专利名称：非接触表面微小深度自动检测仪的制作方法
技术领域：
非接触表面微小深度自动检测仪技术领域[0001]本实用新型涉及一种微小深度检测仪，尤其是一种采用光切法与数字技术相结合 的以激光为光源的自动微小深度检测仪。
背景技术：
[0002]随着材料与制造技术的发展，对装置的微小化和精密加工精度提出了越来越高的 要求，结构质量好坏直接决定了其性能高低，寻求有效的微测量手段对于产品质量的评定、 机械性能的分析和加工条件的改善都具有重要的意义，已成为国内外研究的热点之一。在 微结构三维尺寸中，高度方向尺寸相对平面尺寸的测量较为困难。[0003]测量微小深度尺寸的仪器有很多，如体视显微镜、触针式仪器、干涉仪和9J光切 仪等。采用体视显微镜测量时，根据工件形状和被测深度位置，有时需将工件切割解剖后进 行横截面的显微光学成像分析，属于静态破坏性测量。触针式仪器测量准确度高，测试稳 定，但易划伤被测表面，对测量环境要求高。干涉仪是利用光的干涉原理进行测量，具有高 的测量精度和灵敏度，但是基于该仪器结构复杂，对环境要求很高。9J光切仪是基于光切法 原理的测量仪器，但是此仪器较为笨重，不便携带，常用于实验室测量，测量过程为纯人工 操作，测量复杂，读数困难。[0004]目前还没有非接触式小型微小深度自动检测仪器。发明内容[0005]本实用新型所要解决的技术问题是，提供一种对物体表面微小深度进行非接触 测量，并且操作简单的自动检测装置。[0006]为达上述目的，本实用新型所采取的技术方案为[0007]非接触表面微小深度自动检测仪，包括检测装置、三维电动平台和上位机，检测装 置的正下方设置三维电动平台，三维电动平台由平台驱动器控制，平台驱动器与检测装置 均与上位机信号连接。[0008]所述的检测装置包括壳体、连接杆、保护盖、导轨槽、光源系统和视觉采集系统；所 述的光源系统由激光光源、+3V电池盒和电源线组成；所述的视觉采集系统由组合透镜、数 字图像传感器和USB传输线组成。[0009]弧形的导轨槽设置在壳体内，导轨槽内装有连接杆，连接杆的一端固定有视觉采 集系统，另一端固定有激光光源；连接杆可在导轨槽滑动，通过连接杆位置调节螺栓确定档 位；所述的激光光源所在的光轴与视觉采集系统所在的光轴形成90°的直角。[0010]在壳体内底部设置保护盖，壳体上部设置有把手。[0011]本实用新型与现有技术相比具有以下优点通过+3V电池盒为激光光源提供电 源，电源开光控制激光光源的开闭，通过上位机控制电动平台，将被测物调节至合适的测量 位置。通过连接杆的连接，光源系统和视觉采集系统的相对位置关系始终不变，固定为在同 一平面并相互成90°角，根据实际测量情况，光源系统和视觉采集系统的绝对位置可以调节，沿导轨槽设有三个固定档位，连接杆上的位置调节螺栓用于将其固定在不同的已标定 位置，并可根据实际情况，调节至其他位置结合标定程序进行测量。激光光源为本实用新型 提供所需的光线，视觉采集系统中的组合透镜将所需采集的图像成像于数字图像传感器， 数字图像传感器将图像转换为数字信号，USB传输线将数字图像传感器的信号传输至图像 处理测量软件，图像处理测量软件对所得图像进行处理和计算，从而得到所需深度信息，本 实用新型为自动测量，测量方便，测量精度高，测量档位可调节，测量范围大。
[0012]图1是本实用新型的工作流程示意框图；[0013]图2是本实用新型的总体结构示意图；[0014]图3是本实用新型的主结构剖视图；[0015]图4是本实用新型的光路图；[0016]图5是本实用新型的光路原理图；[0017]图中1.上位机、2.仪器壳体、3.电动平台、4.平台驱动器、5.仪器把手、6.位 置调节螺栓、7.仪器支架、8.数据传输线、9.平台控制线、10.驱动控制线、11.激光光源、12.视觉采集系统、13.组合透镜、14.数字图像传感器、15.导轨槽、16.连接杆、17.档位 一、18.档位二、19.档位三、20.激光电源、21.电源线、22.电源开关、23.保护盖、24.激光 光线、25.被测物体、26.微小深度、27.光带图像。
具体实施方式
[0018]
以下结合附图对本实用新型作进一步说明。[0019]如图1和图2所示，一种表面微小深度检测仪，包括检测装置、三维电动平台和上 位机，其中检测装置由仪器支架7支承，检测装置中的激光光源选用波长为650nm的一字 激光器，视觉采集系统选用MDA1300数码显微镜，三维电动平台的平台部分由电动升降台 7SVA160、电动平移台7STA0450A、电动平移台7STA04200A搭建而成，驱动部分选用BQM201M 驱动器。使用时将保护盖23打开，数据传输线8连接至上位机1，平台控制线9连接电动平 台3和平台驱动器4，驱动器控制线10连接平台驱动器4和上位机1，通过电源开关22将 激光光源11打开，激光光源11将所需激光光线24入射至被测物体25上，通过上位机I调 节电动平台3,电动平台3能够实现X、y、z三个方向的运动,将被测物25送至合适的测量 位置，然后根据被测物25的情况，判断是否需要调节测量档位，将位置调节螺栓6固定至合 适的档位，通过视觉采集系统12的组合透镜13和数字图像传感器14，将被测物刻痕处的光 带图像27采集并转换为数字信号，经数据传输线8将信号传输至上位机I，通过图像处理测 量软件对所得图像进行处理和计算，判断仪器是否需要标定，如果需要标定，则结合标定软 件得出测量所需参数，如果不需要标定，则结合原有参数计算出微小深度的信息，并将结果 显示出来。本实用新型的测量范围为100Mm-5000Mm，测量精度为10Mm。[0020]图3是本实用新型的主结构剖视图，连接杆16将激光光源11和视觉采集系统12 的相对位置固定，使激光光源11的光轴和视觉采集系统12的光轴处于同一平面并始终成 90°夹角，这样可以保证视觉采集系统12的物面始终与激光光线的入射面平行，从而保证 视觉采集系统12放大倍率均匀、成像清晰。[0021]仪器壳体2上设有导轨槽15，使激光光源11和视觉采集系统12只能沿固定路线移动，导轨槽15共设有档位一 17、档位二 18、档位三19，共三个档位，通过位置调节螺栓6 固定激光光源11和视觉采集系统12在导轨槽15上的位置，从而可以选定三个已标定测量参数的测量角度，其中档位一为激光11的光轴与被测物25的表面成60°角，视觉采集系统12的光轴与被测物25的表面成30°角，用于测量较深的刻痕，并可测量光滑表面，档位二为激光11的光轴与被测物25的表面成45°角，视觉采集系统12的光轴与被测物25的表面成45°角，用于常规测量，可测量较粗糙表面，档位三为激光11的光轴与被测物25的表面成30°角，视觉采集系统12的光轴与被测物25的表面成60°角，用于测量较浅的刻痕，可用于测量光滑表面，根据实际需要，可调节位置调节螺栓6至未标定角度，结合标定程序，进行现场标定测量。[0022]仪器壳体2上设有仪器提手5、激光电源20和电源开关22,激光电源20为激光光源11提供电源，光源开关22控制激光光源11开闭，另有保护盖23，保护激光光源11和视觉采集系统12，电源线21连接激光光源11和激光电源20。[0023]图4、图5是本实用新型的光路原理图，α为激光光线24与被测物25的表面的夹角，β为视觉米集系统12的光轴与被测物25的夹角，两者关系为α + β =90°，h为微小深度26的高度，h丨为所采集到图像的阶梯差，当激光光线24照射在被测物体25上，由于存在 微小深度26，一字光线变为阶梯形，从而通过光路将深度信息转换为平面图像，所得图像为放大图。经上位机I将放大图转换为数字信号，则对微小深度h的测量转变为数字图像像素点间距离的测量，设所得像素点间距离为S，放大倍率为k，则测量关系为[0024]h ; =h / sin a ；S =k · h ;；[0025]故有h=S · sin a / k。
权利要求1.非接触表面微小深度自动检测仪，包括检测装置、三维电动平台和上位机，其特征在于检测装置的正下方设置三维电动平台，三维电动平台由平台驱动器控制，平台驱动器与检测装置均与上位机信号连接；所述的检测装置包括壳体、连接杆、保护盖、导轨槽、光源系统和视觉采集系统；所述的光源系统由激光光源、+3V电池盒和电源线组成；所述的视觉采集系统由组合透镜、数字图像传感器和USB传输线组成；弧形的导轨槽设置在壳体内，导轨槽内装有连接杆，连接杆的一端固定有视觉采集系统，另一端固定有激光光源；连接杆可在导轨槽滑动，通过连接杆位置调节螺栓确定档位； 所述的激光光源所在的光轴与视觉采集系统所在的光轴形成90°的直角；在壳体内底部设置保护盖，壳体上部设置有把手。
专利摘要本实用新型涉及一种非接触表面微小深度自动检测仪。本实用新型包括检测装置、三维电动平台和上位机，检测装置的正下方设置三维电动平台，三维电动平台由平台驱动器控制，平台驱动器与检测装置均与上位机信号连接。所述的检测装置包括壳体、连接杆、保护盖、导轨槽、光源系统和视觉采集系统；所述的光源系统由激光光源、+3V电池盒和电源线组成；所述的视觉采集系统由组合透镜、数字图像传感器和USB传输线组成。本实用新型为自动测量，测量方便，测量精度高，测量档位可调节，测量范围大。
文档编号G01B11/22GK202836522SQ201220489949
公开日2013年3月27日 申请日期2012年9月24日 优先权日2012年9月24日
发明者叶怀储, 裘越, 王志强, 余桂英, 陈欢, 潘璐 申请人:浙江省计量科学研究院, 中国计量学院