CN105806217A - 用于物体空间位置测量的单拉线式测量系统和方法 - Google Patents

用于物体空间位置测量的单拉线式测量系统和方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于物体空间位置测量的单拉线式测量系统和方法。系统包括数据采集装置和计算机终端；所述数据采集装置通过拉线连接到牵引杆上；所述数据采集装置通过数据线与计算机终端相连。方法为通过拉线编码器的拉线带动三个编码器同时运动，获得物体空间的位移参数及空间水平、垂直方向旋转角度参数；建立笛卡尔坐标系，在坐标系中运用位移参数与水平、垂直方向旋转角度参数计算出待测物体的相对坐标，并通过计算机终端得到待测物体不同位置的坐标。本发明可以获得物体空间移动的相对位置，结构简单，可适用于工业、非工业多种场合，操作简单，精度高。

Description

用于物体空间位置测量的单拉线式测量系统和方法
技术领域
本发明涉及空间测量技术领域，具体涉及一种用于物体空间位置测量的单拉线式测量系统和方法。
背景技术
实际的工程中，例如机器人标定，多轴机床的标定以及复杂零件的装配等，经常需要测量物体的空间相对位置。随着技术的发展，企业对于装置的精度性价比等要求越来越高。目前测量物体空间相对位置的方法主要有一下几种：一是激光跟踪仪校准，其精度较高但是受空间环境影响且价格昂贵使成本太高；二是多激光位移测量法测量，中国专利CN104180756公开了一种激光位移传感器测对接件相对位移的方法，通过构建三维坐标系下的三个反射面，将3只激光位移传感器固定于相对物上，通过激光位移传感器在3个反射平面射出的光束位置来确定相对物的相对位移。该方法是利用3个激光位移传感器分别测量相对位移ΔX、ΔY和ΔZ，其局限性在于反射平面的安装在某些情况下较为复杂，还会受到空间限制，现场实用性差；三是拉线式测量，现有的拉线式测量装置多为三线或者四线测量装置，还未出现单拉线式测量方法，结构算法较为复杂，并且不便于操作。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术中的不足，提供一种用于物体空间位置测量的单拉线式测量系统和方法，基于单拉线的测量装置其减少了用来收集数据的拉线数量与采集装置数量，结构简单；测量精度高，成本低，空间限制较少，可用于多种场合的物体测量，操作方便。
为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：
一种用于物体空间位置测量的单拉线式测量系统，包括数据采集装置和计算机终端；所述数据采集装置通过拉线连接到牵引杆上；所述数据采集装置通过数据线与计算机终端相连。
所述数据采集装置包含装置箱体、数据采集卡、导向轮、一个拉线编码器、水平旋转部件、垂直旋转部件和两个旋转编码器；所述拉线编码器通过螺栓固定在装置箱体上，垂直旋转部件与拉线编码器以及水平旋转部件相连，导向轮安装在垂直旋转部件上，两个旋转编码器分别安装在水平旋转部件和垂直旋转部件上，三个编码器的数据线分别连接到数据采集卡上，数据采集卡固定在装置箱体上。
所述垂直旋转部件由垂直旋转部件箱体，垂直旋转部件箱座，拉线引导壳，第一深沟球轴承，第二深沟球轴承，第一轴，弹性联轴器，第一螺栓，第二螺栓组成；所述垂直旋转部件箱体固定在垂直旋转部件箱座上，导向轮通过螺栓固定在垂直旋转部件箱体上，拉线编码器4的拉线在导向轮8正上方；用于垂直旋转角度测量的旋转编码器通过自带法兰盘螺栓固定在垂直旋转部件箱座上，旋转编码器的轴与第一轴通过弹性联轴器相连，所述第一轴通过第一深沟球轴承和第二深沟球轴承固定在垂直旋转部件箱座上，拉线引导壳通过第二螺栓固定在第一轴上，拉线穿过导向轮与拉线引导壳接出。
所述水平旋转部件包括轴承，第二轴，水平旋转部件箱体，双排推力球轴承，固定盘，第三螺栓，水平旋转装置箱座；所述第二轴上端开有螺纹，通过第一螺栓和轴承固定在垂直旋转部件箱座底面，从而当垂直旋转部件水平转动时带动第二轴转动，第二轴与另一个旋转编码器的轴通过弹性联轴器相连；第二轴通过双排推力球轴承固定在水平旋转部件箱体上，双排推力球轴承通过固定盘限制垂直方向自由度，固定盘通过第三螺栓固定在旋转编码器上。水平旋转装置箱座通过螺栓连接分别连接水平旋转部件箱体与装置箱体，将水平旋转部件固定在装置箱体上。
一种用于物体空间位置测量的单拉线式测量方法，具体步骤如下：
a.将牵引杆的前端放到待测物体初始位置处；
b.牵引杆运动带动拉线运动，拉线带动数据采集装置内的拉线编码器与旋转编码器运动，分别获得待测物体运动的位移参数与水平、垂直方向的旋转角度参数；通过数据采集卡采集参数并传送到计算机终端；
c.建立笛卡尔坐标系，在坐标系中运用位移参数与水平、垂直方向旋转角度参数计算出待测物体的相对坐标；
d.操作待测物体运动，将牵引杆放置到待测物体表面同一处，通过计算机终端得到待测物体不同位置的坐标。
本发明与现有技术相比较，具有以下实质特点与优点：
该测量装置仅由一根拉线连接到牵引杆，通过编码器得到物体位移的长度参数与旋转参数，建立笛卡尔坐标系计算出物体相对位置，实现物体空间位置的测量，结构简单，操作方便，选用高精度编码器测量精度高，设备寿命长。该测量装置和方法可使用于工业非工业范围，应用范围广，且运动空间大，不受空间环境影响。
附图说明
图1是本发明测量空间物体示意图。
图2是建立笛卡尔坐标系计算物体空间位置示意图。
图3是数据采集装置内部示意图。
图4是数据采集装置爆炸图。
具体实施方式
以下将结合附图，对本发明的具体实施作详细说明：
如图1所示，一种用于物体空间位置测量的单拉线式测量系统，包括数据采集装置2和计算机终端1；所述数据采集装置2通过拉线连接到牵引杆3上；所述数据采集装置2通过数据线与计算机终端1相连。当牵引杆3在空间运动时，带动拉线运动，拉线的运动带动数据采集装置2内的三个编码器运动，通过数据线连接的计算机终端1显示物体空间位移的参数。
如图3所示，所述数据采集装置2包含装置箱体26、数据采集卡24、导向轮8、一个拉线编码器4、水平旋转部件7、垂直旋转部件6和两个旋转编码器5；所述拉线编码器4通过螺栓固定在装置箱体26上，垂直旋转部件6与拉线编码器4以及水平旋转部件7相连，导向轮8安装在垂直旋转部件6上，两个旋转编码器5分别安装在水平旋转部件7和垂直旋转部件6上，三个编码器的数据线分别连接到数据采集卡24上，数据采集卡24固定在装置箱体26上。
如图4所示，所述垂直旋转部件6由垂直旋转部件箱体9，垂直旋转部件箱座11，拉线引导壳13，第一深沟球轴承12，第二深沟球轴承16，第一轴15，弹性联轴器17，第一螺栓10，第二螺栓14组成；所述垂直旋转部件箱体9固定在垂直旋转部件箱座11上，导向轮8通过螺栓固定在垂直旋转部件箱体9上，拉线编码器4的拉线在导向轮8正上方；用于垂直旋转角度测量的旋转编码器5通过自带法兰盘螺栓固定在垂直旋转部件箱座11上，旋转编码器5的轴与第一轴15通过弹性联轴器17相连，所述第一轴15通过第一深沟球轴承12和第二深沟球轴承16固定在垂直旋转部件箱座11上，拉线引导壳13通过第二螺栓14固定在第一轴15上，拉线穿过导向轮8与拉线引导壳13接出。
所述水平旋转部件7包括轴承18，第二轴19，水平旋转部件箱体20，双排推力球轴承21，固定盘22，第三螺栓23，水平旋转装置箱座25；所述第二轴19上端开有螺纹，通过第一螺栓10和轴承18固定在垂直旋转部件箱座11底面，从而当垂直旋转部件6水平转动时带动第二轴19转动，第二轴19与另一个旋转编码器5的轴通过弹性联轴器17相连；第二轴19通过双排推力球轴承21固定在水平旋转部件箱体20上，双排推力球轴承21通过固定盘22限制垂直方向自由度，固定盘22通过第三螺栓23固定在旋转编码器5上。水平旋转装置箱座25通过螺栓连接分别连接水平旋转部件箱体20与装置箱体26，将水平旋转部件7固定在装置箱体26上。
一种用于物体空间位置测量的单拉线式测量方法，具体步骤如下：
a.将牵引杆3的前端放到待测物体初始位置处；
b.牵引杆3运动带动拉线运动，拉线带动数据采集装置2内的拉线编码器4与旋转编码器5运动，分别获得待测物体运动的位移参数与水平、垂直方向的旋转角度参数；通过数据采集卡24采集参数并传送到计算机终端1；
c.建立笛卡尔坐标系，在坐标系中运用位移参数与水平、垂直方向旋转角度参数计算出待测物体的相对坐标；
d.操作待测物体运动，将牵引杆3放置到待测物体表面同一处，通过计算机终端1得到待测物体不同位置的坐标。
如图2所示，该测量方法的核心是建立笛卡尔坐标系计算物体的空间相对位置，图2中建立的笛卡尔坐标系中，假设O点为牵引杆前端的初始位置，点A为牵引杆移动到达位置点，则通过上述的方法，可以得到图2中所示的如下参数：物体空间运动位移，空间内垂直旋转角度，空间内水平旋转的角度。通过计算可得物体A在坐标系中的坐标为（，,）。

Claims (5)

1.一种用于物体空间位置测量的单拉线式测量系统，其特征在于，包括数据采集装置（2）和计算机终端（1）；所述数据采集装置（2）通过拉线连接到牵引杆（3）上；所述数据采集装置（2）通过数据线与计算机终端（1）相连。
2.根据权利要求1所述的用于物体空间位置测量的单拉线式测量系统，其特征在于，所述数据采集装置（2）包含装置箱体（26）、数据采集卡（24）、导向轮（8）、一个拉线编码器（4）、水平旋转部件（7）、垂直旋转部件（6）和两个旋转编码器（5）；所述拉线编码器（4）通过螺栓固定在装置箱体（26）上，垂直旋转部件（6）与拉线编码器（4）以及水平旋转部件（7）相连，导向轮（8）安装在垂直旋转部件（6）上，两个旋转编码器（5）分别安装在水平旋转部件（7）和垂直旋转部件（6）上，三个编码器的数据线分别连接到数据采集卡（24）上，数据采集卡（24）固定在装置箱体（26）上。
3.根据权利要求2所述的用于物体空间位置测量的单拉线式测量系统，其特征在于，所述垂直旋转部件（6）由垂直旋转部件箱体（9），垂直旋转部件箱座（11），拉线引导壳（13），第一深沟球轴承（12），第二深沟球轴承（16），第一轴（15），弹性联轴器（17），第一螺栓（10），第二螺栓（14）组成；所述垂直旋转部件箱体（9）固定在垂直旋转部件箱座（11）上，导向轮（8）通过螺栓固定在垂直旋转部件箱体（9）上，拉线编码器（4）的拉线在导向轮（8）正上方；用于垂直旋转角度测量的旋转编码器（5）通过自带法兰盘螺栓固定在垂直旋转部件箱座（11）上，旋转编码器（5）的轴与第一轴（15）通过弹性联轴器（17）相连，所述第一轴（15）通过第一深沟球轴承（12）和第二深沟球轴承（16）固定在垂直旋转部件箱座（11）上，拉线引导壳（13）通过第二螺栓（14）固定在第一轴（15）上，拉线穿过导向轮（8）与拉线引导壳（13）接出。
4.根据权利要求2所述的用于物体空间位置测量的单拉线式测量系统，其特征在于，所述水平旋转部件（7）包括轴承（18），第二轴（19），水平旋转部件箱体（20），双排推力球轴承（21），固定盘（22），第三螺栓（23），水平旋转装置箱座（25）；所述第二轴（19）上端开有螺纹，通过第一螺栓（10）和轴承（18）固定在垂直旋转部件箱座（11）底面，从而当垂直旋转部件（6）水平转动时带动第二轴（19）转动，第二轴（19）与另一个旋转编码器（5）的轴通过弹性联轴器（17）相连；第二轴（19）通过双排推力球轴承（21）固定在水平旋转部件箱体（20）上，双排推力球轴承（21）通过固定盘（22）限制垂直方向自由度，固定盘（22）通过第三螺栓（23）固定在旋转编码器（5）上；水平旋转装置箱座（25）通过螺栓连接分别连接水平旋转部件箱体（20）与装置箱体（26），将水平旋转部件（7）固定在装置箱体（26）上。
5.一种用于物体空间位置测量的单拉线式测量方法，其特征在于，具体步骤如下：
a.将牵引杆（3）的前端放到待测物体初始位置处；
b.牵引杆（3）运动带动拉线运动，拉线带动数据采集装置（2）内的拉线编码器（4）与旋转编码器（5）运动，分别获得待测物体运动的位移参数与水平、垂直方向的旋转角度参数；通过数据采集卡（24）采集参数并传送到计算机终端（1）；
c.建立笛卡尔坐标系，在坐标系中运用位移参数与水平、垂直方向旋转角度参数计算出待测物体的相对坐标；
d.操作待测物体运动，将牵引杆（3）放置到待测物体表面同一处，通过计算机终端（1）得到待测物体不同位置的坐标。
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