激光定位装置及定位方法
【专利摘要】本发明公开了一种激光定位装置及定位方法，该装置包括支撑平台，支撑平台经升降机构连接有主轴；主轴的上端设有绕主轴可调节地转动的第一轴机构；第一轴机构连接有可调节地转动的第二轴机构，第二轴机构连接有可调节地转动的第三轴机构，第二轴机构的旋转轴线和第三轴机构的旋转轴线互相垂直且均与主轴的轴线垂直；第三轴机构连接有第一激光头，第一激光头经标尺机构连接有第二激光头，标尺机构用于标识第一激光头与第二激光头之间沿横向的垂直距离和沿纵向的垂直距离。本发明实现了第一激光头在三维方向上的转动，以准确定位零件的基准面，且第一激光头经标尺机构连接与第一激光头平行设置的第二激光头，从而实现了平行投影的准确定位。
【专利说明】激光定位装置及定位方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及零件表面定位领域，特别地，涉及一种激光定位装置及定位方法。
【背景技术】
[0002]在强度试验(静力、疲劳试验)和科研试飞(地面联合试验和试飞)中，都需要对各种复杂零件(尤其是机匣类的表面凹凸不规则的铸造件)关键部位粘贴电阻应变计并进行应变测量。由于应变计的尺寸本身比较小，而应变计的粘贴位置与技术图纸指定位置的准确程度对测试结果影响极大，尤其在应力集中的、应变变化大的部位。现有应变计定位技术通过钢板尺、游标卡尺、高度尺、深度尺、卷尺或者是三坐标定位仪等量取尺寸并定位应变计粘贴点。
[0003]由于零件外形各异，尤其是机匣类零件的表面往往有比较复杂的曲面过渡。而应变计的粘贴位置又往往是这些弯弯曲曲的不规则的地方。操作时，选取基准稍有偏离则应变计实际粘贴位置离准确位置往往偏差较大。一般工程图纸上给出的基准面(线)一般是零件上的加工面、加工孔中心等，而应变计安装位置的到基准面的距离都是按平行投影的距离给出。而用钢板尺、游标卡尺、高度尺、深度尺、卷尺等工具时，需要用肉眼向零件表面进行中心投影确定距离则必然存在偏差。再受到工具量程和不同的人的感觉影响则偏差更大。用三坐标定位仪，可以较准确的找到定位点，但是这种仪器占用空间巨大且价格昂贵，并且需要专门培训的技术人员才能操作仪器。因此，亟需设计一种能够应用于零件不规则表面的准确定位的装置及方法。
【发明内容】
[0004]本发明目的在于提供一种激光定位装置及方法，以解决现有的零件不规则表面无法准确定位的技术问题。
[0005]为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下:
[0006]根据本发明的一个方面，提供一种激光定位装置，包括支撑平台，支撑平台经升降机构连接有在升降机构的驱动下做升降运动的主轴；
[0007]主轴的上端设有绕主轴可调节地转动的第一轴机构；
[0008]第一轴机构连接有可调节地转动的第二轴机构，第二轴机构连接有可调节地转动的第三轴机构，第二轴机构的旋转轴线和第三轴机构的旋转轴线互相垂直且均与主轴的轴线垂直；
[0009]第三轴机构连接有用于出射第一“十”字形光束的第一激光头，第一激光头经标尺机构连接有用于出射平行于第一“十”字形光束的第二“十”字形光束的第二激光头，标尺机构用于标识第一激光头与第二激光头之间沿横向的垂直距离和沿纵向的垂直距离。
[0010]进一步地，升降机构包括:延伸出支撑平台外部的升降调节杆，升降调节杆经啮合齿轮连接有驱动主轴做升降运动的限位台。
[0011]进一步地，第一轴机构包括:转盘，转盘包括与主轴固接的下盘体和绕主轴转动的上盘体，上盘体之上设有立杆，立杆垂直于上盘体并向上延伸，第二轴机构与立杆连接。
[0012]进一步地，下盘体与上盘体之间设有用于锁紧上盘体的螺栓或者用于驱动上盘体转动的第一步进电机。
[0013]进一步地，第二轴机构包括:绕立杆转动连接的转接块，转接块设有用于锁紧转接块的第一调节部或者用于驱动转接块转动的第二步进电机。
[0014]进一步地，第三轴机构包括:用于夹持第一激光头的夹具，夹具与转接块转动连接，第一激光头的出射方向与第三轴机构的旋转轴线重合。
[0015]进一步地，夹具设有用于锁紧夹具的第二调节部或者用于驱动夹具转动的第三步进电机。
[0016]进一步地，标尺机构包括沿主轴的轴线方向设置的第一标尺，第一标尺的一端连接第一激光头，另一端经保持架连接与第一标尺垂直的第二标尺，第二激光头设于第二标尺上。
[0017]进一步地，支撑平台包括连接块，连接块设有至少三个与连接块铰接的支撑脚，每个支撑脚均设有用于调节打开角度及锁紧至连接块的限位块。
[0018]根据本发明的另一方面，还提供一种激光定位方法，用于在零件的表面准确定位，其特征在于，应用上述的激光定位装置，包括以下步骤:
[0019]选择零件上的基准平面，基准平面通过三点定位；
[0020]通过第一轴机构、第二轴机构及第三轴机构的配合，使得第一激光头的出射第一“十”字形光束的“一”字线同时通过基准平面上的三个定位点；
[0021]调节第二激光头与第一激光头之间沿横向的垂直距离和沿纵向的垂直距离，通过第二激光头照射到零件表面的“十”字形光束的交叉点以准确定位距离基准平面预设距离的定位点。
[0022]本发明具有以下有益效果:
[0023]本发明激光定位装置及定位方法，通过在支撑平台上设置升降机构以调节主轴的高度，并通过第一轴机构实现绕主轴的转动，通过第二轴机构实现绕第二轴线转动，通过第三轴机构实现绕第三轴线转动，第二轴机构设于第一轴机构上，第三轴机构设于第二轴机构上，且第一激光头设于第三轴机构上，从而实现了第一激光头在三维方向上的转动，以通过第一激光头发出的“十”字形光束准确定位零件的基准面，第一激光头经标尺机构连接与第一激光头平行设置的第二激光头，从而实现了平行投影的准确定位，本发明实现了对零件上不规则表面的精准定位，定位精度高，且结构简单、操作简便。
[0024]除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。
【专利附图】
【附图说明】
[0025]构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中:
[0026]图1是本发明优选实施例激光定位装置的结构示意图；
[0027]图2是本发明优选实施例第一激光头对准基准平面的调节示意图；
[0028]图3是本发明优选实施例用于应变片定位的示意图。
[0029]附图标记说明:
[0030]10、支撑平台；11、主轴；12、连接块；13、支撑脚；14、限位块；15、水平泡；20、升降机构；21、升降调节杆；22、限位台；30、第一轴机构；31、转盘；311、下盘体；312、上盘体；32、立杆；40、第二轴机构；41、转接块；42、第一调节部；43、衬套；44、锁紧螺母；50、第三轴机构；51、夹具；52、第二调节部；60、第一激光头；70、第二激光头；80、标尺机构；81、第一标尺；82、保持架；83、第二标尺；90、零件。
【具体实施方式】
[0031]以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
[0032]参照图1，本发明的优选实施例提供一种激光定位装置，该激光定位装置包括:支撑平台10、升降机构20、第一轴机构30、第二轴机构40、第三轴机构50、第一激光头60、第二激光头70及标尺机构80。其中，支撑平台10经升降机构20连接在升降机构20的驱动下做升降运动的主轴11 ;主轴11的上端设有绕主轴11可调节地转动的第一轴机构30 ;第一轴机构30连接可调节地转动的第二轴机构40，第二轴机构40连接可调节地转动的第三轴机构50，第二轴机构40的旋转轴线和第三轴机构50的旋转轴线互相垂直且均与主轴11的轴线垂直；第三轴机构50连接用于出射第一“十”字形光束的第一激光头60，第一激光头60经标尺机构80连接用于出射平行于第一“十”字形光束的第二“十”字形光束的第二激光头70，标尺机构80用于标识第一激光头60与第二激光头70之间沿横向的垂直距离和沿纵向的垂直距离。
[0033]本实施例中，第一轴机构30、第二轴机构40和第三轴机构50各自的旋转轴线互相垂直，从而实现了第一激光头60在三维方向上的转动调节，以通过第一激光头60发出的“十”字形光束准确定位零件的基准面，且第一激光头60经标尺机构80连接与第一激光头60平行设置的第二激光头70，从而实现了平行投影的准确定位，本发明实现了对零件上不规则表面的精准定位，定位精度高，且结构简单、操作简便，同时解决了精确对准基准面和平行投影两个问题，适合各类型零件表面的准确定位。
[0034]参照图1，本实施例中，支撑平台10包括连接块12，连接块12设有至少三个与连接块12铰接的支撑脚13，每个支撑脚13均设有用于调节打开角度及锁紧至连接块12的限位块14。本实施例中，连接块12连接有三个支撑脚13，每个支撑脚13均经一根转轴铰接于连接块12，支撑脚13与连接块12之间可相对转动，以调节支撑脚13的打开角度，其中，限位块14为“L”形，较长的一端连接与支撑脚13的一端并可以与支撑脚13之间相对滑动，限位块14较短的一端抵靠并固定在连接块12上，各限位块14实现支撑脚13与连接块12之间的锁紧定位。优选地，各支撑脚13由至少两端套接而成，以自由调节长度，在调节支撑脚13的长度时，只需将套接部位的锁紧环拧紧即可固定长度，从而实现支撑平台10的高度的快捷调节。
[0035]优选地，连接块12在各限位块14对应处设有至少两个用于固定限位块14的卡槽，以供限位块14的较短的一端抵靠，使得支撑脚13可选择至少两个固定角度连接至连接块12。
[0036]本实施例中，升降机构20包括:延伸出支撑平台10外部的升降调节杆21，升降调节杆21经啮合齿轮连接有驱动主轴11做升降运动的限位台22。本实施例中，主轴11从连接块12的中心孔穿过，主轴11与限位台22啮合的部位设有连续的齿槽以及导引槽，从而便于升降。在其他实施例中，升降调节杆21与限位台22之间采用涡轮-蜗杆的驱动方式，涡轮-蜗杆结构将升降调节杆21的水平旋转运动转换为限位台22沿垂直方向上的升降运动，主轴11从限位台22的中间穿过，限位台22通过连接机构进而驱动主轴11沿垂直方向上做升降运动。优选地，升降调节杆21与限位台22之间设有锁紧机构，锁紧机构包括弹性元件，锁紧机构自动将升降调节杆21锁紧于限位台22，使得限位台22不会在重力的作用下沿主轴11下降。
[0037]优选地，为了保证支撑平台10处于水平状态，主轴11的下端设有挂钩，该挂钩通过悬挂重物以增强支撑平台10的整体平稳性，主轴11的上端设有水平泡15，水平泡15用于检测支撑平台10是否水平。
[0038]本实施例中，第一轴机构30沿图1所示的Z轴转动，第二轴机构40沿图1所示的Y轴转动，第三轴机构50沿图1所示的X轴转动。
[0039]本实施例中，第一轴机构30包括:转盘31，转盘31包括与主轴11固接的下盘体311和绕主轴11转动的上盘体312，上盘体312之上设有立杆32，立杆32垂直于上盘体312并向上延伸，第二轴机构40与立杆32连接。通过转动上盘体312,进而带动立杆32转动,立杆32带动第二轴机构40转动。
[0040]优选地，转盘31的转动可以采用手动调节或者自动调节，在手动调节时，下盘体311与上盘体312之间设有用于锁紧上盘体312的螺栓，以实现上盘体312的转动定位；在自动调节时，在下盘体311与上盘体312之间设置用于驱动上盘体312转动的第一步进电机。优选地，第一步进电机的控制器采用图像识别进行伺服控制，以自动调节上盘体312的转动角度。
[0041]本实施例中，第二轴机构40包括:绕立杆32转动连接的转接块41，其中，优选地，转接块41为“U”形，立杆32固定连接有衬套43，转接块41通过贯穿衬套43的枢转轴绕衬套43转动，其中，转接块41与枢转轴经锁紧螺母44连接，以防止转接块41滑出。
[0042]本实施例中，转接块41的转动可以采用手动调节或者自动调节，在手动调节时，转接块41设有用于锁紧转接块41的第一调节部42，其中，第一调节部42为调节手柄，调节手柄可以锁紧转接块41使其不能绕枢转轴转动，当需要转动调节时，松开调节手柄即可。在自动调节时，转接块41设有用于驱动转接块41转动的第二步进电机。优选地，第二步进电机的控制器采用图像识别进行伺服控制，以自动调节转接块41的转动角度。
[0043]本实施例中，第三轴机构50包括:用于夹持第一激光头60的夹具51，夹具51与转接块41转动连接。其中，转接块41的端部沿X轴方向延伸有联接轴，夹具51转动连接于联接轴上，夹具51绕X轴自由转动，第一激光头60的出射方向与X轴重合。
[0044]本实施例中，夹具51的转动可以采用手动调节或者自动调节，在手动调节时，夹具51设有用于锁紧夹具51的第二调节部52，其中，第二调节部52为调节手柄，调节手柄可以锁紧夹具51使其不能绕X轴转动，当需要转动调节时，松开调节手柄即可。在自动调节时，夹具51设有用于驱动夹具51转动的第三步进电机。优选地，第三步进电机的控制器采用图像识别进行伺服控制，以自动调节夹具51的转动角度。
[0045]本实施例中，标尺机构80包括沿主轴11的轴线方向设置的第一标尺81，第一标尺81的一端连接第一激光头60,另一端经保持架82连接与第一标尺81垂直的第二标尺83,第二激光头70设于第二标尺83上，其中，保持架82可以调节第一标尺81和第二标尺83的相对位置并通过螺栓锁紧定位。
[0046]下面以在零件的表面准确粘贴应变片来说明本发明的激光定位方法，该激光定位方法采用上述实施例的激光定位装置，包括以下步骤:
[0047]选择零件上的基准平面，基准平面通过三点定位；参照图2，零件90的基准平面通过A、B、C三点定位。
[0048]通过第一轴机构30、第二轴机构40及第三轴机构50的配合，使得第一激光头60的出射第一“十”字形光束的“一”字线L同时通过基准平面上的三个定位点A、B、C。本实施例的调节方法如下:
[0049]通过调节支撑脚13的长度，和限位块14控制角度以固定支撑平台10，使得锁紧螺母44的位置能大概处于零件基准平面的空间延伸区域，同时保证水平泡15水平；
[0050]通过调节升降机构20、第一轴机构30、第二轴机构40使得第一激光头60射出光束在零件90表面的第一 “十”字形光束中心点O能对准定位点A ；
[0051]转动第三轴机构50使得第一“十”字形光束的“一”字线L能通过定位点A和定位点B。此时光束确定的平面为面a。例如，定位点C位于“一”字线L上方，说明需将第一激光头60的出射位置向下移动，同时将仰角增大，反之亦反。此时调节第二轴机构40使第一激光头60的仰角增大，使得“一”字线L到定位点B和定位点C之间一半的位置；然后调节升降调节杆21，使得第一“十”字形光束中心点O重新对准定位点A ;最后将第三轴机构50旋转至“一”字线L通过定位点B，此时“一”字线L确定的平面为面α ’，如图2所示；
[0052]如果定位点C位于“一”字线L上方，则重复调节2?3次，直至第一激光头60发出的第一“十”字形光束的“一”字线L同时通过定位点Α、定位点B、定位点C。此时激光束通过的平面即为基准平面，如图3所示。
[0053]调节第二激光头70与第一激光头60之间沿横向的垂直距离LI和沿纵向的垂直距离L2，通过第二激光头70照射到零件90表面的“十”字形光束的交叉点O’，该交叉点O’即为应变计的粘贴位置，以准确定位距离基准平面预设距离的定位点。
[0054]采用本实施例的激光定位方法，适用于在各类型零件表面的应变计粘贴位置的定位，避免了定位误差导致的应变计粘贴不准确导致的测试结果的波动，为航空铸造部件的可靠性试验提供了准确的零件表面位置定位手段。
[0055]以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种激光定位装置，其特征在于，包括支撑平台(10)，所述支撑平台(10)经升降机构(20)连接有在所述升降机构(20)的驱动下做升降运动的主轴(11)； 所述主轴(11)的上端设有绕所述主轴(11)可调节地转动的第一轴机构(30)； 所述第一轴机构(30)连接有可调节地转动的第二轴机构(40)，所述第二轴机构(40)连接有可调节地转动的第三轴机构(50)，所述第二轴机构(40)的旋转轴线和所述第三轴机构(50)的旋转轴线互相垂直且均与所述主轴(11)的轴线垂直； 所述第三轴机构(50)连接有用于出射第一“十”字形光束的第一激光头(60)，所述第一激光头(60)经标尺机构(80)连接有用于出射平行于所述第一“十”字形光束的第二“十”字形光束的第二激光头(70)，所述标尺机构(80)用于标识所述第一激光头(60)与所述第二激光头(70)之间沿横向的垂直距离和沿纵向的垂直距离。
2.根据权利要求1所述的激光定位装置，其特征在于， 所述升降机构(20)包括:延伸出所述支撑平台(10)外部的升降调节杆(21)，所述升降调节杆(21)经啮合齿轮连接有驱动所述主轴(11)做升降运动的限位台(22)。
3.根据权利要求1所述的激光定位装置，其特征在于， 所述第一轴机构(30)包括:转盘(31)，所述转盘(31)包括与所述主轴(11)固接的下盘体(311)和绕所述主轴(11)转动的上盘体(312)，所述上盘体(312)之上设有立杆 (32)，所述立杆(32)垂直于所述上盘体(312)并向上延伸，所述第二轴机构(40)与所述立杆(32)连接。
4.根据权利要求3所述的激光定位装置，其特征在于， 所述下盘体(311)与所述上盘体(312)之间设有用于锁紧所述上盘体(312)的螺栓或者所述用于驱动所述上盘体(312)转动的第一步进电机。
5.根据权利要求3或者4所述的激光定位装置，其特征在于， 所述第二轴机构(40)包括:绕所述立杆(32)转动连接的转接块(41)，所述转接块(41)设有用于锁紧所述转接块(41)的第一调节部(42)或者用于驱动所述转接块(41)转动的第二步进电机。
6.根据权利要求5所述的激光定位装置，其特征在于， 所述第三轴机构(50)包括:用于夹持所述第一激光头(60)的夹具(51)，所述夹具(51)与所述转接块(41)转动连接，所述第一激光头(60)的出射方向与所述第三轴机构(50)的旋转轴线重合。
7.根据权利要求6所述的激光定位装置，其特征在于， 所述夹具(51)设有用于锁紧所述夹具(51)的第二调节部(52)或者用于驱动所述夹具(51)转动的第三步进电机。
8.根据权利要求1所述的激光定位装置，其特征在于， 所述标尺机构(80)包括沿所述主轴(11)的轴线方向设置的第一标尺(81)，所述第一标尺(81)的一端连接所述第一激光头(60)，另一端经保持架(82)连接与所述第一标尺(81)垂直的第二标尺(83)，所述第二激光头(70)设于所述第二标尺(83)上。
9.根据权利要求1所述的激光定位装置，其特征在于， 所述支撑平台(10)包括连接块(12)，所述连接块(12)设有至少三个与所述连接块(12)铰接的支撑脚(13)，每个所述支撑脚(13)均设有用于调节打开角度及锁紧至所述连接块(12)的限位块(14)。
10.一种激光定位方法，用于在零件(90)的表面准确定位，其特征在于，应用权利要求1至9任一所述的激光定位装置，包括以下步骤: 选择零件(90)上的基准平面，所述基准平面通过三点定位； 通过第一轴机构(30)、第二轴机构(40)及第三轴机构(50)的配合，使得第一激光头(60)的出射第一“十”字形光束的“一”字线同时通过所述基准平面上的三个定位点； 调节第二激光头(70)与所述第一激光头(60)之间沿横向的垂直距离和沿纵向的垂直距离，通过所述第二激光头(70)照射到所述零件(90)表面的“十”字形光束的交叉点以准确定位距离所述基准平面预设距离的定位点。
【文档编号】G01B11/00GK104075658SQ201410282826
【公开日】2014年10月1日 申请日期:2014年6月23日 优先权日:2014年6月23日
【发明者】文华, 郭天才, 廖学军, 付亚斌, 苏楠阳 申请人:中国航空动力机械研究所