专利名称：坐标测量装置的制作方法
坐标测量装置
技术领域：
本发明涉及精密智能化仪器，尤其涉及一种坐标测量装置。背景技术：
随着技术的进步，坐标测量机已经发展成为一种集机械、光学、数控技术 和计算机技术为一体的精密智能化仪器，成为现代工业检测和质量控制过程中 不可缺少的测量设备，广泛用于机械制造、电子、汽车、航天、军工、模具等 工业领域。
目前的坐标测量机一般为三坐标测量机。三坐标测量机通常由三个相互垂
直的运动轴X、 Y、 Z建立起一个直角坐标系，其中一个运动轴上设有测头，测头 的一切运动都在这个坐标系中进行。测头的运动轨迹由测球的中心点表示，测 量时把被测零件放在工作台上，测头与零件表面接触，三坐标测量机的检测系 统可以随时给出测球中心点在坐标系的精确位置。当测球沿着被测件几何型面 移动时就可以得出被测几何型面上各点的坐标值。
现有的三坐标测量机的不足之处在于，三坐标测量机多釆用光栅传感器， 这种传感器成本高，从而导致整个三坐标测量机的成本较高。
发明内容
有鉴于此，有必要提供一种坐标测量装置，以达到降低成本的目的。 为达到上述目的，提出以下的技术方案
一种坐标测量装置，包括三个互相垂直的直线测量轴，所述标测量装置还 包括
设置在所述直线测量轴上的直线型容栅传感器，所述直线型容栅传感器测 量被测物的坐标值；
滤波矫正单元，与所述直线型容栅传感器相连，所述滤波矫正单元对容栅 传感器的数据信号进行波形矫正，对容栅传感器的时钟信号进行滤波矫正； 移位寄存器，所述移位寄存器与滤波矫正单元相连，所述移位寄存器由所少
XT'
2,
述时钟信号触发后对所述数据信号进行移位采集，得到采集数据；
单片机，所述单片机与所述移位寄存器相连并根据所述采集数据获得被测 物的坐标值数据。
优选地，还包括旋转测量轴，所述旋转测量轴用于将所述三个直线测量轴 转动，所述旋转测量轴上设有测量所述旋转测量轴转动角度的圆型容栅传感器。
其中，所述旋转测量轴设置在所述直线测量轴上。
其中，所述旋转测量轴转动设定角度后，所述单片机根据以下公式计算将 所述被测物的转动后坐标值数据转换为基准坐标值数据
cos (9 —sin 6 0 sin^cos^ 0
、00 i乂
其中，(x, y, z)为基准坐标值，(x', y', z')为转动后坐标值，9为所述 旋转测量轴转动的角度。
优选地，还包括模拟控制开关，用于选通一个所述直线型容栅传感器或圆 型容栅传感器与滤波矫正单元接通。
其中，所述滤波矫正单元包括
数据信号矫正单元，用于对数据信号进行波形矫正；
时钟信号矫正单元，用于对一路时钟信号进行波形矫正；
时钟信号滤波矫正单元，用于对另一路时钟信号进行滤波和波形矫正，保 留时钟信号的第一个上升沿和最后一个下降沿。
其中，所述移位寄存器为24位计数器。 其中，所述移位寄存器集成于所述单片机内。
优选地，坐标测量装置还包括USB接口，所述USB接口与所述容栅传感器、 滤波矫正单元、移位寄存器和单片机相连，用于从计算机上获取电源。
优选地，坐标测量装置还包括串行通讯接口，所述串行通讯接口与所述单 片机相连，用于通过串行通讯向计算机传送所述坐标值数据。
5从以上技术方案可以看出，坐标测量装置釆用了容栅传感器对被测物进行 测量，获得物体表面的坐标值，传感器信号经过滤波矫正后由移位寄存器进行 移位采集，在单片机上保存坐标值数据。由于容栅传感器的成本较低，因此大 大降低了整个测量机的成本。
图1为坐标测量装置的结构框图2为坐标测量装置转动前后的坐标系对比示意图。
具体实施方式
下面结合具体的实施例及说明书附图进行详细的描述。
一种坐标测量装置，包括三个互相垂直的直线测量轴，直线测量轴上设有 直线型容栅传感器，参考图l,三个直线型容栅传感器与滤波矫正单元相连，滤 波矫正单元与移位寄存器相连，移位寄存器与单片机相连。该单片机还可以与 计算机相连。
直线型容栅传感器用于测量被测物的坐标值，三个直线型容栅传感器可通 过模拟控制开关与一个滤波矫正单元相连，当然，也可以每个直线型容栅传感 器直接与一个滤波矫正单元相连。
模拟控制开关可以按顺序轮流选择其中一个容栅传感器与滤波矫正单元接 通，将传感器信号传递到滤波矫正单元，不需要每个直线型容栅传感器都连接 一个滤波矫正单元。
每个容栅传感器都生成两个信号数据信号和时钟信号。从传感器发出的 信号经过滤波矫正单元进行滤波矫正过程，滤波矫正单元还与移位寄存器相连。 滤波矫正单元包括
数据信号矫正单元，用于对容栅传感器的数据信号进行波形矫正；
时钟信号矫正单元，用于对容栅传感器的第一路时钟信号进行波形矫正；
时钟信号滤波矫正单元，用于对容栅传感器的第二路时钟信号进行滤波和波形矫正，保留时钟信号的第一个上升沿和最后一个下降沿，得到一个长时间 高电平的中断控制信号。
移位寄存器由第二路时钟信号的高电平触发进入移位采集状态，然后在第 一路时钟信号的每个周期对数据信号进行移位采集，依次读取数据信号中的数 据，直至第二路时钟信号的低电平到达，才结東移位釆集过程。
移位寄存器可以是24位计数器，也可以集成于单片机内，由单片机执行移
位寄存器的功能。
移位寄存器移位采点得到采集数据后，将这些釆集数据发送到单片机。单 片机取得采集数据后得到坐标值数据，可以通过单片机上设置的串行通讯接口
与计算机进行串行通讯将数据传递给计算机，串口驱动芯片可由芯片MAX232来 实现。
计算机取得数据后，将其存为data格式或pts文件格式，可以被通用三维 设计程序，如pro/e, UG打开，以方便对数据进行使用、编辑。
为克服测量死角的问题，在优选的实施例中，坐标测量装置还包括旋转测 量轴，下面结合旋转测量轴提供一个较为完整的实施例。
实施例一
本实施例的坐标测量装置包括三个互相垂直的直线测量轴和一个旋转测量 轴，旋转测量轴可将所述三个直线测量轴转动。直线测量轴上设有直线型容栅 传感器，用于测量被测物的坐标值；旋转测量轴上设有圆型容栅传感器，用于 测量转动的角度。
四个容栅传感器可通过模拟控制开关与一个滤波矫正单元相连，滤波矫正 单元与移位寄存器相连，移位寄存器与单片机相连。当然，也可以每个直线型 容栅传感器直接与一个滤波矫正单元相连。
模拟控制开关可以按顺序轮流选择选通其中一个所述直线型容栅传感器或 圆型容栅传感器与滤波矫正单元接通，将传感器信号传递到滤波矫正单元，不需要每个直线型容栅传感器都连接一个滤波矫正单元。
滤波矫正单元对容栅传感器的数据信号进行波形矫正，对容栅传感器的时 钟信号进行滤波矫正，再由移位寄存器进行移位采集数据。
移位寄存器移位踩点得到被测物的坐标值数据后，将这些坐标值数据发送 到单片机。
坐标测量装置还可以包括串行通讯接口，该串行通讯接口与单片机及其外 围电路相连，用于通过串行通讯向计算机传送所述坐标值数据。单片机取得数 据后，可以通过单片机上设置的串行通讯接口与计算机进行串行通讯将数据传 递给计算机。
其中，旋转测量轴可以设置在任何一个直线测量轴上，比如x直线测量轴、 Y直线测量轴或Z直线测量轴。釆用旋转测量轴将整个直角坐标系进行转动之后，
可以进一步扩大测量的范围，克服测量死角多的问题。
对于旋转测量轴转动一定角度后得到的坐标值数据，需要将其转换成没有 转动之前的基准坐标。
如图2所示，设空间有一点A，在坐标系OXYZ中坐标为(x， y, z)，在坐 标系OXT'Z'中坐标为(x'， y'， z'),当坐标系OX'Y'Z湘对坐标系0XYZ转过e时， 单片机可以根据以下公式计算将所述被测物的转动后坐标值数据转换为基准坐 标值数据<formula>formula see original document page 8</formula>
其中，(x， y， z)为基准坐标值，(x'， y', z')为转动后坐标值，e为所述 旋转测量轴转动的角度。
本实施例增加了旋转测量轴后，可以测量物体的全部表面，克服了测量死 角的问题。
实施例二在本实施例中，坐标测量装置还设有USB接口 ， USB接口与所述容栅传感器、
滤波矫正单元、移位寄存器和单片机相连，直接从计算机上获取5V电源，通过 二极管分压获得2V电源，供给容栅传感器等部件。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细， 但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域 的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和 改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附 权利要求为准。
权利要求
1、一种坐标测量装置，包括三个互相垂直的直线测量轴，其特征在于，所述标测量装置还包括设置在所述直线测量轴上的直线型容栅传感器，所述直线型容栅传感器测量被测物的坐标值；滤波矫正单元，与所述直线型容栅传感器相连，所述滤波矫正单元对容栅传感器的数据信号进行波形矫正，对容栅传感器的时钟信号进行滤波矫正；移位寄存器，所述移位寄存器与滤波矫正单元相连，所述移位寄存器由所述时钟信号触发后对所述数据信号进行移位采集，得到采集数据；单片机，所述单片机与所述移位寄存器相连并根据所述采集数据获得被测物的坐标值数据。
2、 根据权利要求l所述的坐标测量装置，其特征在于，还包括旋转测量轴， 所述旋转测量轴用于将所述三个直线测量轴转动，所述旋转测量轴上设有测量 所述旋转测量轴转动角度的圆型容栅传感器。
3、 根据权利要求2所述的坐标测量装置，其特征在于，所述旋转测量轴设 置在所述直线测量轴上。
4、 根据权利要求2所述的坐标测量装置，其特征在于，所述旋转测量轴转 动设定角度后，所述单片机根据以下公式计算将所述被测物的转动后坐标值数 据转换为基准坐标值数据<formula>formula see original document page 2</formula>其中，(x, y， z)为基准坐标值，(x', y', z')为转动后坐标值，9为所述 旋转测量轴转动的角度。
5、根据权利要求2所述的坐标测量装置，其特征在于，还包括模拟控制开 关，用于选通一个所述直线型容栅传感器或圆型容栅传感器与滤波矫正单元接
6、 根据权利要求l所述的坐标测量装置，其特征在于，所述滤波矫正单元 包括数据信号矫正单元，用于对数据信号进行波形矫正；时钟信号矫正单元，用于对一路时钟信号进行波形矫正；时钟信号滤波矫正单元，用于对另一路时钟信号进行滤波和波形矫正，保 留时钟信号的第一个上升沿和最后一个下降沿。
7、 根据权利要求l所述的坐标测量装置，其特征在于，所述移位寄存器为 24位计数器。
8、 根据权利要求l所述的坐标测量装置，其特征在于，所述移位寄存器集 成于所述单片机内。
9、 根据权利要求l所述的坐标测量装置，其特征在于，还包括USB接口， 所述USB接口与所述容栅传感器、滤波矫正单元、移位寄存器和单片机相连， 用于从计算机上获取电源。
10、 根据权利要求1所述的坐标测量装置，其特征在于，还包括串行通讯 接口，所述串行通讯接口与所述单片机相连，用于通过串行通讯向计算机传送 所述坐标值数据。
全文摘要
本发明公开了一种坐标测量装置，包括三个互相垂直的直线测量轴，还包括设置在所述直线测量轴上的直线型容栅传感器，所述直线型容栅传感器测量被测物的坐标值；滤波矫正单元，与所述直线型容栅传感器相连，所述滤波矫正单元对容栅传感器的数据信号进行波形矫正，对容栅传感器的时钟信号进行滤波矫正；移位寄存器，所述移位寄存器与滤波矫正单元相连，所述移位寄存器由所述时钟信号触发后对所述数据信号进行移位采集，得到采集数据；单片机，所述单片机与所述移位寄存器相连并根据所述采集数据获得被测物的坐标值数据。本发明采用成本较低的容栅传感器，降低了整个测量机的成本。本发明还增加了一个旋转测量轴，克服了测量死角多的问题。
文档编号G01B7/008GK101451814SQ20081024126
公开日2009年6月10日 申请日期2008年12月16日 优先权日2008年12月16日
发明者杜如虚, 谢小辉 申请人:深圳先进技术研究院