專利名稱：一種潛望式影像測量儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明為一種特殊的影像測量儀，通過采用潛望物鏡的方式，解決普通影像測量 儀無法測量工件側(cè)壁、孔內(nèi)側(cè)壁的難題，極大的拓寬了影像測量儀的應(yīng)用范圍。
背景技術(shù)：
影像測量儀是一種新興的幾何量測量儀器，能高效的完成二維尺寸的測量，相對 于傳統(tǒng)的接觸式坐標(biāo)測量機，影像測量儀對二維平面尺寸的測量具有絕對的優(yōu)勢，但是由 于僅限于二維測量和簡單的高度測量，嚴重限制了影像測量儀的應(yīng)用范圍。目前，影像測量儀需要借助棱鏡等輔助手段才能實現(xiàn)側(cè)壁的測量，這種方式局限 性較大，需要在待測的各個位置都放置棱鏡，且不能實現(xiàn)對孔內(nèi)壁的測量。在近年來的文獻中，還沒有發(fā)現(xiàn)解決這個問題的報道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明介紹了一種潛望式影像測量儀，它以三軸CNC移動工作臺[1]為主體，配備 顯微鏡[2]、潛望物鏡[3]、CCD、照明系統(tǒng)[4]、電氣控制卡[5]和個人計算機[6]。三軸CNC移動工作臺[1]分為XY移動平臺和Z軸，XY移動平臺用于承載被測工 件，顯微鏡[2]固定于Z軸上，顯微鏡下端固定有潛望物鏡[3]，Z軸的上下運動可以控制顯 微鏡的聚焦清晰度。XYZ三個軸均由直線導(dǎo)軌、滾珠絲杠和直流伺服控制系統(tǒng)組成，可以獲 得非常高的定位精度。三軸工作臺可在計算機的控制下，由電氣控制卡[5]的驅(qū)動，實現(xiàn)程 序控制，滿足自動測量的需要。個人計算機[6]配備圖像采集卡，接收由顯微鏡[2]和CCD所構(gòu)成光學(xué)成像系統(tǒng) 捕獲的工件圖像數(shù)據(jù)；個人計算機[6]包括精密測量模塊，利用圖像處理技術(shù)，對獲取的圖 像數(shù)據(jù)進行處理，完成對CTZ三維移動工作臺[1]上工件的測量；個人計算機[6]通過向電 氣控制卡發(fā)送命令來移動XYZ三維移動工作臺[1]，使得需要測量的區(qū)域移動到顯微鏡的 可視區(qū)域內(nèi)；照明系統(tǒng)[4]在不同工件、不同測量要求下，保證光學(xué)成像系統(tǒng)獲取到高質(zhì)量 的圖像數(shù)據(jù)。圖1給出了本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖。潛望物鏡[3]安裝在顯微鏡前端，潛望物鏡內(nèi)部安裝有45度的棱鏡，通過棱鏡將 工件側(cè)壁或孔內(nèi)壁的圖像反射到顯微鏡內(nèi)部成像，如同在水平方向上成像效果一樣；潛望 物鏡下端的棱鏡部分與上部之間為活動連接，通過一個微電機的轉(zhuǎn)動來控制棱鏡反射面的 朝向，以保證側(cè)壁朝向任何方向時，都能方便的完成測量。電氣控制卡[5]包括三軸運動控制、伺服電機驅(qū)動、照明控制、光柵尺讀數(shù)、操作 手柄支持、與個人計算機通訊等功能。為了實現(xiàn)對棱鏡朝向的精確控制，需要增加一軸的伺 服控制及驅(qū)動，采用絕對式旋轉(zhuǎn)編碼器反饋棱鏡的轉(zhuǎn)動角度，控制系統(tǒng)內(nèi)部采用PID算法 對棱鏡電機進行速度跟蹤，并精確定位其運動位置。本發(fā)明具有如下優(yōu)點(1)拓寬了影像測量儀的應(yīng)用范圍，避免用戶重復(fù)購買影像測量儀和接觸式坐標(biāo)測量機；(2)工件擺放無需找正，側(cè)壁朝向任何方向都能進行高精度測量；


圖1是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明的工作原理示意圖。圖3是本發(fā)明的潛望物鏡結(jié)構(gòu)示意圖。圖4是本發(fā)明的自動找正測量示意圖。圖中主要結(jié)構(gòu)為三軸移動工作臺，2-顯微鏡、3-潛望物鏡、4-照明系統(tǒng)、 5-電氣控制卡、6-個人計算機、7-被測工件、8-45度棱鏡、9-連接管、10_棱鏡組件、11_傳 動組件。
具體實施例方式潛望式影像測量儀以三軸CNC移動工作臺[1]為主體，配備顯微鏡[2]、潛望物鏡 [3]、CCD、照明系統(tǒng)[4]、電氣控制卡[5]和個人計算機[6]。三軸CNC自動移動工作臺[1]分為XY移動平臺和Z軸，XY移動平臺用于承載被 測工件，顯微鏡[2]固定于Z軸上，顯微鏡下端固定有潛望物鏡[3]，Z軸的上下運動可以控 制顯微鏡的聚焦清晰度。XYZ三個軸均由直線導(dǎo)軌、滾珠絲杠和直流伺服控制系統(tǒng)組成，可 以獲得非常高的定位精度。三軸工作臺可在計算機的控制下，由電氣控制卡[5]的驅(qū)動，實 現(xiàn)程序控制，滿足自動測量的需要。個人計算機[6]配備圖像采集卡，接收由顯微鏡[2]和CCD所構(gòu)成光學(xué)成像系統(tǒng) 捕獲的工件圖像數(shù)據(jù)；個人計算機[6]包括測量模塊，利用圖像處理技術(shù)，對獲取的圖像數(shù) 據(jù)進行處理，完成對CTZ三維移動工作臺[1]上工件的測量。潛望物鏡[3]安裝在顯微鏡[2]的下端，它們之間通過螺紋連接。潛望物鏡[3] 由三個部分組成連接管[9]、棱鏡組件[10]和傳動組件[11]，結(jié)構(gòu)參加附圖3。連接管[9]位于潛望物鏡上端，為空管結(jié)構(gòu)，上端通過螺紋與顯微鏡前端連接，下 端通過凹槽與棱鏡組件連接，起連接顯微鏡與棱鏡組件的作用。在不使用潛望物鏡的場合， 只需擰下與顯微鏡間的螺紋連接即可。棱鏡組件[10]以棱鏡為主體，外部為固定、連接、轉(zhuǎn)動的部件，并有傳動齒輪。棱 鏡在組件中精確固定，確保反射面的45度反射角準(zhǔn)確、穩(wěn)定。并在棱鏡反射面外部留有開 口，使工件圖像可順利進入棱鏡反射面。傳動組件[11]由微電機與齒輪組成，微電機的主體與連接管固定，電機軸上固定 有驅(qū)動齒輪，驅(qū)動齒輪直接與棱鏡組件中的齒輪嚙合。在微電機轉(zhuǎn)動時，帶動棱鏡組件轉(zhuǎn) 動，以調(diào)整棱鏡反射面的朝向。棱鏡組件內(nèi)部設(shè)有卡位裝置，確保棱鏡只能在0 360度范 圍內(nèi)旋轉(zhuǎn)。在微電機尾端裝有絕對式旋轉(zhuǎn)編碼器，作為棱鏡朝向的反饋裝置。電氣控制卡方面，在普通影像測量儀控制卡中增加一軸的伺服控制及驅(qū)動，控制 卡以絕對式旋轉(zhuǎn)編碼器的反饋為輸入，內(nèi)部采用PID算法對棱鏡電機進行速度跟蹤及位置 伺服控制，精確的定位棱鏡朝向。計算機中具備棱鏡測控模塊，棱鏡測控模塊提供三種操控模式實現(xiàn)對棱鏡朝向的控制手動任意操控模式、點點對齊模式、平行線對齊模式。手動任意操控模式控制棱鏡按 角度增量方式轉(zhuǎn)動或轉(zhuǎn)動到指定位置，提供了操控棱鏡的最大靈活性，但控制精度和方便 性上比較差。點點對齊模式通過指定的兩個測量點來確定一條直線，以此直線作為棱鏡朝 向的平行方向來控制棱鏡。平行線對齊模式控制棱鏡朝向與指定的線段平行。棱鏡測控模塊提供無需對工件側(cè)壁朝向進行找正的測量方式，可極大的提高側(cè)壁 的測量效率首先棱鏡測控模塊控制棱鏡大致朝向測量側(cè)壁，初步與測量平面平行，測量模 塊在測量側(cè)壁平面上測量兩個點，以此兩點的連線作為該測量平面的朝向，棱鏡測控模塊 以點點對齊模式調(diào)整棱鏡的朝向與此連線平行，測量模塊再對測量表面進行測量，可保證 高精度的測量。測量示意圖如附圖4所示。棱鏡測控模塊使用具備高度準(zhǔn)直性能的同軸光源對工件側(cè)壁進行照明。同軸光源 采用點光源發(fā)光，在點光源前端有一個準(zhǔn)直透鏡，點光源發(fā)出的發(fā)散性光線通過準(zhǔn)直透鏡 轉(zhuǎn)變?yōu)闇?zhǔn)直光源。準(zhǔn)直同軸光源從顯微鏡側(cè)面的反射鏡中進入顯微鏡，形成平行于顯微鏡 光軸的光線，這些光線照射到45度棱鏡上，再反射到被測工件側(cè)壁，工件側(cè)壁根據(jù)表面特 征不同，會反射不同的光線到45度棱鏡上，然后由棱鏡反射這些光線透過顯微鏡，進入到 CCD表面成像，使得儀器最終能獲取高質(zhì)量的工件側(cè)壁圖像。測量模塊利用圖像處理技術(shù)，對獲取的工件側(cè)壁圖像進行濾波、邊緣提取、邊緣增 強、擬合等一系列操作，計算得到側(cè)壁幾何特征的測量值。
權(quán)利要求
1.一種潛望式影像測量儀，由三軸移動工作臺[1]、顯微鏡[2]、潛望物鏡[3]、(XD、照 明系統(tǒng)W]、電氣控制卡[5]、個人計算機[6]組成，其特征在于所述潛望式影像測量儀在 顯微鏡[2]的前端裝有潛望物鏡[3]；所述的個人計算機具備棱鏡測控模塊。
2.如權(quán)利要求1所述的潛望物鏡，其特征在于由連接管[9]、棱鏡組件[10]和傳動組 件[11]組成。
3.如權(quán)利要求2所述的連接管[9]，其特征在于位于潛望物鏡上端，為空管結(jié)構(gòu)，上端 通過螺紋與顯微鏡前端連接，下端通過凹槽與棱鏡組件連接。
4.如權(quán)利要求2所述的棱鏡組件[10]，其特征在于內(nèi)部安裝45度棱鏡，外部為固定、 連接、轉(zhuǎn)動的部件，并有傳動齒輪；棱鏡在組件中精確固定，在棱鏡反射面外部留有開口，工 件圖像通過開口進入棱鏡反射面。
5.如權(quán)利要求2所述的傳動組件[11]，其特征在于由微電機與齒輪組成，微電機的主 體與連接管固定，電機軸上固定有驅(qū)動齒輪，驅(qū)動齒輪直接與棱鏡組件中的齒輪嚙合；棱鏡 組件內(nèi)部設(shè)有卡位裝置，限制棱鏡只能在0 360度范圍內(nèi)轉(zhuǎn)動；在微電機尾端裝有絕對式 旋轉(zhuǎn)編碼器。
6.如權(quán)利要求1所述的棱鏡測控模塊，其特征在于提供手動任意操控模式、點點對齊 模式和平行線對齊模式精確控制棱鏡的朝向。
全文摘要
本發(fā)明介紹了一種潛望式影像測量儀，它以三軸CNC移動工作臺為主體，配備顯微鏡、潛望目鏡、CCD、照明系統(tǒng)、電氣控制卡和個人計算機。三軸工作臺可在計算機的控制下，由電氣控制卡驅(qū)動，實現(xiàn)程序控制。個人計算機配備圖像采集卡，接收由顯微鏡和CCD所構(gòu)成光學(xué)成像系統(tǒng)捕獲的工件圖像。潛望目鏡安裝在顯微鏡的下端，由連接管、棱鏡組件和傳動組件三個部分組成。棱鏡組件以棱鏡為主體，外部為固定、連接、轉(zhuǎn)動的部件。傳動組件由微電機與齒輪組成，微電機的主體與連接管固定，電機軸上固定有驅(qū)動齒輪，驅(qū)動齒輪直接與棱鏡組件中的齒輪嚙合。在微電機轉(zhuǎn)動時，帶動棱鏡組件轉(zhuǎn)動，以調(diào)整棱鏡反射面的朝向。
文檔編號G01B11/00GK102052894SQ20101052389
公開日2011年5月11日 申請日期2010年10月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月29日
發(fā)明者徐一華, 楊聰 申請人:蘇州天準(zhǔn)精密技術(shù)有限公司