本實用新型涉及測量工具技術(shù)領域，尤其涉及一種關節(jié)式柔性坐標測量機。

背景技術(shù)：

測量作為工業(yè)生產(chǎn)必不可少的過程，測量結(jié)果直接關系著工業(yè)品的質(zhì)量和工業(yè)生產(chǎn)水平的高低。當前，工業(yè)領域普遍使用的是三坐標測量機，三坐標測量機的精度相對較高，備受裝備制造業(yè)的親睞。但三坐標測量機都是固定安置，也就是測量時，需要將測量的物品搬運至專用的測量平臺上，對于小型較輕的樣品使用較方便，但對于大件的、重量大的測件和加工現(xiàn)場的測量三坐標測量機就很難實現(xiàn)。

隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展人們越來越需要便捷的測量手段，關節(jié)式柔性坐標測機開始被廣泛的研究和應用。所謂關節(jié)式柔性坐標測量機是依據(jù)仿生運動學原理而設計的一種新型坐標測量系統(tǒng)，與工業(yè)常見的機械手相類似，由六個旋轉(zhuǎn)關節(jié)構(gòu)成，是一種屬于非正交串聯(lián)空間機構(gòu)的坐標測量系統(tǒng)，與傳統(tǒng)的正交三坐標測量機有很大不同。

國外在這一領域的研究起步最早，目前己經(jīng)取得了非常矚目的成就，如FARO公司已經(jīng)研制出如Faro Arm-Platinum等具有高精度的多種型號測量機，CIMCORE(星科)公司的也推出了STINGER II等類型的關節(jié)式坐標測量機。國內(nèi)也有相關的高校和科研院所從事相關研究，對測量機的機械結(jié)構(gòu)、數(shù)學理論及標定技術(shù)等方面進行了系統(tǒng)的研究，但大多數(shù)只停留在理論研究和基于國外產(chǎn)品的分析，并沒有實現(xiàn)產(chǎn)品化和生產(chǎn)加工。

目前國內(nèi)在該領域的研究進展緩慢主要是因為：(1)關節(jié)式坐標測量機在結(jié)構(gòu)形式上是一個串聯(lián)開鏈系統(tǒng)，它是由幾個桿件通過一系列的轉(zhuǎn)動關節(jié)串聯(lián)起來構(gòu)成的，因此對微小的誤差有放大作用，極難提高測量精度；(2)角度測量系統(tǒng)的精度對測量機整體精度有很大的影響，由于在使用時測量力的不同會影響角度測量系統(tǒng)的實際測量精度，所以精度難以提高；(3)國內(nèi)的圓光柵編碼器的尺寸較大，集成度不高，刻線密度不高，測角精度較低，關節(jié)式坐標測量機的關節(jié)采用的角度編碼器需要依賴進口，成本較高。因此，針對當前研究的不足和需求，提供一種更為先進的關節(jié)式柔性坐標測量機是非常必要的。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種關節(jié)式柔性坐標測量機，依據(jù)仿生運動學原理設計而成，能夠滿足工業(yè)現(xiàn)場各種測量需求，具有方便移動、結(jié)構(gòu)靈巧、測量空間大、重量輕、攜帶方便、造價低等特點。

本實用新型為解決上述技術(shù)問題而采用的技術(shù)方案是提供一種關節(jié)式柔性坐標測量機，包括機械主體，所述機械主體包括依次通過相互垂直配置的雙關節(jié)結(jié)構(gòu)相串連的安裝固定臺、機座大臂、小臂和測頭，其中，所述雙關節(jié)結(jié)構(gòu)包括三個交叉軸和三個內(nèi)嵌軸，三個所述交叉軸包括第二關節(jié)、第四關節(jié)和第六關節(jié)，三個所述內(nèi)嵌軸包括第一關節(jié)、第三關節(jié)和第五關節(jié)，三個所述交叉軸和三個所述內(nèi)嵌軸采用雙角接觸軸承背對背安裝。

上述關節(jié)式柔性坐標測量機，其中，所述安裝固定臺、所述機座大臂、所述小臂、三個所述交叉軸和三個所述內(nèi)嵌軸內(nèi)部均設有一個用來測量關節(jié)轉(zhuǎn)動角度的角度編碼器，所述角度編碼器內(nèi)部設有可以獲取關節(jié)轉(zhuǎn)動角度和桿件轉(zhuǎn)角數(shù)據(jù)的電路系統(tǒng)，所述電路系統(tǒng)與電腦軟件系統(tǒng)信號連接。

上述關節(jié)式柔性坐標測量機，其中，所述軟件系統(tǒng)包括依次相連的信息接收單元、測量模型單元、坐標轉(zhuǎn)換單元、誤差修正單元和三維坐標處理單元。

上述關節(jié)式柔性坐標測量機，其中，所述角度編碼器是雙讀數(shù)頭的測角系統(tǒng)。

上述關節(jié)式柔性坐標測量機，其中，所述機械主體還包括可進行單點標定的標準錐窩和進行空間距離標定的量塊。

上述關節(jié)式柔性坐標測量機，其中，所述測頭可替換成掃描測頭。

本實用新型對比現(xiàn)有技術(shù)有如下的有益效果：

(1)采用圓光柵作為標尺基準，通過測量角度量及數(shù)學運算獲得三維信息，與傳統(tǒng)的正交式三坐標測量機相比具有造價較低，結(jié)構(gòu)靈巧，測量空間大的特點，可應用于較大尺寸的測量；

(2)本測量機重量輕，能夠提供便攜式測量服務，適用于工業(yè)現(xiàn)場測量。

(3)結(jié)構(gòu)參數(shù)通過標定的方法來獲得，大大降低了對制造工藝的要求，同時也降低了生產(chǎn)成本。

附圖說明

圖1為本實用新型關節(jié)式柔性坐標測量機機械主體的立體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：

1 安裝固定臺 2 第一關節(jié) 3 第二關節(jié) 4 機座大臂

5 第三關節(jié) 6 第四關節(jié) 7 小臂 8 第五關節(jié)

9 第六關節(jié) 10 測頭

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和實施例對本實用新型作進一步的描述。

圖1為本實用新型關節(jié)式柔性坐標測量機機械主體的立體結(jié)構(gòu)示意圖。

請參見圖1，本實用新型提供的關節(jié)式柔性坐標測量機，包括機械主體，所述機械主體包括依次通過相互垂直配置的雙關節(jié)結(jié)構(gòu)相串連的安裝固定臺1、機座大臂4、小臂7和測頭10，其中，所述雙關節(jié)結(jié)構(gòu)包括三個交叉軸和三個內(nèi)嵌軸，三個所述交叉軸包括第二關節(jié)3、第四關節(jié)6和第六關節(jié)9，三個所述內(nèi)嵌軸包括第一關節(jié)2、第三關節(jié)5和第五關節(jié)8，三個所述交叉軸和三個所述內(nèi)嵌軸采用雙角接觸軸承背對背安裝，使測量機具有穩(wěn)定的機械結(jié)構(gòu)。

進一步的，作為較佳的實施例中，所述安裝固定臺1、所述機座大臂4、所述小臂7、三個所述交叉軸和三個所述內(nèi)嵌軸內(nèi)部均設有一個用來測量關節(jié)轉(zhuǎn)動角度的角度編碼器，所述角度編碼器內(nèi)部設有可以獲取關節(jié)轉(zhuǎn)動角度和桿件轉(zhuǎn)角數(shù)據(jù)的電路系統(tǒng)，所述電路系統(tǒng)與電腦軟件系統(tǒng)信號連接，并將獲取到的各角度數(shù)據(jù)傳送到電腦的軟件系統(tǒng)中。

此外，作為較佳的實施例中，所述軟件系統(tǒng)包括依次相連的信息接收單元、測量模型單元、坐標轉(zhuǎn)換單元、誤差修正單元和三維坐標處理單元。軟件系統(tǒng)主要是基于VC和OPENGL設計的基本的測量機程序，主要是接受從測量電路發(fā)來的角度信息，采用D-H方法建立了測量模型，通過坐標轉(zhuǎn)換最終獲得測頭的坐標信息，經(jīng)過誤差修正和處理后得到三維坐標信息。

本實用新型在上述基礎上還具有如下實施方式：

請繼續(xù)參見圖1所示，本實用新型提供的關節(jié)式柔性坐標測量機，其中，所述角度編碼器是雙讀數(shù)頭的測角系統(tǒng)，保證角度數(shù)據(jù)測量的精度和穩(wěn)定性。

本實用新型提供的關節(jié)式柔性坐標測量機，其中，所述機械主體還包括可進行單點標定的標準錐窩和進行空間距離標定的量塊，基于Gauss-Newton法的參數(shù)辨識方法，通過單點標定和空間距離標定獲得測量機各參數(shù)。

本實用新型提供的關節(jié)式柔性坐標測量機，其中，所述測頭10可替換成掃描測頭，可根據(jù)產(chǎn)品模型或樣件進行產(chǎn)品設計開發(fā)。

本實用新型提供的關節(jié)式柔性坐標測量機操作步驟如下：根據(jù)工業(yè)現(xiàn)場狀況合理的安裝測量機，安裝調(diào)試完成后就可以根據(jù)需要測量的要素進行測量，測量時只需手握測頭關節(jié)，將測頭移動到預測點，讓測頭觸點接近預測點，當測量機發(fā)出蜂鳴響即可，測試可以讀取測量要素的坐標值，然后通過安裝在計算機上的軟件系統(tǒng)進行處理后最終得到三維坐標信息。

本實用新型對比現(xiàn)有技術(shù)有如下的有益效果：(1)采用圓光柵作為標尺基準，通過測量角度量及數(shù)學運算獲得三維信息，與傳統(tǒng)的正交式三坐標測量機相比具有造價較低，結(jié)構(gòu)靈巧，測量空間大的特點，可應用于較大尺寸的測量；(2)本測量機重量輕，能夠提供便攜式測量服務，適用于工業(yè)現(xiàn)場測量。(3)結(jié)構(gòu)參數(shù)通過標定的方法來獲得，大大降低了對制造工藝的要求，同時也降低了生產(chǎn)成本。

雖然本實用新型已以較佳實施例揭示如上，然其并非用以限定本實用新型，任何本領域技術(shù)人員，在不脫離本實用新型的精神和范圍內(nèi)，當可作些許的修改和完善，因此本實用新型的保護范圍當以權(quán)利要求書所界定的為準。