專利名稱：坐標測量裝置的制作方法
坐標測量裝置
技術領域：
本發(fā)明涉及精密智能化儀器，尤其涉及一種坐標測量裝置。背景技術：
隨著技術的進步，坐標測量機已經(jīng)發(fā)展成為一種集機械、光學、數(shù)控技術 和計算機技術為一體的精密智能化儀器，成為現(xiàn)代工業(yè)檢測和質量控制過程中 不可缺少的測量設備，廣泛用于機械制造、電子、汽車、航天、軍工、模具等 工業(yè)領域。
目前的坐標測量機一般為三坐標測量機。三坐標測量機通常由三個相互垂
直的運動軸X、 Y、 Z建立起一個直角坐標系，其中一個運動軸上設有測頭，測頭 的一切運動都在這個坐標系中進行。測頭的運動軌跡由測球的中心點表示，測 量時把被測零件放在工作臺上，測頭與零件表面接觸，三坐標測量機的檢測系 統(tǒng)可以隨時給出測球中心點在坐標系的精確位置。當測球沿著被測件幾何型面 移動時就可以得出被測幾何型面上各點的坐標值。
現(xiàn)有的三坐標測量機的不足之處在于，三坐標測量機多釆用光柵傳感器， 這種傳感器成本高，從而導致整個三坐標測量機的成本較高。

發(fā)明內容
有鑒于此，有必要提供一種坐標測量裝置，以達到降低成本的目的。 為達到上述目的，提出以下的技術方案
一種坐標測量裝置，包括三個互相垂直的直線測量軸，所述標測量裝置還 包括
設置在所述直線測量軸上的直線型容柵傳感器，所述直線型容柵傳感器測 量被測物的坐標值；
濾波矯正單元，與所述直線型容柵傳感器相連，所述濾波矯正單元對容柵 傳感器的數(shù)據(jù)信號進行波形矯正，對容柵傳感器的時鐘信號進行濾波矯正； 移位寄存器，所述移位寄存器與濾波矯正單元相連，所述移位寄存器由所少
XT'
2,
述時鐘信號觸發(fā)后對所述數(shù)據(jù)信號進行移位采集，得到采集數(shù)據(jù)；
單片機，所述單片機與所述移位寄存器相連并根據(jù)所述采集數(shù)據(jù)獲得被測 物的坐標值數(shù)據(jù)。
優(yōu)選地，還包括旋轉測量軸，所述旋轉測量軸用于將所述三個直線測量軸 轉動，所述旋轉測量軸上設有測量所述旋轉測量軸轉動角度的圓型容柵傳感器。
其中，所述旋轉測量軸設置在所述直線測量軸上。
其中，所述旋轉測量軸轉動設定角度后，所述單片機根據(jù)以下公式計算將 所述被測物的轉動后坐標值數(shù)據(jù)轉換為基準坐標值數(shù)據(jù)
cos (9 —sin 6 0 sin^cos^ 0
、00 i乂
其中，(x, y, z)為基準坐標值，(x', y', z')為轉動后坐標值，9為所述 旋轉測量軸轉動的角度。
優(yōu)選地，還包括模擬控制開關，用于選通一個所述直線型容柵傳感器或圓 型容柵傳感器與濾波矯正單元接通。
其中，所述濾波矯正單元包括
數(shù)據(jù)信號矯正單元，用于對數(shù)據(jù)信號進行波形矯正；
時鐘信號矯正單元，用于對一路時鐘信號進行波形矯正；
時鐘信號濾波矯正單元，用于對另一路時鐘信號進行濾波和波形矯正，保 留時鐘信號的第一個上升沿和最后一個下降沿。
其中，所述移位寄存器為24位計數(shù)器。 其中，所述移位寄存器集成于所述單片機內。
優(yōu)選地，坐標測量裝置還包括USB接口，所述USB接口與所述容柵傳感器、 濾波矯正單元、移位寄存器和單片機相連，用于從計算機上獲取電源。
優(yōu)選地，坐標測量裝置還包括串行通訊接口，所述串行通訊接口與所述單 片機相連，用于通過串行通訊向計算機傳送所述坐標值數(shù)據(jù)。
5從以上技術方案可以看出，坐標測量裝置釆用了容柵傳感器對被測物進行 測量，獲得物體表面的坐標值，傳感器信號經(jīng)過濾波矯正后由移位寄存器進行 移位采集，在單片機上保存坐標值數(shù)據(jù)。由于容柵傳感器的成本較低，因此大 大降低了整個測量機的成本。


圖1為坐標測量裝置的結構框圖2為坐標測量裝置轉動前后的坐標系對比示意圖。
具體實施方式
下面結合具體的實施例及說明書附圖進行詳細的描述。
一種坐標測量裝置，包括三個互相垂直的直線測量軸，直線測量軸上設有 直線型容柵傳感器，參考圖l,三個直線型容柵傳感器與濾波矯正單元相連，濾 波矯正單元與移位寄存器相連，移位寄存器與單片機相連。該單片機還可以與 計算機相連。
直線型容柵傳感器用于測量被測物的坐標值，三個直線型容柵傳感器可通 過模擬控制開關與一個濾波矯正單元相連，當然，也可以每個直線型容柵傳感 器直接與一個濾波矯正單元相連。
模擬控制開關可以按順序輪流選擇其中一個容柵傳感器與濾波矯正單元接 通，將傳感器信號傳遞到濾波矯正單元，不需要每個直線型容柵傳感器都連接 一個濾波矯正單元。
每個容柵傳感器都生成兩個信號數(shù)據(jù)信號和時鐘信號。從傳感器發(fā)出的 信號經(jīng)過濾波矯正單元進行濾波矯正過程，濾波矯正單元還與移位寄存器相連。 濾波矯正單元包括
數(shù)據(jù)信號矯正單元，用于對容柵傳感器的數(shù)據(jù)信號進行波形矯正；
時鐘信號矯正單元，用于對容柵傳感器的第一路時鐘信號進行波形矯正；
時鐘信號濾波矯正單元，用于對容柵傳感器的第二路時鐘信號進行濾波和波形矯正，保留時鐘信號的第一個上升沿和最后一個下降沿，得到一個長時間 高電平的中斷控制信號。
移位寄存器由第二路時鐘信號的高電平觸發(fā)進入移位采集狀態(tài)，然后在第 一路時鐘信號的每個周期對數(shù)據(jù)信號進行移位采集，依次讀取數(shù)據(jù)信號中的數(shù) 據(jù)，直至第二路時鐘信號的低電平到達，才結東移位釆集過程。
移位寄存器可以是24位計數(shù)器，也可以集成于單片機內，由單片機執(zhí)行移
位寄存器的功能。
移位寄存器移位采點得到采集數(shù)據(jù)后，將這些釆集數(shù)據(jù)發(fā)送到單片機。單 片機取得采集數(shù)據(jù)后得到坐標值數(shù)據(jù)，可以通過單片機上設置的串行通訊接口
與計算機進行串行通訊將數(shù)據(jù)傳遞給計算機，串口驅動芯片可由芯片MAX232來 實現(xiàn)。
計算機取得數(shù)據(jù)后，將其存為data格式或pts文件格式，可以被通用三維 設計程序，如pro/e, UG打開，以方便對數(shù)據(jù)進行使用、編輯。
為克服測量死角的問題，在優(yōu)選的實施例中，坐標測量裝置還包括旋轉測 量軸，下面結合旋轉測量軸提供一個較為完整的實施例。
實施例一
本實施例的坐標測量裝置包括三個互相垂直的直線測量軸和一個旋轉測量 軸，旋轉測量軸可將所述三個直線測量軸轉動。直線測量軸上設有直線型容柵 傳感器，用于測量被測物的坐標值；旋轉測量軸上設有圓型容柵傳感器，用于 測量轉動的角度。
四個容柵傳感器可通過模擬控制開關與一個濾波矯正單元相連，濾波矯正 單元與移位寄存器相連，移位寄存器與單片機相連。當然，也可以每個直線型 容柵傳感器直接與一個濾波矯正單元相連。
模擬控制開關可以按順序輪流選擇選通其中一個所述直線型容柵傳感器或 圓型容柵傳感器與濾波矯正單元接通，將傳感器信號傳遞到濾波矯正單元，不需要每個直線型容柵傳感器都連接一個濾波矯正單元。
濾波矯正單元對容柵傳感器的數(shù)據(jù)信號進行波形矯正，對容柵傳感器的時 鐘信號進行濾波矯正，再由移位寄存器進行移位采集數(shù)據(jù)。
移位寄存器移位踩點得到被測物的坐標值數(shù)據(jù)后，將這些坐標值數(shù)據(jù)發(fā)送 到單片機。
坐標測量裝置還可以包括串行通訊接口，該串行通訊接口與單片機及其外 圍電路相連，用于通過串行通訊向計算機傳送所述坐標值數(shù)據(jù)。單片機取得數(shù) 據(jù)后，可以通過單片機上設置的串行通訊接口與計算機進行串行通訊將數(shù)據(jù)傳 遞給計算機。
其中，旋轉測量軸可以設置在任何一個直線測量軸上，比如x直線測量軸、 Y直線測量軸或Z直線測量軸。釆用旋轉測量軸將整個直角坐標系進行轉動之后，
可以進一步擴大測量的范圍，克服測量死角多的問題。
對于旋轉測量軸轉動一定角度后得到的坐標值數(shù)據(jù)，需要將其轉換成沒有 轉動之前的基準坐標。
如圖2所示，設空間有一點A，在坐標系OXYZ中坐標為(x， y, z)，在坐 標系OXT'Z'中坐標為(x'， y'， z'),當坐標系OX'Y'Z湘對坐標系0XYZ轉過e時， 單片機可以根據(jù)以下公式計算將所述被測物的轉動后坐標值數(shù)據(jù)轉換為基準坐 標值數(shù)據(jù)<formula>formula see original document page 8</formula>
其中，(x， y， z)為基準坐標值，(x'， y', z')為轉動后坐標值，e為所述 旋轉測量軸轉動的角度。
本實施例增加了旋轉測量軸后，可以測量物體的全部表面，克服了測量死 角的問題。
實施例二在本實施例中，坐標測量裝置還設有USB接口 ， USB接口與所述容柵傳感器、
濾波矯正單元、移位寄存器和單片機相連，直接從計算機上獲取5V電源，通過 二極管分壓獲得2V電源，供給容柵傳感器等部件。
以上所述實施例僅表達了本發(fā)明的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細， 但并不能因此而理解為對本發(fā)明專利范圍的限制。應當指出的是，對于本領域 的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明構思的前提下，還可以做出若干變形和 改進，這些都屬于本發(fā)明的保護范圍。因此，本發(fā)明專利的保護范圍應以所附 權利要求為準。
權利要求
1、一種坐標測量裝置，包括三個互相垂直的直線測量軸，其特征在于，所述標測量裝置還包括設置在所述直線測量軸上的直線型容柵傳感器，所述直線型容柵傳感器測量被測物的坐標值；濾波矯正單元，與所述直線型容柵傳感器相連，所述濾波矯正單元對容柵傳感器的數(shù)據(jù)信號進行波形矯正，對容柵傳感器的時鐘信號進行濾波矯正；移位寄存器，所述移位寄存器與濾波矯正單元相連，所述移位寄存器由所述時鐘信號觸發(fā)后對所述數(shù)據(jù)信號進行移位采集，得到采集數(shù)據(jù)；單片機，所述單片機與所述移位寄存器相連并根據(jù)所述采集數(shù)據(jù)獲得被測物的坐標值數(shù)據(jù)。
2、 根據(jù)權利要求l所述的坐標測量裝置，其特征在于，還包括旋轉測量軸， 所述旋轉測量軸用于將所述三個直線測量軸轉動，所述旋轉測量軸上設有測量 所述旋轉測量軸轉動角度的圓型容柵傳感器。
3、 根據(jù)權利要求2所述的坐標測量裝置，其特征在于，所述旋轉測量軸設 置在所述直線測量軸上。
4、 根據(jù)權利要求2所述的坐標測量裝置，其特征在于，所述旋轉測量軸轉 動設定角度后，所述單片機根據(jù)以下公式計算將所述被測物的轉動后坐標值數(shù) 據(jù)轉換為基準坐標值數(shù)據(jù)<formula>formula see original document page 2</formula>其中，(x, y， z)為基準坐標值，(x', y', z')為轉動后坐標值，9為所述 旋轉測量軸轉動的角度。
5、根據(jù)權利要求2所述的坐標測量裝置，其特征在于，還包括模擬控制開 關，用于選通一個所述直線型容柵傳感器或圓型容柵傳感器與濾波矯正單元接
6、 根據(jù)權利要求l所述的坐標測量裝置，其特征在于，所述濾波矯正單元 包括數(shù)據(jù)信號矯正單元，用于對數(shù)據(jù)信號進行波形矯正；時鐘信號矯正單元，用于對一路時鐘信號進行波形矯正；時鐘信號濾波矯正單元，用于對另一路時鐘信號進行濾波和波形矯正，保 留時鐘信號的第一個上升沿和最后一個下降沿。
7、 根據(jù)權利要求l所述的坐標測量裝置，其特征在于，所述移位寄存器為 24位計數(shù)器。
8、 根據(jù)權利要求l所述的坐標測量裝置，其特征在于，所述移位寄存器集 成于所述單片機內。
9、 根據(jù)權利要求l所述的坐標測量裝置，其特征在于，還包括USB接口， 所述USB接口與所述容柵傳感器、濾波矯正單元、移位寄存器和單片機相連， 用于從計算機上獲取電源。
10、 根據(jù)權利要求1所述的坐標測量裝置，其特征在于，還包括串行通訊 接口，所述串行通訊接口與所述單片機相連，用于通過串行通訊向計算機傳送 所述坐標值數(shù)據(jù)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種坐標測量裝置，包括三個互相垂直的直線測量軸，還包括設置在所述直線測量軸上的直線型容柵傳感器，所述直線型容柵傳感器測量被測物的坐標值；濾波矯正單元，與所述直線型容柵傳感器相連，所述濾波矯正單元對容柵傳感器的數(shù)據(jù)信號進行波形矯正，對容柵傳感器的時鐘信號進行濾波矯正；移位寄存器，所述移位寄存器與濾波矯正單元相連，所述移位寄存器由所述時鐘信號觸發(fā)后對所述數(shù)據(jù)信號進行移位采集，得到采集數(shù)據(jù)；單片機，所述單片機與所述移位寄存器相連并根據(jù)所述采集數(shù)據(jù)獲得被測物的坐標值數(shù)據(jù)。本發(fā)明采用成本較低的容柵傳感器，降低了整個測量機的成本。本發(fā)明還增加了一個旋轉測量軸，克服了測量死角多的問題。
文檔編號G01B7/008GK101451814SQ20081024126
公開日2009年6月10日 申請日期2008年12月16日 優(yōu)先權日2008年12月16日
發(fā)明者杜如虛, 謝小輝 申請人:深圳先進技術研究院