象的獲取，排刷去屑機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)層截面的清潔，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)與數(shù)控銑床的信號(hào)連接并控制數(shù)碼拍攝測(cè)量機(jī)構(gòu)進(jìn)行自動(dòng)拍攝和數(shù)據(jù)的傳輸。該裝置可與不同類型數(shù)控銑床相連接構(gòu)成三維反求測(cè)量系統(tǒng)，將極大地拓展傳統(tǒng)數(shù)控裝備的作用。
文檔編號(hào)B23Q17/20GK1453101SQ03108038
公開日2003年11月5日 申請(qǐng)日期2003年5月19日 優(yōu)先權(quán)日2003年5月19日
發(fā)明者洪軍, 李滌塵, 王江良, 盧秉恒 申請(qǐng)人:西安交通大學(xué)