一種可重構關節臂式坐標測量機的製作方法

2023-05-29 04:57:46 2

專利名稱：一種可重構關節臂式坐標測量機的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及關節臂式坐標測量機，尤其是涉及一種可重構關節臂式坐標測量 機。
背景技術：
關節臂式(柔性臂)坐標測量機是一種新型的多自由度非笛卡爾坐標系測量系 統。它仿照人的腰關節、肩關節、肘關節和腕關節的結構，將一系列杆件通過可旋轉的關節 連接起來，以角度測量基準取代長度測量基準，具有機械結構簡單、體積小、重量輕、測量範 圍大、靈活方便、造價較低及可以將測量機移到現場進行測量等優點。關節臂式坐標測量機 以其獨特的優點，廣泛應用於產品質量檢測、反求工程數據採集、大尺寸工件裝配定位等領 域。目前國內外市場上的關節臂式坐標測量機主要由FARO和HEXAGON兩家公司生產， 都以整機集成式機型(用戶不可拆裝)出現。由於整機集成式機型在出廠前由生產廠家進 行整機裝配、調試和精度標定，因此可以保證良好的重複測量精度和穩定性。但同時也存在 如下不足(1)測量任務的適應性較差。整機集成式關節臂式坐標測量機具有固定的自由度 數與測量空間，對應一定的適用範圍。當用戶需要完成多種不同尺度的測量任務，或測量任 務面對複雜的測量環境時，可能需要多款不同型號的測量機分步參與測量，或使用較多自 由度數、大臂長的測量機。帶來的問題是①使用多款不同型號的測量機將大大提高測量成本，而且多款機型的使用會使測 量過程、測量數據處理更顯複雜；②多自由度數、大臂長測量機可以提高測量機的可測範圍，但當被測零件的尺寸 相對測量機較小時，則不但浪費測量範圍，更重要的是損失了測量精度。因為關節臂式坐標 測量機的測量誤差是隨自由度數和測量臂長的增加而逐級放大的。在滿足測量任務所需自 由度與測量空間的前提下，為了保證測量精度應該儘量縮短測量臂長度，減少測量機的自 由度數。(2)不能實現個性化需求測量機定製。對節臂式坐標測量機的生產商而言，其生產 的測量機型號、類型有限，用戶只能在廠家所提供的系列中選擇相對符合自身測量需求的 測量機。對有特殊測量需求的客戶，可能無法提供合適的產品，或需要較長的時間、較高的 價格進行定製。(3)部件的可重用性、共享性較差，產品升級成本大。對於整機集成機型，當其上部 分部件發生故障時，其餘部件可能仍可以正常工作，但由於其集成結構所限，無法對正常工 作的部件進行重用。此外，由於整機集成機型所限，客戶與客戶之間不發進行部件共享。另 外，若客戶需要對測量機進行升級時，不能實現需升級部件的更新，而需要整機改造，升級 成本大。發明內容針對現有整機集成式關節臂式坐標測量機存在的不足，本實用新型的目的是提供 一種可重構關節臂式坐標測量機，根據具體的測量需求，動態選擇模塊化的部件，重構即滿 足測量要求，且精度最佳的測量機。本實用新型解決其技術問題所採用的技術方案是一種可重構關節臂式坐標測量機，包括基座、三個迴轉關節、三個擺動關節、基座 測量臂、二個非基座測量臂、測頭裝置和控制計算機；基座與基座測量臂的一端通過磁力接 口連接，基座測量臂的另一端與第一迴轉關節通過第一鎖緊環連接，第一迴轉關節的另一 端與第一擺動關節的一端通過第二鎖緊環連接，第一擺動關節的另一端與第一非基座測量 臂的一端通過第三鎖緊環連接，第一非基座測量臂的另一端與第二迴轉關節的一端通過第 四鎖緊環連接，第二迴轉關節的另一端與第二擺動關節一端通過第五鎖緊環連接，第二擺 動關節的另一端與第二非基座測量臂的一端通過第六鎖緊環連接，第二非基座測量臂的另 一端與第三迴轉關節的一端通過第七鎖緊環連接，第三迴轉關節的另一端與第三擺動關節 的一端通過第八鎖緊環連接，第三擺動關節的另一端與測頭裝置的一端通過第九鎖緊環連 接。所述的磁力開關，其徑向磁化圓柱形永磁體安裝在圓柱形鐵軛中心的通孔中，鐵 軛被隔磁片隔為對稱的兩半，永磁體通過磁力開關按鈕、磁力開關軸能在通孔中發生旋轉， 鐵軛外圍有銅襯套包圍；磁力開關裝在基座上端面的磁力凹口內，磁力凹口內裝鐵塊的基 座測量臂磁力凸口相配合。所述的鎖緊環包括開口卡環、手柄、螺母、銷子、鎖緊墊塊和拉緊螺杆；裝有鎖緊墊 塊的拉緊螺杆穿過開口卡環開口端後，拉緊螺杆的一端與螺母配合，拉緊螺杆的另一端與 手柄通過銷子形成轉動配合，手柄的端部呈圓柱形，並與鎖緊墊塊貼緊，銷子的中心線向手 柄的外側偏離；迴轉關節和擺動關節之間、或者在迴轉關節和基座測量臂或迴轉關節之間、 或者擺動關節和非基座測量臂之間、或者迴轉關節和非基座測量臂之間通過鎖緊凹口和鎖 緊凸口相連接，用鎖緊環鎖緊；其中基座測量臂一端為鎖緊凹口，迴轉關節上一端為鎖緊 凹口，另一端為鎖緊凸口，擺動關節上兩端都為鎖緊凸口，測頭裝置上的連接接口為鎖緊凹所述的磁力凹口是一個圓柱形的內凹口，在凹口底部的圓面上有三個等圓周分布 的半圓形外凸定位球頭，此外還有兩個等圓周分布的銅製圓柱形外凸觸頭，在觸頭的旁邊 各有一個圓柱形外凸定位柱；所述的磁力凸口是一個圓柱形的外凸軸，外凸軸的端部圓面 上有三個等圓周分布的「U」形圓底凹槽，位置與磁力凹口上的三個定位球頭對應，此外還有 兩個等圓周分布的銅製圓形觸片，位置與磁力凹口上的兩個觸頭對應，在觸片的旁邊有各 有一個「U」形的平底凹槽，位置與磁力凹口上的兩個定位柱對應，在磁力凸口外凸軸頂部圓 面的中間內嵌有一塊圓形的鐵塊。所述的鎖緊凹口是一個圓柱形的內凹口，在凹口底部的圓面上有三個等圓周分 布的半圓形外凸定位球頭，此外還有兩個等圓周分布的銅製圓柱形外凸觸頭；在觸頭的旁 邊各有一個圓柱形外凸定位柱，在定位球頭所形成的圓周內部，內嵌了三個等圓周分布的 鈕扣磁鐵，鈕扣磁鐵的外圍有小尺寸銅襯套包圍；鎖緊凹口的外緣壁上有一個「U」形的鎖 緊槽；所述的鎖緊凸口是一個圓柱形的外凸軸，外凸軸的端部圓面上有三個等圓周分布的
5「U」形圓底凹槽，位置與鎖緊凹口上的三個定位球頭對應，還有兩個等圓周分布的銅製圓形觸片，位置與鎖緊凹口上的兩個觸頭對應，在觸片的旁邊有各有一個「U」形的平底凹槽，位置與鎖緊凹口上的兩個定位柱對應，在三個圓底凹槽所形成的圓周內部，內嵌了三個等圓周分布的鈕扣鐵塊，鈕扣鐵塊的外圍有小尺寸銅襯套包圍。[oo16] 將組成關節臂式坐標測量機的基座1迴轉關節1擺動關節1測量臂1鎖緊環1測頭裝置等主要部件獨立設計，並在各個部件上設計具有互換性的連接接口。不執行測量工作時，這些部件可拆散存放。執行測量任務時，先根據測量任務所需的空間自由度和被測物體的大小確定所需迴轉關節1擺動關節1測量臂的型號與數量。然後選擇相應的部件，並通過連接接口將基座1測頭裝置與所選擇的迴轉關節1擺動關節1測量臂連接成完整的關節臂式坐標測量機。在測量過程中，可以通過各個部件的拆除與插入，即時改變測量機的測量空間與自由度數。該種測量機可以根據具體的測量需求及時進行重構，具有很強的測量任務適應性。[oo17] 本實用新型具有的有益效果是[oo18] 1)可以根據具體的測量需求及時進行重構，具有很強的測量任務適應性。[oo19] 2)可以為用戶定製符合需求的坐標測量機。[0020] 3)當測量機的部件發生故障時，通過更換相應模塊實現故障分離。[0021] 4)部件接口具有互換性，可以實現部件重用，客戶之間實現部件共享，還可以通過更換局部部件實現測量機低成本升級。


[0022] 圖l是可重構關節臂式坐標測量機示意圖；[0023] 圖2是磁力連接接口A—A向局部剖視圖；[0024] 圖3是磁力連接接口B—B向局部剖視圖；[0025] 圖4是鎖緊連接接口C向局部視圖；[0026] 圖5是鎖緊連接接口D—D向局部剖視圖；[0027] 圖6是磁力凹口立體示意圖；[0028] 圖7是磁力凹口端面正視圖；[0029] 圖8是磁力凸口立體示意圖；[0030] 圖9是磁力凸口端面正視圖；[0031] 圖lo是磁力開關鬆開示意圖；[0032] 圖11是磁力開關關閉示意圖；[0033] 圖12是鎖緊凹口立體示意圖；[0034] 圖13是鎖緊凹口端面正視圖；[0035] 圖14是鎖緊凸口立體示意圖；[0036] 圖15是鎖緊凸口端面正視圖；[0037] 圖16是鎖緊環結構示意圖；[0038] 圖17是鎖緊環鎖緊鬆開原理示意圖；[0039] 圖18是可重構關節臂式坐標測量機軟體系統結構圖；[0040] 圖19是圖15所示測量機所對應的軟體系統。[0041]圖中1、基座，2、基座測量臂，3、鎖緊環，4、迴轉關節，5、擺動關節，6、非基座測量臂，7、測頭裝置，8、控制計算機，9、銅襯套，10、隔磁片，11、鐵塊，12、 永磁體，13、鐵軛，14、磁力開關軸，15、磁力開關按鈕，16、小尺寸銅襯套，17、鈕扣磁鐵，18、 磁力凹口，19、鈕扣鐵塊，20、定位球頭，21、定位柱，22、觸頭，23、拉緊螺杆，24、磁力凸口， 25、圓底凹槽，26、平底凹槽，27、觸片，28、鎖緊凹口，29、鎖緊槽，30、鎖緊凹口，31、開口卡 環，32、手柄，33、螺母，34、墊圈，35、銷子，36、鎖緊墊塊。
具體實施方式
如圖1所示，本實用新型包括基座1、三個迴轉關節4、三個擺動關節5、基座測量臂 2、二個非基座測量臂6、測頭裝置7和控制計算機8 ；基座1與基座測量臂2的一端通過磁 力接口連接，基座測量臂2的另一端與第一迴轉關節通過第一鎖緊環3連接，第一迴轉關節 4的另一端與第一擺動關節5的一端通過第二鎖緊環3連接，第一擺動關節5的另一端與 第一非基座測量臂6的一端通過第三鎖緊環3連接，第一非基座測量臂6的另一端與第二 迴轉關節4的一端通過第四鎖緊環3連接，第二迴轉關節4的另一端與第二擺動關節5 — 端通過第五鎖緊環3連接，第二擺動關節4的另一端與第二非基座測量臂6的一端通過第 六鎖緊環3連接，第二非基座測量臂6的另一端與第三迴轉關節4的一端通過第七鎖緊環 3連接，第三迴轉關節4的另一端與第三擺動關節5的一端通過第八鎖緊環3連接，第三擺 動關節5的另一端與測頭裝置7的一端通過第九鎖緊環3連接。基座測量臂2和非基座測 量臂6的長度事先都經過標定。不執行測量任務時，上述部件離散獨立分布。如圖2、圖3所示，所述的磁力開關，其徑向磁化圓柱形永磁體12安裝在圓柱形鐵 軛13中心的通孔中，鐵軛13被隔磁片10隔為對稱的兩半，永磁體12通過磁力開關按鈕 15、磁力開關軸14能在通孔中發生旋轉，鐵軛13外圍有銅襯套9包圍；磁力開關裝在基座 上端面的磁力凹口 18內，磁力凹口 18內裝鐵塊11的基座測量臂磁力凸口 24相配合。如圖16所示，所述的鎖緊環3包括開口卡環31、手柄32、螺母33、銷子35、鎖緊墊 塊36和拉緊螺杆23 ；裝有鎖緊墊塊36的拉緊螺杆23穿過開口卡環31開口端後，拉緊螺杆 23的一端通過墊圈34與螺母33配合，拉緊螺杆23的另一端與手柄32通過銷子35形成轉 動配合，手柄32的端部呈圓柱形，並與鎖緊墊塊36貼緊，銷子35的中心線向手柄32的外 側偏離；迴轉關節4和擺動關節5之間、或者在迴轉關節4和基座測量臂2或迴轉關節4之 間、或者擺動關節5和非基座測量臂6之間、或者迴轉關節4和非基座測量臂6之間通過鎖 緊凹口 28和鎖緊凸口 30相連接，用鎖緊環3鎖緊，如圖4、圖5、圖17所示；其中基座測量 臂一端為鎖緊凹口 28，迴轉關節4上一端為鎖緊凹口 28，另一端為鎖緊凸口 30，擺動關節5 上兩端都為鎖緊凸口 30，測頭裝置7上的連接接口為鎖緊凹口 28。如圖6、圖7所示，所述的磁力凹口 18是一個圓柱形的內凹口，在凹口底部的圓面 上有三個等圓周分布的半圓形外凸定位球頭20，此外還有兩個等圓周分布的銅製圓柱形外 凸觸頭22，在觸頭22的旁邊各有一個圓柱形外凸定位柱21 ；如圖8、圖9所示，所述的磁力 凸口 24是一個圓柱形的外凸軸，外凸軸的端部圓面上有三個等圓周分布的「U」形圓底凹槽 25，位置與磁力凹口 18上的三個定位球頭20對應，此外還有兩個等圓周分布的銅製圓形觸 片27，位置與磁力凹口 18上的兩個觸頭22對應，在觸片27的旁邊有各有一個「U」形的平 底凹槽26，位置與磁力凹口 18上的兩個定位柱21對應，在磁力凸口 24外凸軸頂部圓面的中間內嵌有一塊圓形的鐵塊11。如圖12、圖13所示，所述的鎖緊凹口 28是一個圓柱形的內凹口，在凹口底部的圓 面上有三個等圓周分布的半圓形外凸定位球頭20，此外還有兩個等圓周分布的銅製圓柱形 外凸觸頭22 ；在觸頭22的旁邊各有一個圓柱形外凸定位柱21，在定位球頭20所形成的圓 周內部，內嵌了三個等圓周分布的鈕扣磁鐵17，鈕扣磁鐵17的外圍有小尺寸銅襯套16包 圍；鎖緊凹口 28的外緣壁上有一個「U」形的鎖緊槽29 ；如圖14、圖15所述的鎖緊凸口 30 是一個圓柱形的外凸軸，外凸軸的端部圓面上有三個等圓周分布的「U」形圓底凹槽25，位 置與鎖緊凹口 28上的三個定位球頭20對應，還有兩個等圓周分布的銅製圓形觸片27，位置 與鎖緊凹口 28上的兩個觸頭22對應，在觸片27的旁邊有各有一個「U」形的平底凹槽26， 位置與鎖緊凹口 28上的兩個定位柱21對應，在三個圓底凹槽25所形成的圓周內部，內嵌 了三個等圓周分布的鈕扣鐵塊19，鈕扣鐵塊19的外圍有小尺寸銅襯套16包圍。迴轉關節4、擺動關節5其內部都安裝有圓光柵編碼盤和無限信號發射器。測量機 工作時，圓光柵編碼盤用於測量關節之間的相對轉角，轉角信號通過無線信號發射器反饋 給控制計算機8。迴轉關節4可以實現無限旋轉，擺動關節5可以在W，180° ]範圍內擺 動。基座1、迴轉關節4、擺動關節5、基座測量臂2、非基座測量臂6、測頭裝置7上均有 連接接口，用於重構組裝。連接接口分為磁力連接接口和鎖緊連接接口兩種。如圖6、圖8 所示，磁力連接接口由磁力凹口 18和磁力凸口 24組成，其中磁力凹口 18在基座1的端面 上，磁力凸口 24在基座測量臂2的端面上。磁力凹口 18的結構特徵如圖7所示，磁力凹口 18是一個圓柱形的內凹口，在凹口 底部的圓面上有三個等圓周分布的半圓形外凸定位球頭20。此外還有兩個等圓周分布的觸 頭22，這兩個觸頭22內部與彈簧裝置連接，當觸頭22上受到壓力時，觸頭22會向內縮進。 兩個觸頭22的作用為一個用於通電，另一個在測量機工作時用於傳遞信號。因為兩個觸 頭22有不同的功能，三個定位球頭20在圓周上又具有對稱輪換型，所以為了在連接時防止 發生錯位，在觸頭22的旁邊各有一個圓柱形外凸定位柱21，用於輔助定位。在磁力凹口 18 底部圓面的中間有兩塊端面呈半圓形的鐵軛13，兩塊鐵軛13之間有隔磁片10。兩觸頭22之間、兩定位柱21之間相對隔磁片10呈對稱分布。鐵軛13的外圍有 銅襯套包圍，目的是為了隔磁，以防止其它無關的鐵質器件被磁力吸引過來。磁力凸口 24的結構特徵如圖8、圖9所示，磁力凸口 24是一個圓柱形的外凸軸，外 凸軸的端部圓面上有三個等圓周分布的「U」形圓底凹槽25，其位置與磁力凹口 18上的三個 定位球頭20對應。此外，圓面上還有兩個等圓周分布的銅製圓形觸片27，位置與磁力凹口 18上的兩個觸頭22對應。在觸片27的旁邊各有一個「U」形的平底凹槽26，其位置與磁力 凹口 18上的兩個定位柱21對應。圓面的中間內嵌有一塊圓形的鐵塊11，該鐵塊11位置與 磁力凹口 18上的鐵軛13對應。基座1上有一個磁力開關，它用於控制鐵塊11與鐵軛13是否發生磁力吸引。磁 力開關的內部結構特徵如圖2、圖3所示徑向磁化圓柱形永磁體12位於圓柱形鐵軛13中 心的通孔中，鐵軛13被隔磁片10隔為對稱的兩半，永磁體12通過磁力開關按鈕15可以在 通孔中發生旋轉。磁力開關的工作原理見圖10、圖11。當磁力凹口 18與磁力凸口 24配合連接後，
8鐵軛13與鐵塊11相互貼合。如圖10，當磁力開關關閉時，永磁體12的S級、N級呈上下分 布，這時磁通主要通過兩側鐵軛13閉合，只有較少或沒有磁通通過鐵塊11，所以這時鐵軛 13與鐵塊11之間的磁吸引力很小或不發生磁力吸引。如圖11所示，當磁力開關打開時，永 磁體12的S級、N級呈左右分布，這時磁通主要通過鐵塊11閉合，所以這時鐵軛13與鐵塊 11之間的磁吸引力達到最大。鎖緊連接接口分為鎖緊凹口 28和鎖緊凸口 30兩種。如圖5所示，鎖緊凹口 28分 布在迴轉關節4的一端、基座測量臂2的一端、非基座測量臂6的兩端和測頭裝置7上。鎖緊凹口 28的結構特徵如圖12、圖13所示，鎖緊凹口 28中定位球頭20、觸頭22、 定位柱21的分布、結構特徵與磁力凹口 18中的相似。不同之處為在定位球頭20所形成 的圓周內部，內嵌了三個等圓周分布的鈕扣磁鐵17，鈕扣磁鐵17的外圍有小尺寸銅襯套16 包圍，用於隔磁。鎖緊凹口 28的外緣壁上有一個「U」形的鎖緊槽29，該鎖緊槽29主要與鎖 緊環3配合使用，用於連接。如圖7所示，鎖緊凸口 30分布在迴轉關節4的一端、擺動關節5的兩端。鎖緊凸 口 30的具體結構特徵如圖14、圖15所示，鎖緊凸口 30中的圓底凹槽25、觸片27、平底凹 槽26的分布、結構特徵與磁力凸口 24中的相似。不同之處為在圓底凹槽25所形成的圓 周內部，內嵌了三個等圓周分布的鈕扣鐵塊19，三個鈕扣鐵塊19的位置與鎖緊凹口 28中鈕 扣磁鐵17的位置對應。鈕扣鐵塊19的外圍有小尺寸銅襯套16包圍，用於隔磁。鎖緊凹口 28和鎖緊凸口 30配合連接後依靠鎖緊環3固定，鎖緊環3的結構特徵 如圖16所示。鎖緊環3由開口卡環31、手柄32、螺母33、墊圈34、銷子35、鎖緊墊塊36和 拉緊螺杆23組成。拉緊螺杆23的一端為螺母33，另一端為鎖緊墊塊36。在鎖緊環3中， 拉緊螺杆23橫穿開口卡環31的外凸口。拉緊螺杆23的螺杆端與墊圈34、螺母33連接，拉 緊環端通過銷子35與手柄32連接。手柄32的端部呈圓柱形，並與鎖緊墊塊36貼緊。手 柄32可以繞銷子35轉動，銷子35的中心線不與手柄32端部圓柱的中心重合，而是向手柄 32外側偏離一定距離。鎖緊環3的鎖緊、鬆開原理如圖17所示。當手柄32繞銷子35拉向開口卡環31 時，手柄32端部壓向鎖緊墊塊36部分的圓柱半徑逐漸增大，鎖緊墊塊36受到的壓力變大， 開口卡環31被鎖緊。當手柄32繞銷子35離開開口卡環31時，鎖緊墊塊36端部壓向鎖緊 墊塊36部分的圓柱半徑逐漸減小，鎖緊墊塊36受到的壓力逐漸減小，開口卡環31被鬆開。通過磁力連接接口連接的部件是基座1與基座測量臂。將基座測量臂2的磁力凸 口 24插入基座1上的磁力凹口 18中，並使磁力凹口 18中的定位球頭20、定位柱21分別插 入到磁力凸口 24上的圓底凹槽25、平底凹槽26中。這時觸頭22與觸片27，鐵軛13與鐵 塊11將分別貼緊。開打基座1上的磁力開關後，基座測量臂2與基座1就被磁力吸引在一 起，磁力連接完成。通過鎖緊連接接口連接的部件是基座測量臂2與擺動關節5、基座測量臂2與迴轉 關節4、迴轉關節4與擺動關節5、非基座測量臂6與迴轉關節4、非基座測量臂6與擺動關 節5、擺動關節5與測頭裝置7。以迴轉關節4與擺動關節5的連接為例，其連接方式如下， 首先將鎖緊環3上的手柄32拉離開口卡環31，然後將鎖緊環3外扣在迴轉關節4上鎖緊凹 口 28的外緣上，並使鎖緊環3上開口卡環31的開口處與鎖緊凹口 28上的鎖緊槽29對齊。 接著，將擺動關節5上的鎖緊凸口 30插入到迴轉關節4的鎖緊凹口 28中，並使鎖緊凹口 28中的定位球頭20、定位柱21分別插入到鎖緊凸口 30上的圓底凹槽25、平底凹槽26中。這 時鈕扣磁鐵17將與鈕扣鐵塊19發生磁力吸引，鎖緊凹口 28與鎖緊凸口 30產生預緊，觸頭 22與觸片27也將貼緊。最後將手柄32拉向開口卡環31鎖緊，鎖緊連接完成。可重構關節臂式坐標測量機的工作方式如下所述。不執行測量工作時，測量機的主要部件離散分布。執行測量任務時，先根據測量任 務所需的空間自由度和被測物體的大小，確定所需迴轉關節4、擺動關節5、非基座測量臂6 的型號與數量，然後選擇對應的部件。接著通過連接口、磁力開關、鎖緊環3，將基座1、測頭 裝置7與所選擇的迴轉關節4、擺動關節5、基座測量臂2和非基座測量臂6連接成完整的 關節臂式坐標測量機。在測量過程中，當測量自由度不夠時，可以打開鎖緊環3，通過連接接口即時插入 迴轉關節4或擺動關節5。當測量自由度過多時，可以打開鎖緊環3，通過連接接口，即時拆 除多餘的迴轉關節4或擺動關節5。當測量機的測量空間不夠大時，可以打開磁力開關或鎖 緊環3，通過連接接口即時插入或更換合適長度的基座測量臂2和非基座測量臂6。當測量 機的測量空間過大時，可以打開磁力開關或鎖緊環3，通過連接接口即時拆除或更換合適長 度的基座測測量臂2和非基座測量臂6。下面以重構一個六自由度的關節臂式坐標測量機為例，說明重構過程。(1)在測量機的部件中選取基座1 一個、迴轉關節4三個、擺動關節5三個、基座測 量臂2 —個、非基座測量臂6 二個、測頭裝置7 —個、鎖緊環3九個、控制計算機8 一臺；(2)將基座1與基座測量臂2通過磁力連接接口進行配合，打開磁力開關，完成基 座1與基座測量臂2的連接；(3)選取一個迴轉關節4，將迴轉關節4上的鎖緊凸口 30與基座測量臂2上的鎖 緊凹口 28進行配合，然後用一個鎖緊環3將接口鎖緊；(4)選取一個擺動關節5，將擺動關節5上的鎖緊凸口 30與迴轉關節4上的鎖緊 凹口 28進行配合，然後用一個鎖緊環3將接口鎖緊；(5)選取一個非基座測量臂6，將非基座測量臂6上的鎖緊凹口 28與擺動關節5 上的鎖緊凸口 30進行配合，然後用一個鎖緊環3將接口鎖緊；(6)再次選取一個迴轉關節4，將迴轉關節4上的鎖緊凸口 30與非基座測量臂6 上的鎖緊凹口 28進行配合，然後用一個鎖緊環3將接口鎖緊；(7)再次選取一個擺動關節5，將擺動關節5上的鎖緊凸口 30與迴轉關節4上的 鎖緊凹口 28進行配合，然後用一個鎖緊環3將接口鎖緊；(8)再次選取一個非基座測量臂6，將非基座測量臂6上的鎖緊凹口 28與擺動關 節5上的鎖緊凸口 30進行配合，然後用一個鎖緊環3將接口鎖緊；(9)第三次選取一個迴轉關節4，將迴轉關節4上的鎖緊凸口 30與非基座測量臂 6上的鎖緊凹口 28進行配合，然後用一個鎖緊環3將接口鎖緊；(10)第三次選取一個擺動關節5，將擺動關節5上的鎖緊凸口 30與迴轉關節2上 的鎖緊凹口 28進行配合，然後用一個鎖緊環3將接口鎖緊；(11)選取測頭裝置7，將測頭裝置7上的鎖緊凹口 28與擺動關節2上的鎖緊凸口 30進行配合，然後用一個鎖緊環3將接口鎖緊；(12)重構而成的關節臂式坐標測量機與控制計算8相連後就構成完整的測量系統。可重構關節臂式坐標測量機的軟體系統結構圖如圖18所示。包括測量系統平臺、 基座模塊、迴轉關節模塊、擺動關節模塊、測量臂模塊和測頭裝置模塊。每一個模塊是一個 組件對象，每個模塊上有統一標準的軟體接口，這些接口通過組件對象模型(COM)技術實 現。當關節臂式坐標測量機組裝完畢後，測量機通過各個硬體模塊中的信號接口，將硬體模 塊的特徵參數傳遞給測量系統。測量系統首先根據所接收到的硬體模塊的型號搜索出對 應的軟體模塊，然後在測量平臺上通過軟體接口將各個軟體模塊組裝成一個完整的測量系 統。在測量過程中，當有硬體模塊被拆除、插入或更換，軟體系統會刷新硬體信息，重 新搜索現存硬體模塊所對應的軟體模塊，然後在測量平臺上通過軟體接口將各個軟體模塊 組成一個完整的測量系統，即可以實現測量系統的動態重組。圖19是以圖1中構建的六自由度的關節臂式測量機為例，動態重構形成的測量系 統。圖1中的關節臂式測量機包括11個硬體模塊，軟體系統得到硬體型號信息後，會自動 地搜索出對應的軟體模塊。在測量平臺上這些模塊通過統一標準的軟體接口，按硬體連接 順序進行軟體模塊組裝，形成一個完整的測量系統。上述具體實施方式
用來解釋說明本實用新型，而不是對本實用新型進行限制，在 本實用新型的精神和權利要求的保護範圍內，對本實用新型作出的任何修改和改變，都落 入本實用新型的保護範圍。
權利要求一種可重構關節臂式坐標測量機，包括基座、三個迴轉關節、三個擺動關節、基座測量臂、二個非基座測量臂、測頭裝置和控制計算機，其特徵在於基座與基座測量臂的一端通過磁力接口連接，基座測量臂的另一端與第一迴轉關節通過第一鎖緊環連接，第一迴轉關節的另一端與第一擺動關節的一端通過第二鎖緊環連接，第一擺動關節的另一端與第一非基座測量臂的一端通過第三鎖緊環連接，第一非基座測量臂的另一端與第二迴轉關節的一端通過第四鎖緊環連接，第二迴轉關節的另一端與第二擺動關節一端通過第五鎖緊環連接，第二擺動關節的另一端與第二非基座測量臂的一端通過第六鎖緊環連接，第二非基座測量臂的另一端與第三迴轉關節的一端通過第七鎖緊環連接，第三迴轉關節的另一端與第三擺動關節的一端通過第八鎖緊環連接，第三擺動關節的另一端與測頭裝置的一端通過第九鎖緊環連接。
2.根據權利要求1所述的一種可重構關節臂式坐標測量機，其特徵在於所述的磁力 開關，其徑向磁化圓柱形永磁體(12)安裝在圓柱形鐵軛(13)中心的通孔中，鐵軛(13)被 隔磁片(10)隔為對稱的兩半，永磁體(12)通過磁力開關按鈕(15)、磁力開關軸(14)能在 通孔中發生旋轉，鐵軛(13)外圍有銅襯套(9)包圍；磁力開關裝在基座上端面的磁力凹口 (18)內，磁力凹口(18)內裝鐵塊(11)的基座測量臂磁力凸口(24)相配合。
3.根據權利要求1所述的一種可重構關節臂式坐標測量機，其特徵在於所述的鎖緊 環(3)包括開口卡環(31)、手柄(32)、螺母(33)、銷子(35)、鎖緊墊塊(36)和拉緊螺杆 (23)；裝有鎖緊墊塊(36)的拉緊螺杆(23)穿過開口卡環(31)開口端後，拉緊螺杆(23)的 一端與螺母(33)配合，拉緊螺杆(23)的另一端與手柄(32)通過銷子(35)形成轉動配合， 手柄(32)的端部呈圓柱形，並與鎖緊墊塊(36)貼緊，銷子(35)的中心線向手柄(32)的外 側偏離；迴轉關節(4)和擺動關節(5)之間、或者在迴轉關節(4)和基座測量臂(2)或迴轉 關節⑷之間、或者擺動關節(5)和非基座測量臂(6)之間、或者迴轉關節⑷和非基座測 量臂(6)之間通過鎖緊凹口(28)和鎖緊凸口(30)相連接，用鎖緊環(3)鎖緊；其中基座測 量臂一端為鎖緊凹口(28)，迴轉關節(4)上一端為鎖緊凹口(28)，另一端為鎖緊凸口(30)， 擺動關節(5)上兩端都為鎖緊凸口(30)，測頭裝置(7)上的連接接口為鎖緊凹口(28)。
4.根據權利要求2所述的一種可重構關節臂式坐標測量機，其特徵在於所述的磁力 凹口(18)是一個圓柱形的內凹口，在凹口底部的圓面上有三個等圓周分布的半圓形外凸 定位球頭(20)，此外還有兩個等圓周分布的銅製圓柱形外凸觸頭(22)，在觸頭(22)的旁邊 各有一個圓柱形外凸定位柱(21)；所述的磁力凸口(24)是一個圓柱形的外凸軸，外凸軸的 端部圓面上有三個等圓周分布的「U」形圓底凹槽(25)，位置與磁力凹口(18)上的三個定位 球頭(20)對應，此外還有兩個等圓周分布的銅製圓形觸片(27)，位置與磁力凹口(18)上的 兩個觸頭(22)對應，在觸片(27)的旁邊有各有一個「U」形的平底凹槽(26)，位置與磁力凹 口(18)上的兩個定位柱(21)對應，在磁力凸口(24)外凸軸頂部圓面的中間內嵌有一塊圓 形的鐵塊(11)。
5.根據權利要求3所述的一種可重構關節臂式坐標測量機，其特徵在於所述的鎖緊 凹口(28)是一個圓柱形的內凹口，在凹口底部的圓面上有三個等圓周分布的半圓形外凸 定位球頭(20)，此外還有兩個等圓周分布的銅製圓柱形外凸觸頭(22)；在觸頭(22)的旁邊 各有一個圓柱形外凸定位柱(21)，在定位球頭(20)所形成的圓周內部，內嵌了三個等圓周 分布的鈕扣磁鐵(17)，鈕扣磁鐵(17)的外圍有小尺寸銅襯套(16)包圍；鎖緊凹口(28)的外緣壁上有一個「U」形的鎖緊槽(29)；所述的鎖緊凸口(30)是一個圓柱形的外凸軸，外凸 軸的端部圓面上有三個等圓周分布的「U」形圓底凹槽(25)，位置與鎖緊凹口(28)上的三個 定位球頭(20)對應，還有兩個等圓周分布的銅製圓形觸片(27)，位置與鎖緊凹口(28)上的 兩個觸頭(22)對應，在觸片(27)的旁邊有各有一個「U」形的平底凹槽(26)，位置與鎖緊凹 口(28)上的兩個定位柱(21)對應，在三個圓底凹槽(25)所形成的圓周內部，內嵌了三個 等圓周分布的鈕扣鐵塊(19)，鈕扣鐵塊(19)的外圍有小尺寸銅襯套(16)包圍。
專利摘要本實用新型公開了一種可重構關節臂式坐標測量機。基座與基座測量臂的一端通過磁力接口連接，迴轉關節和擺動關節之間、在迴轉關節和基座測量臂或迴轉關節之間、擺動關節和非基座測量臂之間和迴轉關節和非基座測量臂之間通過鎖緊凹口和鎖緊凸口相連接，用鎖緊環鎖緊。需要使用測量機時，可先根據測量任務所需的空間自由度數和測量範圍大小，確定所需迴轉關節、擺動關節、測量臂的型號與數量。然後選擇相應的部件，並通過連接接口將各個部件連接成完整的坐標測量機。在測量過程中，可以通過各個部件的拆除或加入，即時改變測量機的自由度數與測量空間大小。該種測量機可以根據具體的測量需求進行現場重構，具有很強的測量任務適應性。
文檔編號G01B5/008GK201653317SQ20102016844
公開日2010年11月24日 申請日期2010年4月23日 優先權日2010年4月23日
發明者盧科青, 張選高, 王文, 陳子辰, 高貫斌 申請人:浙江大學