CN1009954B - 坐标测量仪 - Google Patents

Abstract

本发明涉及根据测量触头和被测物的相对移动位移来测量被测物的形状等的三维测量仪。该测量仪具有检测X、Y、Z轴方向上的相对移动位移量的位移检测器(25、23、27)，还具有包括位移检测器的便携式检测装置(35、38)，这些检测器都与运算处理装置(32)的输入电路(41)相连接。检测装置(35、38)可根据被测物的测量部位选择使用。

Description

本发明涉及测量触头与被测物具有三维关系、并根据两者的相对移动位移量来测量该被测物形状等的三维测量仪。

近年来，测量装载在载物台上的被测物的外径尺寸、孔直径及其中心位置等各种形状的三维测量仪，在立体物的高精度测量等方面得到了广泛的普及和应用。

以往这样的三维测量仪的一般结构如图3所示。也就是说，在图3中装载在支架1上的由石平台等构成的载物台2上设立一对支柱3，在这一对支柱3上装载着借助空气轴承等可以在前后方向（即Y轴方向）上圆滑移动的横向构件4。该横向构件4相对于上述支柱3的移动量，可以利用由光学位移检测器等构成的Y轴位移检测器5检测出来。

在上述横向构件4上，滑块6借助空气轴承等可以在左右方向（即X轴方向）上圆滑地自由移动。该滑块6对于横向构件4的相对移动量，可以利用由光学位移检测器等构成的X轴位移检测器7检测出来。此外，下端具有测量触头8的角棱状心轴9，借助空气轴承等可以在滑块6上上下（即Z轴方向）自由地滑动。该心轴9对于滑块6的相对移动量，可以利用由类似于上述各检测器的光学位移检测器等构成的Z轴位移检测器10检测出来。在此情况下，测量触头支承构件11是由上述横向构件4、滑块6和心轴9构成的。因此，上述测量触头8由该测量触头支承构件11支承着，对于装载在载物台2上的被测物12，测量触头8可以在X、Y、Z轴方向上进行三维的相对移动。

使用这样的结构时，将心轴9用人手或者用机器人的机械手（自动测量时）握住，使测量触头8与载物台2上预先设定的原点相接触作为极座标的基准，随后使测量触头8与被测物12的各测量点相接触，利用上述各检测器5、7、10将该测量触头8从上述原点起始的在X、Y、Z轴方向的相对移动量检测出来，并利用由图中未示出的计算机等构成的运算处理装置，对各检测器5、7、10的输出信号进行适当的处理，并作为测量值进行计测来测量被测物12的形状等内容。

但是，在这样的三维测量仪中，为了达到高精度，各部分的结构都要坚固，并且上述测量触头8与测量触头支承构件11要按一定的位置关系装配成整体。因此，现有三维测量仪存在着以下问题：

（1）.为了将测量触头8移动到被测物12的所需测量面上，就必须与全部移动机构，即测量触头支承构件11，一起移动。此外，由于还必须根据被测物12的 形状进行迂回移动，所以工作效率较低，并且在迂回时由于测量触头8的碰撞还会造成损伤。

（2）.在被测物12上有凸起部分而需测量形成在该凸起部分下面的部位时，存在着测量触头8接触不到或很难接触到的测量面，这就需要进行慎重的操作，或者重新安装被测物12以改变其位置。

（3）.对于测量部位来说，有很多象厚度或位置不成问题而只需要测量孔径尺寸那样的、不需要绝对座标系位置（即距上述原点的位置）的测量点，但用上述三维测量仪，就全和上述例子一样，必须使测量触头8进行三维移动才能完成工作。

因此，无论出现上述哪个问题，都会使工作效率降低。随着测量对象适用范围的扩大以及形状的复杂化，若不解决上述问题，三维测量仪的普及就会受到阻碍。

此外，三维测量仪也不仅限于上述图3所示的形状，还有门型柱在载物台上自由滑动的，测量触头支承构件为悬臂梁状的，载物台在Y轴方向上是可动的等各种形式，但上述问题对于所有形式的三维测量仪都是共同存在的。

本发明的目的在于，提供可按照被测物的测量部位的性质进行测量、并能显著地提高测量效率的三维测量仪。

本发明设有可对载物台上的被测物进行三维相对移动的测量触头;同时设有X、Y、Z轴位移检测器，用以分别检测出该测量触头在X、Y、Z轴方向对于被测物的相对移动量;并且设有包含多个可往复移动的测量触头和测量触头位移检测器（用于检测该测量触头的移动位移量）的便携式检测装置。这些检测装置和X、Y、Z轴位移检测器分别与运算处理装置的输入电路相连接，在运算处理装置中利用各轴位移检测器和检测装置的各位移量等效输出信号对被测物的形状等进行计测。因此，对于需要绝对座标系中的位置的测量部位，可利用X、Y、Z轴位移检测器进行测量，而对厚度等不一定需要绝对座标系中的位置的测量部位，可利用检测装置进行简易测量，从而可达到上述的目的。

图1为本发明三维测量仪的一实施例的结构示意图，图2为本发明所用检测装置的一实施例的正面图，图3为现有技术中普通的三维测量仪例子的斜视图。

下面，根据附图对本发明与上述现有技术例子不同的三维测量仪的一实施例加以说明。

在表示整体的结构的图1中，门型柱22借助空气轴承等可在由石平台等构成的载物台21上前后（即Y轴方向）自由地滑动，该门型柱22对载物台21的相对移动量可以利用Y轴位移检测器23检测出来。

在上述门型柱22的上部横梁上，滑块24借助空气轴承等可在左右方向（即X轴方向）上自由地移动，该滑块24对门型柱22的相对移动量可以利用X轴位移检测器25检测出来。

在上述滑块24上，角棱状心轴26借助空气轴承等在上下方向（即Z轴方向）上可自由地滑动，该心轴26对滑块24的相对移动量可以利用Z轴位移检测器27检测出来。在心轴26的下端安装有可装卸的测量触头28。在此情况下，测量触头支承构件29是由上述门型柱22、滑块24及心轴26构成的，因此，上述测量触头28借助该测量触头支承构件29可对载物台21上的被测物30进行X、Y、Z轴方向（即三维）的相对移动，并且可以利用上述各轴检测器23、25、27检测出该相对移动量，这些检测器23、25、27输出的检测信号通过各轴信号软线31输入到运算处理装置32中。此外，各轴检测器23、25、27是由每隔0.1mm单位长度发生1个脉冲数字信号的光学检测器等构成的，能以0.1mm的精度进行测量。

在上述门型柱22和载物台21四周的给定位置上，设有数个插孔33，这些插孔33通过装置信号软线34与上述运算处理装置32相连接。此外，在上述插孔33中，可以插接通过电缆36与游标卡尺型检测装置35相连的插头37，或者插接通过电缆39与千分尺型检测装置38相连的插头40，由这些检测装置35、38测得的测量值信号，通过电缆36、39、插头37、40、插孔33和装置信号软线34输入上述运算处理装置32中。

为使这些检测装置35、38能接近载物台21上被测物30的任何被测面，上述电缆36和39应具有足够的长度，并且能以0.1mm的精度测量被测物30的被测面的尺寸等，以0.1mm/脉冲的数字信号作为测量值，即能以数字形式表示的信号进行输出。

上述运算处理装置32具有输入电路41、数据处理部分42和输出电路43。输入电路41能按照输入信号的性质，通过波形整形电路44和计数器电路45接收输入信号，或者不通过它们而直接接收输入信号。此时，在本实施例中，由于X、Y、Z轴检测器25、23、27的输出信号未进行任何波形处理，所以可通过上述波形整形电路44和计数器电路45分别进行输入。而 上述各检测装置35、38本身装有波形整形用和计数用的装置，所以能以计测值作为所谓测量值信号进行输出，因而信号可以直接输入到输入电路41。

上述输入电路41的输出信号通过数据处理部分42进行适当的处理（即，例如，按照三点的信号来处理给定圆的信息，对圆的直径或其中心位置进行的运算处理，把这样运算的值输出几次，还有，在由数次信号算出平均值的测量中要进行的一切必要处理）。该数据处理部分42的输出信号，通过输出电路43输入阴极射线管46、打印机47及其它外部输出装置。此外，从输出电路43设有测量指示信号线48，用于在检测到需要使用检测装置35、38的测量部位时，给出需要使用该检测装置35或检测装置38的指示。根据该测量指示信号线48送来的信号，检测装置35或检测装置38上便出现了给定的指示。

此外，若检测装置35、38的电缆36、39具有足够的长度，则插头37、40也可以直接与运算处理装置32相连接。

图2示出千分尺型检测装置38的详细结构，该检测装置38具有可以在尺体51上往复移动的触头52，同时还具有使该测量触头52进行往复移动的测微套筒53。将被测物30的测量部位挟持在上述触头52和设置在尺体51上的测砧54之间，由作为触头位移检测器50的直线或回旋式编码器，根据尺体51和触头52的相对移动将该部位的尺寸检测出来，并将其信号用电学方法加以处理，按英寸或毫米显示在数字显示器55上。此外，在尺体51上具有接通、断开电源用的通断开关56（ON/OFF）、转换英寸或毫米指示的英寸-毫米转换开关57（IN/MM）、清除显示在数字显示器55上的测量值用的清除开关58（CL）、把根据触头52的移动所测得的数据中必要的数据送入上述运算处理装置32内而发出指令用的发送开关59（SEND）、保持测量数据用的保持开关60（HOLD）、从测量数据中选出最大值或最小值并显示在数字显示器55上用的最大值显示开关61（MAX）和最小值显示开关62（MIN）以及处理上述测量触头位移检测器50的输出信号用的装置运算处理电路63，以便实现上述各开关的功能。此外还具有作为测量指示装置的测量指示灯64，它利用上述运算处理装置32的输出电路43的输出信号，显示该检测装置38进行测量的测量部位的测量状态。

此外，虽然未作图示，游标卡尺型检测装置35也具有与检测装置38完全相同的功能，在以下的说明中，检测装置38所具有的各个构成部件，检测装置35也都具有。

下面就本实施例的使用方法加以说明。

当测量开始时，根据被测物30的形状准备一台或数台检测装置35和/或检测装置38，将该检测装置35、38的插头37、40插入适合于测量部位的插孔33内。然后，将测量所需的电源等开关接通，便可开始测量。利用上述测量触头28进行测量时，与现有技术的例子相同，握住心轴26，使测量触头28对载物台21上的被测物30进行三维的相对移动，以使测量触头28与被测物30的测量部位相接触。利用该测量触头28进行测量时，通常按照预先指示的顺序进行，但在该测量触头28的测量过程中，当有利用检测装置35或检测装置38来测量较为方便的测量部位时，由运算处理装置32向所定的检测装置35或检测装置38发送测量指示信号，该信号可使测量指示灯64点亮。根据该亮灯指示，测量人员便可利用该检测装置35或检测装置38进行必要的测量。

下面，利用测量触头28或检测装置35和/或检测装置38对被测物30顺次进行测量，对所有的测量部位都进行测量后便可结束测量。被检测出的测量信号，通过运算处理装置32的输入电路41在数据处理部分42内进行规定的处理，并通过输出电路43显示在输出装置的阴极射线管46上，同时利用打印机47进行打印输出。

按照如上所述的实施例，对于需要绝对坐标系位置的测量部位，与以往的三维测量仪相同，可利用能绝对测量的测量触头28进行测量，同时，对于不一定需要绝对坐标系位置的厚度等的测量部位，可利用便携式检测装置35和/或检测装置38进行测量。因此，根据被测物30的形状等性质来分别使用检测装置，可显著地提高测量的工作效率。此外，由于要求测量触头28变换姿态等的情况较少，因此也能提高工作效率。并且在此情况下，不需要重新检验原点位置，这又可提高工作效率。而且，可以防止由于在被测物30的周围迂回而造成测量触头28的损伤。此外，各检测装置35、38还可用于测量仪主体的装配调整，从而可降低测量仪的造价。此外，由于检测装置35、38是便携式的，所以可从被测物30的四面八方进行操作，从而使被测物30的凸起部分内部等的测量也容易进行。利用位于便于使用位置的插孔33，又能提高使用的方便性。此外，由于检测装置35、38的测量 结果还可与一般的测量一起利用运算处理装置32进行处理，所以不需要殊别的数据处理操作就可将显示在阴极射线管46、打印机47上的数据作为测量值使用。若检测装置35、38的形状与以往的千分尺、游标卡尺、深度计、测孔器等的主体结构相同，则没有与以往的这些各种测量仪的测量操作不协调的感觉，从这一点来说，也可提高工作效率。

此外，由于检测装置35、38具有发送开关59，所以能只发送所需的数据，不会将错误数据等送入运算处理装置32内，因而不会使运算处理装置32中的处理发生混乱现象。并且，由于检测装置38具有保持开关60、最大值显示开关61、最小值显示开关62，所以在测量过程中可以把所需的数据显示在显示器55上，并且利用英寸-毫米转换开关56进行英寸和毫米的转换。此外，由于应该使用的检测装置35、38可利用测量指示灯64指示出来，所以可以防止测量错误，同时也可提高测量效率。

并且，在上述实施例中，X轴位移检测器25，Y轴位移检测器23和Z轴位移检测器27都没有波形整形和计数器等处理电路，而检测装置35和38却都有这些电路。但本发明却不仅限于此，在各轴检测器25、23、27中也可以装有波形整形和计数器电路，而在检测装置35、38中可不装配这些电路，通过设置在运算处理装置32中的波形整形电路44、计数器电路45，也可以将信号输入到输入电路41中。此外，本发明的三维测量仪不仅限于图1所示实施例形式的三维测量仪，也可适用于图3所示形式的三维测量仪、载物台可移动形式的三维测量仪以及其它形式的三维测量仪，并且测量触头28的驱动方法可有手动的、机器人自动的或者每个轴都设有马达的等，而与其驱动形式无关。各检测装置35、38的功能可以不是由图2所示各种开关来决定的，而只具有这些开关的一部分或者具有与这些开关不同的功能。此外，测量指示灯64也可采用蜂呜器等其它指示装置，并且设置测量指示装置的位置也不仅限于各检测装置35、38，也可设置在阴极射线管46等外部输出装置及其它部分上，但若设置在检测装置35、38上，则测量程序较为方便。此外，各轴检测器25、23、27和各检测装置35、38的输出信号不仅限于数字信号，也可以用模拟信号，但用数字信号的优点是容易进行信号处理，并且噪声的影响也比较小。在上述实施例中，检测装置35、38通过电缆36、39和软线34与运算处理装置32相连接，但本发明不仅限于此，检测装置35、38和运算处理装置32也可以用电波或光波等无线方法连接起来。这样一来，若采用无线连接法，则检测装置35、38的使用方便性会更好。此外，在本说明书中所用的绝对坐标系这一术语，并不意味着在X、Y、Z各面上的原点全都是同一个原点，例如，每个面都以不同的原点作为基准来表示坐标系，在此概念中包含着表示各测量部位的位置的情况，或者将测量时的坐标系用运算处理装置32进行适用的坐标系变换来表示测量值的情况。

如上所述，若采用本发明，则可提供这样一种三维测量仪，即按照被测物的测量部位的形状可进行有效的测量。

本发明的三维测量仪可全面应用于测量被测物的形状等测量领域。

Claims (5)

1、一种座标测量仪，包括一个可相对于载物台21上的被测物作三维移动的测量触头28；检测所述被测物与测量触头28之间相对位移量的X、Y和Z轴位移检测器25、23和27；与各位移检测器电连接的运算处理装置32，该处理装置具有波形整形电路44、计数器电路45、输入电路41、数据处理部分42、输出电路43；与所述输出电路43相连的外部输出装置，其特征在于还包括：

多个设置在载物台21四周的给定位置上的插孔33，

与各插孔33相连的信号软线34，所述插孔33通过信号软线34与所述运算处理装置32相连，

多台便携式检测装置35、38，所述检测装置具有可往复移动的触头52、检测该触头52位移量的触头位移检测器50、运算处理电路63、测量指示装置64，

与所述检测装置35、38相连的电缆36、39，

通过电缆36、39与检测装置35、38相连的插头37、40，所述检测装置35、38测得的测量值信号通过电缆36、39、插头37、40、插孔33及信号软线34输入所述运算处理装置32，

所述输出电路43设有指示信号线48，用于在所述座标测量仪检测到需要用所述检验装置35、38的测量部位时向检测装置35、38给出指示，使所述测量指示装置64显示该检测装置处于测量状态。

2、如权利要求1的座标测量仪，其中，所述便携式检测装置35、38对每个单位长度输出一个脉冲，并输出与所述触头52的位移量相应的测量值。

3、如权利要求2的座标测量仪，其中，所述便携式检测装置35、38还具有以数字显示所述测量值的数字显示器55。

4、如权利要求1的座标测量仪，其中，所述指示装置64为指示灯。

5、如权利要求1的座标测量仪，其中，所述便携式检测装置35、38还具有向运算处理装置32或运算处理电路63有选择地发送测量值数据的英寸-毫米转换开关57、最大值显示开关61和最小值显示开关62。

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