專利名稱：非接觸式試件表面測(cè)試系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)發(fā)明涉及ー種非接觸式測(cè)試系統(tǒng)，特別是ー種可對(duì)鋼結(jié)構(gòu)試件表面幾何變形進(jìn)行測(cè)試然后進(jìn)行三維建模的系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在材料試驗(yàn)或結(jié)構(gòu)試驗(yàn)中，都是先設(shè)計(jì)制造相應(yīng)的試件，然后對(duì)試件進(jìn)行相應(yīng)的試驗(yàn)，由試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以得到材料或結(jié)構(gòu)的各項(xiàng)指標(biāo)和參數(shù)。然而設(shè)計(jì)的試件都是理想狀態(tài)的，可在實(shí)際的加工過(guò)程中，試件不可能被加工成理想的狀態(tài)，其表面總會(huì)存在不同形式的初始缺陷，這些缺陷會(huì)嚴(yán)重影響到試驗(yàn)的結(jié)果。試件在進(jìn)行完相應(yīng)的試驗(yàn)后，表面的變形也是非常重要的數(shù)據(jù)，但是由于測(cè)試條件的限制，往往無(wú)法得到這部分?jǐn)?shù)據(jù)。因此，試件表面的三維測(cè)量及建模就顯得非常重要，但是，市面上還沒(méi)有比較針對(duì)性的檢測(cè)裝置。目前，市面上現(xiàn)有的類似產(chǎn)品，通過(guò)接觸式測(cè)量方式，可以完成對(duì)平面的測(cè)量以及數(shù)據(jù)采集，但無(wú)法對(duì)試件表面進(jìn)行三維測(cè)量，無(wú)法直觀地觀察到被測(cè)試件表面的三維模型。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種自動(dòng)、快速和精確的試件表面測(cè)試系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用非接觸式測(cè)量方法，可以在保證對(duì)試件表面不產(chǎn)生任何損傷的前提下，檢測(cè)到試件表面的幾何形狀，建立試件表面的三維模式，同時(shí)能夠?qū)⒃嚰砻娴男螤詈臀恢玫葦?shù)據(jù)生成相應(yīng)的數(shù)據(jù)表格，供分析使用。實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為ー種非接觸式試件表面測(cè)試系統(tǒng)，包括計(jì)算機(jī)、第一步進(jìn)電機(jī)、第二步進(jìn)電機(jī)、試件固定端安裝板、激光位移傳感器、第一滑塊、試件移動(dòng)端安裝板、第二滑塊、鎖緊裝置、兩條直線導(dǎo)軌、滾珠絲杠和基準(zhǔn)平臺(tái)；兩條直線導(dǎo)軌平行固定于基準(zhǔn)平臺(tái)上，第一滑塊、第二滑塊依次安裝在直線導(dǎo)軌上，試件固定安裝板固定在基準(zhǔn)平臺(tái)上，試件移動(dòng)安裝板固定在第二滑塊上，試件一端固定在試件固定安裝板上，另一端固定在試件移動(dòng)端安裝板上；鎖緊裝置將第二滑塊鎖緊在直線導(dǎo)軌上；滾珠絲杠與兩條直線導(dǎo)軌平行，滾珠絲杠兩端通過(guò)絲杠軸承座安裝固定在基準(zhǔn)平臺(tái)上，滾珠絲杠上的絲杠螺母與第一滑塊采用螺栓連接；計(jì)算機(jī)通過(guò)數(shù)據(jù)線連接控制第一步進(jìn)電機(jī)、第二步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)，激光位移傳感器的信號(hào)接入計(jì)算機(jī)，第一步進(jìn)電機(jī)、第二步進(jìn)電機(jī)分別控制滾珠絲杠和試件作勻速圓周運(yùn)動(dòng)，滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)滑塊在直線導(dǎo)軌上作勻速直線運(yùn)動(dòng)，激光位移傳感器安裝在第一滑塊上，隨著第一滑塊做勻速直線運(yùn)動(dòng)。試件上被測(cè)點(diǎn)的極角、極徑、橫向位置分別由試件的旋轉(zhuǎn)角度、激光位移傳感器的測(cè)量數(shù)據(jù)、激光位移傳感器的移動(dòng)距離來(lái)確定，計(jì)算機(jī)根據(jù)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行試件實(shí)際外形三維建模
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明測(cè)試系統(tǒng)采用激光位移傳感器，非接觸測(cè)量試件的三維坐標(biāo)；試件安裝板有一端是移動(dòng)可調(diào)的，可以對(duì)不同長(zhǎng)度的試件進(jìn)行測(cè)量，而且移動(dòng)端在確定位置后可以鎖緊；整個(gè)測(cè)試過(guò)程由計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制，可以測(cè)得試件表面的幾何形狀，完成試件外形的三維實(shí)體建摸，該裝置拆裝方便，不損傷試件表面，不影響試件、原有特性。


圖I是本發(fā)明非接觸式試件表面測(cè)試系統(tǒng)的主視圖。圖2是本發(fā)明非接觸式試件表面測(cè)試系統(tǒng)的俯視圖。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明非接觸式試件表面測(cè)試系統(tǒng)，包括電機(jī)控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、兩條平行直線導(dǎo)軌、滾珠絲杠、兩臺(tái)步進(jìn)電機(jī)、激光位移傳感器。激光位移傳感器安裝在直線導(dǎo)軌上，由一步進(jìn)電機(jī)控制可作直線運(yùn)動(dòng)，另ー步進(jìn)電機(jī)控制被測(cè)試件，使其作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。試件的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和激光位移傳感器的直線運(yùn)動(dòng)相結(jié)合，試件的旋轉(zhuǎn)角度確定被測(cè)點(diǎn)的極角，激光位移傳感器的測(cè)量數(shù)據(jù)確定被測(cè)點(diǎn)的極徑，激光位移傳感器的移動(dòng)距離確定被測(cè)點(diǎn)的橫向位置，從而可以精確測(cè)得測(cè)點(diǎn)的空間坐標(biāo)。非接觸式試件表面測(cè)試系統(tǒng)以一平面度較高的平面作為基準(zhǔn)面，被測(cè)試件以懸梁形式固定安裝于基準(zhǔn)面正上方，由步進(jìn)電機(jī)控制使其作勻速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。兩條平行導(dǎo)軌水平安裝于基準(zhǔn)面上，激光位移傳感器固定安裝在滑塊上，步進(jìn)電機(jī)控制滾珠絲杠的旋轉(zhuǎn)速度，使激光位移傳感器在滑軌上作直線運(yùn)動(dòng)，該直線運(yùn)動(dòng)方向與試件旋轉(zhuǎn)的中心軸保持精確平行。測(cè)量系統(tǒng)可以通過(guò)被測(cè)試件的材料性質(zhì)和實(shí)際尺寸設(shè)置合適的測(cè)量速度以及測(cè)量網(wǎng)格，由計(jì)算機(jī)控制進(jìn)行精確控制和測(cè)量，從而得到被測(cè)點(diǎn)的空間三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)，根據(jù)這些數(shù)據(jù)完成對(duì)被測(cè)試件的三維建摸。綜上所述，本發(fā)明方案采用ー個(gè)步進(jìn)電機(jī)控制激光位移傳感器在直線滑軌上作直線運(yùn)動(dòng)，另ー個(gè)步進(jìn)電機(jī)控制試件做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，采集試件的三維空間坐標(biāo)，導(dǎo)入計(jì)算機(jī)進(jìn)行三維建摸。下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)ー步詳細(xì)描述。在圖I中，試件固定安裝板4固定在基準(zhǔn)平臺(tái)13上，試件移動(dòng)安裝板7與第二滑塊8固定，第一滑塊6、第二滑塊8安裝在直線導(dǎo)軌10上，激光位移傳感器5與第一滑塊6固定，試件12 —端固定在試件固定安裝板4上，另一端固定在試件移動(dòng)端安裝板7上，第二步進(jìn)電機(jī)3控制試件12的旋轉(zhuǎn)。鎖緊裝置9可以將第二滑塊8鎖緊在直線導(dǎo)軌10上。計(jì)算機(jī)I通過(guò)數(shù)據(jù)線連接控制第一步進(jìn)電機(jī)2、第二步進(jìn)電機(jī)3的運(yùn)轉(zhuǎn)，激光位移傳感器5的信號(hào)接入計(jì)算機(jī)I。在圖2中，兩條直線導(dǎo)軌10固定在基準(zhǔn)平臺(tái)13上，滾珠絲杠11與兩條直線導(dǎo)軌10平行，滾珠絲杠11兩端通過(guò)絲杠軸承座14安裝固定在基準(zhǔn)平臺(tái)13上。本發(fā)明的方案可以根據(jù)被測(cè)試件12的長(zhǎng)度在直線導(dǎo)軌10上移動(dòng)作相應(yīng)調(diào)整，然后用鎖緊裝置9鎖定第二滑塊8，保證測(cè)試過(guò)程中試件不在長(zhǎng)度方向上運(yùn)動(dòng)影響測(cè)量的準(zhǔn)確度。測(cè)試人員在計(jì)算機(jī)I中設(shè)置相關(guān)參數(shù)，確定第一步進(jìn)電機(jī)2、第二步進(jìn)電機(jī)3的運(yùn)轉(zhuǎn)特性，第一步進(jìn)電機(jī)2、第二步進(jìn)電機(jī)3分別控制滾珠絲杠11和試件12作勻速圓周運(yùn)動(dòng)，滾珠絲杠11轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)滑塊6在直線導(dǎo)軌10上作勻速直線運(yùn)動(dòng)，激光位移傳感器5安裝在滑塊6上，隨著滑塊6做勻速直線運(yùn)動(dòng)。
開(kāi)始測(cè)量吋，計(jì)算機(jī)I程序控制激光位移傳感器5移動(dòng)至初始位置，然后ー邊運(yùn)動(dòng)，計(jì)算機(jī)I采集相應(yīng)數(shù)據(jù)，其中，激光位移傳感器5的直線運(yùn)動(dòng)提供被測(cè)試件的橫向坐標(biāo)，試件12的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)提供被測(cè)試件的極角坐標(biāo)，而激光位移傳感器5的測(cè)量數(shù)據(jù)則可確定極徑坐標(biāo)，從而獲得完整的三維數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)導(dǎo)入計(jì)算機(jī)I中的相應(yīng)軟件作ー些相關(guān)處理，據(jù)這些數(shù)據(jù)完成試件實(shí)際外形三維建模，從而能對(duì)試件進(jìn)行更精確的分析。測(cè)得的數(shù)據(jù)以一定格式存儲(chǔ)，以方便后續(xù)分析使用。
權(quán)利要求
1.ー種非接觸式試件表面測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于包括計(jì)算機(jī)[I]、第一步進(jìn)電機(jī)[2]、第二步進(jìn)電機(jī)[3]、試件固定端安裝板[4]、激光位移傳感器[5]、第一滑塊[6]、試件移動(dòng)端安裝板[7]、第二滑塊[8]、鎖緊裝置[9]、兩條直線導(dǎo)軌[10]、滾珠絲杠[11]和基準(zhǔn)平臺(tái)[13];兩條直線導(dǎo)軌[10]平行固定于基準(zhǔn)平臺(tái)[13]上，第一滑塊[6]、第二滑塊[8]依次安裝在直線導(dǎo)軌[10]上，激光位移傳感器[5]安裝在第一滑塊[6]上，試件固定安裝板[4]固定在基準(zhǔn)平臺(tái)[13]上，試件移動(dòng)安裝板[7]固定在第二滑塊[8]上，試件[12] —端固定在試件固定安裝板[4]上，另一端固定在試件移動(dòng)端安裝板[7]上；滾珠絲杠[11]與兩條直線導(dǎo)軌[10]平行，滾珠絲杠[11]兩端通過(guò)絲杠軸承座[14]安裝固定在基準(zhǔn)平臺(tái)[13]上；計(jì)算機(jī)[I]通過(guò)數(shù)據(jù)線連接控制第一步進(jìn)電機(jī)[2]、第二步進(jìn)電機(jī)[3]的運(yùn)轉(zhuǎn)，激光位移傳感器[5]的信號(hào)接入計(jì)算機(jī)[I]，第一步進(jìn)電機(jī)[2]、第二步進(jìn)電機(jī)[3]分別控制滾珠絲杠[11]和試件[12]作勻速圓周運(yùn)動(dòng)，滾珠絲杠[11]轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)滑塊[6]在直線導(dǎo)軌[10]上作勻速直線運(yùn)動(dòng)，激光位移傳感器[5]隨著第一滑塊[6 ]做勻速直線運(yùn)動(dòng)；激光位移傳感器[5]的直線移動(dòng)距離確定被測(cè)試件上被測(cè)點(diǎn)的橫向坐標(biāo)，試件[12]的旋轉(zhuǎn)角度確定被測(cè)試件上被測(cè)點(diǎn)的極角坐標(biāo)，激光位移傳感器[5]的測(cè)量數(shù)據(jù)確定被測(cè)試件上被測(cè)點(diǎn)的極徑坐標(biāo)，計(jì)算機(jī)[I]根據(jù)這些三維坐標(biāo)進(jìn)行被測(cè)試件的實(shí)際外形三維建摸。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的非接觸式試件表面測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于所述鎖緊裝置[9]將第二滑塊[8]鎖緊在直線導(dǎo)軌[10]上。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的非接觸式試件表面測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于所述滾珠絲杠[11]上的絲杠螺母與第一滑塊[6]采用螺栓連接。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種非接觸式試件表面測(cè)試系統(tǒng)，用于非接觸式精確測(cè)量試件表面，并對(duì)試件外形進(jìn)行三維建模，該系統(tǒng)包括試件的勻速旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、勻速直線移動(dòng)的激光位移傳感器、控制系統(tǒng)。一個(gè)步進(jìn)電機(jī)控制激光位移傳感器在直線滑軌上作直線運(yùn)動(dòng)，另一個(gè)步進(jìn)電機(jī)控制試件做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，試件上被測(cè)點(diǎn)的極角、極徑、橫向位置分別由試件的旋轉(zhuǎn)角度、激光位移傳感器的測(cè)量數(shù)據(jù)、激光位移傳感器的移動(dòng)距離來(lái)確定，控制系統(tǒng)根據(jù)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行試件實(shí)際外形三維建模，從而能對(duì)試件進(jìn)行更精確的分析。
文檔編號(hào)G01B11/24GK102628674SQ20121008988
公開(kāi)日2012年8月8日 申請(qǐng)日期2012年3月30日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月30日
發(fā)明者李中山, 楊守建, 胡敬禮, 趙磊, 陳龍 申請(qǐng)人:蘇州筑邦測(cè)控科技有限公司