CN113932743B - 一种基于三坐标测量机多传感器快速拆卸装置及使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于三坐标测量机多传感器快速拆卸装置及使用方法。目前商用的CMM一般固定安装一类传感器，无法满足测量需求的多样性。该装置包括由上至下依次连接的磁力底座模块、公共接头座模块和专用接头模块。磁力底座模块包括底座、转盘、永磁体、中框、第一磁轭、隔磁带和第二磁轭。公共接头座模块包括公共基座。专用接头模块包括莫氏锥柄和测量传感器。本发明通过调整隔开的两个磁轭上方的永磁体磁极，调整磁轭对下方的专用接头模块的吸附力，从而在稳定吸附专用接头模块的同时能够实现不同测量传感器之间进行快速切换。拓展了CMM的应用范围。此外，本发明能够在现有CMM的基础上对测头安装结构升级改造得到。
Description
技术领域
本发明属于复杂零件几何量测量领域，特别涉及一种基于三坐标测量机（Coordinate Measuring Machine，CMM）多传感器快速拆卸装置及使用方法。
背景技术
CMM几何量测量领域通常分为接触式测量和非接触式测量两种方法。其中，接触式测量采用接触式测头逐点进行数据采集，测量精度高，但测量过程繁琐，且效率较低；非接触式测量通常采用激光位移传感器、共焦位移传感器、影像测头等进行数据采集，测量精度相比接触式测量较低，测量死角较多，但是测量速度快。
目前商用的CMM一般固定安装一类传感器，当对复杂零件进行几何量测量时，无法满足测量需求的多样性，无法根据测量需求进行测量策略的最优化设计。近年来，虽然CMM多传感器集成测量技术得到了不断发展，并且出现了一些商业化产品，如：ZEISS公司的O-INSPECT复合式测量机和海克斯康公司的Optiv LITE系列复合式测量机，这些测量机将白光距离传感器、影像测头和接触式测头集成在了测量机的Z轴上，能够实现多传感器的复合式测量。但是，此类商业化产品价格昂贵，并且对传感器的尺寸、规格进行了严格限制，只能使用厂商自主研制的专用传感器，维护成本高，无法满足互换性，在一定程度上提高了测量成本。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于CMM多传感器快速拆卸装置及使用方法。
本发明一种基于三坐标测量机多传感器快速拆卸装置，包括由上至下依次连接的磁力底座模块、公共接头座模块和专用接头模块。所述的磁力底座模块包括底座、转盘、永磁体、中框、第一磁轭、隔磁带和第二磁轭。中框固定在底座的底部。第二磁轭和第一磁轭并排固定在中框的底部，且通过隔磁带隔开。转盘转动连接在中框。转盘上安装有沿转盘轴线的周向均布的四个永磁体。其中两个相邻的永磁体朝下的磁极为N极，另两个相邻的永磁体朝下的磁极为S极。转盘能够手动或自动旋转；转盘有两个工作位置，分别为开启工作位和关闭工作位。开启工作位下，第一磁轭上方的两个永磁体朝下的磁极相同，第二磁轭上方的两个永磁体朝下的磁极相同，第一磁轭和第二磁轭能够对下方产生吸附力；关闭工作位下，第一磁轭上方的两个永磁体朝下的磁极相反；第二磁轭上方的两个永磁体朝下的磁极相反，此时，第一磁轭和第二磁轭对下方的吸附力减小。
所述的公共接头座模块包括公共基座。公共基座与第一磁轭、第二磁轭固定。所述的公共基座开设有莫式锥孔；莫式锥孔贯穿公共基座。所述的专用接头模块包括莫氏锥柄和测量传感器。测量传感器安装在莫氏锥柄的底部。
作为优选，所述的磁力底座模块还包括压缩弹簧、拨杆和滚花螺母。所述的转盘上开设有位于边缘处的圆柱通孔。第二磁轭上开设有圆弧阶梯槽。圆弧阶梯槽的圆心位置在转盘的轴线上。圆弧阶梯槽的圆心角为90°。圆弧阶梯槽的两端分别设置有第一圆柱凹槽、第二圆柱凹槽。拨杆包括依次连接的圆柱光杆、圆柱台阶和圆柱螺杆；圆柱光杆伸入圆柱通孔内；圆柱台阶能够在圆弧阶梯槽中滑动，从而带动转盘旋转。圆柱光杆上套置有压缩弹簧。压缩弹簧的两端分别抵住圆柱台阶、转盘。滚花螺母旋接在圆柱螺杆上。
作为优选，所述的公共接头座模块还包括锁止件和复位弹簧。所述的锁止件包括固定在一起的按压部和两根间隔设置的锁止杆。锁止杆设置在公共基座的内部。按压部伸出公共基座外。锁止杆的相对侧面上设置有锁止凸起。锁止件与公共基座滑动连接。锁止件与公共基座之间设置有复位弹簧。莫氏锥柄的侧部开设有环槽。环槽的位置与锁止件上的锁止凸起对应。当莫氏锥柄安装在莫式锥孔内时，锁止凸起伸入环槽。
作为优选，所述的公共基座上开设有与莫式锥孔同轴设置的圆柱凹槽。所述圆柱凹槽的台阶面上沿圆周均匀布置有多颗钢球。莫氏锥柄的阶梯部设置有沿周向均布的多个限位柱；限位柱用于与公共基座上相邻的两颗钢球之间的间隙配合，实现专用接头模块的周向定位。
作为优选，所述的磁力底座模块安装在三坐标测量机Z轴的底部。
作为优选，所述第一磁轭与第二磁轭的相邻侧边缘的中部分别开设有第一矩形凹槽、第二矩形凹槽。隔磁带的两侧均设置有矩形凸起。两个矩形凸起分别卡入第一矩形凹槽、第二矩形凹槽。
作为优选，所述中框的中心位置开设有安装圆槽。转盘转动连接在安装圆槽内。
作为优选，测量传感器包括工业相机、激光位移传感和接触式测头。
作为优选，公共基座的底部固定有盖板。盖板上开设有安装孔。
该基于三坐标测量机多传感器快速拆卸装置的使用方法，包括专用接头模块的安装方法和拆卸方法。
专用接头模块的安装方法如下：
首先，关闭磁力底座模块，按压锁止件使复位弹簧处于压缩状态；然后，将专用接头模块中的莫氏锥柄伸入公共基座的莫式锥孔中，并在圆周方向以15°为间隔进行周向分度调节专用接头模块与公共接头模块的相对角度。最后，开启磁力底座模块，在磁力底座模块的磁力吸附作用下使莫氏锥柄与公共基座完成配合安装。
专用接头模块的拆卸方法如下：
首先，关闭磁力底座模块，由于磁力消失，专用接头模块与磁力底座模块脱离吸附；然后，按压锁止件使得锁止件对莫氏锥柄的锁止解除；最后，将专用接头模块的莫氏锥柄从公共基座的莫式锥孔中取出。
本发明具有的有益效果是：
1.本发明通过调整隔开的两个磁轭上方的永磁体磁极，调整磁轭对下方的专用接头模块的吸附力，从而在稳定吸附专用接头模块的同时能够实现不同测量传感器之间进行快速切换。拓展了CMM的应用范围。
2.本发明能够在现有CMM的基础上对测头安装结构升级改造得到，免去购买多传感器集成专用设备的费用，节省CMM的改造成本和测量成本。
3.本发明能够实现CMM多传感器的串行集成，实现对复杂零部件的复合式、多元化测量。
附图说明
图1是本发明中磁力底座模块的爆炸示意图；
图2是本发明中公共接头座模块的爆炸示意图；
图3是本发明中第二磁轭的示意图；
图4是本发明中公共接头座模块的立体图；
图5是本发明中锁止件的示意图；
图6是本发明中莫氏锥柄的示意图；
图7是本发明中安装工业相机的专用接头模块的立体图；
图8是本发明安装工业相机的整体结构示意图；
图9是本发明中安装激光位移传感器的专用接头模块的立体图；
图10是本发明安装工业相机的整体结构示意图；
图11是本发明中安装接触式测头的专用接头模块的立体图；
图12是本发明安装接触式测头的整体结构示意图。
图中：1、三坐标测量机Z轴，2、底座，3、转盘，3-1、圆柱通孔，3-2、内嵌孔，4、永磁体，5、中框，6、压缩弹簧，7、拨杆，7-1、圆柱光杆，7-2、圆柱台阶，7-3、圆柱螺杆，8、第一磁轭，8-1、第一矩形凹槽，9、隔磁带，9-1、矩形凸起，10、第二磁轭，10-1、第二矩形凹槽，10-2、90°圆弧阶梯槽，10-3、第一圆柱凹槽，10-4、第二圆柱凹槽，11、滚花螺母，12、公共基座，12-1、莫式锥孔，12-2、圆柱凹槽，12-3、钢球，12-4、U形凹槽，12-5、槽形通孔，13、锁止件，13-1、锁止凸起，13-2、圆柱凸起，14、复位弹簧，15、盖板，16、莫氏锥柄，16-1、环槽，16-2、限位柱，16-3、沉头孔，17、工业相机连接件，18、工业相机，19、激光位移传感器连接件，20、激光位移传感器，21、接触式测头连接件，22、接触式测头。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步说明。
如图1至12所示，一种基于三坐标测量机多传感器快速拆卸装置，包括由上至下依次连接的磁力底座模块、公共接头座模块和专用接头模块。磁力底座模块通过螺钉固定安装在三坐标测量机Z轴1的底部。公共接头座模块通过螺钉固定安装在磁力底座模块的下方。专用接头模块在磁力底座模块的磁力吸附作用下与公共接头座模块相连接。专用接头模块在磁力吸附作用下与公共接头模块相连接后，能够在圆周方向以15°为间隔进行周向分度调节专用接头模块与公共接头模块的相对角度。通过解除磁力吸附的方式，能够将专用接头模块快速地从公共接头座模块的底部拆下。
磁力底座模块包括底座2、转盘3、永磁体4、中框5、压缩弹簧6、拨杆7、第一磁轭8、隔磁带9、第二磁轭10和滚花螺母11。底座2与坐标测量机Z轴1通过螺钉连接。中框5固定在底座2的底部。第二磁轭10和第一磁轭8并排固定在中框5的底部，且通过隔磁带9隔开。第一磁轭8与第二磁轭10的相邻侧边缘的中部分别开设有第一矩形凹槽8-1、第二矩形凹槽10-1。隔磁带9的两侧均设置有矩形凸起9-1。两个矩形凸起9-1分别卡入第一矩形凹槽8-1、第二矩形凹槽10-1，实现隔磁带9的定位。中框5的中心位置开设有安装圆槽。转盘3转动连接在安装圆槽内。
转盘3上位于边缘处开设有圆柱通孔3-1，以及沿转盘3轴线的周向均布的四个安装有永磁体的内嵌孔3-2。其中两个相邻的永磁体朝下的磁极为N极，另两个相邻的永磁体朝下的磁极为S极。所述的第二磁轭10上开设有圆弧阶梯槽10-2。圆弧阶梯槽10-2的圆心位置在转盘3的轴线上。圆弧阶梯槽10-2的圆心角为90°。圆弧阶梯槽10-2的两端分别设置有第一圆柱凹槽10-3、第二圆柱凹槽10-4。
拨杆7采用三段式设计，上段为圆柱光杆7-1，中段为圆柱台阶7-2，下段为圆柱螺杆7-3；圆柱光杆7-1能够伸入圆柱通孔3-1内，并能够在圆柱通孔3-1中轴向运动；圆柱螺杆7-3能够与滚花螺母11通过螺纹连接。圆柱台阶7-2能够在圆弧阶梯槽10-2中滑动，从而带动转盘3旋转90°。第一圆柱凹槽10-3和第二圆柱凹槽10-4的直径与所述拨杆7中段圆柱台阶7-2的直径相等。圆柱光杆7-1上套置有压缩弹簧6。压缩弹簧6的两端分别抵住圆柱台阶7-2、转盘3。当所述压缩弹簧6处于未压缩状态时，能够将所述拨杆7中段圆柱台阶7-2限定在第一圆柱凹槽10-3或第二圆柱凹槽10-4内，防止拨杆7滑动，当按压所述滚花螺母11时，压缩弹簧6处于压缩状态，拨动拨杆7将能够实现磁力底座模块的开关。通过滑动拨杆7，转盘3有两个工作位置，分别为开启工作位和关闭工作位。开启工作位下，第一磁轭8上方的两个永磁体4朝下的磁极相同；第二磁轭10上方的两个永磁体4朝下的磁极相同，此时，四个永磁体能够对专用接头模块产生稳定的吸附力；关闭工作位下，第一磁轭8上方的两个永磁体4朝下的磁极相反；第二磁轭10上方的两个永磁体4朝下的磁极相反，此时，四个永磁体能够对专用接头模块的吸附力相比于开启工作位显著减小，便于工作人员取下专用接头模块。
公共接头座模块包括公共基座12、锁止件13、复位弹簧14和盖板15。公共基座12与第一磁轭8和第二磁轭10固定。盖板15固定在公共基座12的底部，且开设有安装孔。安装孔用于穿过专用接头模块。锁止件13包括固定在一起的按压部和两根间隔设置的锁止杆。锁止杆设置在公共基座12的内部。按压部伸出公共基座12外。锁止杆的相对侧面上设置有锁止凸起13-1。锁止凸起13-1用于对专用接头模块进行锁定，避免专用接头模块掉落。锁止件13与公共基座12滑动连接。锁止件13上的圆柱凸起13-2与公共基座12之间设置有复位弹簧14。通过按压锁止件13的方式能够解除锁止件13对专用接头模块的锁定。
公共基座12开设有U形凹槽12-4、槽形通孔12-5，以及同轴的莫式锥孔12-1和圆柱凹槽12-2；U形凹槽12-4和槽型通孔12-5用于安装锁止件13。莫氏锥孔12-1能够与专用接头模块中的莫氏锥柄16配合，实现定心作用；莫式锥孔12-1贯穿公共基座12。圆柱凹槽12-2的台阶面上沿圆周均匀布置有24颗钢球12-3，能够与专用接头模块中莫氏锥柄16的限位柱16-2配合，实现对专用接头模块与公共接头模块的相对角度按15°为间隔进行分度调节，从而改变专用接头模块中传感器的方向；公共基座12采用抗磁性材料。
专用接头模块包括莫氏锥柄16、连接件和测量传感器。测量传感器通过连接件安装在莫氏锥柄16的底部。测量传感器具有多种不同类型。每种测量传感器对应一个专用接头模块。通过将不同的专用接头模块安装到公共接头座模块上，即可实现测量传感器的快速更换。
莫氏锥柄16的侧部开设有环槽16-1，上端面开设有沉头孔16-3，下端面开设有螺纹孔，阶梯部设置有沿周向均布的多个限位柱16-2；限位柱16-2用于与公共基座12上相邻的两颗钢球12-3之间的间隙配合，实现专用接头模块的周向定位。环槽16-1能够被锁止件13上的两个锁止凸起13-1卡住，防止专用接头模块意外掉落。并且环槽16-1的宽度大于锁止凸起13-1的宽度，以便于锁止凸起13-1伸入环槽16-1内；螺纹孔和沉头孔16-3用于所述莫氏锥柄16与连接件之间的连接。
本实施例中有三种测量传感器，分别为工业相机、激光位移传感和接触式测头。工业相机、激光位移传感接触式测头分别通过工业相机连接件17、激光位移传感器连接件19、接触式测头连接件21与对应的莫氏锥柄16连接。
该基于三坐标测量机多传感器快速拆卸装置的使用方法，包括专用接头模块的安装方法和拆卸方法。
专用接头模块的安装方法如下：
首先，关闭磁力底座模块（即将转盘调节至关闭工作位），按压锁止件13使复位弹簧14处于压缩状态；然后，将专用接头模块中的莫氏锥柄16伸入公共基座12的莫式锥孔12-1中，并在圆周方向以15°为间隔进行周向分度调节专用接头模块与公共接头模块的相对角度。最后，开启磁力底座模块（即将转盘调节至开启工作位），在磁力底座模块的磁力吸附作用下使莫氏锥柄16与公共基座12完成配合安装。
专用接头模块的拆卸方法如下：
首先，关闭磁力底座模块，由于磁力消失，专用接头模块与磁力底座模块脱离吸附；然后，按压锁止件13使得锁止件13对莫氏锥柄16的锁止解除；最后，将专用接头模块的莫氏锥柄16从公共基座12的莫式锥孔12-1中取出。
以上举例描述了本发明装置的主要特征和基本原理。本行业相关技术人员应当了解，本发明不受上述实施例的限制（例如：连接件不仅限于安装单一传感器），只要在不脱离本发明精神和范围的前提下，进行的变化或改进，均可落入到本发明保护范围内。
Claims (10)
1.一种基于三坐标测量机多传感器快速拆卸装置，包括由上至下依次连接的磁力底座模块、公共接头座模块和专用接头模块；其特征在于：所述的磁力底座模块包括底座（2）、转盘（3）、永磁体（4）、中框（5）、第一磁轭（8）、隔磁带（9）和第二磁轭（10）；中框（5）固定在底座（2）的底部；第二磁轭（10）和第一磁轭（8）并排固定在中框（5）的底部，且通过隔磁带（9）隔开；转盘（3）转动连接在中框（5）；转盘（3）上安装有沿转盘（3）轴线的周向均布的四个永磁体；其中两个相邻的永磁体朝下的磁极为N极，另两个相邻的永磁体朝下的磁极为S极；转盘（3）能够手动或自动旋转；转盘（3）有两个工作位置，分别为开启工作位和关闭工作位；开启工作位下，第一磁轭（8）上方的两个永磁体（4）朝下的磁极相同，第二磁轭（10）上方的两个永磁体（4）朝下的磁极相同，第一磁轭（8）和第二磁轭（10）能够对下方产生吸附力；关闭工作位下，第一磁轭（8）上方的两个永磁体（4）朝下的磁极相反；第二磁轭（10）上方的两个永磁体（4）朝下的磁极相反，此时，第一磁轭（8）和第二磁轭（10）对下方的吸附力减小；
所述的公共接头座模块包括公共基座（12）；公共基座（12）与第一磁轭（8）、第二磁轭（10）固定；所述的公共基座（12）开设有莫式锥孔（12-1）；莫式锥孔（12-1）贯穿公共基座（12）；所述的专用接头模块包括莫氏锥柄（16）和测量传感器；测量传感器安装在莫氏锥柄（16）的底部。
2.根据权利要求1所述的一种基于三坐标测量机多传感器快速拆卸装置，其特征在于：所述的磁力底座模块还包括压缩弹簧（6）、拨杆（7）和滚花螺母（11）；所述的转盘（3）上开设有位于边缘处的圆柱通孔（3-1）；第二磁轭（10）上开设有圆弧阶梯槽（10-2）；圆弧阶梯槽（10-2）的圆心位置在转盘（3）的轴线上；圆弧阶梯槽（10-2）的圆心角为90°；圆弧阶梯槽（10-2）的两端分别设置有第一圆柱凹槽（10-3）、第二圆柱凹槽（10-4）；拨杆（7）包括依次连接的圆柱光杆（7-1）、圆柱台阶（7-2）和圆柱螺杆（7-3）；圆柱光杆（7-1）伸入圆柱通孔（3-1）内；圆柱台阶（7-2）能够在圆弧阶梯槽（10-2）中滑动，从而带动转盘（3）旋转；圆柱光杆（7-1）上套置有压缩弹簧（6）；压缩弹簧（6）的两端分别抵住圆柱台阶（7-2）、转盘（3）；滚花螺母（11）旋接在圆柱螺杆（7-3）上。
3.根据权利要求1所述的一种基于三坐标测量机多传感器快速拆卸装置，其特征在于：所述的公共接头座模块还包括锁止件（13）和复位弹簧（14）；所述的锁止件（13）包括固定在一起的按压部和两根间隔设置的锁止杆；锁止杆设置在公共基座（12）的内部；按压部伸出公共基座（12）外；锁止杆的相对侧面上开设有设置有锁止凸起（13-1）；锁止件（13）与公共基座（12）滑动连接；锁止件（13）与公共基座（12）之间设置有复位弹簧（14）；莫氏锥柄（16）的侧部开设有环槽（16-1）；环槽（16-1）的位置与锁止件（13）上的锁止凸起（13-1）对应；当莫氏锥柄（16）安装在莫式锥孔（12-1）内时，锁止凸起（13-1）伸入环槽（16-1）。
4.根据权利要求1所述的一种基于三坐标测量机多传感器快速拆卸装置，其特征在于：所述的公共基座（12）上开设有与莫式锥孔（12-1）同轴设置的圆柱凹槽（12-2）；所述圆柱凹槽（12-2）的台阶面上沿圆周均匀布置有多颗钢球（12-3）；莫氏锥柄（16）的阶梯部设置有沿周向均布的多个限位柱（16-2）；限位柱（16-2）用于与公共基座（12）上相邻的两颗钢球（12-3）之间的间隙配合，实现专用接头模块的周向定位。
5.根据权利要求1所述的一种基于三坐标测量机多传感器快速拆卸装置，其特征在于：所述的磁力底座模块安装在三坐标测量机Z轴（1）的底部。
6.根据权利要求1所述的一种基于三坐标测量机多传感器快速拆卸装置，其特征在于：所述第一磁轭（8）与第二磁轭（10）的相邻侧边缘的中部分别开设有第一矩形凹槽（8-1）、第二矩形凹槽（10-1）；隔磁带（9）的两侧均设置有矩形凸起（9-1）；两个矩形凸起（9-1）分别卡入第一矩形凹槽（8-1）、第二矩形凹槽（10-1）。
7.根据权利要求1所述的一种基于三坐标测量机多传感器快速拆卸装置，其特征在于：所述中框（5）的中心位置开设有安装圆槽；转盘（3）转动连接在安装圆槽内。
8.根据权利要求1所述的一种基于三坐标测量机多传感器快速拆卸装置，其特征在于：测量传感器包括工业相机、激光位移传感和接触式测头。
9.根据权利要求1所述的一种基于三坐标测量机多传感器快速拆卸装置，其特征在于：公共基座（12）的底部固定有盖板（15）；盖板（15）上开设有安装孔。
10.如权利要求3所述的一种基于三坐标测量机多传感器快速拆卸装置的使用方法，其特征在于：包括专用接头模块的安装方法和拆卸方法；
专用接头模块的安装方法如下：
首先，关闭磁力底座模块，按压锁止件（13）使复位弹簧（14）处于压缩状态；然后，将专用接头模块中的莫氏锥柄（16）伸入公共基座（12）的莫式锥孔（12-1）中，并在圆周方向以15°为间隔进行周向分度调节专用接头模块与公共接头模块的相对角度；最后，开启磁力底座模块，在磁力底座模块的磁力吸附作用下使莫氏锥柄（16）与公共基座（12）完成配合安装；
专用接头模块的拆卸方法如下：
首先，关闭磁力底座模块，由于磁力消失，专用接头模块与磁力底座模块脱离吸附；然后，按压锁止件（13）使得锁止件（13）对莫氏锥柄（16）的锁止解除；最后，将专用接头模块的莫氏锥柄（16）从公共基座（12）的莫式锥孔（12-1）中取出。
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2021
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