CN105203056A - 一种三坐标测量装置及其测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种三坐标测量装置及其测量方法。三坐标测量装置包括底座、A轴支撑座、B轴支撑座、两轴角度传感器、拉线距离传感器。底座具有多个平面，选择其中一个平面为安装平面一。A轴支撑座转动安装在安装平面一上，A轴支撑座的旋转轴垂直于安装平面一。B轴支撑座转动安装在A轴支撑座上，B轴支撑座的旋转轴平行于安装平面一。B轴支撑座具有一个安装平面二，安装平面二平行于B轴支撑座的旋转轴。两轴角度传感器与拉线距离传感器均安装在安装平面二上。测量两个角度的关系不需要在加工和装配过程中保证；测量的标准水平面能在测量之前进行归零；两个角度的测量不需要复杂的驱动机构。本发明还公开所述三坐标测量装置的测量方法。

Description

一种三坐标测量装置及其测量方法

技术领域

本发明涉及一种机械测量装置及其测量方法，尤其涉及一种三坐标测量装置及其测量方法。

背景技术

在机械加工和自动化生产过程中，经常需要对零件特定点进行坐标测量。现有的测量技术主要采用游标卡尺、千分尺等手动测量方式，或者三坐标测量仪、自动跟踪仪等自动测量方式。现有的手动测量方式效率低且无法进行较大尺寸的测量，自动测量方式所选用的测量设备价格昂贵，操作复杂，且对使用场合要求较高。公开号为1158411、公开日为1997-09-03的中国专利申请公开了《一种组合式三坐标传感器》，其将两个角度传感器和一个线性位移传感器组合为一个三坐标的测量装置。然而，该结构要求三个轴互相垂直，对加工和装配精度要求较高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种适用于普通使用环境，方便操作使用，成本低廉的三坐标测量装置及其测量方法。

本发明通过以下技术方案实现：一种三坐标测量装置，包括底座、A轴支撑座、B轴支撑座、两轴角度传感器、拉线距离传感器；底座具有多个平面，选择其中一个平面为安装平面一；A轴支撑座转动安装在安装平面一上，A轴支撑座的旋转轴垂直于安装平面一；B轴支撑座转动安装在A轴支撑座上，B轴支撑座的旋转轴平行于安装平面一；B轴支撑座具有一个安装平面二，安装平面二平行于B轴支撑座的旋转轴；两轴角度传感器与拉线距离传感器均安装在安装平面二上。

作为上述方案的进一步改进，A轴支撑座通过自带旋转轴转动安装在安装平面一上。

作为上述方案的进一步改进，B轴支撑座通过自带旋转轴转动安装在A轴支撑座上。

作为上述方案的进一步改进，两轴角度传感器为两轴倾角传感器，用于同时测量A轴支撑座与B轴支撑座的两个旋转角度。

作为上述方案的进一步改进，所述三坐标测量装置还包括锁定块，安装平面一上开设有能收容锁定块的凹槽。

本发明还提供一种三坐标测量装置的测量方法，所述三坐标测量装置包括底座、A轴支撑座、B轴支撑座、两轴角度传感器、拉线距离传感器；其中：底座具有多个平面，选择其中一个平面为安装平面一；A轴支撑座转动安装在安装平面一上，A轴支撑座的旋转轴垂直于安装平面一；B轴支撑座转动安装在A轴支撑座上，B轴支撑座的旋转轴平行于安装平面一；B轴支撑座具有一个安装平面二，安装平面二垂直于B轴支撑座的旋转轴；两轴角度传感器与拉线距离传感器均安装在安装平面二上；所述测量方法包括以下步骤：将所述三坐标测量装置至于测量基础面上，读取两轴角度传感器与拉线距离传感器的初始值，并进行归零，以定义出所述三坐标测量装置的原点；拉动拉线距离传感器至测量点以分别获得两轴角度传感器与拉线距离传感器的测量值；根据所述初始值与所述测量值，通过相应几何换算关系即可得到测量点相对于原点的坐标，测量点为所述三坐标测量装置的测量目标点。

作为上述方案的进一步改进，A轴支撑座通过自带旋转轴转动安装在安装平面一上。

作为上述方案的进一步改进，B轴支撑座通过自带旋转轴转动安装在A轴支撑座上。

作为上述方案的进一步改进，两轴角度传感器为两轴倾角传感器，用于同时测量A轴支撑座与B轴支撑座的两个旋转角度。

作为上述方案的进一步改进，所述三坐标测量装置还包括锁定块，安装平面一上开设有能收容锁定块的凹槽；所述测量方法包括以下步骤：将锁定块收容在凹槽内；将所述三坐标测量装置至于测量基础面上，读取两轴角度传感器与拉线距离传感器的初始值，并进行归零；取下锁定块，拉动拉线距离传感器至测量点以分别获得两轴角度传感器与拉线距离传感器的测量值；根据所述初始值与所述测量值，通过相应几何换算关系即可得到测量点相对于原点的坐标。

本发明的有益效果为：本发明采用的两轴角度传感器测量角度，两个角度由传感器本身保证垂直，不需要在加工和装配过程中保证，降低了传感器的复杂程度和加工制造精度；本发明采用的两轴角度传感器角度测量基准为标准水平面，可以在测量之前进行归零，对于测量底座要求大大降低；本发明采用拉线距离传感器通过自带阻尼自然带动两个旋转轴转动，两个角度测量不需要复杂的驱动机构。

附图说明

图1是本发明实施例提供的三坐标测量装置的结构示意图。

图2是图1中三坐标测量装置的使用状态示意图。

图3是图2中三坐标测量装置应用的目标点的直角坐标换算数学模型。

具体实施方式

以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不限定本发明。

请参阅图1，三坐标测量装置底座1、锁定块2、A轴支撑座3、B轴支撑座4、两轴角度传感器5、拉线距离传感器。

底座1具有多个平面，选择其中一个平面为安装平面一11，底座1具有多个平面提供安装，可使得测量装置能用于不同的测量场合。安装平面一11上开设有能收容锁定块2的凹槽10，锁定块2用于测量装置不使用时的锁定和使用之前的初始化。锁定块2可以安装在底座1的凹槽10内，限制A轴支撑座3和B轴支撑座4运动。锁定块2的设置，给测量装置的使用带来方便。

A轴支撑座3转动安装在安装平面一11上，A轴支撑座3的旋转轴垂直于安装平面一11。在本实施例中，A轴支撑座3通过自带旋转轴转动安装在安装平面一11上。

B轴支撑座4转动安装在A轴支撑座3上，在本实施例中，B轴支撑座4通过自带旋转轴转动安装在A轴支撑座3上。B轴支撑座4的旋转轴平行于安装平面一11，B轴支撑座4具有一个安装平面二41，安装平面二41平行于B轴支撑座4的旋转轴。安装平面二41用于安装两轴角度传感器和位移传感器。

A轴支撑座3和B轴支撑座4垂直安装，与底座1一起构成一个具有两个旋转自由度的机构。两轴角度传感器5与拉线距离传感器6均安装在安装平面二41上。

两轴角度传感器5为两轴倾角传感器，用于同时测量A轴支撑座3与B轴支撑座4的两个旋转角度。拉线距离传感器6具有一定的阻尼，在进行位移测量时自然带动A轴支撑座3与B轴支撑座4，通过两轴倾角传感器同时完成两个角度测量。

请结合图2，三坐标测量装置在使用时，其测量方法包括以下步骤：将所述三坐标测量装置至于测量基础面上，读取两轴角度传感器5与拉线距离传感器6的初始值，并进行归零，以定义出所述三坐标测量装置的原点，如图3所示的原点O；拉动拉线距离传感器6至测量点以分别获得两轴角度传感器5与拉线距离传感器6的测量值；根据所述初始值与所述测量值，通过相应几何换算关系即可得到测量点相对于原点的坐标，测量点为所述三坐标测量装置的测量目标点，如图3所示的测量点M。

当所述三坐标测量装置采用锁定块2时，不再进行人工定位归零，这样测量的准确率大大提高了。所述测量方法包括以下步骤：将锁定块2收容在凹槽10内；将所述三坐标测量装置至于测量基础面上，读取两轴角度传感器5与拉线距离传感器6的初始值，并进行归零；取下锁定块2，拉动拉线距离传感器6至测量点以分别获得两轴角度传感器5与拉线距离传感器6的测量值；根据所述初始值与所述测量值，通过相应几何换算关系即可得到测量点M相对于原点O的坐标。

请再次参阅图3，完成一次测量后，从两轴角度传感器5和拉线距离传感器6分别得到两个角度值和一个距离值。图中α、β分别为两轴角度传感器5测量的角度值，l为拉线距离传感器6得到的距离值。则测量点M相对于参考点O的坐标值(x，y，z)分别为：

x＝l·cosβ

y＝l·sinβ·sinα

。

z＝l·sinβ·cosα

综上所述，本发明采用的两轴角度传感器测量角度，两个角度由传感器本身保证垂直，不需要在加工和装配过程中保证，降低了传感器的复杂程度和加工制造精度。本发明采用的两轴角度传感器角度测量基准为标准水平面，可以在测量之前进行归零，对于测量底座要求大大降低。本发明采用拉线距离传感器通过自带阻尼自然带动两个旋转轴转动，两个角度测量不需要复杂的驱动机构。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种三坐标测量装置，其特征在于：包括底座(1)、A轴支撑座(3)、B轴支撑座(4)、两轴角度传感器(5)、拉线距离传感器(6)；其中：

底座(1)具有多个平面，选择其中一个平面为安装平面一(11)；

A轴支撑座(3)转动安装在安装平面一(11)上，A轴支撑座(3)的旋转轴垂直于安装平面一(11)；

B轴支撑座(4)转动安装在A轴支撑座(3)上，B轴支撑座(4)的旋转轴平行于安装平面一(11)；B轴支撑座(4)具有一个安装平面二(41)，安装平面二(41)平行于B轴支撑座(4)的旋转轴；

两轴角度传感器(5)与拉线距离传感器(6)均安装在安装平面二(41)上。

2.如权利要求1所述的三坐标测量装置，其特征在于：A轴支撑座(3)通过自带旋转轴转动安装在安装平面一(11)上。

3.如权利要求1所述的三坐标测量装置，其特征在于：B轴支撑座(4)通过自带旋转轴转动安装在A轴支撑座(3)上。

4.如权利要求1所述的三坐标测量装置，其特征在于：两轴角度传感器(5)为两轴倾角传感器，用于同时测量A轴支撑座(3)与B轴支撑座(4)的两个旋转角度。

5.如权利要求1所述的三坐标测量装置，其特征在于：所述三坐标测量装置还包括锁定块(2)，安装平面一(11)上开设有能收容锁定块(2)的凹槽(10)。

6.一种如权利要求1所述的三坐标测量装置的测量方法，其特征在于：所述测量方法包括以下步骤：

将所述三坐标测量装置至于测量基础面上，读取两轴角度传感器(5)与拉线距离传感器(6)的初始值，并进行归零，以定义出所述三坐标测量装置的原点；

拉动拉线距离传感器(6)至测量点以分别获得两轴角度传感器(5)与拉线距离传感器(6)的测量值；

根据所述初始值与所述测量值，通过相应几何换算关系即可得到测量点相对于原点的坐标，测量点为所述三坐标测量装置的测量目标点。

7.如权利要求6所述的三坐标测量装置的测量方法，其特征在于：A轴支撑座(3)通过自带旋转轴转动安装在安装平面一(11)上。

8.如权利要求6所述的三坐标测量装置的测量方法，其特征在于：B轴支撑座(4)通过自带旋转轴转动安装在A轴支撑座(3)上。

9.如权利要求6所述的三坐标测量装置的测量方法，其特征在于：两轴角度传感器(5)为两轴倾角传感器，用于同时测量A轴支撑座(3)与B轴支撑座(4)的两个旋转角度。

10.如权利要求6所述的三坐标测量装置的测量方法，其特征在于：所述三坐标测量装置还包括锁定块(2)，安装平面一(11)上开设有能收容锁定块(2)的凹槽(10)；所述测量方法包括以下步骤：

将锁定块(2)收容在凹槽(10)内；

将所述三坐标测量装置至于测量基础面上，读取两轴角度传感器(5)与拉线距离传感器(6)的初始值，并进行归零；

取下锁定块(2)，拉动拉线距离传感器(6)至测量点以分别获得两轴角度传感器(5)与拉线距离传感器(6)的测量值；

根据所述初始值与所述测量值，通过相应几何换算关系即可得到测量点相对于原点的坐标。