專利名稱：一種包括一個可動測量探針的測量器件的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種包括一個可動測量探針和耦合到測量探針上用來提供測量探針的位置數據的傳感器的測量器件。
一種這種種類的測量器件從美國專利申請no.4,703,443得知，并且能用來測量放置在測量平臺上諸如機械零件等之類的兩維或三維物體的形狀或輪廓。
這種先有技術測量器件包括一個可旋轉安裝在測量平臺上的臂，該臂的長度能改變。臂包括多個分離的、樞軸互連的元件。布置在臂自由端上的是一個測量探針，它同樣樞軸連接到其上。
用來測量彼此相鄰布置的元件之間的角度的角位移傳感器，如電位計，存在于臂的所有支點處，以便確定臂的有效長度，即從支點到其中測量探針與要測量的物體相接觸的點的長度。基于本身已知的各個元件的長度、和在所述元件之間的測量角度，然后有可能借助于簡單的數學計算確定臂的有效長度。以后由臂的長度和角位移借助于基于笛卡爾球或圓柱坐標系的熟知數學公式能確定要測量的物體的兩維或三維輪廓。
在臂的支點處用來確定其長度的較大數量傳感器的存在使得臂較易損壞并且容易失效，特別在使用電位計時。另外，顯然臂的最大長度因為結構原因不可避免地受到限制，從而這種先有技術器件僅適用于測量能放置在測量平臺上的較小物體。
因此本發明的一個目的在于，提供一種為測量放置在測量平臺上的小物體、以及放置在房間中的較大物體而設計的改進測量器件。
根據本發明，因為把測量探針經繩索或金屬絲耦合到用來測量繩索或金屬絲的長度或長度變化的第一傳感器上、和用來測量繩索或金屬絲的角度或角位移的第二傳感器上，已經實現了這個目的。
代之以使用可樞軸運動的臂，根據本發明的器件使用繩索或金屬絲，從而一個單傳感器足以確定繩索或金屬絲的長度或長度變化，并且能提供一種更不易于失效的測量器件。通過使用繩索或金屬絲，也已經克服了關于先有技術可樞軸運動臂的長度的固有限制，作為其結果也有可能測量布置在房間中的較大物體。作為說明，在根據本發明的測量器件的實際實施例中，用具有6米或更長的長度的繩索或金屬絲進行測量。
在根據本發明的器件的實施例中，為了能夠實現由測量探針的位置變化引起的繩索的角度或角位移的準確確定，把第二傳感器耦合到一個細長、可旋轉支撐臂上，在其縱向繩索或金屬絲嚙合臂。
在根據本發明的測量器件的一個最佳實施例中，臂在第一端處耦合到第二傳感器上，并且在第二自由端處提供有一個精確適于繩索或金屬絲的粗細的開口，通過該開口繩索或金屬絲能運動。在金屬絲與開口之間的間隙必須最小，以便盡可能準確地保持臂與繩索或金屬絲共線。
在根據本發明的測量器件的實施例中，臂以這樣一種方式支撐，從而它可在一個想象平面中轉動，特別是用來測量兩維物體。基于臂的測量角度或角位移和繩索或金屬絲的測量長度或長度變化，借助于基于極坐標系的數學計算能準確地確定借助于測量探針掃描的物體的輪廓。
由于尤其是通過臂在所述想象平面中的準確轉動確定這樣一種測量的精度，所以根據本發明的測量器件的另一個實施例的臂以這樣一種方式可轉動地支撐在離開其第一端的某一距離的一點處，從而延伸過支撐點的臂的第一端適當地成形以便平衡臂，或者所述端能裝有用來以希望精度平衡在所述想象平面中的臂的調節裝置。
在根據本發明的測量器件的又一個實施例中，臂例如借助于安裝在臂的第一端上用來可旋轉地支撐臂的球窩接頭空間可轉動地支撐。以這種方式空間可轉動或可旋轉的臂適用于測量三維物體的輪廓，例如基于熟知的球坐標系。
在其下能進行測量的速度尤其依賴于在其下臂能夠跟隨繩索或金屬絲的位置變化的速度。
在本發明的最佳實施例中，臂支撐在具有最小可能啟動力矩，即引起軸承從靜止轉動需要的力矩，的精密軸承中。
在本發明的又一個實施例中，臂由具有低比重的材料，如鋁或塑料，制成，其中把臂進一步設計成包括盡可能少的材料，然而同時保持足夠的機械強度。
為了準確測量由測量探針的位置變化引起的繩索或金屬絲的長度或長度變化，當正在確定探針的位置時，繩索或金屬絲需要足夠拉緊。
根據本發明的一個實施例，再次為了提高測量操作的速度，把第一傳感器耦合到一個張緊和卷起機構上，以便保持繩索或金屬絲在彈簧張力的影響下張緊和自動卷起所述繩索或金屬絲。因而實現足夠張緊繩索或金屬絲以便在所有時刻執行測量，從而能夠準確地確定繩索或金屬絲的長度或長度變化。
在根據本發明的測量器件的一個最佳實施例中，張緊和卷起機構包括一個可轉動支撐卷軸，其外表面裝有一個具有適于繩索或金屬絲的直徑的深度的螺旋槽，并且可動地支撐導向輪，以便以這樣一種方式引導繩索或金屬絲，從而它跟隨卷軸的所述螺旋槽。
張緊和卷起機構的這個實施例防止繩索或金屬絲在纏繞到卷軸上時堆積，這種堆積會把誤差引入到測量中。最后，繩索或金屬絲的長度由卷軸的直徑確定，其中繩索或金屬絲層的堆積事實上對應于卷軸直徑的未知變化。另外，防止繩索或金屬絲在纏繞時作為繩索或金屬絲的幾層一層纏繞在另一層頂部上的結果而變扁。繩索或金屬絲的所述變扁又導致長度變化確定中的未知變化，并因此導致未知測量誤差。
在本發明的最佳實施例中，測量探針在形狀上是細長的，包括一個用來抓住測量探針的把手和一個相對于所述把手可轉動支撐的、對其連接所述繩索或金屬絲的針形端。
通過把繩索或金屬絲連接到可轉動支撐針形端上，實現在測量探針的定位期間在所有時刻繩索或金屬絲在測量探針徑向的延伸。因此，沒有誤差引入到線性測量中，因為金屬絲不會與測量探針的中心和/或與其針形端共線。
特別是為了測量較大物體，其中繩索或金屬絲具有6米或更大的長度，應該選擇盡可能低伸展的材料，因為繩索的伸展使線性測量是不可靠的。顯然，paraleine繩索或paraleine金屬絲對于本發明的目的是足夠抗拉伸的。當然也必須以這樣一種方式選擇張緊和卷起機構的彈簧張力，從而不會引起繩索或金屬絲的有害伸展。
適用于本發明目的的傳感器在實際中本身是已知的。在本發明的一個最佳實施例中，傳感器為脈沖發生器的形式，其中在使用期間發送的脈沖數與繩索或金屬絲或耦合到其上的臂的長度變化或角位移成正比。
根據本發明的測量器件的傳感器和可轉動臂能裝在緊湊、可攜帶殼體中，從此處測量探針和繩索或金屬絲能移動。殼體能放置在一個測量平臺上或在房間中的任何其它點處以便測量相應物體。
在本發明的又一個實施例中，為了便于使用帶有現有計算機設備，如臺式計算機或可攜帶計算機(筆記本式)，的測量器件，測量器件的特征在于，一個連接到傳感器上的處理器件用來處理由傳感器輸送到測量探針的位置數據中的測量信號，并且使所述數據在接口上是適用的。接口最好是與計算機外圍設備一起使用的標準化接口，如本身已知的RS 232等。
在最完整的實施例中，測量器件包括連接到接口上的一個另外的處理器件，如臺式計算機或可攜帶計算機，它提供有用來處理位置數據的適當軟件以便驅動一個用來用圖形表示得到位置數據的器件、和/或用來處理所述位置數據的軟件以便驅動用來直接和自動生產與位置數據相對應的物體的加工設備。適用于該目的的圖形器件或繪圖機和加工設備在工業中本身是已知的。
因此，本發明也提供用來圖形表示測量位置數據的設備，其特征在于測量器件如上述那樣連接到所述處理設備上。
本發明另外涉及根據預定測量數據用來自動生產物體的加工設備，其特征在于測量器件如上述那樣連接到所述處理設備上。
根據本發明的測量器件通過把測量探針定位在研究物體外緣上的一個或多個點處能用來測量物體，其中處理器件自動地、或通過沿要測量的物體外緣連續運動測量探針，產生與所述點相對應的物體的可能輪廓。
例如，當要測量的物體具有本身已知的形狀例如多邊形形狀時，能進行在離散點處的測量。通過把測量探針定位在角點處，能迅速地測量這樣一種物體。在復雜形狀或精確測量的情況下，最好沿要測量的物體的外緣運動測量探針。
在根據本發明的測量器件的另一個實施例中，提供一個包括一個可樞軸運動的圓球或球形頂部，在其中心中連接繩索或金屬絲。這種測量探針特別適用于在要測量物體上的傾翻點，例如在要測量的機架等的情況下，而獨立于探針的位置。
為了校準目的，在測量物體之前把測量探針定位在一個基準點處，其中與所述基準點有關地校準測量。
本發明進一步涉及一種借助于上述測量器件用來測量物體的方法，其中通過運動測量探針得到的測量數據，該數據代表繩索或金屬絲的線性變化和角度變化，經受校正操作，其中有其上纏繞繩索或金屬絲的卷軸的半徑校正、在耦合到繩索或金屬絲上的測量臂中的振動補償、測量點和線濾波及與測量針或測量探針的測量頂部的尺寸有關的偏移校正。
根據本發明的測量器件使得有可能以零點幾毫米的量級非常準確地、和迅速地測量物體，并且測量數據能直接供給圖形設備或繪圖設備以便提供測量物體的圖形表示、和/或加工設備以便直接和自動地生產物體，例如按照DIN ISO代碼。
以后借助于示范實施例更詳細地解釋根據本發明的測量器件。


圖1是根據本發明用來測量兩維物體的測量器件的實施例的示意側視圖。
圖2是圖1器件的示意俯視平面圖。
圖3以放大比例示意表示在根據本發明的器件的一個最佳實施例中臂與繩索或金屬絲彼此嚙合的方式。
圖4、6、7、8和9是根據本發明的測量探針的最佳實施例的示意、部分剖視、立面、和立體視圖。
圖5示意表示在其使用期間根據圖4繩索或金屬絲嚙合測量探針的方式。
圖10是適用于測量三維物體的測量器件的實施例的示意側視圖。
圖11是用在根據本發明的測量器件中的張緊和卷起機構的最佳實施例的示意、立體圖。
圖12是根據本發明的測量器件的簡化電氣布線圖。
圖13是示意表示在根據本發明的測量器件的實施例中各種處理和校正步驟。
圖1以側視圖示意表示根據本發明的測量器件1的一個實施例，測量器件1包括一個梯形形式的殼體2、和一個測量探針3。一個可轉動地支撐在一個精密球軸承6中的臂5，布置在殼體2的上側。臂5在與殼體2的上表面4平行的想象平面中在順時針方向和逆時針方向轉過一個360°±20°的角度。臂5支撐在說明實施例中的殼體2的中心中。
其中可轉動地支撐臂5的支撐點7，連接到一個用來測量臂5在所述想象平面中的角度或角位移的傳感器8上。一根連接到測量探針上的繩索或金屬絲11從臂5的自由端9延伸。
繩索或金屬絲11通過臂5和支撐點7延伸到一個張緊和卷起機構12，機構12包括一個偏置的、其上纏繞繩索或金屬絲11的卷軸13。在卷軸13上的彈簧張力作用以在殼體2的方向上把一個恒定力施加到繩索或金屬絲11上。
連接到所述張緊和卷起機構12上的是一個用來測量卷軸13的角位移的傳感器14，該角位移是繩索或金屬絲11到測量探針3的長度的指示、或由測量探針3向殼體或遠離其的運動造成的繩索或金屬絲11的長度變化。
虛線15示意指示布置在殼體2內的電子供給和處理設備。
圖2是根據圖1的測量器件的梯形殼體2的上表面4的視圖。
臂5配置有一個靠近其支撐點7的加寬部分，并且臂5的另一端10在遠離支撐點7的方向上延伸過一定距離，以便實現臂5在想象平面中的精確平衡。臂在端10處的部分關于其重量如此定尺寸，從而臂5作為整體在與殼體的上表面4平行的想象平面中保持在精確平衡中。如果希望，臂5的端10可以提供有用于臂5的精確平衡的調節裝置(未表示)。
圖3是臂5的較大比例的側視圖。臂5在其自由端9處提供有一個開口16，通過開口16繩索或金屬絲11延伸。最好，開口16如此配置，從而污物在繩索或金屬絲纏繞到卷軸13上之前從繩索或金屬絲11上剝落。臂5靠近支撐點7提供有一個導向輪17，該導向輪以這樣一種方式布置，從而繩索或金屬絲11精確地延伸過臂5的支撐點7的中心。
為了準確測量由測量探針3的運動造成的繩索或金屬絲11的角度或角位移，根本在于臂5盡可能與繩索或金屬絲共線。為了實現這點，開口16的直徑必須精確地適于繩索或金屬絲11的直徑。在一個實際實施例中，使用在繩索或金屬絲11與開口16之間的0.1mm量級的間隙。通過使用耦合到臂5的自由端9上的一個塑料零件18，在該零件中開口16存在，由開口16的磨損或加寬引起的在臂5與繩索或金屬絲11之間的對齊的偏差，通過裝配一個零件18能容易地克服。
臂5的構造必須盡可能重量輕，這根據本發明通過由輕重量的材料，如鋁或塑料，制造臂5、和通過設計把臂設置成需要最小量的材料實現。然而，在臂的縱向上的足夠機械剛性必須保持，以便對齊臂和繩索或金屬絲11并且使臂5在與測量器件的上表面4相平行的想象平面中盡可能準確地轉動。
在本發明的實施例中，為了進一步盡可能低地保持臂5的啟動力矩，使用精密軸承，如本身已知的球軸承，其中為了較高的精度和準確度已經選擇球和軸承杯。另外，使用低粘度潤滑劑。這些措施導致啟動力矩，即把臂5從靜止置于轉動中需要的力小于0.03Ncm。為了測量繩索或金屬絲11的較小角位移需要小啟動力矩，特別是在其較大長度的情況下。在根據本發明的測量器件的實際實施例中，臂5具有20-30cm的長度。
圖4部分以剖面和部分以截面表示根據本發明的測量器件的測量探針3的實施例。測量探針3在形狀上是細長的，并且它包括一個用來保持測量探針3的把手20和一個可轉動地支撐在把手20中的測量針21。
如在圖中能看到的那樣，測量針21安裝在一個保持架22中，保持架22通過軸23和球軸承24嚙合在把手20中的孔25中。最好，按表示的那樣使用雙軸承24。繩索或金屬絲11靠近保持架22和測量針21連接。
為了能夠容易實現測量探針3在物體30的外緣31上的定位，測量針21設計成具有一定長度，并且形成一個垂直延伸到測量針21的支撐表面26，以便盡可能垂直于要測量的物體30的表面32定位針。
如在圖5中示意表示的那樣，由于在測量針21的軸承中相對于測量探針3的把手20的可轉動支撐，保證在所有時刻繩索或金屬絲11與測量針3的半徑對于測量針21在一條直線中，以便防止由在縱向樞軸運動的測量針3造成的測量誤差。這在其中繩索或金屬絲11固定連接到測量探針3的把手20上的情況下可能出現，如在圖5中由虛線29表明的那樣。線29指示當所述繩索或金屬絲固定地，即不通過樞軸部分，連接到測量探針3時繩索或金屬絲的路徑，并且測量探針3保持貼緊物體，同時繞其軸在縱向樞軸運動。
熟悉本專業的技術人員將認識到，繩索或金屬絲11必須由盡可能低伸展的材料制成，以便也能夠探測長度的較小變化，特別是當繩索或金屬絲11非常長時。顯然低伸展鋼絲和例如所謂的paraleine繩索具有適于本發明目的的特性。具有1mm直徑的paraleine繩索或金屬絲擁有1 daN、在3 daN下0.4％及在10 daN下0.9％的抗拉應變。當然也能使用其它類型的繩索或金屬絲，并且必須適當地選擇張緊和卷起機構12的彈簧張力。
圖6是根據本發明的測量器件的測量探針33的另一個實施例的立體平面圖。像測量探針3，測量探針33在形狀上是細長的，包括一個用來保持測量探針33的把手34、一個可轉動地裝在把手34中的測量針35、及一個近似半圓形平臺36。半圓形平臺36的直徑大于把手34的直徑。一個環37可轉動地連接到在靠近測量針35和平臺36布置的測量針33的端部處的把手34上。環37包括一個突出部分38，其中固定繩索或金屬絲11，例如通過夾緊在其中。
測量針35和平臺36能以參照測量探針3的上述相同方式支撐在把手34中。能使用足夠精確和適于本發明目的的任何類型的軸承，如圓柱滑動軸承等。
如參照圖5已經解釋的那樣，由于相對于測量探針33的把手34的測量針35、平臺36和環37的可轉動軸承，保證繩索或金屬絲11在所有時刻與測量探針33的半徑在一條直線上。
帶有其半圓形平臺36的測量探針36特別適于通過沿輪廓的外緣運動測量針35測量物體30的輪廓，其中平臺36安置在所述物體的一個表面上。
圖7是用在根據本發明的測量器件中的一個測量探針39的又一個實施例的示意立體圖。測量探針39關于其結構基本上與測量探針33相同，不同之處在于，一個可更換的、帽狀測量針40裝配在測量針35上方。
圖8是測量探針33的部分剖視和部分立面的示意視圖，其中清楚地表示帽狀測量針40。測量針40包括帶有一個圓邊緣和一個有圓形頂部的中央、細長圓柱形突出部分42的圓形盤41，它特別打算用于沿具有粗糙表面的物體的測量，以便防止測量針35受損壞。
測量探針39再次特別適用于測量物體的輪廓，它具有一個由突出部分42的尺寸確定的固定偏移。
圖9是根據本發明的測量器件的測量探針43的又一個實施例的示意立體圖，包括一個具有球形頂部45的圓錐形測量針44，它可轉動地支撐在把手34中。球形頂部45在其一個實施例中具有約3mm的直徑，其中繩索或金屬絲11精確地在球形頂部45的中心中終止。測量探針43特別適用用作所謂的“指針”，以便在要測量物體的角部中測量，例如像門框或窗框。由于可轉動地支撐頂部45的事實，把手34的位置不會影響測量。
依據要測量物體的特定形狀，為了與根據本發明的測量器件一起使用能開發另外的測量探針，這些探針認為都包括在本專利申請中。
圖10表示根據本發明的一種測量器件50的一個實施例，包括一個梯形殼體54、在其一個上表面55上布置一個可擺動支撐臂56。
在表明的實施例中，臂56在一端處提供有一個球接頭57。
耦合到球接頭57上的是一個能夠測量臂56在兩個自由度中，例如在平行于殼體54的上表面55的想象平面中，如借助于彎曲箭頭51指示的、和在垂直于上表面55的想象平面中，如借助于彎曲箭頭52指示的，的轉動的傳感器58。
測量器件50進一步包括一個連接到繩索或金屬絲11上的測量探針，例如像測量探針33；和一個相聯的張緊和卷起機構12、13，包括一個用來測量距離或距離變化的傳感器14，如由箭頭53指示的和在上文中描述的那樣。
用測量器件50能準確地測量物體的三維輪廓。也在這種情況下，球接頭57的啟動力矩必須盡可能的小，這能通過認真選擇使用的軸承零件和潤滑劑實現，如在上文中已經解釋的那樣。
像測量器件1，測量器件50具有這樣的優點，它能設計成一個可攜帶的、可運輸的單元，以便測量例如放置在測量臺上的較小物體、或在空間中存在的較大物體圖11是用來纏繞和纏開繩索或金屬絲11的張緊和卷起機構60的一個最佳實施例的示意、立體圖，如參照圖1的張緊和卷起機構1在上文中已經解釋的那樣。
張緊和卷起機構60包括一個近似正方形的、箱形機架61，包括一個底部62，靠近其角部點布置可轉動支撐的導向輪或導向輥63、64、65和66。導向輪63、64、65和66在其相應支撐軸70、71、72和73的方向上是可運動的。
一個卷軸67可轉動地安裝在導向輪之間的軸承中。機架61靠近一側提供有一個開口68，該開口連接到在從61在向外方向上延伸的出口69上。繩索或金屬絲11分別通過出口69和開口68、通過導向輪63、64、65和66延伸到卷軸67。
在表明的實施例中，一個槽74存在于卷軸67的外表面中，該槽的深度適應繩索或金屬絲11的直徑，以便防止繩索或金屬絲11的直徑變形。卷軸67另外提供有彈簧裝置(未表示)用來在彈簧張力下纏繞和纏開繩索或金屬絲11。張緊和卷起機構12的操作如下。
經開口68能運動進或運動出機架51的繩索或金屬絲11，經在其相應軸70、71、72和73的縱向上可運動的可轉動支撐導向輪63、64、65和66以這樣一種方式導向，從而繩索或金屬絲11跟隨卷軸67的螺旋槽70。這防止繩索或金屬絲11在纏繞到卷軸67上時堆積，這種堆積在測量中引入誤差。最后，基于卷軸67的轉動程度確定繩索或金屬絲11的長度。這意味著必須知道卷軸67的準確直徑。繩索或金屬絲11的層在卷軸67上的堆積事實上與卷軸67的未知直徑變化相對應，作為其結果，由卷軸67的轉動程度已不能再準確地確定拉出繩索或金屬絲的長度。
使用張緊和卷起機構60的另一個優點在于，它防止繩索或金屬絲11在纏繞時作為幾層繩索或金屬絲11一層纏繞在另一層頂部上的結果而扁平。繩索或金屬絲11的扁平又導致其長度確定的偏差，并因而導致未知測量誤差。
適用于本發明目的用來測量角度或角位移的傳感器在實際中本身是已知的。盡管電位計能用于該目的，但例如本發明的最佳實施例采用脈沖發生器形式的傳感器。由此利用一個可轉動布置盤，該盤提供有在轉動時中斷光束的標記。由此產生的脈沖指示盤的轉動程度，由此根據在標記之間的空隙能容易地計算角位移或長度變化。當然，也能使用其它適當的脈沖發生器，如采用滑動觸點的脈沖發生器。然而，為了本發明的目的，希望使用具有最小量機械摩擦的傳感器。布置在殼體中的電氣元件15提供來自傳感器的測量信號至測量探針的位置數據的適當轉換，以便例如驅動用來圖形表示用根據本發明的測量器件得到的位置數據的繪圖機、或其它設備，或用來驅動用來生產與位置數據相對應的物體的加工設備。
圖12是根據本發明的測量器件的電子元件15的、還有其對于臺式計算機或可攜帶計算機(筆記本式)75和對于加工設備和/或繪圖機76的連接的簡化電氣方塊圖。
電子元件15包括一個例如微處理器形式的處理器件80，對其連接一個顯示單元81(也見圖2)、一個通過金屬絲或通過遠程控制通信的控制板82、一個例如可更換電池形式的電源83(也見圖2)、一個通/斷開關84、一個與一個輸入單元87通過無線遠程控制通信的無線電收發機單元88、及傳感器8、14和58。
依據使用的繩索或金屬絲11的類型，其長度也受環境條件影響，如溫度和濕度級。為了校正這些影響，提供適當的傳感器86，如溫度傳感器和濕度傳感器，并且處理器件80包括用來依據測量溫度和濕度級校正繩索或金屬絲11的計算長度變化的適當軟件。
處理器件80把從傳感器8、14和58接收的信號轉換成來自測量探針的位置數據，并且使該數據可在接口85，最好是標準化計算機接口，例如型號RS 232等，上得到。適用于該目的的軟件在實際中是已知的，并且不需要進一步解釋。
使在接口85上可得到的位置數據能借助于裝有用來驅動繪圖機或加工機械76的適當軟件的臺式計算機或可攜帶計算機75處理。如果希望，為了邏輯和項目管理目的、采購等，也能直接使用測量數據。適于這種目的的軟件本身是可買到的。
盡管根據本發明的測量器件可以為分離單元的形式，以便連接到臺式計算機或可攜帶計算機、及圖形或繪圖設備和/或加工設備上，但本發明也提供一種測量器件，其中臺式計算機或可攜帶計算機和測量器件的功能組合成一個單元，其中所述單元也可以集成在圖形或繪圖設備中，但也可以集成在用于直接生產測量物體或產品的加工設備、項目管理、采購等中。
在上文中所討論的根據本發明的測量器件適用于例如通過把測量探針3、43定位在物體外緣上的離散點處，例如在本身已知的多邊形的角點中、或通過借助于測量探針3、33、39連續跟隨要測量的輪廓或外緣，測量物體。
在第一種情況下，當一個測量探針3、43已經定位在要測量的物體的特定點處時，提供用來存儲來自傳感器的測量數據的裝置，例如在測量探針3上的一個按鈕27，它與處理器件80通過電氣、射線照相、聲學或光學裝置、或分離的輸入單元87通信，借助于輸入單元87能把登記命令傳送到處理器件80。
為了連續的輪廓測量，處理器件80在通過測量探針3、33、39的指針的正常運動時，以足以測量在0.1mm量級的非常小偏差的速度定期查詢傳感器8、14、58。在一個實際實施例中，執行約2000次測量/秒。
為了精確測量，另外最好在測量物體之前把測量探針定位在用于測量校準的基準點處。
同樣為了校準和對準目的，測量器件1的殼體2，如圖1中所示，提供有調節支腳46和47。借助于所述調節支腳，殼體1例如能在水平或垂直方向準確地與要測量的物體對準。
在根據本發明的測量器件的一個甚至更高級的實施例中，所述測量器件包括一個對準系統48，例如一個激光控制對準系統。顯然，對準僅適用于限于在一個兩維平面中測量的測量器件，如測量器件1。另一方面，測量器件50，如圖10中所示，不必包括對準裝置46、47、48，因為這種測量器件50適用于三維測量。
如在上文中已經解釋的那樣，要由處理器件80處理的數據流包括與繩索或金屬絲11的長度和臂5、48的角位移有關的數據。該數據由傳感器8、14、58以原狀提供。所述數據的進一步處理包括幾個處理和校正步驟。
圖13示意表示在處理器件80的控制下、在根據本發明的測量器件的實施例中的各種處理和校正步驟。方塊“A”、“B”和“C”指示彼此相對應的點。
方塊101-讀出計數器脈沖卷軸轉動，涉及根據卷軸13、67的轉動程度借助于傳感器14，它在本發明的最佳實施例中為脈沖發生器的形式，確定繩索或金屬絲11的長度。卷軸13、67轉動的轉數和摩擦力由加法器-減法器的瞬時登記和一個代表每個完整轉的脈沖數量的常數確定，方塊102-計算卷軸轉動。纏開繩索或金屬絲11的長度與卷軸13、67的轉數成正比。然而，從繩索或金屬絲11的彎曲點到卷軸13、67的接觸點的距離不是恒定的。纏繞到卷軸13、67上的金屬絲越多，該距離變得越大。金屬絲的這種添加(內部)長度在方塊103-卷軸半徑校正，中補償。
另外，在測量器件1的情況下，測量點可以位于其中臂5轉動的平面外部。高度差，即在其中臂5轉動的平面與一個通過測量點與其平行的平面之間的距離，由用戶輸入。這種高度差在方塊104-高度校正，中補償。
傳感器8、58供確定臂5、56的角位移之用，這些傳感器同樣為脈沖發生器的形式。也是在這種情況下，脈沖數借助于加法器-減法器存儲，方塊105-讀出計數器脈沖測量臂轉動。
測量探針的運動把繩索或金屬絲11置于振動。這種振動導致臂5、56的搖擺運動，并因而導致潛在的測量誤差。動態地測量這種搖擺，并且把測量值用于進行校正，方塊106-補償臂振動。
在極坐標系中已經測量的、如此得到的數據，在方塊107中轉換到直角坐標系中。這樣做是因為可買到的處理軟件主要基于直角坐標系。適用于該目的的轉換軟件本身在實際中是已知的。熟悉本專業的技術人員將認識到，當然，通過處理在極坐標系中的結果能省去這種轉換。
方塊108和109提供轉換數據的濾波，其中方塊108-點濾波器，是可操作的用來濾出間隔不夠遠的連續測量點。在連續點位于一條直線上的情況下，在給定公差內，在方塊109-線濾波器中，同樣濾出中間點。代之以使用基于直線的逼近，也有可能使用基于短弧線部分的逼近。
作為測量探針21、35、42或球形頂部45的有限直徑的結果，測量的輪廓或位置不是準確的輪廓或位置，而是在測量針、或頂部的直徑一半的距離上向左或向右偏離的輪廓。用戶需要輸入要測量的輪廓或位置是定位到測量器件的左邊還是右邊。測量值以后在方塊110-偏移校正中校正。
另外，用戶能在方塊111中指示轉動和變換測量，以該方式測量必須定位在直角坐標系中。例如原點為第一還是為最后測量點，x軸在什么方向上延伸，即從第一到第二和下個測量點等。
在測量期間，數據存儲在測量器件的主存儲器中。一旦完成測量并且已經執行所有操作，就把如此得到的數據存儲在一個備用存儲器中，方塊112-數據存儲。
在定標和變換之后，測量數據以這樣一種方式顯示在屏幕81上，從而所有測量點能顯示在屏幕上，方塊113-在屏幕上顯示數據。
為了使用從測量器件得到的數據，所述測量器件能通過一個接口85連接到一個計算機上，如個人計算機、筆記本電腦75或其它計算機，其上所謂的主程序運行。借助于這種程序，能把測量數據供給到一個處理器件76以便進一步處理，方塊114-用主程序把數據“加載”到PC。
盡管在上文中借助于根據本發明的測量器件的示范實施例已經解釋了本發明，但要認識到，發明性概念能以在如下權利要求書范圍內的幾種方式實現。
權利要求
1.一種測量器件，包括一個可動測量探針和耦合到測量探針上用來提供測量探針的位置數據的傳感器，其特征在于，測量探針經一根繩索或金屬絲耦合到一個第一傳感器上以便測量繩索或金屬絲的長度或長度變化，和連接到一個第二傳感器上以便測量繩索或金屬絲的角度或角位移。
2.根據權利要求1所述的測量器件，其特征在于，第二傳感器耦合到一個細長、可轉動支撐臂上，在其縱向繩索或金屬絲嚙合所述臂。
3.根據權利要求2所述的測量器件，其特征在于，臂在第一端耦合到第二傳感器上，并且在第二自由端處提供有一個精確適應繩索或金屬絲粗細的開口，穿過該開口繩索或金屬絲能運動。
4.根據權利要求2或3任一項所述的測量器件，其特征在于，臂以這樣一種方式支撐，從而它可在一個想象平面中轉動。
5.根據權利要求4所述的測量器件，其特征在于，臂可轉動地支撐在離開其第一端某一距離的一個點處，用來把臂平衡在所述想象平面中。
6.根據權利要求2或3所述的測量器件，其特征在于，臂被空間可轉動地支撐。
7.根據權利要求6所述的測量器件，其特征在于，臂借助于一個球形物或球可轉動地支撐在其第一端處。
8.根據權利要求2-7任一項所述的測量器件，其特征在于，臂支撐在具有最小可能啟動力矩的精密軸承中。
9.根據權利要求2-8任一項所述的測量器件，其特征在于，臂由重量輕的材料制成。
10.根據以上權利要求任一項所述的測量器件，其特征在于，第一傳感器耦合到一個用來在彈簧張力影響下保持繩索或金屬絲張緊和用來自動卷起所述繩索或金屬絲的張緊和卷起機構上。
11.根據權利要求10所述的測量器件，其特征在于，張緊和卷起機構包括一個可轉動支撐卷軸，其外表面裝有一個具有適應繩索或金屬絲的直徑的深度的螺旋槽；和可動支撐的導向輪，用來以這樣一種方式導向繩索或金屬絲，從而繩索或金屬絲跟隨卷軸的所述螺旋槽。
12.根據以上權利要求任一項所述的測量器件，其特征在于，測量探針在形狀上是細長的，包括一個把手，用來抓住測量探針；和一個針形端，相對于所述把手可轉動地支撐，對該端連接所述繩索或金屬絲。
13.根據權利要求1-11任一項所述的測量器件，其特征在于，測量探針在形狀上是細長的，包括一個把手，用來抓住測量探針；和一個圓球或球形頂部，相對于所述把手可轉動地支撐，在所述圓球或球形頂部的中心中把所述繩索或金屬絲連接到其上。
14.根據以上權利要求任一項所述的測量器件，其特征在于，繩索或金屬絲由盡可能低伸展的材料，如低伸展鋼絲、paraleine繩索或paraleine金屬絲，制成。
15.根據以上權利要求任一項所述的測量器件，其特征在于，第一和第二傳感器布置為脈沖發生器，其中在使用期間輸送的脈沖數量分別與繩索或金屬絲的長度變化和角位移成正比。
16.根據以上權利要求任一項所述的測量器件，其特征在于，處理器件連接到傳感器上，以便把由傳感器輸送的測量信號處理成測量探針的位置數據，并且使所述數據可在接口上得到。
17.根據權利要求16所述的測量器件，其特征在于，一個另外的處理器件連接到接口上，如臺式計算機或可攜帶計算機上，它裝有用來處理位置數據的軟件，以便驅動用來圖形表示得到位置數據的器件。
18.根據權利要求16所述的測量器件，其特征在于，一個另外的處理器件連接到接口上，如臺式計算機或可攜帶計算機上，它裝有用來處理位置數據的軟件，以便驅動用來生產與位置數據相對應的物體的加工設備。
19.一種用來圖形表示測量的位置數據的器件，其特征在于一種根據權利要求1-18任一項所述的測量器件，它連接到所述器件上。
20.用來根據預定測量數據自動生產物體的加工設備，其特征在于一種根據權利要求1-18任一項所述的測量器件，它連接到所述加工設備上。
21.一種借助于根據以上權利要求任一項所述的測量器件來測量物體的方法，其特征在于，測量探針定位在要測量物體的外緣上的一個或多個點處。
22.一種借助于根據權利要求1-21任一項所述的測量器件來測量物體的方法，其特征在于，測量探針沿要測量物體的外緣運動。
23.根據權利要求21或22所述的方法，其特征在于，為了校準測量的目的在測量物體之前把測量探針定位在一個基準點處。
24.根據權利要求21、22或23所述的方法，其特征在于，通過運動測量探針得到的測量數據，該數據代表繩索或金屬絲的線性變化和角度變化，經受校正操作，其中有其上纏繞繩索或金屬絲的卷軸的半徑校正、在耦合到繩索或金屬絲上的測量臂中的振動補償、測量點和線濾波及與測量針或測量探針的測量頂部的尺寸有關的偏移校正。
25.根據權利要求24所述的方法，其特征在于，把測量數據處理成直角坐標系。
全文摘要
本發明涉及一種測量器件(1)，包括一個可動測量探針(3)和耦合到測量探針上用來提供測量探針(3)的位置數據的傳感器(8、14)。測量探針(3)經一根繩索或金屬絲(11)耦合到一個第一傳感器(14)上以便測量繩索或金屬絲(11)的長度或長度變化，和連接到一個第二傳感器(8)上以便測量繩索或金屬絲(11)的角度或角位移。得到的位置數據能圖形表示，和/或用來驅動自動加工設備以便生產與測量數據相對應的產品。
文檔編號G01B5/004GK1402828SQ00816444
公開日2003年3月12日 申請日期2000年11月2日 優先權日1999年11月3日
發明者安東紐斯·J·詹森 申請人:西奧多勒斯·威廉默斯·安東紐斯·科內利斯·布洛克斯, 安東紐斯·J·詹森