CN101061897A - 鞋模用三维测量机 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种鞋模用三维测量机，包括测绘工装系统、进给控制系统、机械运动系统和控制PC机；特点为所述的测绘工装系统置于机械运动系统的工作台上作为固定待测绘的样品鞋；进给控制系统是用于控制设备三轴运动的进给方向及速度，使测量时效及精度得到协调；当测绘时，机械运动系统上的针式测头将测针接触到固定于测绘工装系统的样品鞋上的相应部位以采集样品的表面位置坐标，每次测针接触样品的瞬间，测头能迅速向数显表发送一个脉冲信号，数显表接收到脉冲信号后，将把每次触发瞬间的位置坐标记录并编码发送往控制PC机；通过控制PC机其上的转换软件还原出一个与固定在测绘工装上形状相同的样品鞋三维模型；具有测量快速、准确等优点。

Description

鞋模用三维测量机

所属技术领域：

本发明涉及一种三维测量机，尤其属于一种鞋模用三维测量机以及测量方法。

背景技术：

我们知道，运动鞋是每个国家一种必不可少的生活用品之一，更是我国东南沿海经济发达地区的一个支柱产业，每年可为我国创汇数以亿计。鞋模是鞋业生产中一个重要的装备，其模具品质、生产周期、成本高低对运动鞋的生产效率、新品开样速度、产品价格性能的市场竞争力有着直接的联系。我国现在已经是一个鞋业生产大国，但不是技术大国。鞋模的生产技术及流程急需完善提高，特别是近十年随着大量国际著名品牌的涌入，对我国的鞋业发展提出了更为严峻的挑战，特别是对样品鞋外观的快速精确造型能力上。

运动鞋的研发生产过程国际上通用的做法大致为：1)市场调研；2)整鞋外观平面素描创意设计；3)用代木等材料手工雕刻出符合人机工程学、外观新颖美观的样品鞋底模型；4)鞋面开样及样品鞋底三维输入，5)鞋底各种模具制造及鞋底配件生产；6)整鞋基本码鞋面鞋底贴合并包装，市场试销良好后对外观与结构做适当改进后批量生产全帆号码。在我国市场上，大部份的业务来源是外国客户提供修改好的基本码成品\手工雕刻样品鞋，国内厂商依样品制造全帆号码的模具和产品。当前随着CAD/CAM设计技术的普遍应用，对我国鞋业特别是对鞋底的制造也起到极大的推动作用。

在模具行业里，运动鞋的三维模型因其外形极为复杂而成为鞋模制造的头号制模难点是众所周知的。可是，当前中国的鞋模制造上对鞋底三维模型的输入手段还十分落后，大部份还是以三种手段为主：1)将整只样品鞋从几个正交方向(即底面、内外侧面及前后跟方向)扫描或照像，再使用平面设计软件勾画出外形及饰线花纹；2)将样品鞋剪成几段，分别将几个剖面扫描及勾画断面形状；3)不方便剪断或照像的剖面用硬薄纸板制作形状相对应的卡板，将卡板扫描后勾画断面形状。见图31为现有技术中通过剪刀、雕刻刀等工具得到的楦头板内仁线图，图32为现有技术中通过剪刀、雕刻刀等工具得到的内仁面断面卡板图，图33为现有技术中通过剪刀、雕刻刀等工具得到的外形断面板图，图34为现有技术中通过剪刀、雕刻刀等工具得到的龙骨断面外卡板图，图35为现有技术中通过剪刀、雕刻刀等工具得到的龙骨断面内卡板图。将以上几种方法得到的大量图片经过综合整理后成为一份较为完整的2D图，见图36为现有技术中通过各种卡板和照相描线等传统方法得到的样品鞋2D图，虚框中B-B，C-C，D-D，E-E，F-F，G-G是截面图。再根据2D图纸建构出鞋底模具加工所需的三维模型。

传统的运动鞋三维输入流程：1)确定样品种类：1、开发时手工雕刻的鞋底样品；2、外观经多次模具修改且试销良好的成品样品鞋；3、早年模具为手工制造、现在需量产全帆号码的经典鞋型；4、在量产中临时增加的手工雕刻的零配件；5、手工雕刻的样品楦头。2)进入照片扫描过程：1、将样品在需要的断面处理画好记号，用记号笔给不明显的线条着色，然后给主视图、周围四个侧面分别照相或扫描；2、将样品鞋在记号处截成几段，分别将几个剖面照相或扫描；3、出现不方便煎断或照相的剖面用硬薄纸板制作形状与样品比对部位相对应的卡板，将卡板照相或扫描；3)照片处理过程：1、将每个照相图片或扫描文件图片输入二维软件，如：autocad二维软件，在软件中按顺序排列；2、将每个图片按扫描记号缩放至大约真实大小，并目测摆正方向；3、将每个图片上的花纹与边界用线条勾画出来。4)2D图档整理过程：1、将每个勾画好的线条草图按制图要求排列好；2、整理每个断面的形状，在主要的龙骨剖面上修改样品的弯曲状态；3、大致调整好每个剖面之间的几何对应关系；4、对大量无法扫描的线条和几个侧面之间、侧面与底面之间无法扫描准确的交接线条凭经验制作。5)三维输入过程：1、利用2D图上的已有线条制作出一个三维草图；2、比对样品对一些2D图纸表达错误的重要尺寸进行修正；3、目测增加2D图上不足的剖面、无法表达清晰的线条；4、目测增加大量2D图无法显示的外观细节；5、目测过渡底面与四个侧面的弧度和花纹交接；6、目测修正最为复杂的中腰造型。6)进行试切削：将样品的三维数模编写CNC加工程序；2、在CNC数控机床上试切出样品；3、经品管人员、客户反复用卡尺、高度尺等测量工具测量关键尺寸，并目测外观与样品模型的差异，最后确定出修改方案；4、将三维数模重新修改并试切加工，如此反复，次数视验收标准及品牌而定。

生产实践证明，这种生产方法对于外观及结构相对简单的一些日常用品\机械产品是适用的，但用来对付外形圆溜溜且极不规则的鞋底样品，其缺点是显而易见：1)效率低下，一张中等难度的2D图整理需要两个熟手两天以上时间，建构三维模型需要7天左右时间。而一款模具的供货周期也不过区区20多天，其间还包括试模和改模时间，因为大部份切削工序在目前机床技术条件下无法大幅度缩短加工时间，所以在相同流程下能大大提高三维输入效率就等于缩短模具的制模周期；2)几乎所有的样品鞋底为软性材料，在扫描测量中不断变化形状，无法确定一个合适的测量状态；另外，在对样品鞋的大底及四周分别进行扫描时，五组随意性很大的摆放位置无法为后续的二维图档整理提供准确的修正基准；3)建模精确度低：2D图整理主要以照片和卡板扫描为主，与待测样品不符很多，最多达几毫米之多；因大底与侧面交接R角处的花纹画2D图时无法正常交接，剖面数量不足且位置无法调节准确，在三维模型建构时必需目测调整，严重失真，需要将三维模型试加工后继续调整形状，且要反复几次。4)对设计人员的经验和技术水平依赖性很强，鞋模生产时的人工成本中，设计成本一直居高不下，约占1/3以上。另外，为了缩短制模时效，保证交货期，花费时效最长的三维设计人员需要夜以继日地加班甚至通宵，对体能消耗极大。导致高素质专业人员的流动率居高不下，影响整个产业顺利发展。5)试加工成本高。每个三维模型精度要达到客户接受的范围内，需要花费的CNC试切削时间为20小时以上，若模具厂内同时有多款鞋型在开发的话，将会占用大量的CNC资源，而这部份资源不直接作用于生产加工上，是一种极大的浪费。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种测量时间短、效率高、测量精度高的鞋模用三维测量机以及测量方法。

本发明的目的是这样实现的，所述的鞋模用三维测量机，主要由下述系统组成：测绘工装系统、进给控制系统、机械运动系统和控制PC机；1)所述的测绘工装系统置于机械运动系统的工作台上作为固定待测绘的样品鞋，使之在测绘中保持合适的形状并提供样品全方位旋转测量的定位基准；2)进给控制系统是用于控制设备三轴运动的进给方向及速度，使测量时效及精度得到协调；当测绘时，机械运动系统上的针式测头将测针接触到固定于测绘工装系统的样品鞋上的相应部位以采集样品的表面位置坐标，每次测针接触样品的瞬间，测头能迅速向数显表发送一个脉冲信号，数显表接收到脉冲信号后，将把每次触发瞬间的位置坐标记录并编码发送往控制PC机；3)所述的控制PC机，通过转换软件能将数显表发送来的一系列坐标编码信号还原于正在运行的三维软件中，三维设计人员根据足够多的三维点集还原出一个与固定在测绘工装上形状相同的样品鞋三维模型；其结构特点为所述的机械运动系统，其结构由底盘、工作台、立柱总成、XYZ三轴方向运动机构和测头系统组成，测头系统包括旋转自定心测头架、测头和测针；

(1)所述的底盘上加工有立柱底座定位槽、Y轴直线导轨支架固定槽、Y轴丝杆后轴承座定位槽；工作台上设有执行Y轴方向运动功能的Y轴方向运动机构；

(2)立柱总成由立柱底座、立柱、X轴直线导轨固定架构成，每根立柱的一端插入在立柱底座的上端圆孔中，立柱底座以过渡配合偏紧的方式装配固定在底盘上的立柱底座定位槽中；X轴直线导轨固定架安装在立柱的另一端；而上下两根的X轴直线导轨的两端分别插在两侧的X轴直线导轨固定架的上下两个X轴直线导轨固定架固定孔内用螺丝固定；

(3)XYZ三轴方向运动机构：

①所述的Y轴方向运动机构设在工作台的背面上，在工作台背面的合适部位加工出Y轴滚珠衬套定位槽，栽入Y轴滚珠衬套并锁上紧固螺丝；Y轴直线导轨头尾各紧配一个Y轴直线导轨前固定架和Y轴直线导轨后固定架，Y轴直线导轨前固定架和Y轴直线导轨后固定架通过螺丝紧固在底盘上；在工作台背面的一端用螺丝固定有Y轴传动螺母固定座，在Y轴传动螺母固定座内紧配合一个Y轴传动螺母，在Y轴传动螺母中穿过一支Y轴传动丝杆，Y轴传动丝杆一端紧配于固定在Y轴直线导轨前固定架的Y轴传动丝杆前轴承中，另一端紧配在固定于Y轴丝杆后轴承座上的Y轴传动丝杆后轴承里；Y轴传动丝杆后轴承座固定在底盘上；Y轴步进、伺服电机通过Y轴电机固定架紧锁在底盘背后边缘，电机输出轴与Y轴传动丝杆连接；在底盘上合适位置用螺丝固定了一根严格与Y轴直线导轨平行的Y轴光栅，Y轴光栅读数头部位固定了一个Y轴光栅支架，该支架与工作台边缘固定；

②X轴方向运动机构，两根平行排列X轴直线导轨头尾固定在分别设于相隔适宜间距的两立柱上端的X轴直线导轨固定架上，横梁滑块能移动套在上下两根X轴直线导轨；在横梁滑块的内部空穴中固定有X轴传动螺母固定座，在X轴传动螺母固定座内紧配有X轴传动螺母，X轴传动丝杆的头尾两端分别紧配在固定于两个X轴直线导轨固定架上的X轴丝杆轴承内，X轴传动丝杆配合且穿过X轴传动螺母工作；X轴步进\伺服电机通过X轴电机固定架紧锁在其中一个X轴直线导轨固定架上，电机输出轴和X轴传动丝杆传动连接；X轴光栅固定在X轴光栅支架，X轴光栅支架用螺丝锁定在X轴直线导轨固定架；X轴光栅的读数头固定在X轴光栅读数头支架，将固定在读数头上的X轴光栅读数头支架锁在横梁滑块的背面适当位置；

③Z轴方向运动机构，所述的Z轴方向运动机构整套安装在横梁滑块正面上；两根Z轴直线导轨头尾通过Z轴直线导轨上下固定架平行固定住，两根Z轴直线导轨各穿过Z轴滚珠衬套，将滚珠衬套分上下固定在横梁滑块正面的上下边缘处；在Z轴直线导轨下固定架内部通孔的下半部分，通过测头架转轴上下轴承和测头架转轴固定螺母紧配安装了一测头架固定转轴，在测头架固定转轴的下末端固定旋转自定心测头架；在Z轴直线导轨上固定架和Z轴直线导轨下固定架的通孔上部，通过Z轴丝杆上下轴承紧配了一根Z轴丝杆；在横梁滑块上垂直安装了Z轴丝杆上下托架；外面套着从动链轮、皮带轮的Z轴传动螺母利用固定在上面的头尾两个轴承垂直紧配在Z轴丝杆上下托架中间，Z轴丝杆配合在Z轴传动螺母内的螺牙上工作；在横梁滑块上通过Z轴电机支架固定了一只Z轴步进\伺服电机，在Z轴步进\伺服电机传递动力给安装在横梁滑块上的Z轴传动螺母转动；Z轴光栅头尾通过Z轴光栅支架固定在Z轴直线导轨上下固定架上，使Z轴光栅与Z轴直线导轨平行；Z轴光栅的读数头通过Z轴光栅读数头支架固定在横梁滑块上。

本实用新型的目的还可通过以下技术方案实现的，所述的鞋模用三维测量机，其特点为在工作台底部合适位置加工出四个负重轮支架定位槽，在四个负重轮支架定位槽用螺丝固定住四个负重轮支架，在负重轮支架上穿过负重轮轴固定住负重轮。所述的鞋模用三维测量机，其特点为所述的进给控制系统由控制手柄与控制箱内的控制电路两大部分组成，所述的控制手柄由握把、壳体、发射天线，壳体上装有XYZ三轴的运动方向控制按钮与控制摇杆、运动速度调整按钮、采点按钮及内设的线路板构成，线路板包括调制模块；所述控制箱内的用于实现控制信号接收、运动控制、位置检测、测头控制功能的控制电路包括电源、检测电路、针式测头电路、测头控制电路和接收模块；当触发控制手柄上的任意按钮时，线路板上的调制模块工作，将不同按钮的导通信号与调速按钮的控制信号调制成一音频信号，将音频信号经编码模块加密后调制到发射模块发射往机器控制箱的控制电路的接收模块；检测电路的数显检测系统包括控制模块、数显表、检测固态继电器和步进驱动板，数显检测系统的控制模块接收获取接收模块接收到控制手柄的发射信号后通过检测固态继电器和步进驱动板控制机械运动系统实现XYZ轴步进、伺服电机的正反转与调速，测量机的三轴作相应运动，这时与机械运动系统三轴分别平行的三轴光栅持续不断地向数显表发送各轴的位置脉冲信号，数显表把这些信号转换成数字坐标显示在面板上；当测绘时，机械运动系统上的针式测头将测针接触到固定于测绘工装系统的样品鞋上的相应部位以采集样品鞋的表面位置坐标，每次测针接触样品的瞬间，测头通过针式测头电路和测头控制电路能迅速向数显表发送一个脉冲信号，数显表接收到脉冲信号后，将把每次触发瞬间的位置坐标记录并编码发送往控制PC机，通过控制PC机上的转换软件能将数显表发送来的一系列坐标编码信号还原于正在运行的三维软件中，三维设计人员根据足够多的三维点集还原出一个与固定在测绘工装上形状相同的样品鞋三维模型。所述的鞋模用三维测量机，其特点为在Y轴传动丝杆的外端装有一个Y轴手动旋钮。所述的鞋模用三维测量机，其特点为在X轴传动丝杆的另一端，固定了一只X轴手动旋钮。所述的鞋模用三维测量机，其特点为在Z轴丝杆靠近下端的适当部位固定了一个从动齿轮，在Z轴直线导轨下固定架上安装一支带主动齿轮的手动旋轴，手动旋轴由Z轴手动旋钮轴承支承，Z轴丝杆下端上的从动齿轮与手动旋轴相应位置的主动齿轮构成互相啮合的Z轴手动齿轮组。

本发明鞋模用三维测量机的测量三维鞋模的方法，其特征在于1)首先选取样品种类；2)将样品以合适状态固定在测绘工装上；3)将测绘工装固定在测量机工作台上，设定样品的测绘基准；4)根据样品形状测绘出系列三维点集，并转化为三维曲线；5)根据三维曲线建构出与样品一致的三维数模。

本发明具有如下特点，它是对一种新的鞋模三维造型设计流程和测绘装备的使用，彻底改变我国目前鞋模行业CAD\CAM设计中样品鞋三维造型的传统模式。本发明的鞋模用三维测量机是为了克服上述弊病而专门开发生产的，能使现有的鞋模制造技术得到质的飞跃。使用该机器对样品鞋进行三维模型测绘只需要不超过两天的时间，比传统测绘方法可以节约一星期以上的制模交期。可在测绘前用工装对柔软的样品鞋进行固定，使形状在测绘过程中保持稳定。由于测绘过程完全依靠机器直接测绘出各种所需的三维曲线，完全摆脱了先绘制二维图再建构三维模型的传统做法，真正实现了建构过程中无需目测调整。测绘精度在0.1MM之内，能完全满足客户验收需要，做到测绘出的三维模型无需CNC试切、修改就可以直接级放全帆号码的三维模型，进行模具加工生产。机器使用简单方便，一般人员只需经过短暂培训即可达到用传统鞋模三维设计人员几年经验水平所无法比拟的产品精度。大幅度降低了该行业的入门水准。本发明具有结构简单，安装使用方便、测量时间短、效率高、测量精度高等优点。

附图说明：

图1为本发明的前面轴视立体结构示意图。

图2为本发明的背面轴视立体结构示意图。

图3为本发明的测绘鞋底的立体结构示意图。

图4为本发明的底盘立体结构示意图。

图5为本发明的负重轮支架的立体结构示意图。

图6为本发明的工作台立体结构示意图。

图7为本发明的X轴直线导轨固定架的立体结构示意图。

图8为本发明的横梁滑块立体结构示意图。

图9为本发明的工作台及背面上设有的执行Y轴方向运动功能的Y轴方向运动机构的立体结构示意图。

图10为图9的各部件分解分布立体结构示意图。

图11为图9的包含底盘、工作台及Y轴传动丝杆等的竖向剖视结构示意图。

图12为图9的包含底盘、工作台及Y轴传动丝杆和Y轴直线导轨等的横向剖视结构示意图。

图13为本发明的两立柱上端之间设有的执行X轴方向运动功能的X轴方向运动机构的立体结构示意图。

图14为图13的各部件分解分布立体结构示意图。

图15为图13的包含横梁滑块、X轴传动丝杆和X轴直线导轨及X轴直线导轨固定架等的X向剖视结构示意图。

图16为本发明的固定在横梁滑块上的整套Z轴方向运动机构及测头架和测针的立体结构示意图。

图17为图16的各部件分解分布前侧面立体结构示意图。

图18为图16的各部件分解分布后侧面立体结构示意图。

图19为图16的包含横梁滑块、Z轴传动丝杆和Z轴直线导轨及Z轴传动螺母和测头架固定转轴等的ZX截面结构示意图。

图20为图16的包含横梁滑块、Z轴传动丝杆和Z轴直线导轨及Z轴传动螺母和测头架固定转轴等的ZY截面结构示意图。

图21为本发明的进给控制系统的控制手柄的立体结构示意图。

图22为图21的背面立体结构示意图。

图23为本发明的进给控制系统的控制手柄内的线路板的电路原理图。

图24为本发明的进给控制系统的控制电路所用的固态继电器接线图。

图25为本发明的进给控制系统的控制电路所用的步进驱动板接线图。

图26为本发明的控制电路原理图。

图27为利用本发明测绘得到的样品鞋内仁面3D点集及转化三维曲线图。

图28为利用本发明测绘得到的样品鞋另一方向内仁面3D点集及转化三维曲线图。

图29为利用点集变换得到的样品鞋内仁面3D数模图。

图30为利用本发明测绘得到的样品鞋底3D数模图。

图31为现有技术中通过剪刀、雕刻刀等工具得到的楦头板内仁线图。

图32为现有技术中通过剪刀、雕刻刀等工具得到的内仁面断面卡板图。

图33为现有技术中通过剪刀、雕刻刀等工具得到的外形断面板图。

图34为现有技术中通过剪刀、雕刻刀等工具得到的龙骨断面外卡板图。

图35为现有技术中通过剪刀、雕刻刀等工具得到的龙骨断面内卡板图。

图36为现有技术中通过各种卡板和照相描线等传统方法得到的样品鞋2D图。

图中：底盘1，工作台2，横梁滑块3，X轴直线导轨4，测头架固定转轴5，测针6，立柱底座定位槽7，Y轴直线导轨支架固定槽8，Y轴丝杆后轴承座定位槽9，Y轴光栅初装定位记号线10，立柱底座11，立柱12，X轴直线导轨固定架13，Y轴直线导轨14，立柱底座螺丝15，Y轴滚珠衬套定位槽16，Y轴滚珠衬套17，Y轴直线导轨前固定架18，Y轴直线导轨后固定架19，传动轴后轴承20，负重轮支架定位槽21，负重轮支架22，负重轮23，Y轴传动螺母固定座定位槽24，Y轴传动螺母固定座25，负重轮轴26，Y轴传动螺母27，Y轴传动丝杆28，Y轴传动丝杆前轴承29，Y轴丝杆后轴承座30，Y轴传动丝杆后轴承31，Y轴步进、伺服电机32，Y轴电机固定架33，Y轴丝杆联轴器34，传动轴35，Y轴手动旋钮36，Y轴光栅37，Y轴光栅支架38，X轴滚珠衬套39，X轴传动螺母固定座40，X轴传动螺母41，X轴传动丝杆42，X轴丝杆轴承43，X轴步进\伺服电机44，X轴电机固定架45，X轴丝杆联轴器46，X轴光栅47，X轴光栅支架48，X轴光栅的读数头49，X轴光栅读数头支架50，X轴光栅支架定位槽51，X轴手动旋钮52，Z轴直线导轨53，Z轴直线导轨上下固定架54、55，Z轴滚珠衬套56，测头架转轴上下轴承57、58，测头架转轴固定螺母59，Z轴丝杆上下轴承60、61，Z轴丝杆62，Z轴丝杆上下托架63、64，Z轴传动螺母65，测头66，Z轴电机支架67，Z轴步进\伺服电机68，从动链轮69，主动链轮70，传动链条71，Z轴光栅72，Z轴光栅支架73，Z轴光栅读数头支架74，手动旋轴75，Z轴手动齿轮组76，旋转自定心测头架77，Z轴光栅的读数头78，立柱固定螺丝79，零件螺丝孔80，样品鞋81，测绘工装82，立柱固定孔83，X轴直线导轨固定架固定孔84，X轴丝杆轴承孔85，传动轴联轴器86，Y轴传动丝杆前轴承端盖87，上下运动控制按钮88，X轴丝杆轴承端盖89，Z轴丝杆上轴承端盖90，Z轴手动旋钮轴承91，方向控制按钮92，控制摇杆93，运动速度调整按钮94，采点按钮95，握把96，壳体97，发射天线98，充电插座99，电机接线插座100，电源接线插座101，调速电位器插座102，正负运动控制插座103，固态继电器控制端104，固态继电器负载控制端105，测头控制电路106，步进驱动板107，接收模块108，测头电路109，数显表110，基准平台111，零件固定装置112，左右调向机构113，前后移动调节机构114，前后移动微调机构115，显示器116，12通道成品电路板117，发射模块118，充电电路119，三极管VT1、三极管VT2，三极管VT3，固态继电器SSR，另一固态继电器SSR-C，可调电容C。

下面结合附图和实施例对本发明的结构和工作原理及工作过程进行详细说明：

具体实施方式：

如图3所示，本发明的工作原理为：将样品鞋81按合适工位固定于测绘工装82上，再将测绘工装通过零件螺丝孔80固定在测量机的工作台2上。当操纵控制手柄时，测量机的三轴可相应运动，这时与机器三轴分别平行的位置检测元件——光栅能持续不断地向数显表发送各轴的位置脉冲信号。数显表内置有单片机控制电路，能把这些信号转换成数字坐标显示在面板上，另外，数显表能完成坐标清零、置数等功能，用于完成测绘前的基准校正以及变换测头后的基准校正。测绘过程中，测量机上的针式测头需要将测针接触到样品鞋上的相应部位采集样品的表面位置坐标，每次测针接触样品的瞬间，测头能迅速向数显表发送一个脉冲信号，数显表接收到脉冲信号后，将把每次触发瞬间的位置坐标记录并编码发送往控制PC机。然后控制PC机上的转换软件能将测量机发送来的一系列坐标编码信号还原于正在运行的三维软件中，三维设计人员根据足够多的三维点集还原出一个与固定在测绘工装上形状相同的样品鞋三维模型。

一、本发明的机器主要由几个系统组成：测绘工装系统、进给控制系统、机械运动系统和控制PC机。测绘工装的作用是用来固定待测绘的样品鞋，使之在测绘中保持合适的形状并提供样品全方位旋转测量的定位基准。进给控制系统的作用是用于控制设备三轴运动的进给方向及速度，使测量时效及精度得到协调。机械运动系统的作用是将XYZ三轴及测头的运动及导向装置、进给驱动装置、位置检测装置通过一系列的底座、立柱、连接件有序地结合在一起，使之在受到待测工件重力影响与各种外界附加载荷影响的状态下赋于测针与待测工件在空间上各种方向的相对运动能力和运动件之间的动态及静态精度保持能力。进给控制系统的控制电路包括检测电路、测头保护电路、测头控制电路106和接收模块108，检测电路采用数显检测系统，数显检测系统的作用是利用固定在机械运动系统上的位置检测元件——光栅把测头所在的位置显示在数显表上，当测针接触工件的瞬间，测头内部的触发机构能迅速发出一个脉冲信号，数显表内的单片机电路立即将当前数显表内的X、Y、Z三轴坐标值编码后发送往控制计算机，安装在控制计算机内的转换软件接收到信号后，将其解码还原为与数显表触发瞬间相同的三轴坐标并在三维软件内形成一个与触发瞬间位置相对应且可识别的坐标点。

1)测绘工装系统包括“难测量工件的测绘工装”与“旋转自定心测头架”，见图1、图2和图3所示，难测量工件的测绘工装的先前专利申请申请号为200620095214.2，包括基准平台111，所述的基准平台为一平板或凹面板；在平板或凹面板上的适当位置加工有用于固定等高固定块或/和侧面固定支架的通用固定孔；在平板或凹面板的内部适宜位置加工有用于固定零件固定装置的紧固件孔；在平板或凹面板上设置有适宜个数的测量基准。通过基准平台的通用固定孔固定有零件固定装置112，见图3，在平板或凹面板的中间设置有与待测零件的形状大小匹配的掏空的内孔。在平板或凹面板的边缘设置有与待测零件的形状大小匹配的C形孔。所述的等高固定块、侧面固定平台或固定支架固定在基准平台的通用固定孔内，所述的零件固定装置固定在基准平台的紧固件孔内。所述的零件固定装置由底座、可微调连杆、可微调夹持臂、夹头、固定螺丝、另一固定螺丝和夹头固定螺栓组成，底座的脚部与基准平台固定连接，底座的头部与可微调连杆下端通过固定螺丝转动连接并能通过固定螺丝定位；可微调连杆上端与可微调夹持臂后端通过另一固定螺丝转动连接并能通过另一固定螺丝定位；可微调夹持臂前端通过夹头固定螺栓夹住夹头。在可微调连杆中部的背部上设有开口背向夹头的凹槽，在凹槽上下位置设有对耳，对耳上开有螺孔，对耳之间置有复位弹簧，连杆微调螺栓旋入对耳的螺孔中及穿过对耳之间置有的复位弹簧。旋转自定心测头架77的先前专利申请申请号为200620095014.7，包括测头旋转轴、针式测头和测针，其特征在于还包括左右调向机构113、前后移动调节机构114和前后移动微调机构115，测头旋转轴与左右调向机构的旋转轴固定座连接，左右调向机构的旋转轴固定座和左右方向调整座一端连接，左右调向机构的左右方向调整座中部与前后移动调节机构的前后方向调整座另一端连接，前后方向调整座一端与测头固定座另一端转动连接，左右调向机构的左右方向调整座另一端头与前后方向调整座的中部向外延伸端之间采用前后移动微调连接，测头固定座一端与针式测头固定连接，针式测头内装有测针；所述的左右调向机构包括旋转轴固定座、左右调节螺栓支撑轴、左右转轴和左右调节螺栓及左右方向调整座，旋转轴固定座的对耳内端部相对侧设有左右调节螺栓支撑轴插入孔和外端部相对侧设有左右转轴孔，相应在左右方向调整座匹配位置的一端头处设有左右调节螺栓支撑轴移动槽和由此端头向内的匹配位置处设有左右转轴插入孔，左右方向调整座的此端头插入旋转轴固定座的对耳之间，左右调节螺栓支撑轴插入左右调节螺栓支撑轴插入孔和所夹的左右方向调整座上设有的左右调节螺栓支撑轴移动槽后另一端通过螺母固定，左右转轴插入左右转轴孔和左右转轴插入孔后另一端通过螺母固定，在左右调节螺栓支撑轴移动槽两侧面的左右方向调整座上设有直通左右调节螺栓支撑轴移动槽的左右调节螺栓螺纹孔，左右调节螺栓分别旋入左右调节螺栓螺纹孔中且左右调节螺栓前端分别能顶在左右调节螺栓支撑轴上；所述的前后移动调节机构由测头固定座、前后方向调整座和测头固定座转轴构成，测头固定座另一端夹住前后方向调整座一端且能通过测头固定座转轴与前后方向调整座的一端转动连接，测头固定座转轴另一端用螺母锁紧；所述的前后移动微调机构由前后调节螺栓、前后调节螺栓支撑轴、左右方向调整座、前后转轴和前后方向调整座构成，前后方向调整座另一端与左右方向调整座固定于设于左右方向调整座中部位置的夹耳尽部侧面设有的前后转轴处且前后方向调整座能绕前后转轴转动，前后转轴另一端用螺母锁紧；左右方向调整座另一端头的夹耳端部上设有用于插前后调节螺栓支撑轴的前后调节螺栓支撑轴插入孔，在前后方向调整座的中部的向外延伸端与左右方向调整座另一端头的夹耳端部相对应的侧面上设有前后调节螺栓支撑轴移动槽，前后调节螺栓支撑轴插入左右方向调整座的前后调节螺栓支撑轴插入孔和所夹的前后方向调整座的中部向外延伸端的前后调节螺栓支撑轴移动槽后通过螺母固定，在位于前后调节螺栓支撑轴移动槽两侧的前后方向调整座的中部的向外延伸端上设有前后调节螺栓旋入孔，前后调节螺栓分别旋进前后方向调整座的中部的向外延伸端上两侧所设有的前后调节螺栓旋入孔进入前后调节螺栓支撑轴移动槽中并能顶住前后调节螺栓支撑轴。

2)进给控制系统由控制手柄与控制箱内的控制电路两大部分组成。所述的控制手柄由握把96、壳体97、发射天线98，壳体97上装有XYZ三轴的运动方向控制按钮92与控制摇杆93、运动速度调整按钮94、采点按钮95、上下运动控制按钮88等功能键构成，在壳体97上还可设有充电插座99，见图21和22，控制手柄内设有线路板，线路板的电路原理图见23，可选用市场上常见的12通道成品电路板117。方向控制按钮92与控制摇杆93作用是等效的，具体按使用者习惯决定。运动速度调整按钮94可以预设几组不同的移动速度，用于测绘过程中方便地控制速度，使测量既快速又精确。采点按钮95用于当被测绘样品的表面过于柔软(如纱布等材料等)，不能及时触发测头时使用。当触发手柄上的任意按钮时，12通道成品电路板117上的调制模块工作，将不同按钮的导通信号与调速按钮的控制信号调制成一音频信号，将音频信号经编码模块加密后调制到发射模块118发射往机器控制箱的接收模块108。使用编码模块将音频信号加密的作用是防止多台机器在一起同时工作时互相干扰。该种控制方法的优点在于能实现控制速度的无级调节和无线遥控。12通道成品电路板117上的电源模块由充电电路119、电池组和待机断电控制器组成。如果为了节约成本考滤，可省略调制模块，采用多通道发射机直接将按钮导通信号发送出去，这样就无法实现遥控无级调速功能。另外，可采用多股屏蔽线将按钮直接和控制箱相连接。

所述控制箱内的控制电路主要实现控制信号接收、运动控制、位置检测、测头控制等几大功能，控制电路包括电源、检测电路、测头保护电路、针式测头电路109、测头控制电路106和接收模块108。

控制手柄内的线路板的发射电路与控制箱内的控制电路上的接收电路选用市场上常见的12通道成品电路板117，编码模块与解码模块上的编码地址开关需相同才可使用。按下发射机上的按钮，接收机上的控制触点能相应闭合。

固态继电器，见图24，与普通继电器使用方法一样，但有控制电流小、无机械运动件和控制噪音等优点，当控制端104输入控制信号时，负载控制端105导通。市场上常见的有直流固态继电器与交流固态继电器。本例使用为交流型固态继电器SSR。

本例使用的是步进电机及步进驱动板，见图25，步进电机详细安装位置及工作原理在机械运动系统叙述，步进驱动板107上有四个插座：电机接线插座100，电源接线插座101，调速电位器插座102，正负运动控制插座103。其控制方法为：电源接通，此时电机转动，通断正负运动开关，电机就正负转动，此时调节调速电位器阻值，电机转速改变。

在控制电路中，见图26，电源由两块稳压电路7824与稳压电路7812构成，提供24V与12V稳压电流。24V用于控制步进电机运动，12V用于辅助电路工作。XYZ三轴的步进驱动板的电源接线插座101和正负运动控制插座103均接在固态继电器SSR回路上。按动控制手柄上的XYZ三轴的XY方向控制按钮92，对应的固态继电器SSR接通，就可控制XY轴步进电机运动了，同理按动控制手柄上的其它轴的方向控制摇杆或按钮，对应的固态继电器SSR接通，就可控制其它轴步进电机运动了。XYZ三轴步进、伺服电机工作，在下述的机械运动系统详细说明。

步进驱动板107上的调速电位器插座102连线串联在接收模块108的调速电阻上。当按动控制手柄上的不同运动速度调整按钮94时，接收模块108上不同阻值的电阻相应接通，各轴步进电机的转速发生改变，另外，各轴步进驱动板107上接有各自独立的电位器，可对各轴转速在统一调节的基础上实现独立调节。

三坐标测量机的针式测头电路109相当于一常闭开关，当测头触动时，测头的电阻将有微小的增大，三极管VT2基极得电后导通，三极管VT3基极断电后截止，测头控制电路106对数显表输出一高电平信号。数显表向控制PC机通过RS232数据线发出当前的坐标信号。当测头109处于闭合状态时，VT2截止，VT3导通，测头控制电路106无信号输出。

在24V电压输出端上串联了另一只固态继电器SSR-C，与三极管VT1组成一长闭回路。组成测头保护电路，作为控制保护作用。当针式测头电路109向数显表发出高电平信号时，三极管VT1导通，另一只固态继电器SSR-C无控制信号而截止，整机步进电机失电停止运动，防止来不及松开控制按钮而撞坏测头。

在测头电路109上装有指示灯及蜂鸣器，用于显示测头状态。在三极管VT1的基极上有可调电容C，用于调节测头触发后保护回路开始动作的时间，另外，如果需要更确实的保护，可在保护电路中安装一电子时间继电器，去掉可调电容C，其动作原理为：测头触发，电机全部停转，在操作人员有足够反应时间松开遥控器按钮后，时间继电器强制接通24V电流(因为此时测头未复位，测头电路输出为高电平导致保护回路无法自行复位)，操作测头回退完成后，测头电路向保护电路输出低电平，时间继电器复位，一个测量触发循环结束。

按动控制手柄上的采点按钮95，控制电路的接收模块108上的手采触点接通，可不通过测头触发强制向数显表110发出一脉冲。

信号接收是调制发射的逆过程，主要负责控制信号的接收提取。检测电路包括数显检测系统，数显检测系统包括12通道成品电路板117作为控制模块、数显表110、固态继电器SSR和步进驱动板107。控制电路的数显检测系统的控制模块的功能是接收到解码器和手控模块的信号后控制XYZ轴步进、伺服电路的工作状态，从而实现XYZ轴步进、伺服电机的正反转与调速。数显表110上设有功能按键、显示器116及XYZ三轴光栅、测头控制电路106(测头控制器)以及和控制PC机数据通讯所使用的接口，数显表110主要功能为坐标显示、坐标设定、简单元素测量、功能设定、测量坐标发送，功能按键有1、2、3等数字键，X清零键、Y清零键、Z清零键，X轴设定键、Y轴设定键、Z轴设定键，平面测量键、直线测量键、打印输出键等等，其面板功能按键组合设计为鞋模和工模通用，兼顾产品精度检测使用。测头控制电路106(测头控制器)能对测头在触发时的电阻值变化进行检测比较，向数显表110输出信号、保证在测头触发后停止机械系统的运动和回退，从而保证测头66和样品鞋81的安全。CNC控制系统(图未画出)在接收到控制PC机发出的数控运动指令后，能控制电机带动机械运动系统作相应的动作，达到无须人工操作的目的，用于在样品修改时的测绘使用。另外，CNC控制系统能记录下样品测绘时的测针运动轨迹，在大批量产品生产验收时可还原动作，省去人工的重复性动作。控制电路的驱动原理和CNC加工中心以及工业上使用的数控机械手有点相似，可参考相关资料理解。在该型机器中，CNC控制系统为可选配件，只为较为特殊的生产场合加装。控制电路中的大部份模块选用市场上成规模生产的产品，可大大降低机器的生产周期的生产成本，并有可靠性高的优点。XYZ轴步进、伺服电机在下述的机械运动系统详细说明。

3)机械运动系统，其结构由底盘1、工作台2、立柱总成、XYZ三轴方向运动机构和测头系统组成，如图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7、图8所示，是一套龙门式机床结构。工作台2上设有执行Y轴方向运动功能的Y轴方向运动机构，XZ轴方向运动机构全套安装在横梁滑块3上，横梁滑块运动在固定于立柱上末端的X轴直线导轨4上。测头总成固定在Z轴直线导轨下端的测头架固定转轴5上。这样赋予了该型设备的测针6在三维空间运动的能力。XYZ三轴运动机构全部由步进或伺服电机驱动，可大量节省人员操作机器时的体力消耗。机器采用立柱固定装配，每轴配合两根高强度精密圆柱直线导轨及4个滚珠衬套运动，有效地降低了机器的运动阻力，防止了运动时爬行现象的发生。又极大的提高了机器在运动时的精度保持能力，达+/-0.02之内，并且加工难度和装配难度比气浮导轨系统及方轨系统大大降低。

(1)底盘1是一块平面度误差在0.02之内的铸铁或大理石板，见图4，经退火及长时间时效后精密研磨加工，保证在使用中不因底盘内应力释放而变形。底盘上加工有立柱底座定位槽7、Y轴直线导轨支架固定槽8、Y轴丝杆后轴承座定位槽9、Y轴光栅初装定位记号线10，用于保证Y轴运动机构精确装配。

(2)立柱总成由立柱底座11、立柱12、X轴直线导轨固定架13构成。立柱底座11以过渡配合偏紧的方式装配在底盘1上的立柱底座定位槽7中，再用立柱底座螺丝15锁紧在底盘1上。立柱12的一端插入在立柱底座11的上端圆孔中，X轴直线导轨固定架13安装在立柱12的另一端，即立柱12的另一端插入X轴直线导轨固定架13的立柱固定孔83内用螺丝固定；而上下两根的X轴直线导轨4的两端分别插在两侧的X轴直线导轨固定架13的上下两个X轴直线导轨固定架固定孔84内用螺丝固定，在每个X轴直线导轨固定架13上还设有X轴丝杆轴承孔85及X轴光栅支架定位槽51。对于小型设备而言，该系统选用圆型立柱，可以采用车削加工及外圆磨削加工来达到良好的轴线与端面垂直度并有效降低加工成本。为了使X轴直线导轨4严格平行于工作台平面且垂直于Y轴直线导轨14，立柱12必须能相对底盘1和X轴直线导轨固定架13(支架)作适当的垂直度及位置微调，因此可以在立柱底座11与X轴直线导轨固定架13内与立柱11配合的部位加工出微调机构，通过设在上端圆孔周围的立柱固定螺丝79进行微调，用来补偿零配件的加工误差。另外，也可以在装配时通过微调固定在横梁滑块3上的XZ轴的八个滚珠衬套来达到同样的目的。

(3)XYZ三轴方向运动机构：

①工作台及背面上设有的Y轴方向运动机构执行Y轴运动功能，在工作台2背面四角的合适部位加工出Y轴滚珠衬套定位槽16，栽入四个Y轴滚珠衬套17并锁上紧固螺丝。整个工作台2就可以在两根互相平行的Y轴直线导轨14上灵活运动了。Y轴直线导轨14头尾各紧配一个Y轴直线导轨前固定架18和Y轴直线导轨后固定架19，Y轴直线导轨前固定架18和Y轴直线导轨后固定架19通过螺丝紧固在底盘1上的前后两个Y轴直线导轨固定架定位槽8中。为了使工作台能在大跨距范围内支撑起较大重量，防止Y轴直线导轨14弯曲甚至断裂，需要将工作台2的负荷不通过Y轴直线导轨直接传递一大部份到底盘上，具体的做法是：在工作台2底部合适位置加工出四个负重轮支架定位槽21，在四个负重轮支架定位槽用螺丝固定住四个负重轮支架22，在负重轮支架22上穿过负重轮轴26固定住负重轮23。将装配精度调整到：只要Y轴直线导轨弯曲超出0.02MM，负重轮23立即紧贴到底盘1平面上滚动，见图12。这样达到了分担Y轴直线导轨14压力的目的。在工作台2背面中轴线的一端，加工有Y轴传动螺母固定座定位槽24，用螺丝锁紧Y轴传动螺母固定座25，在Y轴传动螺母固定座25内紧配合一个Y轴传动螺母27，在Y轴传动螺母中穿过一支Y轴传动丝杆28，Y轴传动丝杆28一端紧配于固定在Y轴直线导轨前固定架18中间的Y轴传动丝杆前轴承29中，Y轴传动丝杆前轴承29盖有Y轴传动丝杆前轴承端盖87，另一端紧配在固定于Y轴丝杆后轴承座30上的Y轴传动丝杆后轴承31里。由于Y轴传动丝杆后轴承座30和Y轴直线导轨前固定架18都固定在底盘1上，所以只有转动Y轴传动丝杆28，才能带动Y轴传动螺母27移动，工作台2就在Y轴方向上移动了。Y轴步进、伺服电机32也通过Y轴电机固定架33紧锁在底盘1背后边缘，在电机输出轴和Y轴传动丝杆28后端之间以Y轴丝杆联轴器34或万向节及传动轴联轴器86、传动轴35传递动力，传动轴35由传动轴后轴承20支承转动，当控制Y轴步进、伺服电机32转动，则工作台2就相应移动了。为了精确微调工作台2移动，在Y轴传动丝杆28的外端装有一个Y轴手动旋钮36，可以在Y轴步进、伺服电动机32不好微调控制的场所使用，比如测量空间非常狭小时。在底盘1上合适位置用螺丝固定了一根严格与Y轴直线导轨14平行的Y轴光栅37，Y轴光栅读数头部位固定了一个Y轴光栅支架38，该支架也与工作台2边缘固定，当工作台2移动则Y轴光栅支架38也移动，带动Y轴光栅支架38上固定有的Y轴光栅读数头移动，数显表显示出Y轴当前坐标。

②X轴方向运动机构，两根平行排列X轴直线导轨4头尾固定在分别设于相隔适宜间距的两立柱12上端的X轴直线导轨固定架13上，两根X轴直线导轨4各套上两个X轴滚珠衬套39。上下四个X轴滚珠衬套39分别固定在横梁滑块3的四个缺口上，这样整个横梁滑块3就可以在X轴方向上灵活运动了。在横梁滑块3的内部空穴中固定有X轴传动螺母固定座40，在固定座内紧配有X轴传动螺母41，X轴传动丝杆42配合且穿过X轴传动螺母41工作。X轴传动丝杆42的头尾两端分别紧配在固定于两个X轴直线导轨固定架13上的X轴丝杆轴承43内，X轴丝杆轴承43盖有X轴丝杆轴承端盖89。X轴步进\伺服电机44通过X轴电机固定架45紧锁在其中一个X轴直线导轨固定架13上，在电机输出轴和X轴传动丝杆42间以X轴丝杆联轴器46或万向节、传动轴传递动力，当控制X轴步进\伺服电机44转动，整个横梁滑块3在X轴方向移动，固定在横梁滑块3上的整套Z轴运动机构也在X轴方向移动了。在X轴光栅47头尾两端分别固定了一个X轴光栅支架48，在X轴光栅的读数头49上也固定了一个X轴光栅读数头支架50。为了配合X轴光栅顺利定位，在X轴直线导轨固定架13上加工出X轴光栅支架定位槽51，将固定在X轴光栅47头尾两端的X轴光栅支架48用螺丝锁定在X轴光栅支架定位槽51内后，再将固定在读数头49上的X轴光栅读数头支架50锁在横梁滑块3的背面适当位置，确保读数头49能随着横梁滑块3的移动而在X轴光栅内顺利无干涉移动，数显表就能正确显示出X轴的坐标了。在X轴传动丝杆42的另一端，也固定了一只X轴手动旋钮52，用法与Y轴相同。

③Z轴方向运动机构，Z轴方向运动机构整套安装在横梁滑块3正面上。两根Z轴直线导轨53头尾通过Z轴直线导轨上下固定架54、55平行固定住，两根Z轴直线导轨53各穿过两个Z轴滚珠衬套56，将四个滚珠衬套56分上下固定在横梁滑块3正面的上下边缘处。使Z轴直线导轨53在Z方向上下运动时严格垂直于工作台2平面。在Z轴直线导轨下固定架54内部通孔的下半部份，通过测头架转轴上下轴承57、58和测头架转轴固定螺母59紧配安装了一支测头架固定转轴5，在测头架固定转轴5的下末端，可以固定一套本申请人已申请的旋转自定心测头架77，也可以采用其它的测头架，转动测头架固定转轴5，测头就可以朝不同方向测绘样品了。在Z轴直线导轨上固定架54中间和Z轴直线导轨下固定架55的通孔上部，通过Z轴丝杆上下轴承60、61紧配了一根Z轴丝杆62，Z轴丝杆上轴承60外盖有Z轴丝杆上轴承端盖90。在横梁滑块3正面上下方向垂直安装了Z轴丝杆上下托架63、64。外面套着从动链轮、皮带轮的Z轴传动螺母65利用固定在上面的头尾两个轴承垂直紧配在Z轴丝杆上下托架63、64中间，并且让Z轴丝杆62配合在Z轴传动螺母65内的螺牙上工作。此时整套Z轴运动机构的重量通过Z轴丝杆62——Z轴传动螺母65——Z轴丝杆上下托架63、64传递到横梁滑块3上，在通过X轴直线导轨4和立柱系统传递到底盘1上。当转动Z轴传动螺母65时，因Z轴传动螺母被轴承固定，只能转动而不能上下移动，Z轴丝杆62就带动整套Z轴传动机构运动了，测头66上的测针6也就在Z轴方向运动了。为达到电动控制目的，在横梁滑块3背面通过Z轴电机支架67固定了一只Z轴步进\伺服电机68，在Z轴步进\伺服电机输出轴上用螺丝固定了一只主动链轮70、皮带轮，主动链轮70、皮带轮和安装在横梁滑块3正面的Z轴传动螺母65上的从动链轮69、皮带轮同过一根微型传动链条71或同步带传递动力。这样，控制Z轴步进\伺服电机68转动，测针6就上下运动了。Z轴的坐标测量也是通过一根Z轴光栅72完成，Z轴光栅72头尾通过两个Z轴光栅支架73固定在Z轴直线导轨上下固定架54、55上，使Z轴光栅与Z轴直线导轨53平行。Z轴光栅的读数头78通过Z轴光栅读数头支架74固定在横梁滑块3正面上。使整套Z轴运动机构在Z轴方向上运动时，能带动Z轴光栅相对固定在横梁滑块3上的Z轴光栅的读数头78无干涉运动，数显表就显示出了Z轴坐标值了。为了使Z轴运动也达到微调目的，在Z轴丝杆62靠近下端的适当部位固定了一个从动齿轮，在Z轴直线导轨下固定架上安装一支带主动齿轮的手动旋轴75，手动旋轴75由Z轴手动旋钮轴承91支承，Z轴丝杆下端上的从动齿轮与手动旋轴相应位置的主动齿轮构成Z轴手动齿轮组76。当转动手动旋轴75时，通过互相啮合的Z轴手动齿轮组76带动Z轴丝杆62转动，由于Z轴步进\伺服电机此时采用带自锁功能的电机，在不通电的情况下难以转动，这时Z轴丝杆62上下运动，完成测针6微调功能。也可以将从动齿轮安装在Z轴传动螺母65上，在横梁滑块3上安装带主动齿轮的手动旋钮75，但此时Z轴电机就不必有自锁功能了(图未画出)。Z轴采用丝杆传动的优点是：利用丝杆传动的自锁特性克服Z轴运动机构由于自重下垂，省去其它机构的配重系统，使设备更可靠、轻便。

二、本发明的测量方法：1)首先选取样品种类，样品种类一般有：1、开发时手工雕刻的鞋底样品；2、外观经多次模具修改且试销良好的成品样品鞋；3、早年模具为手工制造，现在需量产全帆号码的经典鞋型；4、在量产中临时增加的手工雕刻的样品楦头；2)将样品以合适状态固定在测绘工装上；3)将工装固定在测量机上，设定样品的测绘基准，见图3；4)根据样品形状测绘出系列三维点集，并转化为三维曲线，见图27、图28是利用三维测量机测绘得到的样品鞋内仁面3D点集及转化三维曲线图；5)根据三维曲线轻易建构出与样品一致的三维数模，无需试切确认，见图29是利用点集变换得到的样品鞋内仁面3D数模图，见图30是利用三维测量机测绘得到的样品鞋底3D数模图。

Claims (7)

1、一种鞋模用三维测量机，主要由下述系统组成：测绘工装系统、进给控制系统、机械运动系统和控制PC机；1)所述的测绘工装系统置于机械运动系统的工作台上作为固定待测绘的样品鞋，使之在测绘中保持合适的形状并提供样品全方位旋转测量的定位基准；2)进给控制系统是用于控制设备三轴运动的进给方向及速度，使测量时效及精度得到协调；当测绘时，机械运动系统上的针式测头将测针接触到固定于测绘工装系统的样品鞋上的相应部位以采集样品的表面位置坐标，每次测针接触样品的瞬间，测头能迅速向数显表发送一个脉冲信号，数显表接收到脉冲信号后，将把每次触发瞬间的位置坐标记录并编码发送往控制PC机；3)所述的控制PC机，通过转换软件能将数显表发送来的一系列坐标编码信号还原于正在运行的三维软件中，三维设计人员根据足够多的三维点集还原出一个与固定在测绘工装上形状相同的样品鞋三维模型；

其特征在于：

所述的机械运动系统，其结构由底盘(1)、工作台(2)、立柱总成、XYZ三轴方向运动机构和测头系统组成，测头系统包括旋转自定心测头架、测头和测针；

(1)所述的底盘(1)上加工有立柱底座定位槽(7)、Y轴直线导轨支架固定槽(8)、Y轴丝杆后轴承座定位槽(9)；工作台(2)上设有执行Y轴方向运动功能的Y轴方向运动机构；

(2)立柱总成由立柱底座(11)、立柱(12)、X轴直线导轨固定架(13)构成，每根立柱(12)的一端插入在立柱底座(11)的上端圆孔中，立柱底座(11)以过渡配合偏紧的方式装配固定在底盘(1)上的立柱底座定位槽(7)中；X轴直线导轨固定架(13)安装在立柱(12)的另一端；而上下两根的X轴直线导轨(4)的两端分别插在两侧的X轴直线导轨固定架(13)的上下两个X轴直线导轨固定架固定孔(84)内用螺丝固定；

(3)XYZ三轴方向运动机构：

①所述的Y轴方向运动机构设在工作台的背面上，在工作台(2)背面的合适部位加工出Y轴滚珠衬套定位槽(16)，栽入Y轴滚珠衬套(17)并锁上紧固螺丝；Y轴直线导轨(14)头尾各紧配一个Y轴直线导轨前固定架(18)和Y轴直线导轨后固定架(19)，Y轴直线导轨前固定架(18)和Y轴直线导轨后固定架(19)通过螺丝紧固在底盘(1)上；在工作台(2)背面的一端用螺丝固定有Y轴传动螺母固定座(25)，在Y轴传动螺母固定座(25)内紧配合一个Y轴传动螺母(27)，在Y轴传动螺母中穿过一支Y轴传动丝杆(28)，Y轴传动丝杆(28)一端紧配于固定在Y轴直线导轨前固定架(18)的Y轴传动丝杆前轴承(29)中，另一端紧配在固定于Y轴丝杆后轴承座(30)上的Y轴传动丝杆后轴承(31)里；Y轴传动丝杆后轴承座(30)固定在底盘(1)上；Y轴步进、伺服电机(32)通过Y轴电机固定架(33)紧锁在底盘(1)背后边缘，电机输出轴与Y轴传动丝杆(28)连接；在底盘(1)上合适位置用螺丝固定了一根严格与Y轴直线导轨(14)平行的Y轴光栅(37)，Y轴光栅读数头部位固定了一个Y轴光栅支架(38)，该支架与工作台(2)边缘固定；

②X轴方向运动机构，两根平行排列X轴直线导轨(4)头尾固定在分别设于相隔适宜间距的两立柱(12)上端的X轴直线导轨固定架(13)上，横梁滑块(3)能移动套在上下两根X轴直线导轨(4)；在横梁滑块(3)的内部空穴中固定有X轴传动螺母固定座(40)，在X轴传动螺母固定座(40)内紧配有X轴传动螺母(41)，X轴传动丝杆(42)的头尾两端分别紧配在固定于两个X轴直线导轨固定架(13)上的X轴丝杆轴承(43)内，X轴传动丝杆(42)配合且穿过X轴传动螺母(41)工作；X轴步进\伺服电机(44)通过X轴电机固定架(45)紧锁在其中一个X轴直线导轨固定架(13)上，电机输出轴和X轴传动丝杆(42)传动连接；X轴光栅(47)固定在X轴光栅支架(48)，X轴光栅支架(48)用螺丝锁定在X轴直线导轨固定架(13)；X轴光栅的读数头(49)固定在X轴光栅读数头支架(50)，将固定在读数头(49)上的X轴光栅读数头支架(50)锁在横梁滑块(3)的背面适当位置；

③Z轴方向运动机构，所述的Z轴方向运动机构整套安装在横梁滑块(3)正面上；两根Z轴直线导轨(53)头尾通过Z轴直线导轨上下固定架平行固定住，两根Z轴直线导轨(53)各穿过Z轴滚珠衬套(56)，将滚珠衬套(56)分上下固定在横梁滑块(3)正面的上下边缘处；在Z轴直线导轨下固定架(54)内部通孔的下半部分，通过测头架转轴上下轴承和测头架转轴固定螺母(59)紧配安装了一测头架固定转轴(5)，在测头架固定转轴(5)的下末端固定旋转自定心测头架(77)；在Z轴直线导轨上固定架(54)和Z轴直线导轨下固定架(55)的通孔上部，通过Z轴丝杆上下轴承紧配了一根Z轴丝杆(62)；在横梁滑块(3)上垂直安装了Z轴丝杆上下托架；外面套着从动链轮、皮带轮的Z轴传动螺母(65)利用固定在上面的头尾两个轴承垂直紧配在Z轴丝杆上下托架中间，Z轴丝杆(62)配合在Z轴传动螺母(65)内的螺牙上工作；在横梁滑块(3)上通过Z轴电机支架(67)固定了一只Z轴步进\伺服电机(68)，在Z轴步进\伺服电机传递动力给安装在横梁滑块(3)上的Z轴传动螺母(65)转动；Z轴光栅(72)头尾通过Z轴光栅支架(73)固定在Z轴直线导轨上下固定架上，使Z轴光栅与Z轴直线导轨(53)平行；Z轴光栅的读数头(78)通过Z轴光栅读数头支架(74)固定在横梁滑块(3)上。

2、根据权利要求1所述的鞋模用三维测量机，其特征在于在工作台(2)底部合适位置加工出四个负重轮支架定位槽(21)，在四个负重轮支架定位槽(21)用螺丝固定住四个负重轮支架(22)，在负重轮支架(22)上穿过负重轮轴(26)固定住负重轮(23)。

3、根据权利要求1或2所述的鞋模用三维测量机，其特征在于所述的进给控制系统由控制手柄与控制箱内的控制电路两大部分组成，所述的控制手柄由握把(96)、壳体(97)、发射天线(98)，壳体(97)上装有XYZ三轴的运动方向控制按钮(92)与控制摇杆(93)、运动速度调整按钮(94)、采点按钮(95)及内设的线路板构成，线路板包括调制模块；所述控制箱内的用于实现控制信号接收、运动控制、位置检测、测头控制功能的控制电路包括电源、检测电路、针式测头电路(109)、测头控制电路(106)和接收模块(108)；当触发控制手柄上的任意按钮时，线路板上的调制模块工作，将不同按钮的导通信号与调速按钮的控制信号调制成一音频信号，将音频信号经编码模块加密后调制到发射模块发射往机器控制箱的控制电路的接收模块；检测电路的数显检测系统包括控制模块、数显表、检测固态继电器(SSR)和步进驱动板(107)，数显检测系统的控制模块接收获取接收模块(108)接收到控制手柄的发射信号后通过检测固态继电器(SSR)和步进驱动板(107)控制机械运动系统实现XYZ轴步进、伺服电机的正反转与调速，测量机的三轴作相应运动，这时与机械运动系统三轴分别平行的三轴光栅持续不断地向数显表发送各轴的位置脉冲信号，数显表把这些信号转换成数字坐标显示在面板上；当测绘时，机械运动系统上的针式测头将测针接触到固定于测绘工装系统的样品鞋上的相应部位以采集样品鞋的表面位置坐标，每次测针接触样品的瞬间，测头通过针式测头电路(109)和测头控制电路(106)能迅速向数显表发送一个脉冲信号，数显表接收到脉冲信号后，将把每次触发瞬间的位置坐标记录并编码发送往控制PC机，通过控制PC机上的转换软件能将数显表发送来的一系列坐标编码信号还原于正在运行的三维软件中，三维设计人员根据足够多的三维点集还原出一个与固定在测绘工装上形状相同的样品鞋三维模型。

4、根据权利要求1或2所述的鞋模用三维测量机，其特征在于在Y轴传动丝杆(28)的外端装有一个Y轴手动旋钮(36)。

5、根据权利要求1或2所述的鞋模用三维测量机，其特征在于在X轴传动丝杆(42)的另一端，固定了一只X轴手动旋钮(52)。

6、根据权利要求1或2所述的鞋模用三维测量机，其特征在于在Z轴丝杆(62)靠近下端的适当部位固定了一个从动齿轮，在Z轴直线导轨下固定架上安装一支带主动齿轮的手动旋轴(75)，手动旋轴(75)由Z轴手动旋钮轴承(91)支承，Z轴丝杆下端上的从动齿轮与手动旋轴相应位置的主动齿轮构成互相啮合的Z轴手动齿轮组(76)。

7、权利要求1所述的鞋模用三维测量机的测量方法，其特征在于1)首先选取样品种类；2)将样品以合适状态固定在测绘工装上；3)将测绘工装固定在测量机工作台上，设定样品的测绘基准；4)根据样品形状测绘出系列三维点集，并转化为三维曲线；5)根据三维曲线建构出与样品一致的三维数模。

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