专利名称：可重构关节臂式坐标测量机的制作方法
技术领域：
本发明涉及关节臂式坐标测量机，尤其是涉及一种可重构关节臂式坐标测量机。
背景技术：
关节臂式(柔性臂)坐标测量机是一种新型的多自由度非笛卡尔坐标系测量系 统。它仿照人的腰关节、肩关节、肘关节和腕关节的结构，将一系列杆件通过可旋转的关节 连接起来，以角度测量基准取代长度测量基准，具有机械结构简单、体积小、重量轻、测量范 围大、灵活方便、造价较低及可以将测量机移到现场进行测量等优点。关节臂式坐标测量机 以其独特的优点，广泛应用于产品质量检测、反求工程数据采集、大尺寸工件装配定位等领 域。目前国内外市场上的关节臂式坐标测量机主要由FARO和HEXAGON两家公司生产， 都以整机集成式机型(用户不可拆装)出现。由于整机集成式机型在出厂前由生产厂家进 行整机装配、调试和精度标定，因此可以保证良好的重复测量精度和稳定性。但同时也存在 如下不足(1)测量任务的适应性较差。整机集成式关节臂式坐标测量机具有固定的自由度 数与测量空间，对应一定的适用范围。当用户需要完成多种不同尺度的测量任务，或测量任 务面对复杂的测量环境时，可能需要多款不同型号的测量机分步参与测量，或使用较多自 由度数、大臂长的测量机。带来的问题是①使用多款不同型号的测量机将大大提高测量成本，而且多款机型的使用会使测 量过程、测量数据处理更显复杂；②多自由度数、大臂长测量机可以提高测量机的可测范围，但当被测零件的尺寸 相对测量机较小时，则不但浪费测量范围，更重要的是损失了测量精度。因为关节臂式坐标 测量机的测量误差是随自由度数和测量臂长的增加而逐级放大的。在满足测量任务所需自 由度与测量空间的前提下，为了保证测量精度应该尽量缩短测量臂长度，减少测量机的自 由度数。(2)不能实现个性化需求测量机定制。对节臂式坐标测量机的生产商而言，其生产 的测量机型号、类型有限，用户只能在厂家所提供的系列中选择相对符合自身测量需求的 测量机。对有特殊测量需求的客户，可能无法提供合适的产品，或需要较长的时间、较高的 价格进行定制。(3)部件的可重用性、共享性较差，产品升级成本大。对于整机集成机型，当其上部 分部件发生故障时，其余部件可能仍可以正常工作，但由于其集成结构所限，无法对正常工 作的部件进行重用。此外，由于整机集成机型所限，客户与客户之间不发进行部件共享。另 夕卜，若客户需要对测量机进行升级时，不能实现需升级部件的更新，而需要整机改造，升级 成本大。
发明内容
针对现有整机集成式关节臂式坐标测量机存在的不足，本发明的目的是提供一种可重构关节臂式坐标测量机，根据具体的测量需求，动态选择模块化的部件，重构即满足测 量要求，且精度最佳的测量机。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是一种可重构关节臂式坐标测量机，包括基座、三个回转关节、三个摆动关节、基座 测量臂、二个非基座测量臂、测头装置和控制计算机；基座与基座测量臂的一端通过磁力接 口连接，基座测量臂的另一端与第一回转关节通过第一锁紧环连接，第一回转关节的另一 端与第一摆动关节的一端通过第二锁紧环连接，第一摆动关节的另一端与第一非基座测量 臂的一端通过第三锁紧环连接，第一非基座测量臂的另一端与第二回转关节的一端通过第 四锁紧环连接，第二回转关节的另一端与第二摆动关节一端通过第五锁紧环连接，第二摆 动关节的另一端与第二非基座测量臂的一端通过第六锁紧环连接，第二非基座测量臂的另 一端与第三回转关节的一端通过第七锁紧环连接，第三回转关节的另一端与第三摆动关节的 一端通过第八锁紧环连接，第三摆动关节的另一端与测头装置的一端通过第九锁紧环连接。所述的磁力开关，其径向磁化圆柱形永磁体安装在圆柱形铁轭中心的通孔中，铁 轭被隔磁片隔为对称的两半，永磁体通过磁力开关按钮、磁力开关轴能在通孔中发生旋转， 铁轭外围有铜衬套包围；磁力开关装在基座上端面的磁力凹口内，磁力凹口内装铁块的基 座测量臂磁力凸口相配合。所述的锁紧环包括开口卡环、手柄、螺母、销子、锁紧垫块和拉紧螺杆；装有锁紧垫 块的拉紧螺杆穿过开口卡环开口端后，拉紧螺杆的一端与螺母配合，拉紧螺杆的另一端与 手柄通过销子形成转动配合，手柄的端部呈圆柱形，并与锁紧垫块贴紧，销子的中心线向手 柄的外侧偏离；回转关节和摆动关节之间、或者在回转关节和基座测量臂或回转关节之间、 或者摆动关节和非基座测量臂之间、或者回转关节和非基座测量臂之间通过锁紧凹口和锁 紧凸口相连接，用锁紧环锁紧；其中基座测量臂一端为锁紧凹口，回转关节上一端为锁紧 凹口，另一端为锁紧凸口，摆动关节上两端都为锁紧凸口，测头装置上的连接接口为锁紧凹所述的磁力凹口是一个圆柱形的内凹口，在凹口底部的圆面上有三个等圆周分布 的半圆形外凸定位球头，此外还有两个等圆周分布的铜制圆柱形外凸触头，在触头的旁边 各有一个圆柱形外凸定位柱；所述的磁力凸口是一个圆柱形的外凸轴，外凸轴的端部圆面 上有三个等圆周分布的“U”形圆底凹槽，位置与磁力凹口上的三个定位球头对应，此外还有 两个等圆周分布的铜制圆形触片，位置与磁力凹口上的两个触头对应，在触片的旁边有各 有一个“U”形的平底凹槽，位置与磁力凹口上的两个定位柱对应，在磁力凸口外凸轴顶部圆 面的中间内嵌有一块圆形的铁块。所述的锁紧凹口是一个圆柱形的内凹口，在凹口底部的圆面上有三个等圆周分 布的半圆形外凸定位球头，此外还有两个等圆周分布的铜制圆柱形外凸触头；在触头的旁 边各有一个圆柱形外凸定位柱，在定位球头所形成的圆周内部，内嵌了三个等圆周分布的 钮扣磁铁，钮扣磁铁的外围有小尺寸铜衬套包围；锁紧凹口的外缘壁上有一个“U”形的锁 紧槽；所述的锁紧凸口是一个圆柱形的外凸轴，外凸轴的端部圆面上有三个等圆周分布的 “U”形圆底凹槽，位置与锁紧凹口上的三个定位球头对应，还有两个等圆周分布的铜制圆形触片，位置与锁紧凹口上的两个触头对应，在触片的旁边有各有一个“U”形的平底凹槽，位置与锁紧凹口上的两个定位柱对应，在三个圆底凹槽所形成的圆周内部，内嵌了三个等圆 周分布的钮扣铁块，钮扣铁块的外围有小尺寸铜衬套包围。将组成关节臂式坐标测量机的基座、回转关节、摆动关节、测量臂、锁紧环、测头装 置等主要部件独立设计，并在各个部件上设计具有互换性的连接接口。不执行测量工作时， 这些部件可拆散存放。执行测量任务时，先根据测量任务所需的空间自由度和被测物体的 大小确定所需回转关节、摆动关节、测量臂的型号与数量。然后选择相应的部件，并通过连 接接口将基座、测头装置与所选择的回转关节、摆动关节、测量臂连接成完整的关节臂式坐 标测量机。在测量过程中，可以通过各个部件的拆除与插入，即时改变测量机的测量空间与 自由度数。该种测量机可以根据具体的测量需求及时进行重构，具有很强的测量任务适应 性。本发明具有的有益效果是1)可以根据具体的测量需求及时进行重构，具有很强的测量任务适应性。2)可以为用户定制符合需求的坐标测量机。3)当测量机的部件发生故障时，通过更换相应模块实现故障分离。4)部件接口具有互换性，可以实现部件重用，客户之间实现部件共享，还可以通过 更换局部部件实现测量机低成本升级。
图1是可重构关节臂式坐标测量机示意图；图2是磁力连接接口 A-A向局部剖视图；图3是磁力连接接口 B-B向局部剖视图；图4是锁紧连接接口 C向局部视图；图5是锁紧连接接口 D-D向局部剖视图；图6是磁力凹口立体示意图；图7是磁力凹口端面正视图；图8是磁力凸口立体示意图；图9是磁力凸口端面正视图；图10是磁力开关松开示意图；图11是磁力开关关闭示意图；图12是锁紧凹口立体示意图；图13是锁紧凹口端面正视图；图14是锁紧凸口立体示意图；图15是锁紧凸口端面正视图；图16是锁紧环结构示意图；图17是锁紧环锁紧松开原理示意图；图18是可重构关节臂式坐标测量机软件系统结构图；图19是图15所示测量机所对应的软件系统。图中1、基座，2、基座测量臂，3、锁紧环，4、回转关节，5、摆动关节，
6、非基座测量臂，7、测头装置，8、控制计算机，9、铜衬套，10、隔磁片，11、铁块，12、
永磁体，13、铁轭，14、磁力开关轴，15、磁力开关按钮，16、小尺寸铜衬套，17、钮扣磁铁，18、 磁力凹口，19、钮扣铁块，20、定位球头，21、定位柱，22、触头，23、拉紧螺杆，24、磁力凸口， 25、圆底凹槽，26、平底凹槽，27、触片，28、锁紧凹口，29、锁紧槽，30、锁紧凹口，31、开口卡 环，32、手柄，33、螺母，34、垫圈，35、销子，36、锁紧垫块。
具体实施例方式如图1所示，本发明包括基座1、三个回转关节4、三个摆动关节5、基座测量臂2、二个非基座测量臂6、测头装置7和控制计算机8 ；基座1与基座测量臂2的一端通过磁力 接口连接，基座测量臂2的另一端与第一回转关节通过第一锁紧环3连接，第一回转关节4 的另一端与第一摆动关节5的一端通过第二锁紧环3连接，第一摆动关节5的另一端与第 一非基座测量臂6的一端通过第三锁紧环3连接，第一非基座测量臂6的另一端与第二回 转关节4的一端通过第四锁紧环3连接，第二回转关节4的另一端与第二摆动关节5 —端 通过第五锁紧环3连接，第二摆动关节4的另一端与第二非基座测量臂6的一端通过第六 锁紧环3连接，第二非基座测量臂6的另一端与第三回转关节4的一端通过第七锁紧环3 连接，第三回转关节4的另一端与第三摆动关节5的一端通过第八锁紧环3连接，第三摆动 关节5的另一端与测头装置7的一端通过第九锁紧环3连接。基座测量臂2和非基座测量 臂6的长度事先都经过标定。不执行测量任务时，上述部件离散独立分布。如图2、图3所示，所述的磁力开关，其径向磁化圆柱形永磁体12安装在圆柱形铁 轭13中心的通孔中，铁轭13被隔磁片10隔为对称的两半，永磁体12通过磁力开关按钮 15、磁力开关轴14能在通孔中发生旋转，铁轭13外围有铜衬套9包围；磁力开关装在基座 上端面的磁力凹口 18内，磁力凹口 18内装铁块11的基座测量臂磁力凸口 24相配合。如图16所示，所述的锁紧环3包括开口卡环31、手柄32、螺母33、销子35、锁紧垫 块36和拉紧螺杆23 ；装有锁紧垫块36的拉紧螺杆23穿过开口卡环31开口端后，拉紧螺杆 23的一端通过垫圈34与螺母33配合，拉紧螺杆23的另一端与手柄32通过销子35形成转 动配合，手柄32的端部呈圆柱形，并与锁紧垫块36贴紧，销子35的中心线向手柄32的外 侧偏离；回转关节4和摆动关节5之间、或者在回转关节4和基座测量臂2或回转关节4之 间、或者摆动关节5和非基座测量臂6之间、或者回转关节4和非基座测量臂6之间通过锁 紧凹口 28和锁紧凸口 30相连接，用锁紧环3锁紧，如图4、图5、图17所示；其中基座测量 臂一端为锁紧凹口 28，回转关节4上一端为锁紧凹口 28，另一端为锁紧凸口 30，摆动关节5 上两端都为锁紧凸口 30，测头装置7上的连接接口为锁紧凹口 28。如图6、图7所示，所述的磁力凹口 18是一个圆柱形的内凹口，在凹口底部的圆面 上有三个等圆周分布的半圆形外凸定位球头20，此外还有两个等圆周分布的铜制圆柱形外 凸触头22，在触头22的旁边各有一个圆柱形外凸定位柱21 ；如图8、图9所示，所述的磁力 凸口 24是一个圆柱形的外凸轴，外凸轴的端部圆面上有三个等圆周分布的“U”形圆底凹槽 25，位置与磁力凹口 18上的三个定位球头20对应，此外还有两个等圆周分布的铜制圆形触 片27，位置与磁力凹口 18上的两个触头22对应，在触片27的旁边有各有一个“U”形的平 底凹槽26，位置与磁力凹口 18上的两个定位柱21对应，在磁力凸口 24外凸轴顶部圆面的 中间内嵌有一块圆形的铁块11。
如图12、图13所示，所述的锁紧凹口 28是一个圆柱形的内凹口，在凹口底部的圆 面上有三个等圆周分布的半圆形外凸定位球头20，此外还有两个等圆周分布的铜制圆柱形 外凸触头22 ；在触头22的旁边各有一个圆柱形外凸定位柱21，在定位球头20所形成的圆 周内部，内嵌了三个等圆周分布的钮扣磁铁17，钮扣磁铁17的外围有小尺寸铜衬套16包 围；锁紧凹口 28的外缘壁上有一个“U”形的锁紧槽29 ；如图14、图15所述的锁紧凸口 30 是一个圆柱形的外凸轴，外凸轴的端部圆面上有三个等圆周分布的“U”形圆底凹槽25，位 置与锁紧凹口 28上的三个定位球头20对应，还有两个等圆周分布的铜制圆形触片27，位置 与锁紧凹口 28上的两个触头22对应，在触片27的旁边有各有一个“U”形的平底凹槽26， 位置与锁紧凹口 28上的两个定位柱21对应，在三个圆底凹槽25所形成的圆周内部，内嵌 了三个等圆周分布的钮扣铁块19，钮扣铁块19的外围有小尺寸铜衬套16包围。回转关节4、摆动关节5其内部都安装有圆光栅编码盘和无限信号发射器。测量机 工作时，圆光栅编码盘用于测量关节之间的相对转角，转角信号通过无线信号发射器反馈 给控制计算机8。回转关节4可以实现无限旋转，摆动关节5可以在W，180° ]范围内摆 动。基座1、回转关节4、摆动关节5、基座测量臂2、非基座测量臂6、测头装置7上均有 连接接口，用于重构组装。连接接口分为磁力连接接口和锁紧连接接口两种。如图6、图8 所示，磁力连接接口由磁力凹口 18和磁力凸口 24组成，其中磁力凹口 18在基座1的端面 上，磁力凸口 24在基座测量臂2的端面上。磁力凹口 18的结构特征如图7所示，磁力凹口 18是一个圆柱形的内凹口，在凹口 底部的圆面上有三个等圆周分布的半圆形外凸定位球头20。此外还有两个等圆周分布的触 头22，这两个触头22内部与弹簧装置连接，当触头22上受到压力时，触头22会向内缩进。 两个触头22的作用为一个用于通电，另一个在测量机工作时用于传递信号。因为两个触 头22有不同的功能，三个定位球头20在圆周上又具有对称轮换型，所以为了在连接时防止 发生错位，在触头22的旁边各有一个圆柱形外凸定位柱21，用于辅助定位。在磁力凹口 18 底部圆面的中间有两块端面呈半圆形的铁轭13，两块铁轭13之间有隔磁片10。两触头22之间、两定位柱21之间相对隔磁片10呈对称分布。铁轭13的外围有 铜衬套包围，目的是为了隔磁，以防止其它无关的铁质器件被磁力吸引过来。磁力凸口 24的结构特征如图8、图9所示，磁力凸口24是一个圆柱形的外凸轴，外凸轴的端部圆面上有三个等圆周分布的“U”形圆底凹槽25，其位置与磁力凹口 18上的三个 定位球头20对应。此外，圆面上还有两个等圆周分布的铜制圆形触片27，位置与磁力凹口 18上的两个触头22对应。在触片27的旁边各有一个“U”形的平底凹槽26，其位置与磁力 凹口 18上的两个定位柱21对应。圆面的中间内嵌有一块圆形的铁块11，该铁块11位置与 磁力凹口 18上的铁轭13对应。基座1上有一个磁力开关，它用于控制铁块11与铁轭13是否发生磁力吸引。磁 力开关的内部结构特征如图2、图3所示径向磁化圆柱形永磁体12位于圆柱形铁轭13中 心的通孔中，铁轭13被隔磁片10隔为对称的两半，永磁体12通过磁力开关按钮15可以在 通孔中发生旋转。磁力开关的工作原理见图10、图11。当磁力凹口 18与磁力凸口 24配合连接后， 铁轭13与铁块11相互贴合。如图10，当磁力开关关闭时，永磁体12的S级、N级呈上下分布，这时磁通主要通过两侧铁轭13闭合，只有较少或没有磁通通过铁块11，所以这时铁轭 13与铁块11之间的磁吸引力很小或不发生磁力吸引。如图11所示，当磁力开关打开时，永 磁体12的S级、N级呈左右分布，这时磁通主要通过铁块11闭合，所以这时铁轭13与铁块 11之间的磁吸引力达到最大。 锁紧连接接口分为锁紧凹口 28和锁紧凸口 30两种。如图5所示，锁紧凹口 28分 布在回转关节4的一端、基座测量臂2的一端、非基座测量臂6的两端和测头装置7上。锁紧凹口 28的结构特征如图12、图13所示，锁紧凹口 28中定位球头20、触头22、 定位柱21的分布、结构特征与磁力凹口 18中的相似。不同之处为在定位球头20所形成 的圆周内部，内嵌了三个等圆周分布的钮扣磁铁17，钮扣磁铁17的外围有小尺寸铜衬套16 包围，用于隔磁。锁紧凹口 28的外缘壁上有一个“U”形的锁紧槽29，该锁紧槽29主要与锁 紧环3配合使用，用于连接。如图7所示，锁紧凸口 30分布在回转关节4的一端、摆动关节5的两端。锁紧凸 口 30的具体结构特征如图14、图15所示，锁紧凸口 30中的圆底凹槽25、触片27、平底凹 槽26的分布、结构特征与磁力凸口 24中的相似。不同之处为在圆底凹槽25所形成的圆 周内部，内嵌了三个等圆周分布的钮扣铁块19，三个钮扣铁块19的位置与锁紧凹口 28中钮 扣磁铁17的位置对应。钮扣铁块19的外围有小尺寸铜衬套16包围，用于隔磁。锁紧凹口 28和锁紧凸口 30配合连接后依靠锁紧环3固定，锁紧环3的结构特征 如图16所示。锁紧环3由开口卡环31、手柄32、螺母33、垫圈34、销子35、锁紧垫块36和 拉紧螺杆23组成。拉紧螺杆23的一端为螺母33，另一端为锁紧垫块36。在锁紧环3中， 拉紧螺杆23横穿开口卡环31的外凸口。拉紧螺杆23的螺杆端与垫圈34、螺母33连接，拉 紧环端通过销子35与手柄32连接。手柄32的端部呈圆柱形，并与锁紧垫块36贴紧。手 柄32可以绕销子35转动，销子35的中心线不与手柄32端部圆柱的中心重合，而是向手柄 32外侧偏离一定距离。锁紧环3的锁紧、松开原理如图17所示。当手柄32绕销子35拉向开口卡环31 时，手柄32端部压向锁紧垫块36部分的圆柱半径逐渐增大，锁紧垫块36受到的压力变大， 开口卡环31被锁紧。当手柄32绕销子35离开开口卡环31时，锁紧垫块36端部压向锁紧 垫块36部分的圆柱半径逐渐减小，锁紧垫块36受到的压力逐渐减小，开口卡环31被松开。通过磁力连接接口连接的部件是基座1与基座测量臂。将基座测量臂2的磁力凸 口 24插入基座1上的磁力凹口 18中，并使磁力凹口 18中的定位球头20、定位柱21分别插 入到磁力凸口 24上的圆底凹槽25、平底凹槽26中。这时触头22与触片27，铁轭13与铁 块11将分别贴紧。开打基座1上的磁力开关后，基座测量臂2与基座1就被磁力吸引在一 起，磁力连接完成。通过锁紧连接接口连接的部件是基座测量臂2与摆动关节5、基座测量臂2与回转 关节4、回转关节4与摆动关节5、非基座测量臂6与回转关节4、非基座测量臂6与摆动关 节5、摆动关节5与测头装置7。以回转关节4与摆动关节5的连接为例，其连接方式如下， 首先将锁紧环3上的手柄32拉离开口卡环31，然后将锁紧环3外扣在回转关节4上锁紧凹 口 28的外缘上，并使锁紧环3上开口卡环31的开口处与锁紧凹口 28上的锁紧槽29对齐。 接着，将摆动关节5上的锁紧凸口 30插入到回转关节4的锁紧凹口 28中，并使锁紧凹口 28 中的定位球头20、定位柱21分别插入到锁紧凸口 30上的圆底凹槽25、平底凹槽26中。这时钮扣磁铁17将与钮扣铁块19发生磁力吸引，锁紧凹口 28与锁紧凸口 30产生预紧，触头22与触片27也将贴紧。最后将手柄32拉向开口卡环31锁紧，锁紧连接完成。可重构关节臂式坐标测量机的工作方式如下所述。不执行测量工作时，测量机的主要部件离散分布。执行测量任务时，先根据测量任务所需的空间自由度和被测物体的大小，确定所需回转关节4、摆动关节5、非基座测量臂6 的型号与数量，然后选择对应的部件。接着通过连接口、磁力开关、锁紧环3，将基座1、测头 装置7与所选择的回转关节4、摆动关节5、基座测量臂2和非基座测量臂6连接成完整的 关节臂式坐标测量机。在测量过程中，当测量自由度不够时，可以打开锁紧环3，通过连接接口即时插入 回转关节4或摆动关节5。当测量自由度过多时，可以打开锁紧环3，通过连接接口，即时拆 除多余的回转关节4或摆动关节5。当测量机的测量空间不够大时，可以打开磁力开关或锁 紧环3，通过连接接口即时插入或更换合适长度的基座测量臂2和非基座测量臂6。当测量 机的测量空间过大时，可以打开磁力开关或锁紧环3，通过连接接口即时拆除或更换合适长 度的基座测测量臂2和非基座测量臂6。下面以重构一个六自由度的关节臂式坐标测量机为例，说明重构过程。(1)在测量机的部件中选取基座1 一个、回转关节4三个、摆动关节5三个、基座测 量臂2 —个、非基座测量臂6 二个、测头装置7 —个、锁紧环3九个、控制计算机8 一台；(2)将基座1与基座测量臂2通过磁力连接接口进行配合，打开磁力开关，完成基 座1与基座测量臂2的连接；(3)选取一个回转关节4，将回转关节4上的锁紧凸口 30与基座测量臂2上的锁 紧凹口 28进行配合，然后用一个锁紧环3将接口锁紧；(4)选取一个摆动关节5，将摆动关节5上的锁紧凸口 30与回转关节4上的锁紧 凹口 28进行配合，然后用一个锁紧环3将接口锁紧；(5)选取一个非基座测量臂6，将非基座测量臂6上的锁紧凹口 28与摆动关节5 上的锁紧凸口 30进行配合，然后用一个锁紧环3将接口锁紧；(6)再次选取一个回转关节4，将回转关节4上的锁紧凸口 30与非基座测量臂6 上的锁紧凹口 28进行配合，然后用一个锁紧环3将接口锁紧；(7)再次选取一个摆动关节5，将摆动关节5上的锁紧凸口 30与回转关节4上的 锁紧凹口 28进行配合，然后用一个锁紧环3将接口锁紧；(8)再次选取一个非基座测量臂6，将非基座测量臂6上的锁紧凹口 28与摆动关 节5上的锁紧凸口 30进行配合，然后用一个锁紧环3将接口锁紧；(9)第三次选取一个回转关节4，将回转关节4上的锁紧凸口 30与非基座测量臂 6上的锁紧凹口 28进行配合，然后用一个锁紧环3将接口锁紧；(10)第三次选取一个摆动关节5，将摆动关节5上的锁紧凸口 30与回转关节2上 的锁紧凹口 28进行配合，然后用一个锁紧环3将接口锁紧；(11)选取测头装置7，将测头装置7上的锁紧凹口 28与摆动关节2上的锁紧凸口 30进行配合，然后用一个锁紧环3将接口锁紧；(12)重构而成的关节臂式坐标测量机与控制计算8相连后就构成完整的测量系 统。
可重构关节臂式坐标测量机的软件系统结构图如图18所示。包括测量系统平台、 基座模块、回转关节模块、摆动关节模块、测量臂模块和测头装置模块。每一个模块是一个 组件对象，每个模块上有统一标准的软件接口，这些接口通过组件对象模型(COM)技术实 现。当关节臂式坐标测量机组装完毕后，测量机通过各个硬件模块中的信号接口，将硬件模 块的特征参数传递给测量系统。测量系统首先根据所接收到的硬件模块的型号搜索出对 应的软件模块，然后在测量平台上通过软件接口将各个软件模块组装成一个完整的测量系 统。在测量过程中，当有硬件模块被拆除、插入或更换，软件系统会刷新硬件信息，重新搜索现存硬件模块所对应的软件模块，然后在测量平台上通过软件接口将各个软件模块 组成一个完整的测量系统，即可以实现测量系统的动态重组。图19是以图1中构建的六自由度的关节臂式测量机为例，动态重构形成的测量系 统。图1中的关节臂式测量机包括11个硬件模块，软件系统得到硬件型号信息后，会自动 地搜索出对应的软件模块。在测量平台上这些模块通过统一标准的软件接口，按硬件连接 顺序进行软件模块组装，形成一个完整的测量系统。上述具体实施方式
用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的 精神和权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。
权利要求
一种可重构关节臂式坐标测量机，包括基座、三个回转关节、三个摆动关节、基座测量臂、二个非基座测量臂、测头装置和控制计算机，其特征在于基座与基座测量臂的一端通过磁力接口连接，基座测量臂的另一端与第一回转关节通过第一锁紧环连接，第一回转关节的另一端与第一摆动关节的一端通过第二锁紧环连接，第一摆动关节的另一端与第一非基座测量臂的一端通过第三锁紧环连接，第一非基座测量臂的另一端与第二回转关节的一端通过第四锁紧环连接，第二回转关节的另一端与第二摆动关节一端通过第五锁紧环连接，第二摆动关节的另一端与第二非基座测量臂的一端通过第六锁紧环连接，第二非基座测量臂的另一端与第三回转关节的一端通过第七锁紧环连接，第三回转关节的另一端与第三摆动关节的一端通过第八锁紧环连接，第三摆动关节的另一端与测头装置的一端通过第九锁紧环连接。
2.根据权利要求1所述的一种可重构关节臂式坐标测量机，其特征在于所述的磁力 开关，其径向磁化圆柱形永磁体(12)安装在圆柱形铁轭(13)中心的通孔中，铁轭(13)被 隔磁片(10)隔为对称的两半，永磁体(12)通过磁力开关按钮(15)、磁力开关轴(14)能在 通孔中发生旋转，铁轭(13)外围有铜衬套(9)包围；磁力开关装在基座上端面的磁力凹口 (18)内，磁力凹口(18)内装铁块(11)的基座测量臂磁力凸口(24)相配合。
3.根据权利要求1所述的一种可重构关节臂式坐标测量机，其特征在于所述的锁紧 环(3)包括开口卡环(31)、手柄(32)、螺母(33)、销子(35)、锁紧垫块(36)和拉紧螺杆 (23)；装有锁紧垫块(36)的拉紧螺杆(23)穿过开口卡环(31)开口端后，拉紧螺杆(23)的 一端与螺母(33)配合，拉紧螺杆(23)的另一端与手柄(32)通过销子(35)形成转动配合， 手柄(32)的端部呈圆柱形，并与锁紧垫块(36)贴紧，销子(35)的中心线向手柄(32)的外 侧偏离；回转关节(4)和摆动关节(5)之间、或者在回转关节(4)和基座测量臂(2)或回转 关节⑷之间、或者摆动关节(5)和非基座测量臂(6)之间、或者回转关节⑷和非基座测 量臂(6)之间通过锁紧凹口(28)和锁紧凸口(30)相连接，用锁紧环(3)锁紧；其中基座测 量臂一端为锁紧凹口(28)，回转关节(4)上一端为锁紧凹口(28)，另一端为锁紧凸口(30)， 摆动关节(5)上两端都为锁紧凸口(30)，测头装置(7)上的连接接口为锁紧凹口(28)。
4.根据权利要求2所述的一种可重构关节臂式坐标测量机，其特征在于所述的磁力 凹口(18)是一个圆柱形的内凹口，在凹口底部的圆面上有三个等圆周分布的半圆形外凸 定位球头(20)，此外还有两个等圆周分布的铜制圆柱形外凸触头(22)，在触头(22)的旁边 各有一个圆柱形外凸定位柱(21)；所述的磁力凸口(24)是一个圆柱形的外凸轴，外凸轴的 端部圆面上有三个等圆周分布的“U”形圆底凹槽(25)，位置与磁力凹口(18)上的三个定位 球头(20)对应，此外还有两个等圆周分布的铜制圆形触片(27)，位置与磁力凹口(18)上的 两个触头(22)对应，在触片(27)的旁边有各有一个“U”形的平底凹槽(26)，位置与磁力凹 口(18)上的两个定位柱(21)对应，在磁力凸口(24)外凸轴顶部圆面的中间内嵌有一块圆 形的铁块(11)。
5.根据权利要求3所述的一种可重构关节臂式坐标测量机，其特征在于所述的锁紧 凹口(28)是一个圆柱形的内凹口，在凹口底部的圆面上有三个等圆周分布的半圆形外凸 定位球头(20)，此外还有两个等圆周分布的铜制圆柱形外凸触头(22)；在触头(22)的旁边 各有一个圆柱形外凸定位柱(21)，在定位球头(20)所形成的圆周内部，内嵌了三个等圆周 分布的钮扣磁铁(17)，钮扣磁铁(17)的外围有小尺寸铜衬套(16)包围；锁紧凹口(28)的外缘壁上有一个“U”形的锁紧槽(29)；所述的锁紧凸口(30)是一个圆柱形的外凸轴，外凸 轴的端部圆面上有三个等圆周分布的“U”形圆底凹槽(25)，位置与锁紧凹口(28)上的三个 定位球头(20)对应，还有两个等圆周分布的铜制圆形触片(27)，位置与锁紧凹口(28)上的 两个触头(22)对应，在触片(27)的旁边有各有一个“U”形的平底凹槽(26)，位置与锁紧凹 口(28)上的两个定位柱(21)对应，在三个圆底凹槽(25)所形成的圆周内部，内嵌了三个 等圆周分布的钮扣铁块(19)，钮扣铁块(19)的外围有小尺寸铜衬套(16)包围.
全文摘要
本发明公开了一种可重构关节臂式坐标测量机。基座与基座测量臂的一端通过磁力接口连接，回转关节和摆动关节之间、在回转关节和基座测量臂或回转关节之间、摆动关节和非基座测量臂之间和回转关节和非基座测量臂之间通过锁紧凹口和锁紧凸口相连接，用锁紧环锁紧。需要使用测量机时，可先根据测量任务所需的空间自由度数和测量范围大小，确定所需回转关节、摆动关节、测量臂的型号与数量。然后选择相应的部件，并通过连接接口将各个部件连接成完整的坐标测量机。在测量过程中，可以通过各个部件的拆除或加入，即时改变测量机的自由度数与测量空间大小。该种测量机可以根据具体的测量需求进行现场重构，具有很强的测量任务适应性。
文档编号G01B7/008GK101806574SQ20101015398
公开日2010年8月18日 申请日期2010年4月23日 优先权日2010年4月23日
发明者卢科青, 张选高, 王文, 陈子辰, 高贯斌 申请人:浙江大学