专利名称：三维测量装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种三维测量装置。
背景技术：
大量的三维测量装置存在于各种应用领域中。通过非限制性描述，本发明更具体地涉及这种测量装置对于损坏的车体中的变形进行检测的应用。第一种已知类型的三维测量装置采用了多个铰接臂，每个铰接臂包括一体设置的角度传感器，从而确定诸臂围绕其铰接轴线中的每一条的旋转角度。这种类型的测量装置因而从文献WO 2006/111630-A1得知，包括具有插入在两部分之间的中空管形式的几个铰接臂，其中一个部分接纳角传感器，每个中空管具有与相邻臂部分的端部互补的邻接配置。 这种枢转臂设计具有优点，因为它是模块化的。但是，为了进行测量，其需要互相铰接的至少两个臂，这使得该装置的制造与使用相对复杂，并且使装置体积相对较大且价格昂贵。文献W0-2007/101 905 Al描述了具有多个铰接臂的另一种装置。对于多臂装置，还可以参考文献US-2002/0029485 Al、US-6 125 337 A和EP-I 286 130 Al。采用伸缩杆的测量装置也是已知的。例如，在本申请人的文献FR-A-2 909 765 Al 中描述的测量装置包括伸缩部件，该伸缩部件包括在相关联的柱体内纵向滑动的活塞杆， 该柱体由检测台的横梁支承并且通过适当的穿孔相对于该柱体被固定于其上的检测台进行参考定位。活塞杆从多种不同轴长的活塞杆中选择。该方案也具有优点，因为活塞杆根据要相对于测量台测量的本体的点的相对高度是可互换的。但是，它需要频繁操作装置以便根据尤其是将要被检测的车辆类型来安装和拆卸活塞杆。
发明内容
发明目的本发明的目的是提出一种三维测量装置，其设计的目的是使上述缺点最小化。因而，其涉及到一种设计和应用更简单、同时结构紧凑的测量装置。
发明内容
根据本发明，前述问题通过一种具有设置至少一个传感器的伸缩臂的测量装置来解决，该装置包括-用于固定到支承组件并且位于第一平面内的基台，-安装以便围绕与该第一平面正交的第一轴线旋转的板，该板设有确定该板围绕该第一轴线的旋转角度的第一传感器，-摆动的单个伸缩臂，其第一端围绕与所述第一轴线垂直的第二轴线铰接在所述板上，以使其能够在包含所述第一轴线并且正交于所述第二轴线的第二平面内摆动，所述单个臂围绕所述第二轴线的旋转角度由第二传感器确定，在所述单个伸缩臂的第二端设有测量感测器(feeler)，所述单个臂设有确定平移中所述臂的细长长度的第三传感器，一旦所述基台固定到支承组件上，所述测量感测器的空间位置通过在包括所述基台的固定三维参考系中的极坐标来确定。为了具有点的三维坐标，根据本发明的装置结合两个转动，其中一个是一方面所述板关于该装置的固定基台的转动，另一个是另一方面伸缩臂关于旋转板的转动，以及平移，该平移是所述臂的端部根据所述臂处于完全缩进位置、处于中间位置或者处于完全展开位置而轴向移动。实际上，设有单个伸缩臂的端部的所述测量感测器可以在两个同心半球限定的区域内移动，该两个同心半球分别相应于所述单个臂的最小范围(对应于完全缩进位置)和所述单个臂的最大范围(对应于完全展开位置)。根据本发明的该装置允许以非常经济的部件和节省的空间来进行三维测量这是因为仅仅使用了单个铰接臂。此外，因为它非常紧凑，因此易于在支承装置上移动，根据为伸缩杆选择的行进长度，它适用于根据支承组件非常易变的不同距离，特别是高度的点的测量在目的在于损坏车辆检测台上的测量设备的应用中，根据本发明的测量装置适用于多种车辆配置。本发明的其它的特点和优点将结合下面的描述和附图，在实施例中更清晰地呈现。
将参考下面的附图，其中图1是根据本发明的三维测量装置的一个实施例的示意性立体图，用来观察其部件的各种平移和旋转运动；图2是调整平台的平面图，根据图1的测量装置将被安装在该调整平台上；图3是安装在根据图2的调整平台(支承组件)上的根据图1的三维测量装置的立体图；图4a_4b是具有(图4a)和不具有(图4b)保护盖的根据图1的测量装置的更详细立体图；图5是根据图4a_4b的装置的一些部件的分解图，其示出了将板安装在基台上以及将伸缩臂安装在板上的方法；图6是根据图4b的装置的截面图；图7示出根据图6的视图的细节，显示基台、旋转板和单个伸缩臂的底端。所有的附图都是为了便于阅读的示意性视图而不必是等比例视图，所示的每一个元件在所有附图中保持相同的附图标记。
具体实施例方式图1示意性地示出了根据本发明的测量装置1，其将被安装在检测台上，以便测量在车辆部件上的若干点的位置。图1所示的是安装在检测台上的装置。该装置包括单个伸缩臂2，该伸缩臂通过其底端安装在旋转板上，由于其设置在保护盖4的下面而在本附图中不可见，该旋转板自身被安装在基台5上以固定到检测台(通过以下多个图详述的元件)。该单个伸缩臂2在其顶端以已知方式设置有感测器3，并且该单个伸缩臂由几个中空杆2. 1,2. 2,2. 3,2. 4组成，作为例子，这些中空杆具有矩形横截面并且在彼此中滑动。 在该例子中，这些中空杆的数量为四个并且显示为处于它们的最大展开位置。感测器3以已知的方式具有球形头部的形式，在这里通过叉形接头31固定到臂2上。在该实施例中， 头部3相对于臂2可以在两根轴线上枢转它可以围绕如图如所示的叉形接头31的铰接轴线X’枢转。通过滚珠螺杆系统(未示出)，将叉形接头31安装在臂2上允许叉形接头 31枢转四分之一转，头部3还可以围绕垂直于轴线V的第二轴线X”枢转。在该示例中，头部3可以相对于轴线V和相对于轴线X”仅选定一定数量的预定位置，其中被索引的位置由操作者在通过三个传感器cl、c2和c3进行测量之前通知相关联的计算机，如下面所描述的那样。作为选择，假如希望头部3在给定角范围内能够连续地选定角位置，那么头部3可以配备有第四角传感器，其将以已知的方式精确测量该位置(以与传感器cl和c2的角度测量相似的方式，并且从现有技术或例如前述文献W02006/000630A1 中所描述的铰接臂所知)。可选地，头部3可以具有细长的形状或具有点的形式。首先，旋转板被安装到基台5上以能够相对于基台在平面P内围绕轴线Z旋转一个角度Φ。其次，单个臂2的底端铰接在旋转板上，以使臂可以围绕正交于轴线Z的轴线X在垂直于平面P的平面P’内枢转角度θ，该平面P包含基台5及其旋转板。最后，单个臂2的顶端能够延伸一个长度P，该长度在臂处于完全缩进位置(如图 4a、4b所示)时的最小值与臂处于完全展开位置(如图1所示)时的最大值之间变化。因而，一旦基台5固定到检测台后，感测器3可以通过包含基台5的参考系中的极坐标在固定参考系中进行空间定位，以测量角度Φ和θ以及长度ρ。图2示出了支承组件，或检测台6，根据本发明的装置1的基台5固定在该检测台上。图3是图2的补充，透视地示出了该装置在该检测台上的安装。该检测台包括机器表面8，该机器表面在其整个长度上贯穿有若干孔9，这些孔用于通过设置在杆上的未示出的突出元件定位纵向杆10和横向杆10’。横向和纵向杆自身设置有孔9’以按如下所述与该装置1对中。该装置1通过在所述装置1和所述支承组件6之间协作的对中部件和保持部件与支承组件6的选定位置相关联，以便将该装置的基台定位和保持在其支承组件上，用于支承组件上的基台的每一次可能的定位。在该实施例中，通过以下方式(由图3和图5、6、7示出)得以实现测量装置1的基台5可以沿着每根杆10和10’移动。基台5设置有与支承组件面对面对中的部件，该对中部件包括能够与设置在支承组件6上的孔9’协作的对中销11。在该示例中，基台5设有分布在其底面上方的固定对中销11，这里数量以示例方式是四个。根据选定的位置，通过将这四个定位销11插入杆10’ 的四个孔9’中可以相对于纵向杆10或横向杆10’进行定位。基台5还设置有保持在支承组件6上的部件，该保持部件包括能够与设置在支承组件6上的杆10和10’的金属表面协作的磁体12。在该示例中，一旦通过其定位销对基台5进行定位，该基台通过螺栓连接固定到其底面的磁体而保持就位到金属制成的杆10和 10’，该磁体在图5中标记为12。图3还示出了设置在检测台上方的本体部C，抵靠该本体部C的测量头部3手动布置在指定点上以进行测量(参考点可以采取孔或洞的形式以帮助感测器3的球形头部定位)。图4a、4b显示了具有和不具有保护盖的本发明的测量装置，其中单个伸缩臂2处于缩进位置。根据图如的保护盖3具有径向槽13以允许单个臂2摆动，从而使其能够根据预定角度范围自由枢转。盖4因而在不影响其运动的情况下保护用于安装和铰接单个臂 2的元件免受冲击和灰尘的影响。下面将结合图4b到图7描述根据本发明的装置的其余部分的说明，并且对最重要的部件作详细描述。这些附图示出了旋转板14，该旋转板可旋转地安装在基台5上，单个伸缩臂2以如下方式铰接在旋转板14上单个伸缩臂2的第一端(这里是底端)包括铰接在旋转板14 上的耳轴16上的铰接叉15。这种通过铰接叉的安装对旋转板14上的单个臂2施加的力提供更好的分布。在安装位置，铰接叉15的每一个分叉设有与设置在耳轴16中的孔相一致的孔，以通过贯穿固定部件将叉安装在耳轴上。一方面，这些固定部件是常规的固定部件，例如螺栓 17。然而，另一方面，固定部件之一包括杆18，在该杆上安装有第二传感器c2，以确定摆动的伸缩臂的旋转角度θ，因而该杆18同时具有两个功能，即，将单个伸缩臂2安装在耳轴 16上以及作为传感器c2的基准以使其可以测量单个臂2围绕轴线X的旋转幅度。通过以第一轴线Z为中心的球轴承系统安装板14从而基台5上旋转，在图7中有更详细地图示。该球轴承系统包括以第一轴线Z为中心的中心旋转接头19，其机械地接合到基台5并且由自身机械接合到旋转板14的球轴承座圈20覆盖。板14接纳球轴承(夹持安装在板14上)。座圈20的作用是保持板14抵靠在球23上(图5)，从而确保该板14 接合到球轴承，最好是围绕轴线Z旋转。球轴承的细节，本身是已知的，在此不再说明。该中心旋转接头19包括穿过球轴承座圈20的中心杆21，用于确定板14围绕轴线 Z的旋转角Φ的第一传感器cl安装在该杆上。还设置有可任选的辅助球轴承系统以确保在基台5和旋转板14之间保持恒定距离，从而确保严格平行。该系统在图5和7中可见， 包括贯穿有若干孔的环22，该环与基台5面向旋转板14的表面上存在的槽M通过设置在环与槽之间的一组球23协作。该组球23由环22上的孔定位并且通过适当的夹持保持就位。该辅助手段避免了板14相对于基台5的任何扭曲，并且确保轴线Z的固定，这里是垂直状态。第三传感器c3安装在单个伸缩臂2的第一端(这里是底端)附近。其用来测量臂的延伸P，并且包括在其上缠绕带条的鼓轮，其另一端靠近伸缩臂的第二端固定，复位弹簧(这里不详细描述这些元件)安装在其内。布置传感器c3以使带条在单个伸缩臂2展开时旋转鼓轮，同时退绕并使弹簧压缩，当臂折叠时，带条通过所述弹簧的放松而重绕在鼓轮上。在操作模式下，测量装置与未示出的计算机相关联，以能收集和处理传感器cl、c2和c3确定的测量数据。例如便携式计算机通过电缆装置，或者更便利地通过无线通讯装置 (具体地可以是蓝牙类型)连接到该装置的传感器。测量按如下方式进行，如图3所示一旦该装置被固定并定位在支承6上，操作员将测量装置1定位在杆10或10’中的一个上，并将该装置1在杆10或10’的位置告知计算机。操作员通过延伸单个伸缩臂2将感测器3的头部移动到待测物上的点附近。然后操作员调整头部3在车体上的参考点上的定位，该参考点在任何测量之前选定，头部3相对于单个臂2的位置为最适合的位置，相对于轴线V或X”枢转头部3到必要的位置。操作员从被索引的大量可能位置中将头部3相对于单个臂2的选定位置告知计算机，以便于计算机利用这些数据，然后操作员手动触发三个传感器cl、c2和c3同时测量。手动触发装置能以已知的方式，通过在装置本身、更具体地在单个臂2或盖4上的按钮(未示出)来实现， 或通过计算机/电脑控制，或通过远程控制。计算机，这里是电脑，收集测量的数据并进行适当的运算以确定可疑的点的空间坐标。一旦计算完毕，其显示屏显示结果，由电脑本身或由操作员通过基准表将该结果进行比较。总之，本发明提出了一种新颖的三维测量装置，其与现有技术中已知的测量装置相比，同样可靠并且更紧凑。另外，其相对于其支承的保持和定位系统，在车辆维修行业中通常还称为检测台或检测床，避免了对被检测车辆姿态必须分开测量的缺点。本发明还涉及前述该装置对已损坏车辆部件进行说明的变形检测上的应用。本发明并不局限于上述的实施方式它还包括任何可重复的变形、等同手段的替换、上文所述的特性。
权利要求
1.一种三维测量装置，其特征在于，它包括-用于固定到支承组件(6)并且位于第一平面的基台(5)，-安装以便于在基台上围绕与所述第一平面(P)正交的第一轴线(Z)旋转的板(14)， 所述板设有确定所述板围绕该第一轴线(Z)的旋转角度(Φ)的第一传感器(cl)，-摆动单个伸缩臂O)，其第一端围绕与所述第一轴线(Z)正交的第二轴线(X)铰接在所述板(14)上，以便能够在包含所述第一轴线(Z)并且正交于所述第二轴线(X)的第二平面(P’)内摆动，所述单个臂围绕所述第二轴线(X)的旋转角度(θ )由第二传感器(c2)确定，在所述单个伸缩臂的第二端设有测量感测器(3)，并且所述单个臂设有确定平移中所述臂的细长长度(P)的第三传感器(c3)，一旦所述基台固定到支承组件(6)上，所述测量感测器的空间位置通过在包括基台 (5)的固定三维参考系中的极坐标(P、θ、Φ)来确定。
2.根据前述权利要求所述的装置，其特征在于，所述单个伸缩臂O)的第一端包括相对于所述旋转板(14)上的耳轴(16)铰接的铰接叉(15)。
3.根据前述权利要求所述的装置，其特征在于，所述铰接叉(1 的诸臂中的每一个设有孔，以便将所述叉通过对穿固定部件(17)安装到所述耳轴上，该孔在安装位置与在所述旋转板(14)上的耳轴(16)中设置的孔相一致。
4.根据前述权利要求所述的装置，其特征在于，所述固定部件中的一个包括杆(18)， 所述第二传感器(^)安装在所述杆上以便确定所述摆动的单个伸缩臂O)的旋转角度 (Θ)。
5.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，安装所述板(14)，以便借助以所述第一轴线(Z)为中心的球轴承系统在所述基台上旋转。
6.根据前述权利要求所述的装置，其特征在于，所述球轴承系统包括以所述第一轴线 (Z)为中心的中心旋转接头(19)，其机械地接合到所述基台(5)并且由自身机械接合到所述旋转板(14)的球轴承座圈00)覆盖。
7.根据前述权利要求所述的装置，其特征在于，所述中心旋转接头(19)包括穿过所述球轴承座圈OO)的中心杆(21)，所述第一传感器(cl)安装在杆上，以便确定所述板(14) 围绕所述第一轴线(Z)的旋转角度(Φ)。
8.根据权利要求5至7中任一项所述的装置，其特征在于，它包括用于确保保持所述基台(5)与所述旋转板(14)之间的距离恒定的辅助球轴承系统02、23、24)。
9.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述第三传感器(d)安装在所述伸缩臂O)的所述第一端附近。
10.根据前述权利要求所述的装置，其特征在于，所述第三传感器(d)包括在其上缠绕有带条的鼓轮，其另一端靠近地固定在所述伸缩臂O)的所述第二端，并且其中安装有复位弹簧。
11.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述板(14)设有保护盖 G)，该保护盖包括允许所述单个伸缩臂(2)摆动的径向槽(13)。
12.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述测量感测器包括头部 (3)，特别是球形的头部(3)，以铰接的形式相对于所述单个伸缩臂(2)安装，特别是在一个或两个轴线(χ，、χ”)上。
13.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，它与计算机相关联，所述计算机能够采集和处理所述传感器(cl、c2、C;3)确定的测量数据。
14.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述基台( 设有与所述支承组件(6)面对面对中的部件，该对中部件包括能够与设置在所述支承组件上的孔(9’)协作的对中销(11)。
15.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述基台( 设有将其保持在所述支承组件(6)上的部件，该保持部件包括能够与设置在所述支承组件(6)上的金属杆(10、10’ )协作的磁体(12)。
16.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，它包括借助由所述第一、第二和第三传感器(cl、c2、C;3)同步测量的手动触发部件。
17.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，它通过在所述装置(1)和所述支承组件(6)之间配合的对中部件(11、9’ )和保持部件(12、10、10’ )与支承组件(6) 相关联，以确保该装置的基台在其支承组件上的定位和保持，用于在支承组件上的基台的每个可能的定位。
全文摘要
本发明涉及一种三维测量装置，包括用于接合到支承组件(6)的基台(5)；安装以围绕第一轴线(Z)在基台(5)上旋转的板(14)，所述板设有确定板围绕所述第一轴线(Z)的旋转角度(Φ)的第一传感器(c1)；摆动的单个伸缩臂(2)，其第一端围绕与第一轴线(Z)正交的第二轴线(X)可枢转地连接到板(14)，所述臂围绕第二轴线(X)的旋转角度(θ)由第二传感器(c2)确定，在单个伸缩臂的第二端设有测量传感器(3)，以及所述单个臂设有确定所述臂的平移延伸长度(ρ)的第三传感器(c3)，以使一旦所述基台接合到支承组件(6)，测量传感器(3)的空间位置通过在基台(5)构成的固定三维参考系中的极坐标(ρ、θ、Φ)来确定。
文档编号G01B5/004GK102483318SQ201080022105
公开日2012年5月30日 申请日期2010年5月17日 优先权日2009年5月19日
发明者S·约丹 申请人:使力得法国公司