CN1038530C - 非接触位置检测设备 - Google Patents

Abstract

非接触型位置检测设备，包括带有光发射部分和光接收部分的激光单元，用于将激光照射到被测对象的检测点并接收由该检测点反射的激光，以判明至该检测点的距离。一条能使激光单元至少在直角坐标系的一条轴线方向上移动的臂。坐标检测机构，用于检测此臂的坐标。当该检测点和激光单元间的位置关系达到预定关系时，依此臂的坐标判定该检测点的坐标。激光单元含类似探针的指示件，用以指示由光发射部分发出的激光光轴延长线和由光接收部分接收的激光光轴延长线间的交点。

Description

非接触位置检测设备

本发明涉及非接触型位置检测设备，更确切地说，涉及适用于非接触型三维测量仪的非接触型位置检测设备，它能对被测对象外部轮廓的各部分的坐标完成可靠和精密测量。

用于检测三维形状如三维坐标数据的三维测量仪，已经公开在例如美国专利No.3,722,842,No.4,102,051,No.4,149,317以及No.4,282,654中。

该三维测量仪包括一个可在空间直角坐标系各坐标轴即互相垂直的X，Y和Z轴方向上运动的主体(悬臂)，以及装有此可动主体上的一个探针。此探针同被测对象外部轮廓上的检测点接触，检测此可动主体的三维坐标，根据这种接触来测量三维轮廓。

然而对于这种接触型三维测量仪来说，在被测对象是由软材料如粘土压制的场合下，当探针的端部同被测对象的检测点接触时，此端部易于钻入被测对象，以致在所检测的被测对象坐标中产生误差。在被测对象的外部轮廓上面可以作的凹面和凸面测量，存在着这种可能性。

为了消除这种缺陷，该三维测量仪应当具有非接触类型，例如，其中的激光光源和用来接收被反射的激光束的光接收元件，测出被测对象和激光光源间的距离，当在一点处恰好该距离达到予定值时，被测对象上该检测点的坐标被测量出来。

对于接触型三维测量仪器来说，当探针垂直指点在被测对象表面上予定位置时，此位置的坐标可被精确测得。因此，在前面描述的这种非接触型三维测量仪器中，采用这种通常的技术，也能够完成坐标的检测。

以上介绍的坐标检测技术，将参照图7(a)和7(b)加以描述。参见图7(a)和7(b)，Y轴沿着垂直于图面的方向配置。在激光单元10附近提供一个被测物体100，且激光单元10中配备有激光光源和接收激光束的光接收元件，以便在非接触条件下检测至被测对象100的距离。

激光单元10的结构，表示在图12中。由光发射元件(半导体激光器)12发出的激光，被射在测量对象100上面。当此测量对象位于参考点L_ref处(例如沿激光照射方向距激光单元10发光位置为50mm处)，由测量对象100上检测点随机反射出去的激光，被光接收元件15中央位置上的部分所接收。进一步说来，当被测对象100的位置靠近(100A)或者远离(100B)该参考点L_ref时，激光位置检测元件15上面接收到激光的位置，将沿箭头标志A或B移动。此位置检测元件15的输出信号，被输出给如图6所示的第一信号处理电路50。

如图7(a)所示，当使用这样的激光单元10进行测量时，应将激光单元10的安装位置设置为，使其射出的激光10A基本上能垂直射在被测对象100上其坐标被检测的检测点位置；随后再沿X及Z方向同时进给，以使激光单元10能沿着激光的射出方向(即箭头标志L的方向)移动。如图7(b)所示，当激光单元10移动到接近被测对象100时，从被测对象100反射回来的激光10B，将由透镜系统检测。当由于激光单元10到达距其予定距离处而检测到光时，激光单元10或者支承该激光单元10的悬臂(未表示)的坐标数据随后被采集，作为与该测量对象100上的激光照射位置(检测点)对应的坐标数据。

如图19(a)至19(c)所示，光发射部分101A及光接收部分101B是作为激光来提供的。如图19(a)所示，激光单元101的安装位置被设置为，使由激光单元101的光发射部分101A射出的激光，基本上能垂直射在测量对象100上要被测出座标的部分上。然后，激光单元101同时沿着X及Z方向进给，以使此激光单元101能够沿着激光的照射方向(即箭头标志L的方向)移动。如图19(b)所示，当激光单元101移动到靠近被测对象100时，从被测对象100反射回来的激光，将由光接收部分101B上配备的透镜系统所检测。当由于激光单元101到达距其予定距离处而检测到光时，激光单元101或者支承该激光单元101的悬臂(未表示)的坐标数据，被采集来作为与被测对象100的激光照射位置对应的坐标数据。

对于上述结构的非接触型三维测量仪来说，由于它并不包括如与接触型三维测量仪的探针对应的用来指示所需检测点的装置，故其难以迅速和准确地指明所要求的检测点。因此，当试图连续地测出譬如具有曲线轮廓的测量对象的曲线上面许多检测点时，所存在的问题是，与接触型三维测量仪相比，其操作性能是非常差的。

本发明的目的在于使用非接触型位置检测设备，使得迅速和准确地指出所要求的检测点成为可能，以解决前面叙述的现有技术的问题。

为了达到本发明的目的，一种非接触型位置检测设备，包括带有光发射部分及光接收部分的激光单元，以便将激光照射在被测对象的检测点并接收由该检测点反射的激光，以判明至该检测点的距离，其特征在于该激光单元包括类似探针的指示装置，当检测点和激光单元达到予定的位置关系时，用来指明由光发射部分发出的激光光轴的延长线和由光接收部分接收的激光光轴的延长线之间的交点。

由于前面描述的类似探针的装置是安装在激光单元上面的，所以如果移动该激光单元使此类似探针的指示装置能够指明检测点，那么此检测点和激光单元间的位置关系就能达成予定的关系，因此，所要求的检测点就能迅速而准确地指明。

在激光的照射方向L是垂直射向被测对象外部轮廓的予定表面上且激光单元能沿上述照射方向移动的系统中，该激光单元101必须是能沿两条轴线方向[图19(a)至19(c)的实例中是指X轴和Z轴]或沿三条轴线方向同步运动的。简而言之，为使激光单元101从图19(a)的条件运动到图19(b)的条件，，必须如图19(c)所示，需让此激光单元101能同时沿X方向进给Xf及沿Z方向进给Yf。沿许多轴线方向的这种激光单元101的同步进给，不仅会使此机器更加复杂，而且会降低其操作性能。

其间包含使上述同步进给分开进行(例如首先沿X方向完成Xf进给，然后沿Z方向完成Yf进给)的方法，或者沿X方向的进给和沿Y方向的进给一点一点交替完成的另一种方法。存在这样的可能性，当激光单元101恰好在某点到达距测量对象100予定距离(即当坐标恰好在一点被检测)时，激光的照射位置可以是与被瞄准进行检测位置不同的位置。在这种场合下，被瞄准位置的坐标就无法检测。本发明的目的在于提供一种非接触型三维测量仪，能够不费力地对测量对象所要求的(瞄准)位置的坐标进行检测。

为了解决上述问题，非接触型三维测量仪采用的结构是：一条主旋转轴安装在测绘缩放仪(Layout machine)的悬臂上，使其中心轴的方向沿着空间直角坐标系的一条坐标轴方向伸展；安装有第一条辅助臂，可在该主轴面转动；一条辅助轴，其与该主轴成45°角安装在第一条辅助臂上；安装有第二条辅助臂，以在该辅助轴上面转动；以及激光单元安装机构，用以将该激光单元装在第二条辅助臂上，使其射出的激光方向能同该辅助轴成45°。

该非接触型三维测量仪包括有激光单元安装机构，其结构是使某点(随后称之为参考点)处在激光照射方向上距该激光单元为予定距离处，其定位是使参考点可被定位在主轴和辅助轴之间的交点处，以采集坐标信号。

该非接触型三维测量仪包括有激光单元，其结构是由非中央部位提供发射的激光，且激光单元安装机构的结构是使其能将激光单元以其前后侧逆向安装。

该非接触型三维测量仪，包括带有由环氧树脂蜂窝构件制成的芯件的第一条辅助臂、安装在此芯件相对两端的一对轴承，以及绕在此芯件和轴承表面上的碳纤维。

对于本发明的非接触型三维测量仪来说，通过调整第一条辅助臂相对于主轴以及第二条辅助臂相对辅助轴的转角，可使激光照射方向指向构成该坐标系的三条轴的所有方向上。

对于本发明的非接触型三维测量仪来说，如果测绘缩放仪的臂的位置不发生变化，则参考点的坐标就不会变化，即便第一条辅助臂和/或第二条辅助臂转动而改变了激光的照射方向。

对于本发明的非接触型三维测量仪来说，如果将激光单元逆向安装使其前侧定位在后侧，那么就能够在被测对象表面上的凹进部位的内侧面附近进行坐标测量。

对于本发明的非接触型三维测量仪来说，第一条辅助臂可以做成轻而牢固的。

进一步说来，从随后所作的详细叙述中，本发明的适用性范围将变得明显。然而应当理解，这种详细描述和特例虽然也表示本发明的最佳实施例，但只是为了说明给出的，因为对于本领域的技术人员来说，很明显就能从这种详细叙述中在本发明的精神和范围中作出各种改变和变更。

从以下所作详细叙述和附图中，将能更充分地理解本发明；这些叙述和附图只是为了说明给出的，因而并不限定本发明，其中：

图1为根据本发明实施例的激光单元10的示意图；

图(2a)为图1中主要部分的放大图，图2(b)为沿图2(a)中2-2线所取剖面图；

图3为按照本发明第二实施例构成的激光单元透视图；

图4为探针302端部放大图；

图5为图6的局部放大图；

图6为按照本发明实施例的非接触型测量仪的示意图；

图7(a)及7(b)为说明检测坐标用的现有技术的视图；

图8为翼状臂20的前正视图；

图9为沿图8中9-9线所取剖视图；

图10(a)、10(b)及10(c)为表示辅助臂30和翼状臂20的转动位置和激光照射方向L间关系的示意图；

图11(a)、11(b)和11(c)为表示根据本发明检测凹进部位坐标所用方法的视图；

图12为表示常规的非接触坐标检测方法的视图；

图13为图6的局部放大图；

图14为本发明实施例的基本部分的前正视图；

图15为根据本发明实施例的透视图；

图16为表示激光单元结构的示意图；

图17为水平臂以及安装在水平臂上面的辅助臂、翼状臂和激光单元的前正视图；

图18(a)、18(b)和18(c)为说明如何根据本发明实施例调整激光单元和被测对象之间距离所用技术的视图；

图19(a)和19(b)为说明检测坐标的现有技术并表示激光单元和被测对象间位置关系的视图；

图19(c)为表示当激光单元从图19(a)的状态运动到图19(b)的状态时，坐标变化的图解；

图20(a)为构成辅助臂的一对环氧树脂蜂窝构件的前正视图，图20(b)为其沿图20(a)中20-20线所取剖视图；

图21(a)为说明碳纤维如何粘附在这对环氧树脂蜂窝构件上的方式的视图，图21(b)为沿图21(a)中线21-21所取剖视图；

图22为类似于图21(b)说明碳纤维被粘附在这对环氧树脂蜂窝构件上的视图；

图23为根据本发明的夹紧机构的前正视图；

图24为说明安装在该夹紧机构上的轴承如何定位的视图；

图25表示轴承如何安装在其上粘附有碳纤维的一对环氧树脂蜂窝构件一端；

图26表示其上粘附有碳纤维的轴承和一对环氧树脂蜂窝构件，其中该轴承被安装在夹紧机构上面；

图27为表示由第一信号处理电路输出的模拟信号实例图解；

图28为表示由第一信号处理电路输出的数字信号实例图解；

图29为一付激光防护镜的透视图；

图30(a)、30(b)和30(c)为说明使用激光防护镜测量坐标技术的视图；

图31为本发明的实施例的功能块方框图；

图32为说明如何进行处理以防止坐标数据的双重检测的流程图；

图33为本发明另一实施例的功能块方框图；

图34为表示激光单元另一实例的示意图；

图35(a)、35(b)和35(c)为说明当激光单元朝向测量对象运动时的位置关系以及激光斑和射在测量对象上面的辅助光斑之间关系的视图；

图36为参考立方体的透视图；

图37为说明使用参考立方体来调整原点的技术，以及使用该技术来测量被测对象坐标的技术的流程图；

图38为说明辅助光源装置产生干扰方式的视图；

图39(a)为说明辅助光源装置垂直安装以让该辅助光射在参考点L1上的场合下的视图39(b)为图39(a)的底平面图；

图40(a)为辅助光源装置折叠起来的视图，图40(b)为图40(a)的底平面图。

在下面，将参照附图对本发明进行详细描述。图1表示本发明应用的激光单元10的基本部分的结构。类似探针的指示装置300，被配备用来指示所要求的检测点是否处在被测对象100上面。

图2(a)为详细表示类似探针的指示装置300的结构放大图，图2(b)为沿图2(a)中的线2-2所取剖视图。此类似探针的指示装置300，包括牢固地安装在例如激光单元10上的基板303、带有内螺纹孔301a的支承部301，以及由其后端拧紧在该支承部301的内螺纹孔301a中且具有锥形断面端的探针302。

基板303和支承部301是靠微弱的约束力将其相互紧固在一起的，以使当探针302触及被测对象100时彼此很容易就能分开，避免损伤被测对象100。靠这种微弱的约束力进行紧固，例如可以由诸如磁铁MG之类的磁力来完成。如图1及4中表示的那样，探针302的顶端302a被加工成尖的。

图6表示装有上述激光单元10的非接触型三维测量仪，而且与上述相同的标号表明相同或者等效的部分。在下面，将对本发明用作非接触型三维测量仪进行描述，然而本发明并不局限于此，它同样能用作一维测量仪，以便按非接触条件在一维方向上测量被测对象100的长度；或者用作二维测量仪，以便按非接触条件在二维方向上测量长度。

参见图6，测绘缩放仪1被安装在平台200上，且其导轨2也被固紧在该平台200上。测绘缩放仪1的底座3能在Y方向上沿导轨2滑动，而且滑动机架5能在Z方向上沿着竖直支承在底座3上的垂直臂4滑动。此外，水平臂6能在X方向上沿着滑动机架5滑动。

激光单元10借助于辅助臂(第一条辅助臂)30和翼状臂(第二条辅助臂)20安装在水平臂6的一端。翼状臂20和激光单元10的安装，例如可以通过螺钉拧紧。

因此，通过底座3、滑动机架5和水平臂6在上述相应方向上的滑动，可使激光单元10在平台200上方的三维空间内移动到适当位置。激光单元10的移动，即底座3、滑动机架5和水平臂6在上述相应方向上的滑动，可以采用适当的已知技术借助马达或者通过手动操作之类来完成。

与激光单元10相连的电缆99，接在上述第一信号处理电路50上面。第一信号处理电路50则根据激光在光位置检测元件15之上光接收位置的不同，输出一个与激光单元10和被测量对象100之间的距离相对应的模拟信号。作为激光单元10和第一信号处理电路50，例如可以使用Keyence Kabushiki Kaisha制造的激光位移门电路(LC-2320)和控制器(LC-2100)。

第一信号处理电路50接在PC机70上。第二信号处理电路60包括：时间常数电路，用于将输出延时处理加在第一信号处理电路50的输出信号(例如激光单元10和被测对象间距离的信号)上，以防止自激震动现象(Chattering)；倒相器电路等等。应当指出的是，第二信号处理电路60可以根据第一信号处理电路50输出信号的响应条件、极性或诸如此类因素略去。

测绘缩放仪1包括坐标检测机构1A，用于检测水平臂6的坐标(换而言之即参考点L1的坐标)，其输出信号被输出给PC机70。当被测对象100到达参考点L1时，PC机70利用第二信号处理电路60(或者第一信号处理电路50)的输出信号，自动采集参考点L1的坐标(即坐标检测机构1A及时在某一点的输出信号)，并根据需要，利用所采集的坐标信息，在阴极射线管上再现被测对象的轮廓形状。这种自动采集坐标方法将在下文描述。

图13为水平臂6以及安装在该水平臂6上的辅助臂30、翼状臂20和激光单元10的前正视图。一对轴承32及34被牢固地安装在辅助臂30的相对的两端，而且主轴31和辅助轴33插在该轴承32和34中以便转动。主轴31被固定在安装于水平臂6一端的转轴6A上以便转动，而辅助轴33则固定在翼状臂20上。

因此，比主轴31更后一些的端部和辅助臂30，能够沿箭头标志P指示的方向围绕转轴6A旋转。比辅助臂30更后的端部，可以沿箭头标志Q指示的方向围绕主轴31转动。此外，比翼状臂20更后的端部，可以沿箭头标志R指示的方向围绕辅助轴33转动。这些转动部分是根据本非接触型三维测量仪进行的坐标测量，采用已知的适合技术进行安装的。

于是如图5中所示，主轴31和配置在辅助臂30上的辅助轴33的安装，是使其两中心轴线延长线间构成的角度能为45°。当被检测点处在参考点L_ref处时，探针302被配置在由光发射部分发出的激光光轴LO的延长线和由光接收部分接收的激光光轴L1延长线之间限定的区域内。

由于原来该区域是保证作为空着的空间的区域，不容许有电缆之类进入，以使激光肯定可以射在被测对象上，而由被测对象反射的激光肯定可被接收，所以，如果探针302配备在该区域内，则此探针302将不会与电缆之类连上。

同时，激光单元10被安装在翼状臂20上，以使沿箭头标志方向由激光单元10中射出的激光L，能与辅助轴33的中心轴线构成45°角。

因此，如图6所示假定水平臂6是沿X方向取向的，那么，如果主轴31的中心线的取向沿X轴方向以便平行于水平臂6的中心线(图13中的虚线表示)，则通过改变辅助臂30相对主轴31的转动位置以及翼状臂20相对辅助轴33的转动位置，总可以让由激光单元10射出的激光的照射方向L与X、Y、Z方向中的任一方向重合，如图10(a)至10(c)所示。

此外，根据本实施例，通过让辅助臂30沿箭头标志P方向相对转轴6A旋转(图13)，还可让激光的照射方向射向不同于上述三条轴线的其它方向。

激光单元10的结构是使其并不从其中心部位射出激光，而从其靠近其侧面的部位射出激光。当如图11(a)所示在测量对象100表面上形成有凹进部位100c时，有可能逼近凹进部位100c内侧面的延缓角完成坐标检测。此外，如上所述，由于激光单元10安装在翼状臂20上的手段可以通过螺钉，所以，如果激光单元10以其前侧朝后安装在翼状臂20上面，那么即便凹进的部位100D是在与图11(a)相反的方向上形成[如图11(b)所示]的，仍有可能在许多位置上逼近凹进部位100D的内侧面完成坐标检测。

应当指出的是，当激光单元10反方向安装时，如图11(b)所示，参考点L_ref并不在主轴31和辅助轴33之间的交点上；但当翼状臂20处在图11(b)的条件下，假如此翼状臂20被加工成能沿主轴31的中心轴线方向伸展[参见图11(c)]，那么即便激光单元10以其前侧朝后指向，仍能将激光单元10安装成使参考点L_ref可以处在主轴31和辅助轴33之间交点的位置上。

反回来参见图13，供给能源及由激光单元10中引出输出数据用的电缆99，经过中空结构的辅助轴33和水平臂6的内侧伸出。此电缆是从水平臂6的后端伸出来的。由于该电缆99是以这种方式在水平臂6中提供的，故电缆99并不干扰测量操作，并可实现对该电缆99的保护。此外，还可减少捆扎外部电缆以将其固定所需要的导管(如绝缘带)的数量，而且外观也不会损坏。应当指出的是，还可使辅助臂30、主轴31等等也具有中空结构，以让该电缆99也能伸过此中空结构的内侧。

安装在水平臂6端部的辅助臂30、翼状臂20和激光单元10(图6)，必须具有重量轻的结构，以提高三维测量的精度。为此目的，其上安装有激光单元10的翼状臂20，具有如图8中所示的这种框架结构。在翼状臂20的适当位置处，钻出供插入辅助轴33的轴孔21以及激光单元10安装其中用的安装孔22。此外，在正面和背面冲出长条形的凹进部分23以形成上述框架结构，为的是减小翼状臂20的重量(参见图9)。

由于采用这种结构，可以得到重量轻且刚性强的翼状臂20。此外，为了实现进一步减轻重量和提高尺寸精度，该翼状臂20可由金属镁制做。

应当指出的是，在上述实施例中，当检测点相对于激光单元10处在参考点L_ref处时，尽管该探针302被描述为配置在由光发射部分发出的激光的光轴LO和由光接收部分接收的激光的光轴L1之间限定的区域内(与光轴LO和L1平行)，然而本发明并不局限于这种结构。此探针302也可按这样一种方式配置，如图3所示，仅当其能够指示光轴LO和L1之间的交点时。

如由前所述能够明显地看到的那样，根据本发明，能够取得以下效果：

(1)由于探针302是配备在激光单元10上的，而且当激光单元10移动以使探针302的端部能够指示检测点时，检测点和激光单元间的位置关系能够达到予定的关系，故所要求的检测点能够迅速而准确地指明。

(2)如果固定在激光单元10上的探针302处于易于移动状态，那么当该探针302接触到被测对象时就会移动，而且将不会损伤测量对象；

(3)如果探针302以其后端部固紧在支承部301的内螺纹孔中，则其端部的定位会非常容易；

(4)如果其上固定有探针302的支承部301和固定在激光单元10上的基板303之间是靠磁性力相互固定在一起，那么采用一种简单的结构就能使探针302的固定处于易于移动状态；

(5)如果探针302的配置是使激光能够射在其端部，那么很容易就能指示出检测点。

(6)如果探针302是一个透明件，那么就能防止随机反射光进入光接收部分；

(7)如果在探针302的端部进行弄绉(craping)，那么由于激光在此端部的反射是随机的，故其很容易就能被肉眼观察到；

(8)如果探针302是配置在由光发射部分发出的激光的光轴延长线和由光接收部分接收的激光的光轴延长线所限定的区域内，则当检测点和激光单元10之间处在予定的位置关系时，探针302不会与电缆之类接触。

图15为本发明实施例的透视图。参见图15，测绘缩放仪1000安装在平台2000上，而且其导轨2002被固定在该平台2000上。测绘缩放仪1000的底座2003能在Y方向上沿导轨2002滑动，而且滑动机架2005能在Z方向上沿着竖直支承在底座2003上的垂直臂2004滑动。此外，水平臂2006能在X方向上沿滑动机架2005滑动。激光单元1010是靠辅助臂(第一辅助臂)2030和翼状臂(第二辅助臂)2020安装在水平臂2006的一端。翼状臂2020与激光单元1010，可由螺钉固定在一起。

因此，通过底座2003、滑动机架2005和水平臂2006在上述对应方向上的滑动，可使激光单元1010在平台2000上方的三维空间内运动到适当位置。激光单元1010的运动，即底座2003、滑动机架2005和水平臂2006在上述对应方向上的滑动，可以通过相应的已知技术借助电机或手工操作来实现。

激光单元1010的结构，表示在图16中。本导体激光器1012是靠半导体激光器激励电路1011激励发出激光的。通过光投影透镜1013将此激光照射在被测对象1100上面。当被测对象1100位于参考点L1时，例如在激光照射方向上距激光单元1010的激光发光位置50mm处，由被测对象1100随机反射的激光，借助光接收透镜1014在光照位置检测元件1015的中心部位被接收。此外，当被测对象1100靠近或者远离参考点时，如编号1100A和1100B所示，光照位置检测元件1015上激光的接收位置，将沿箭头A或B的方向移动。光照位置检测元件1015的输出信号，通过放大器1016及1017输出给图15中的第一信号处理电路1050。

反回来参见图15，接在放大器1016和1017以及激光单元1010的半导体激光器激励电路1011上的电缆1099，被接在上述第一信号处理电路1050上。该第一信号处理电路1050被用作半导体激光器激励电路1011的电源，并且具有输出功能，根据激光在光位置检测元件1015上光接收位置的不同，输出一个激光单元1010和被测对象1100之间距离对应的模拟信号。当激光单元1010和被测对象1100之间距离变成比予置距离小或者大时，输出数字信号来表示距离。例如由Keyence Kasushiki Kaisha制造的激光位移门电路LC2320和控制器LC-2100，可被用作激光单元1010和第一信号处理电路1050。

第一信号处理电路1050通过第二信号处理电路1060接在PC机1070上。第二信号处理电路1060包括：一个时间常数电路，用于将输出延时处理加在第一信号处理电路1050的输出信号(例如激光单元1010和被测对象间距离的信号)上，以防止自激振动现象；倒相器电路等等。应当指出的是，第二信号处理电路1060可以根据第一信号处理电路1050输出信号的响应条件、极性或诸如此类因素予以省略。

测绘缩放仪1000包括坐标检测机构1001A，用于检测水平臂2006的坐标(换而言之即参考点L1的坐标)，而且其输出信号被输出给PC机1070。当被测对象1100到达参考点L1时，PC机1070利用第二信号处理电路1060(或者第一信号处理电路1050)的输出信号，自动采集参考点L1的坐标(即坐标检测机构1001A此时在某一点的输出信号)，并根据需要，利用所采集的坐标信息，将被测对象的轮廓形状再现在阴极射线管上。这种自动采集坐标的方法，将在下文描述。

激光防护镜1090的配备，是为了保护测量人员的眼睛免受来自激光单元1010的激光辐射；而且兰发光二极管1091和红发光二极管1092被安装在激光防护镜1090的上部，以使其能被收容在测量人员的视场内。激光防护镜1090的放大视图被表示在图29中。兰发光二极管1091和红发光二极管1092，被接在第二信号处理电路1060或者第一信号处理电路1050上。而且兰发光二极管1091和红发光二极管1092的使用方式，将在下文叙述。

被测对象(未表示)是放在平台2000上的，而且参考立方体1080是放在安装于平台2000上的平板1300上的。参考立方体1080的结构和使用方式，将在下文叙述。

图17为水平臂2006以及安装在该水平臂2006上面的辅助臂2030、翼状臂2020和激光单元1010的正面视图，全都已在图15中表示。在图17中，与图15中相同的标号表示相同或等效的部分。首先，一对轴承2032和2034被紧固安装在辅助臂2030的相对两端，而且主轴2031和辅助轴2033分别插在轴承2032和2034中以供旋转。主轴2031被固定在安装于水平臂2006一端以供旋转的转轴2006A上，而辅助轴2033则固定在翼状臂2020上。因此，比主轴2031更后一些的端部和辅助臂2030，能够沿箭头P指示的方向绕转轴2006A旋转。比辅助臂2030更后的端部，能够沿箭头Q指示的方向绕主轴2031旋转。比翼状臂2020更后的端部，能够沿箭头R指示的方向绕辅助轴2033旋转。这些转动部分是根据此非接触型三维测量仪进行坐标测量的情况，采用相应的已知技术进行安装的。

于是如图14所示，主轴2031和配置在辅助臂2030上的辅助轴203 3的安装，是使其两中心轴线延长线间构成的角度能为45°。同时，激光单元1010被安装在翼状臂2020上以使沿箭头标志L方向由激光单元1010射出的激光，能够与辅助轴2033的中心轴线构成45°角。

如图15中所示，假定水平臂2006是沿X方向取向的，那么，如果主轴2031的中心线的取向也沿X轴方向以便平行于水平臂2006的中心线(图17中的虚线表示)，则通过改变辅助臂2030相对主轴2031的转动位置以及翼状臂2020相对辅助轴2033的转动位置，总可以让由激光单元1010射出的激光的照射方向L与X、Y、Z方向中的任一方向重合，如图11(a)至11(c)所示。

在本发明的实施例中，如图18(a)和18(b)所示，当激光沿X方向射出时，通过让激光单元1010只在同一方向上进给而不改变激光的照射位置，就能调整至测量对象1100的距离。因此，对被测对象1100外部轮廓坐标的检测，很容易就能由该非接触型三维测量仪来完成。自然，尽管使用了这样的坐标检测方法，激光也不会垂直射在测量对象1100的被检测坐标的位置上；由于此坐标检测方法具备采用激光的非接触型，故不会发生坐标位置检测精度降低的情况。

此外，通过让辅助臂2030沿箭头标志P方向相对转轴2006A旋转(图17)，还可让激光的照射方向射向不同于上述三条轴线的其它方向。

此外，由于激光单元1010的结构是使其并不从其中心中位射出激光，但从靠近其侧面的部位射出激光，并且当如图11(a)所示在测量对象100的表面上形成有凹进的部位100c时，仍可能逼近此凹进部位100C内侧面的延缓角完成坐标检测。此外，如上所述，由于将激光单元1010采用螺钉安装在翼状臂2020上，所以，如果激光单元1010以其前侧朝后安装在翼状臂2020上面，那么即使凹进的部位100D是在与图11(a)相反的方向上形成[如图11(b)所示]的，仍有可能在许多位置上逼近100D的内侧面完成坐标检测。

应当指出的是，当激光单元1010反方向安装时，如图11(b)所示，参考点L1并不在主轴2031和辅助轴2033之间的交点上；但当翼状臂2020处在图11(b)的条件下，假如此翼状臂2020被加工成能沿主轴2031的中心轴线方向伸展[参见图11(c)]，那么即便激光单元1010以其前侧朝后指向，仍能将激光单元1010安装成使参考点L1可以定位在主轴2031和辅助轴2033之间的交点上。

按照这种方式，在本实施例中，能够迅速地且以高精度进行凹进部位内侧的测量。换而言之，于扰是小的，而且测量范围是宽的。

此外，在本实施例中，如图14及17所示，由于激光单元1010被安装在翼状臂2020上面以使参考点L1被定位在主轴2031和辅助轴2033两中心轴线间的交点处，例如在图10(a)至10(c)的若干视图所示，即便翼状臂2020和/或辅助臂2030被转动而改变了激光的照射方向，参考点L1的位置仍不会改变。

因此，即便悬臂2020和2030中任一个发生了转动，也不需要每次都调整测绘缩放仪1000的原点。

反回来参见图17，供给能源及由激光单元1010中引出输出数据用的电缆1099，经过中空结构的辅助轴2033和水平臂2006的内侧伸出，而且是从水平臂2006的后端引出的。由于该电缆1099是以这种方式在水平臂2006中提供的，故此电缆1099并不干扰测量操作，并可实现对该电缆1099的保护。此外，还可减少捆扎外部电缆以将其固定所需要的导管(如绝缘带)的数量，而且外观也不会损坏。应当指出的是，还可使辅助臂2030、主轴2031等等也具有中空结构，以让该电缆1099也能伸过这些转轴的内部。

安装在水平臂2006端部的辅助臂2030、翼状臂2020和激光单元1010(图15)，必须具有轻重量的结构，以提高三维测量的精度。为此目的，用于安装激光单元1010的翼状臂2020，具有前述如图8所示的这种框架结构。

其上安装有翼状臂2020的辅助臂2030，是由将碳纤维缠绕在作为芯体件的环氧树脂蜂窝构件外表面制成的，并且利用夹紧装置将轴承2032和2034紧固地安装在此环氧树脂蜂窝构件相对两端上。接下去，此辅助臂2030的结构和制造过程，将参照图20(a)、20(b)、21(a)、22、23、24、25和26加以说明。应当指出的是，图20(b)、21(b)和22中的剖面线被省略了。

首先，如图20(a)和20(b)所示，将作为辅助臂3030的芯体件且具有环形的结构部分的一对环氧树脂蜂窝构件3035，按彼此相对的关系粘附在一起。然后，如图21(a)及21(b)所示，将碳纤维3037粘在环氧树脂蜂窝构件3035表面上，而且碳纤维3037也被粘在环氧树脂蜂窝构件3036的表面上。进行碳纤维粘附，例如可以通过予先将碳纤维3037配置在断面形状与环氧树脂蜂窝构件3035或3036相似的阴模中，并将环氧树脂蜂窝构件3035或3036插进阴模来完成。应当指出的是，碳纤维3037的粘附，也可在环氧树脂蜂窝构件3035和3036彼此粘附之前完成。此后，再一次绕上碳纤维3038，并粘附在碳纤维3037上。

应当指出的是，由于碳纤维比环氧树脂蜂窝构件3035和3036长，所以安装轴承3032和3034用的凹进部分3039(随后将进行描述)，将通过粘附碳纤维而形成在环氧树脂蜂窝构件3035和3036的相对的两端上。

在按此方式粘附碳纤维结束之后，使用如图23表示的这种夹紧机构3110，对例如由铝制造的轴承(滑动轴承)3032和3034进行安装。参见图23，首先，在第一安装夹紧装置3112上加工出圆柱部分3112B，以使垂直于第一安装夹紧装置3112中心轴的安装面3112A能够形成，并且在圆柱部分3112B的端部加工出阳螺纹3112C。此外，与阳螺纹3112C相对的一端加工出另一个阳螺纹3112D，而且第一安装夹紧装置3112就是通过将螺母3115拧紧在阳螺纹3112D上而安装在夹紧板3111上面的。

第二安装夹紧装置3113被安装在夹紧板3111上面，以使其安装面3113A能与安装面3112A构成45°角。此外，在安装面3113A上，打一个垂直于安装面3113A的孔3113B。

第三安装夹紧装置3114，是由圆柱部分3114A、直径比该圆柱部分3114A小的立柱部分3114B以及加工在该立柱部分3114B一端的阳螺纹3114C构成的。在图23中，第三安装夹紧装置3114是安装在第二安装夹紧装置3113上的，即通过将立柱部分3114B插进孔3113B中将阳螺纹3114C与螺母3116拧紧；但在辅助臂3030被定位之前，第三安装夹紧装置3114是处在被卸下状态。

为了使用这样的夹紧机构3110来生产辅助臂3030，首先应如图24所示将轴承3032装配到夹紧机构3110的圆柱部3112B上，且在插入之后在轴承3032与安装面3112A紧密地接触情况下，在轴承3032上加上垫圈3117并将螺母3118拧紧在阳螺纹3112C上。

接下去，如图25所示将轴承3034的突出部分3034A插在环氧树脂蜂窝构件3035和3036的凹进部3039之一中[如上参照图20(a)、20(b)、21(a)、21(b)及22所述，环氧树脂蜂窝构件3035和3036周转绕有碳纤维]，而且在这种情况下将轴承3034固紧在安装面3113A上，使得固紧在第一安装夹紧装置3112上的轴承3032的突出部3032A能够插入另一凹部3039中，如图26所示。如图26中表示的那样，辅助臂的固定，是通过将第三安装夹紧装置3114的圆柱部分3114A插在轴承3034中实现的。其后，立柱部分3114B被插入孔部3113B中，然后将螺母3116拧紧到阳螺纹3114C上。因此，轴承3034与安装面3113A紧密地接触。

轴承3032及3034中制做的轴孔，是垂直于靠在安装面3112A及3113A上的端面加工出来的。因此，当轴承3032及3034与相互间以45°角配置的安装面3112A及3113A紧接触时，轴承3032及3034中加工出来的轴孔之间最后也成45°角。应当指出的是，当轴承3032及3034的突出部3032A及3034A被插进凹进部3039中时，其间放入粘合剂。

在图26表示的状态建立之后，使用粘合剂将碳纤维缠绕在轴承3032及3034的外围，使其能够相互固定。通过缠绕，轴承3032及3034被固定到环氧树脂构件3035及3036和碳纤维3037及3038上面，从而使辅助臂3030竣工。在辅助臂3030完工之后，将螺母3116及3118取下，并将此辅助臂3030由夹紧机构3110上取下。

当由Keyence Kabushiki Kaisha制造的激光位移门电路(LC-2320)和控制器(LC-2100)如上所述被用作激光单元1010和第一信号处理电路1050时(图15)，利用第一信号处理电路1050的功能，在测量对象到达参考点L1时，此时在某一点由坐标检测机构1A(图15)输出的参考点L1的坐标，能够被自动采集。接下去，将对由本非接触型三维测量仪进行自动坐标采集的技术进行说明。首先，第一信号处理电路1050将输出这样一个例如图27中表示的模拟信号。参见图27，距离0指明测量对象已经到达参考点L1，而且就上述型号的激光单元1010而论，此距离0对应于离激光单元1010为50mm的位置。此外，距离的正/负表示测量对象被定位在参考点L1以远或者以近。如从图27中明显看到的那样，激光单元1010的测距范围是在参考点+/-约9mm，而且在参考点上的模拟信号是O[V]，在相对参考点为负或者正的一侧为负电压或者正电压。

安装在激光防护镜1090(图29)上的红发光二极管92，通过第二信号处理电路1060与第一信号处理电路1050相连，以使其当输出负的模拟信号时能够发光。从发光二极管的常见特性来看，红发光二极管1092将在被测对象距参考点约为-3mm的位置至负侧距离测量极限位置(即约-9mm的位置)的范围内发光。

第一信号处理电路1050具有输出功能，当激光单元10和被测对象间的距离变为小于或者大于上述予置距离时，输出一个数字信号(接通/断开信号)来表示所产生的事实。在本实施例中，如图28所示，当被测对象定位在距参考点为1mm的位置至正侧的距离测量极限位置(即约9mm位置)范围内时，第一信号处理电路1050发出一个信号以打开兰发光二极管1091；但当被测对象已经进入由参考点至负侧距离测量极限位置的范围时，将输出另一个信号(随后称之为坐标数据采集信号)以采集坐标检测机构1A(图15)的坐标数据。

因此，假如激光单元1010向被测对象1100逼近直至被测对象1100进入相对于正侧距离测量极限位置的内侧(负方向)时，兰发光二极管1091首先被点亮[参见图30(a)。当此激光单元1010进一步逼近直到被测对象1100进入相对于距参考点L1为1mm位置的内侧时，兰发光二极管1091熄灭[图30(b)]；然后当被测对象1100进一步进入相对参考点L1更内侧时，将输出一个坐标数据采集信号，且当被测对象1100到达参考点时取坐标数据。

当激光单元1010进一步逼近以使被测对象1100进入相对于约距参考点L1为-3mm位置的进一步内侧时，红发光二极管1092点亮[图30(C)]。当激光装置1010进入相对于负侧距离测量极限位置更内侧时，如从图28中明显看到的那样，参考点L1便移出坐标数据采集区，并且坐标数据采集信号消失。因此，当激光单元1010随后再沿正方向移动而远离该负侧距离测量极限位置时，再一次产生坐标数据采集信号，而且在负侧距离测量极限位置处的坐标数据被采集到。其结果是使具有误差约9mm的信号被输入了，因此，为了避免这种状况，当被测对象1100逼近参考点L1近处时，让红发光二极管1092及时在某一点发光，以便向此非接触型三维测量仪的操作人员发出警告。具体说来，当红发光二级管1092被点亮时，如果立刻操作测绘缩放仪1000(图15)以使激光装置1010离开，那么就可防止对坐标数据的双重检测。

应当指出的是，假如第一信号处理电路1050具有这样一种功能-即使激光单元1010和被测对象1100之间距离变为小于或者大于予置差时，指示这种情况的数字信号不会立即输出；但当上述距离维持在约1秒之后时，则输出一个信号，于是，如果将此功能应用在被测对象1100沿负方向进入而远离负侧距离测量极限位置的情况下，那么即便此激光单元1010过度逼近被测对象1100直到红发光二极管1092瞬间熄灭，通过让激光单元1010在约1秒间隔之前离开被测对象1100，就可以防止对坐标数据的双重检测。

图31为本发明实施例的功能方框图。参见图31，与图15中相同的标号表示相同或等效的部分。作为激光单元1010输出数据的距离信号，被输入兰光区识别装置3301和红光区识别装置3302。兰发光区识别装置3301，能够识别被测对象的位置是否定位在从距参考点为1mm的位置到正侧距离测量极限位置的范围内，并在作出肯定性判断的情况下。兰发光二极管1091被激励和点亮。同时，红发光区识别装置3302，能够识别被测对象是否定位在从距参考点约为-3mm的位置到负侧距离测量极限位置的范围内，并且在作出肯定性判断的情况下，红发光二极管1092被激励和点亮。

当被测对象更接近地逼近参考点时，倒相器3305产生一个输出信号。门电路3307受该倒相器3305输出信号的触发，于是将由坐标检测装置3308(坐标检测机构1A)输出的坐标数据(X、Y、Z坐标数据)输出给坐标存储器3309。图象再现装置3310使用存储在该坐标存储器3309中的坐标数据，利用相应的已知技术再现该轮廓。其结果是产生一个输出信号给显示器3311 ，并在上面进行显示。门电路3307、坐标存储器3309、图象再现装置3310以及显示器3311，都是PC机1070(图15)具有的功能。

使用上述结构，尽管当红发光二极管1092点亮时激光单元1010必须立即离开被测对象，但是通过执行图32所示处理程序，就可防止坐标数据的双重检测。该程序可由PC机1070执行。

参见图32，首先在步骤S1，将识别标志复位到“0”。在步骤S2，将距离数据D即激光单元1010的输出数据(至被测对象距离的数据)输入。在步骤S3，识别距离D是否在从距参考为为1mm到正侧距离测量极限的范围之内。在作肯定性判断情况下，在步骤S4，兰发光二极管1091被点亮；但在作否定性判断的情况下，在步骤S5，兰发光二极管1091被熄灭。

在步骤S6，识别距离D是否在从距参考点为-3mm到负侧距离测量极限的范围之内。在作肯定性判断的情况下，在步骤S7，红发光二极管1092被点亮；但在作否定性判断的情况下，在步骤S8，红发光二极管1092被熄灭。

在步骤S9，识别距离D是否具有正值，即距离D是否在从0mm到正侧距离测量极限的范围之内。在作肯定性判断的情况下，在步骤S10，识别标志F被置“1”。

在步骤S11，断定识别标志F是否为“1”，而且如果识别标志F为“1”，那么在步骤S12，识别距离D是否已变为负。如果距离D为负的数据，那么在步骤S13，参考点L1的坐标数据被取下，而且随后在步骤S14，识别标志F被复位到“0”。其后，程序返回到步骤S2。如果在上述步骤511或S12中作出的是否定性判断，那么程序也返回到步骤S2。

执行这种程序的本发明的另一实施例的功能方框图，表示在图33中。参见图33，与图31中相同的标号表示相同或等效的部分，因而对其描述在此省略。正区域识别装置3303，利用激光单元1010的输出数据，识别被测对象的位置是否在从参考点到正侧距离测量极限的范围之内。在作肯定性判断的情况下，正区域识别装置3303激发识别标志发生器3304将识别标志F设置为“1”(即产生识别标志)。“与”门3306由所产生的识别标志打开。

当被测对象更近地逼近参考点时，倒相器3305产生一个输出信号。因此，当被测对象是在产生识别标志之后更近地逼近参考点时，由“与”门3306中产生一个输出信号，以使门电路3307被打开，因而由坐标检测装置3308输出的坐标数据，将被输出给坐标存储器3309。在坐标数据被存储之后，坐标存储器3309将识别标志发生器3304断开阻止识别标志的产生。

按照这种方式，在本例中，由于坐标数据的双重检测可以通过过量逼近被测对象来防止，所以红发光二极管1092不需要特别进行点亮。此外，尽管如上所述兰发光二极管1091和红发光二极管1092是装在激光防护镜1090上的，然而也可以装有任何部位，只是当由激光单元1010射在被测对象上的激光被看到时，它们也能同时被用肉眼观察到。具体说来，例如可将它们装有被测对象附近。

虽然测量人员通过肉眼观察兰发光二极管1091和红发光二极管1092发光时的照明状况就能简单地控制激光单元1010的位置，然而测量人员总是需要用肉眼观察既由激光单元1010射在被测对象上面的激光，又来自兰发光二极管1091和红发光二极管1092的光。

另一方面，在下述实例中，对于激光单元1010位置进行控制，只要通过简单地用肉眼观察仅在被测对象坐标测量位置附近的局部就能完成。图34为表示另一例激光单元的示意图。参见图34，与图16中相同的标号表示相同或者等效的部分。如从图34中明显看到的那样，在本激光单元1010A中配备有辅助光源装置1018。该辅助光源装置1018包括辅助光源(例如高亮度的发光二极管)1018A、光纤1018B和透镜1018C。安装透镜1018C是为了不对激光射入光位置检测元件1015的光路造成干扰，而且透镜的结构和安装位置是使其能将辅助光源1018A射出的光S变成类似于半导体激光器1012发出的激光L的大体平行光，而且光S是射在参考点L1上的。

当激光单元1010A朝被测对象1100移动时，激光单元1010A和被测对象1100间的位置关系，以及照射在被测对象1100上的激光光斑和辅助光光斑间的关系，表示在图35(a)、35(b)和35(c)中。应当指出的是，照射在被测对象1100上的激光光斑和辅助光光斑的直径，分别为0.4mm和4mm。

首先如图35(a)所示，当参考点L1远离被测对象1100且留有空间时，辅助光的光斑SP和激光光斑LP处在不同的位置。假如激光单元1010A由此位置逐渐向被测对象1100移动，那么光斑SP就会向光斑LP靠近。

当参考点L1到达被测对象1100表面时，辅助光的光斑SP移动到光斑LP位置(即变成与其同心)，使其中心能同激光光斑LP的中心重合[如图35(b)所示]。假如激光单元1010A由该状态进一步朝着被测对象1100移动，那么如图35(c)所示，此光斑SP将移向与图35(a)中相反的一侧。

根据这种方式，假如所使用的激光单元1010A上配备有辅助光源1018，那么不采取激光防护镜1090上的兰发光二极管1091和红发光二极管1092措施也能很快地完成被测对象1100的坐标测量。当然，根据这种测量方法，采用兰发光二极管1091及红发光二极管1092进行激光单元位置识别的方法，可以另外提供。

如图38所示，当辅助光S相对被测对象1100的照射角减小使得辅助光源装置1018到达恰好触及被测对象1100之前的状态(随后称之为“抵触”)时，那么就不可能再让激光单元1010进一步朝被测对象1100移动以进行坐标检测。然而，假如辅助光源装置1018被做成能折叠的以减小它从激光单元1010向外突出的量，那么就有可能让激光单元1010进一步趋近被测对象1100进行测量。自然，在这种情况下，靠使用辅助光进行定位是不能实现的。

图39(a)、39(b)、40(a)和40(b)为表示配备有能折叠的辅助光源装置1018的激光单元1010A的视图。图39(a)为表示辅助光源装置1018直立而将辅助光S射向参考点L1的状况，图39(b)为图39(a)的底平面图。图40(a)为表示辅助光源装置1018被折叠状态的视图，图40(b)为图40(a)的底平面图。

如从图39(a)、39(b)、40(a)及40(b)中明显看到的那样，框架1018D被紧固地安装在激光单元1010A的外壳上，其上装有发射辅助光S用的透镜1018C的臂1018E的安装，是让其在框架1018D上能够转动。该框架1018D将转动臂1018E支承住，是为了让此臂1018E能在不同于包含激光照射方向L和激光反射方向的平面的平面内转动。

因此，根据辅助光源装置1018发生抵触的事实，如将臂1018E转向激光单元1010A一侧，则其从激光单元1010A中向外突出的量可以减少而不会干扰激光的光路，并且可能让激光单元1010A进一步趋近被测对象以进行坐标检测。

应当指出的是，在涉及图34的叙述中，虽然辅助光源1018A是装在激光单元1010A内侧的，当然，辅助光源1018A也可以装在激光单元1010A的外侧。

在图15中，假如被测对象的所有坐标在不需改变激光单元1010在水平臂2006上安装位置的情况下全都可以测量，那么被测对象的轮廓形状只能从被测对象上面各点坐标的相互位置关系中进行识别；但由于被测对象具有三维形状，所以，如果激光是按确定的方向照在被测对象上譬如在其前表面一侧进行坐标测量的，那么就必须将激光的照射方向改变到譬如相反的方向在被测对象的后表面一侧进行坐标测量。当试图以更高的精度对被测对象进行坐标测量时，必须将激光的照射方向改变三次或者更多次。

在这里，如上参照图14所述，如果激光单元1010安装在翼状臂2020上以使参考点L1能被定位在主轴2031和辅助轴2033两中心轴线的交点上，那么即便翼状臂2020和/或辅助臂2030转动以改变激光的照射方向，参考点L1的位置也不会变化。因此，即使转动臂2020和2030，也不需要每次都对测绘缩放仪1000的原点进行调整。

然而当两臂2020及2030并不具有上述结构时，如果激光单元1010的安装位置改变，那么参考点L1的位置将因这种改变而发生位移，因此，已经成为普通惯例的是，每次改变激光单元1010安装位置时都要进行下述这样的原点调整。

具体说来，对原点进行调整，是在使用三维测量仪进行坐标测量之前让激光单元的参考点与被测对象予定位置处标志出来的点重合，然后将由测绘缩放仪输出的坐标(X，Y，Z坐标)设置作为原点。于是，每次当激光单元1010在测绘缩入仪I上的安装位置改变时，都必须进行原点调整。

根据原点的调整，假如使位于激光辐射方向上的参考点L1同瞄准的标志点重合，那么该参考点L1的X、Y、Z坐标同时也就被确定。在这里，即使当参考点L1的位置由于激光照射方向改变而发生变化时，如果激光的照射方向是沿X、Y、Z轴中任一轴线的方向取向的，那么就能很容易地让参考点同前述予定点重合(参见图14至17)，因此原点调整也容易。

然而，当激光照射方向不是指向X、Y、Z轴方向中任一方向时，为了让参考点L1能同该标志点重合，激光单元必须沿三条轴的方向同时移动，因而其定位是麻烦的。此外，对于采用激光的非接触型三维测量仪来说，由于坐标检测可以高精度进行，所以上述定位也必须精确进行，是不方便的。

此外，当被测对象是由粘土制成的，而且标志是靠刻线加到被测对象表面上的，由于在刻线部分会形成凹进和凸起，所以精确的原点调整是困难的。

接下去将介绍一种原点调整方法，其中原点的X、Y、Z坐标是依次确定的。在具有某种结构的三维测量仪中，当激光的照射方向改变时，参考点L1的位置发生移动，可以通过将参考点不是调整在一点而是调整在一予定平面上，以便克服上述缺陷。应当指出的是，本原点调整方法可被应用的情况是，由激光单元1010射出的激光的照射方向L并不同图10(a)至10(c)表示的X、Y、Z方向中的任一方向重合。因此，与水平臂2006(图15)相连的翼状臂2020和辅助臂2030的部分以及激光单元1010，不需具有图14那样的结构。

图36为供上述原点调整方法使用的参考立方体1080的透视图。参见图36，支承杆1083是插在座1082上的，而且立方体1081是放在支承杆1083上的。该立方体1081是一个平行六面体，其中除底面外的五个面之间平面度、平行度和垂直度都是精确设定的。此外，立方体1081的顶面被设置为平行于座1082的底面。该参考立方体1080被放在平台2000上，如图15所示。应当指出的是，当测绘缩放仪1000不能比激光单元1010的参考点低很多时，要配备上述支承杆1083。因此，当参考点可以降低到贴近平台2000的位置时，特别是即使把立方体1081直接放在平台2000上面时，如果参考点L1能够相对立方体1081除底面外的五个面运动，那么支承杆1083和座1082就不需要。

图37为说明利用参考立方体1080进行原点调整的技术，以及利用该技术测量被测对象坐标技术的流程图。首先在步骤S51，参考立方体1080相对于由测绘缩放仪1000(图15)限定的坐标系精确定位。具体说来，将参考立方体1080在其不会对被测对象(未表示)的坐标测量造成干扰的位置处放到平台2000上，使立方体1081除底面外的五个面单独平行于由测绘缩放仪1000(图15)所限定的X-Y平面、X-Z平面和Y-Z平面。立方体1081的八个隅角之一的顶点，成为原点。

在步骤S52，通过适当的方法，测量靠刻线或诸如此类手段予先在被测对象上面标志的点(随后称之为“标志点”)和原点之间的位置关系。

在步骤S53，进行激光单元1010的角度调整，使激光的照射方向L可沿着不同于X、Y、Z轴方向的方向射出。通过这种调整，可能将激光照射到参考立方体1080除底面外的三个相邻面(即X-Y平面、X-Z平面和Y-Z平面)上。

在步骤S54，激光被射在X-Y平面上以将参考点L1调整到该平面上。在步骤S55，由测绘缩放仪1000输出的Z坐标随后被取出。与此相似，在步骤S56和S57以及S58和S59，参考点L1被调整到X-Z平面和Y-Z平面，由测绘缩放仪1000输出的Y坐标和X坐标随后被采集。利用在S54至S59这些步骤中通过处理得到的X、Y、Z坐标以及在必要场合下还有立方体1081的边长，就可确定原点的坐标。

在步骤S60，执行被测对象的坐标测量。于是被测量坐标通过利用步骤S54至S59中检测到的原点坐标进行修正。在步骤S61，判断是否需要对激光单元1010的角度进行调整。假如需要进行角度调整，则该程序返回到步骤S53。然而如果不需要进行角度调整，那么该程序就到达终端。

由于原点的坐标只是通过将激光的参考点L1调整到参考立方体1080的三个相邻面上进行检测，所以，即使激光的照射方向并不沿这些坐标轴中任一坐标轴射出时，对原点进行调整也是容易的。特别是由于只需使参考点L1与立方体81的一个面重合，故即使激光并不射在三条轴线方向中任一方向上，通过让激光单元1010沿坐标轴方向之一移动，就能将参考点L1定位到被瞄准的面上。因此，同使参考点与标志点重合的通常技术相比，此原点调整很容易就能进行。

应当指出的是，上述步骤S52的程序可以省略。此外，尽管前面提到立方体1081除底面外的五个面可被利用，但是假如激光可以向上照射，那么原点的坐标当然可以利用该立方体1081的底面来检测。

对于根据本发明相应的非接触型三维测量仪来说，由于激光的照射方向可以射向构成坐标系的三条轴的所有方向，所以，如果激光予先射在测量对象所予定的位置，那么只需沿激光照射方向移动激光单元，就能将参考点移动到所予定的位置。因此，对于被测对象被瞄准位置坐标的检测，很容易就能进行。

对于根据本发明相应的非接触型三维测量仪来说，由于参考点的位置即便激光照射方向改变时也不发生变化，所以每次在照射方向改变时并不需要对原点进行调整。因此，由此非接触型三维测量仪进行坐标测量是容易的。

对于根据本发明相应的非接触型三维测量仪来说，由于坐标测量可以在被测对象表面上凹进部位的内侧面附近进行，所以很容易并以高精度进行凹进部位内侧的测量。换而言之，甚至在凹进部位处进行测量，干扰也是小的，而且可进行测量的范围是宽的。

对于根据本发明相应的非接触型三维测量仪来说，由于第一辅助臂可以做成重量轻而且坚固的，所以上面安装有第一辅助臂、激光单元和其它零件的测绘缩放仪的结构不需要做成特别坚固。该非接触三维测量设备的构成，可以利用被应用在使用探针的接触型三维测量仪上的现有制成的测绘缩放仪。

Claims (12)

1.一种非接触型三维测量仪，包括一条能沿直角坐标系的坐标轴方向移动的臂、安装在上述臂以检测至被测量对象距离的激光单元，以及用来检测上述臂坐标的坐标检测机构，还包括：

一条安装在上述臂上的第一轴；

直接固定在所述第一轴上的主轴，用以相对于所述臂转动，使得所述主轴的中心轴的方向沿着其中一条坐标轴地取向；

配备有第一中间臂，以在上述主轴上转动；

安装在上述第一中间臂上的辅助轴，使其相对上述主轴构成45°角；

配备有在上述辅助轴上转动的第二辅助臂，以及

激光单元安装机构，为将上述激光单元安装在上述第二中间臂上面，以将从上述激光单元射出的激光的方向定位为相对上述辅助轴大致构成45°角，

所述激光单元包括光发射部分和光接收部分的，用于将激光照射到被测对象的检测点并接收由该检测点反射的激光，以判明至该检测点的距离；其特征在于，

上述激光单元包括类似探针的指示装置，当该检测点和上述激光单元达到预定的位置关系时，该指示装置用于指示由上述光发射部分射出的激光光轴延长线由上述光接收部分接收的激光轴延长线之间的交点。

2.根据权利要求1的非接触型三维测量仪，其特征在于所述的激光单元安装机构，将上述激光单元安装在上述第二中间臂上，使得处在激光照射方向上预定距离的参考点，能被定位在上述主轴和上述辅助之间的交点上。

3.根据权利要求1的非接触型三维测量仪，其特征在于所述激光单元的结构，是使由其并非中心部分的位置射出激光，而且上述激光单元安装机构能将上述激光单元相对其前后侧逆向安装。

4.根据权利要求1的非接触型三维测量仪，其特征在于所述的第一中间臂，包括由一对以彼此相对关系粘附的环形环氧树脂蜂窝构件制成的芯件、一对安装在上述芯件相对两端的轴承，以及绕在上述芯件和上述轴承表面上的碳纤维。

5.根据权利要求1的非接触型三维测量仪，其特征在于还包括用以检测所述臂的坐标的坐标检测装置，当所述检测点和所述激光单元之间的位置关系达到预定关系时，根据所述臂的坐标识别检测点坐标。

6.根据权利要求1的非接触型位置测量仪，其特征在于所述的类似探针的指示装置是易于拆卸地固定到上述激光单元上的。

7.根据权利要求1的非接触型测量仪，其特征在于所述的类似探探针的指示装置，包括固定在上述激光单元上的基板，带有内螺纹孔并以比较微弱的吸持力固定在上述基板上的支承部，以及拧紧在该支承部的上述内螺纹孔中的探针。

8.根据权利要求7的非接触型位置检测设备，其特征在于所述的基板和支承部，是靠磁性力彼此固定的。

9.根据权利要求1的非接触型位置检测设备，其特征在于所述的类似探针的指示装置的配置，是使激光能被照射的其端部。

10.根据权利要求1的非接触型位置检测设备，其特征在于所述的类似探针的指示装置，是由透明材料构成的。

11.根据权利要求10的非接触型位置检测设备，其特征在于所述的类似探针的指示装置的端部被加工成折绉的。

12.根据权利要求1的非接触型位置检测设备，其特征在于所述的类似探针的指示装置，当该检测点和上述激光单元处在预定的位置关系时，是装插在由上述光发射部分射出的激光光轴延长线和由上述光接收部分所接收的激光光轴延长线之间限定的区域中的。

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