固定參照系中識別用於測量或加工的三維機器位置的系統的製作方法

2023-05-01 15:29:01

專利名稱：固定參照系中識別用於測量或加工的三維機器位置的系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一用於識別三維機器位置的系統，其在一固定的參照系中進行測量或加工。
所述三維機器同樣可以是一測量機器(尤其是利用鉸接臂的)，或是用於機加工的機器(尤其是多軸的銑床)。
背景技術：
在機動車輛的特殊領域內，對於遭受一事故的機動車輛或在組裝過程中車輛，需要識別車體上的不同點，藉助於一與參照系(通常稱之為「平板」)相連的三維測量裝置識別所述車體上的預定點，以驗證其形狀。同樣地，對於機器人，有利地是使其能夠容易地識別需要特殊加工(諸如銑削或鑽孔)的機動車車體的不同點。
在這方面，可參照以本申請人名義提出的專利文件FR-A-2 750 546和FR-A-2764 992。
如專利文件WO-A-95/35479中所述，對位置識別系統也提出多種建議，其使用一帶有安裝在一支架上的光輻射源的發射器模塊，所述支架可圍繞兩個彼此不平行的截然不同的軸線樞轉，模塊與兩個角度位置傳感器相連，以便探測相對於支架的對應於光源的轉動運動，多個目標圍繞發射器模塊設置，位於相對於一固定參照系定義的不同部位處。也可參照以本申請人名義提出的專利文件US-A-6 611346(US2001/0024283 A1)，其描述了一位置識別系統，該系統使用一體形成在支承壁內的互相作用的軸襯。
上述系統在精度上完全滿意，但當加工或測量機器需要頻繁地相對於被測量物體移動時，它們保持非常地阻塞，尤其是，對於機動車輛的車體。
在任何情況下，必須重新開始位置識別過程，以便認知機器在工件的參照系中的位置，或工件位於機器參照系中的何處。
為了完善背景技術的內容，還可參照專利文件US-A-4 961 267和EP-A-0 398073，它們示出識別二維(2D)中的位置的幾個系統，第一系統也不是機內自持的而是與一可轉動支承永久相連的，而第二系統使用一桿和缸型的滑動組件。還可提及以本申請人名義提出的專利文件FR-A-2 776 373，其揭示了具有一機架的另一系統，機架可在一安裝的軌道上滑動以圍繞至少一個軸線樞轉。

發明內容
本發明的一個目的是設計一位置識別系統，它不具有上述系統的諸多缺點，它的結構布置特別能使加工或測量機器頻繁地相對於所述工件移動，而不遭遇上述的約束。
根據本發明，上述技術問題藉助於一系統得以解決，該系統識別一三維測量機器的位置，所述機器用於在一固定的參照系中進行測量或加工，所述機器擱置在一與機器支架相連的基本上平面的支承壁上，所述系統包括-一第一底部，用來擱置在與機器支架相連的支承壁的識別點處，所述底部在其頂部上配裝有一承載平臺，該承載平臺提供所述第一底部就位時圍繞一垂直於所述支承壁的中心軸線的角度指示；-一與第一底部相同的第二底部，用來擱置在與固定的參照系相連的支承表面上的識別點處；以及-具有兩個鉸接臂的多軸組件，兩個鉸接臂偶聯在一起並具有兩個端塊，它們偶聯到所述臂上並具有底面，該底面適於直接承載在第一和第二底部中的對應一個的承載平臺上的角度識別位置內，各個端塊具有一主軸線，當所述端塊就位時，主軸線與對應底部的中心軸線相一致，所述多軸組件還配裝有一體的角度編碼器，該編碼器測量圍繞各個軸線的對應的轉角。
因此，如果機器的機架移動，例如，沿地板表面移動，則帶有兩個鉸接臂的多軸組件在所述支架位移之後自然地變形，而使用集成在多軸組件內的角度編碼器，自動地計算所有的位移。因此，這提供一實現良好靈活性的從動系統。
較佳地，第一底部固定到機器支架上，而第二底部固定到一水平杆上，水平杆本身固定到一地板表面上。尤其是，水平杆布置成接受多個第二底部，具體來說，在其各個端部附近的第二底部。因此，對於包括機動車車體的工件，可將這樣一桿固定到車體下方，以使所述杆的端部突出超過所述車體的寬度，因此，能夠非常快地在車體一側或另一側上將多軸組件放置就位。
根據另一優選實施例，多軸組件具有七根軸線，並配裝有七個相關的一體的角度編碼器。
在這樣的情形中，對於多軸組件，則有利地是，它包括一將一個臂連接到第一端塊的鉸接端叉，一將另一臂連接到第二端塊的鉸接端叉，以及一將兩個臂互連的中心鉸接叉。
然後，可提供各個臂，以包括一由插入在兩個臂段之間的一中空管構成的中心段，其中一個臂段接受用於測量圍繞所述臂的縱向軸線轉動的轉角的角度編碼器。在此情形中，各個中心段有利地從一組不同長度的中空管中選擇。
還為有利地是，提供每個中心段和相關的臂段之間的連接以便是通過的快速接頭，以及提供各個端叉和相關的端塊之間的連接以便是一快速釋放的螺紋連接。
最後，較佳地，每個端塊配裝有一自持的控制器和/或電源單元。
根據以下與特殊實施例相關的描述和附圖，本發明的其它的特徵和優點會顯得更加清楚。


參照附圖中各圖，其中圖1是示出根據本發明的一位置識別系統的立體圖，其與一用於三維加工的機器相連，該機器將在機動車車體的工件上，車體在圖中示意地表示；圖2示出機器的機架相對於機動車車體移動之後的所述系統，當帶有兩個偶聯在一起的鉸接臂的多軸組件跟隨所述機架位移時，它發生變形；圖3是示出一支承兩個底部的水平杆的類似視圖，以使位置識別系統和加工機器的工作設備能放置在機動車車體的一側或另一側上；圖4是以隔離方式示出位置識別系統的立體圖，其兩個臂形成一銳角；圖5是類似於前圖的視圖，示出兩臂的多軸組件的另一構造，兩臂形成一鈍角；圖6是類似於圖4的視圖，但示出分解的視圖示出主要部件，尤其是，為了示出多軸組件的兩個臂的模塊結構；圖7是示出本發明位置識別系統的一底部的立體圖，該底部的頂上有一底部承載板，該板形成位置識別系統的一端塊的部分；以及圖8類似於圖7的視圖，示出定位在相關底部上的承載板。
具體實施例方式
圖1示出一具有鉸接臂的三維機器M，具體來說，是一作用在機動車車體C上的銑削機器人。
該銑削機器M包括一基板1，頂上裝有一轉動架2，其能圍繞一基本上垂直的軸線30轉動，並配裝有一臂3，該臂安裝成圍繞一基本上水平的軸線31樞轉。臂3又配裝有一功能性組件4，該組件安裝成圍繞一軸線32樞轉，並具有一帶有一縱向軸線6的臂5，所述臂終止在一叉7上，叉7安裝成圍繞軸線6轉動並還圍繞一橫向軸線33轉動。端部叉7最後配裝有一加工工具9，例如，一轉動刀具，其安裝成圍繞一軸線34迴轉。
機器M的基板1擱置在一基本上平面的支承壁11上，該壁11與機器支架12相連，在此情形中，機器支架實施為具有端部腿13的交叉形的組件，腿13終止在滾輪元件14上，交叉形支架12夾緊在頂板和底板15之間，兩板以穩定的方式將機器M的基板1固定在其上。
在車輛車體C下方，可見一具有連接到固定的參照系的頂部支承表面21的水平杆20，水平杆20本身固定到地板SP的表面上。
下面將詳細地描述根據本發明的位置識別系統100，它用來識別在固定參照系中的機器M的位置，即使在所述機器的支架12位移的情況下也能進行識別。如圖1所示，設置一第一底部101，擱置在與機器支架12相連的支承壁11的識別點上，所述底部在其頂上設置有一承載平臺，其提供關於一中心軸線的角度指示，所述軸線在所述第一底部就位在其上時垂直於所述支承壁。具體來說，該第一底部101藉助於螺栓固定在交叉形支架12的一個分支上。上述中心軸線則與該實例中的垂直軸線X1相一致。
設置一雷同於第一底部101的第二底部102，用來擱置在與固定的參照系相連的支承表面21上的識別點上。該第二底部102的中心軸線則與該實例中的同樣垂直的軸線X7相一致。
如以下參照圖4所解釋的，位置識別系統可用於底部101和102，它們承載抵靠在彼此不平行的平面上，在此情形中，上述軸線X1和X7不平行。
除了底部101和102之外，該位置識別系統100還包括一多軸組件110，其具有兩個偶聯在一起的鉸接臂113和115並具有兩個偶聯到所述臂的端塊111和117。具體來說，多軸組件110具有七個軸線並包括一將臂113連接到第一端塊111的鉸接端叉112，一將另一臂115連接到第二端塊117的鉸接端叉116，以及一互連兩個臂113和115的中心鉸接叉114。
端塊111和117的底面適於以識別角直接承載在第一和第二底部101和102中對應的一個的承載平臺上，各個端塊111和117具有一主軸線X1、X7，當所述端塊就位在其上時，主軸線與對應的底部101、102的中心軸線相一致。此外，如下面詳細地所述，多軸組件110還配裝有一體的角度編碼器，其測量圍繞各軸線轉動的對應轉角，即，具體來說，七個一體的角度編碼器各與七個軸線中的對應軸線相連。
為了更好地理解各端塊承載抵靠底部101或102的方式，可參照圖7和8。
底部101或102包括一中心軸線為XC的圓柱形本體120，其具有一承載底板121和栓定到相關承載表面上的螺栓裝置129，具體來說，相關承載表面是水平杆20的上述頂面21或與用於機器M的支架12相連的承載表面11。圓柱形本體120頂上有一承載平臺122，承載平臺122具有一頂面，頂面配裝有以120°間距設置的三個指形物123，各具有一從所述承載平臺的頂面的平面突出的表面。底部101或102還包括一中心軸124，其安裝成圍繞中心軸線XC轉動，並具有一向上突出的外螺紋端127。該軸124通過一驅動構件125可圍繞其軸線XC轉動，通過一窗口128可接近該驅動構件125，通過能使一合適工具插入其中的徑向孔16可移動該構件。
圖7和8還示出一板130，該板事實上是對應端塊111或117的底部部件。板130具有一帶有內螺紋132的中心轂131，內螺紋132適於旋入到軸124的螺紋127上。板130的底面135具有三個V形槽133，以與三個上述指形物123合作。在承載位置內，如圖8所示，板130通過其V形槽133擱置在三個指形物123上，在面對的環形面之間沒有任何接觸。通過旋入螺紋的部分127可提供其固定，直到達到確保精確的相對位置的夾緊為止，這可確保位置相對於承載表面得到精確地識別。因此，一旦兩個端塊111、117固定在底部101、102上的識別位置內，則提供一鉸接系統，只要機器M的支架12位移，該鉸接系統就將變形。集成在多軸組件110內的角度編碼器自動地操作，以測量圍繞各個對應軸線轉動的對應轉角，於是，每次機器支架位移時不需重新起動位置識別過程。
圖2由此示出一新的結構，其中，多軸組件110具有其偶聯在一起的臂113和115，現在它們形成一鈍角。
為了更加方便起見，如圖3所示，提供水平杆20來支承其另一端附近的第二底部102。因此，當要求銑床在另一側上工作時，只要從底部102中脫開端塊117就可以了，然後，位移與機器支架相連的組件，最後，重新接合已經定位在水平杆20另一端處的另一底部102上的所述端塊117。
圖4和5更清楚地示出了位置調整系統100的諸部件，它們大部分已在上面作了描述。
因此，從第一底部101開始，可見端塊111的底面直接承載在底部101的承載平臺上的一角度識別位置內，承載平面用P1代表。端塊111包括一集成的編碼器C1，其用來測量其端部111.1圍繞所述端塊的軸線X1的轉動。鉸接的端部叉112可圍繞一軸線X2樞轉，使轉角由集成的編碼器C2進行測量。然後，有一臂113，它的另一端連接到一能夠圍繞所述臂的軸線X3轉動的叉114，使轉角由集成的傳感器C3進行測量。另一臂115鉸接到能夠圍繞軸線X4轉動的叉114，使轉角由與鉸接的中心叉114相連的集成的編碼器C4進行測量。臂115的另一端連接到能夠圍繞所述臂的軸線X5轉動的鉸接端叉116，使其轉角由集成的編碼器C5進行測量。端叉116可圍繞一軸線X6在端塊117的端部117.1上轉動，使轉角由集成的編碼器C6進行測量。最後，端塊117的端部117.1可相對於所述端塊圍繞軸線X7轉動，使轉角由集成的編碼器C7進行測量。端塊117的底面直接承載在抵靠第二底部102的承載平臺上的一角度識別的位置內，使承載平面由平面P7代表，在圖4和5中，平面P7不平行於平面P1。
上述組件可在與機器相連(即，第一底部101)的X、Y、Z參照系內，相對於一固定不動的X、Y、Z參照系(具體來說，與第二底部102相連的參照系)識別位置。
在圖4和5中，還可見對應於分別控制和/或獨立供電於端塊111和117的單元111.2和117.2。較佳地，可採用無線傳輸裝置(例如，WIFI)，以便避免有阻礙的連接電纜。
圖6的分解圖更清晰地示出分離的部件，尤其是，更容易地理解在此實施例中的兩個臂113和115的模塊結構布置。
各個臂113、115包括一中心段，其由插入在兩個臂段113.1113.3和115.1115.3之間的中空管113.2、115.2構成，使其中一個段(113.1、115.1)接受集成的角度編碼器C3、C5，其測量圍繞所述臂的縱向軸線X3、X5的轉角。
為了獲得如此模塊化的最大優點，可設置從一組具有不同長度的中空管中選擇的各個中心段113.2、115.2。這可非常靈活地適應於任何特殊的情形。
還為有利地是，在各中心段113.2、115.2和相關的臂段113.1113.3、115.1115.3之間提供連接，以便通過快速接頭。然後，這能使多軸組件容易地儲存在一箱內，或用不同長度的另一管更換一中空管，兩者都是快速而不需重新起動系統。
如上所述，各端叉112、116和相關的端塊111、117之間的連接是一快速釋放的螺紋連接。
由此提供了一位置識別系統，其提供非常高度的靈活性，其避免了每次機器支架位移時的重新開始測量。現在能夠自由地位移機器支架而絲毫不需涉及到相對於構件準確定位測量的傳感器(或與所述機器相連的加工工具)，尤其是，相對於機動車車體。
應該理解到，兩個底部可承載抵靠在不平行或位於不同高度上的諸平面上，多軸組件容易地在三維內變形，以便跟從機器支架的位移。
本發明不局限於上述實施例，但相反，本發明涵蓋使用等價裝置來再現上述主要特徵的任何變體。
尤其是，儘管這裡未予示出，但可設置附加的支承裝置，以求更容易地將臂保持在基本上水平的位置內，而在中心叉附近不因重力作用而下垂，對此，如果臂長的話，則通常是有利的。舉例來說，這些裝置可包括一布置在中心叉下方的全方向的滾輪，和/或對於兩個臂中的至少一個臂，側向支承系統具有一平行於臂的杆和一輔助的致動器或彈簧，就如申請人的專利文件US-A-5 189 797所述的那樣。
權利要求
1.一識別一三維機器位置的系統，所述機器用於在一固定的參照系中進行測量或加工，所述機器擱置在一與機器支架相連的基本上為平面的支承壁上，所述系統的特徵在於，它包括一第一底部(101)，用來擱置在與機器(12)支架相連的支承壁(11)的識別點處，所述底部在其頂部上配裝有一承載平臺(122)，所述承載平臺提供所述第一底部就位時圍繞一垂直於所述支承壁的中心軸線(XC)的角度指示；一與第一底部(101)相同的第二底部(102)，用來擱置在與固定的參照系相連的支承表面(21)上的識別點處；以及具有兩個鉸接臂(113、115)的多軸組件(110)，兩個鉸接臂偶聯在一起並具有兩個端塊(111、117)，所述兩個端塊(111、117)偶聯到所述臂上並具有底面(135)，所述底面適於直接承載在第一和第二底部(101、102)中的對應一個的承載平臺(122)上的角度識別位置內，各個端塊(111、117)具有一主軸線(X1、X7)，當所述端塊就位時，主軸線與對應底部(101、102)的中心軸線(XC)相一致，所述多軸組件(110)還配裝有多個一體的角度編碼器(C1至C7)，這些編碼器測量圍繞各自軸線(X1至X7)的對應的轉角。
2.如權利要求1所述的系統，其特徵在於，第一底部(101)固定到機器支架(12)上，而第二底部(102)固定到一水平杆(20)上，水平杆本身固定到一地板表面(SP)上。
3.如權利要求2所述的系統，其特徵在於，水平杆(20)被布置成用來接受多個第二底部(102)。
4.如權利要求3所述的系統，其特徵在於，水平杆(20)支承其各個端部附近的第二底部(102)。
5.如權利要求1至4中任何一項所述的系統，其特徵在於，多軸組件(110)具有七根軸線(X1至X7)，並配裝有七個相關聯的、一體的角度編碼器(C1至C7)。
6.如權利要求5所述的系統，其特徵在於，多軸組件(110)包括一將一個臂(113)連接到第一端塊(111)的鉸接端叉(112)，一將另一臂(115)連接到第二端塊(117)的鉸接端叉(116)，以及一將兩個臂(113、115)互連的中心鉸接叉(114)。
7.如權利要求6所述的系統，其特徵在於，每個臂(113、115)包括一由插入在兩個臂段(113.1、113.3；115.1、115.3)之間的一中空管(113.2、115.2)構成的中心段，其中一個臂段(113.1、115.1)接受用於測量圍繞所述臂的縱向軸線(X3、X5)的轉動角度的角度編碼器(C3、C5)。
8.如權利要求7所述的系統，其特徵在於，每個中心段(113.2、115.2)從一組不同長度的中空管中選擇的。
9.如權利要求7或8所述的系統，其特徵在於，每個中心段(113.2、115.2)和相關的臂段(113.1、113.3；115.1、115.3)之間的連接是通過快速接頭。
10.如權利要求6至9中任何一項所述的系統，其特徵在於，每個端叉(112、116)和相關的端塊(111、117)之間的連接是一快速釋放的螺紋連接。
11.如權利要求1至10中任何一項所述的系統，其特徵在於，每個端塊(111、117)配裝有一自持的控制器和/或電源單元(112.2、117.2)。
全文摘要
本發明涉及一識別一機器位置的系統，以便在一固定的參照系中進行三維測量或加工，根據本發明，所述系統包括一第一底部(101)，用來擱置在與機器(12)支架相連的支承壁(11)上的識別點處，所述底部在其頂部上配裝有一承載平臺；一等同於第一底部(101)的第二底部(102)，用來擱置在與固定的參照系相連的支承表面(21)上的識別點處；以及具有兩個鉸接臂(113、115)的多軸組件(110)，兩個鉸接臂偶聯在一起並具有兩個端塊(111、117)，它們偶聯到所述臂上，各個端塊具有一主軸線(X1、X7)，當所述端塊就位時，主軸線與對應底部的中心軸線相一致，所述多軸組件還配裝有一體的角度編碼器，該編碼器測量圍繞各自軸線的對應的轉角。
文檔編號G01D5/00GK1952597SQ20061013738
公開日2007年4月25日 申請日期2006年10月19日 優先權日2005年10月21日
發明者R·格蘭吉 申請人:羅莫公司