[發(fā)明專利]一種高速5軸聯(lián)動并聯(lián)三坐標測量機

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410820779.1
• 申請日: 2014-12-25
• 公開（公告）號: CN104656675A
• 公開（公告）日: 2015-05-27
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 趙磊;趙新華;王收軍;李彬
• 申請（專利權(quán)）人: 天津理工大學(xué)
• 主分類號: G05D3/00
• 分類號: G05D3/00;G01B21/00
• 代理公司: 天津佳盟知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 12002
• 代理人: 李益書

技術(shù)領(lǐng)域

?本發(fā)明屬于高精密測量技術(shù)領(lǐng)域，是將先進并聯(lián)機器人和測控技術(shù)進行有機的結(jié)合而衍生出來的一種高速、高精度測量裝置，可以用于航空航天工程、船舶工程等高精度工件加工誤差判定的新型三坐標測量機。

背景技術(shù)

近年來，航空航天技術(shù)、船舶制造技術(shù)和測量技術(shù)的發(fā)展，精度成為工業(yè)和軍工領(lǐng)域的關(guān)注焦點。航天飛行器件、航母傳動系統(tǒng)中的軸承、大推力發(fā)動機葉盤等關(guān)鍵部件的檢測，都離不開先進的測量裝置?，F(xiàn)階段，國外高精密測量儀器在硬件和軟件技術(shù)的壟斷致使國內(nèi)企業(yè)或科研單位以高價進行購買，且設(shè)備的兼容性和開放性極差。這對研制一種造價成本低、高速、高精度且具有自主知識產(chǎn)權(quán)和良好開放性的微米級三坐標測量機提出了迫切要求。

與正交和臂式三坐標測量機相比，并聯(lián)測量機具有高剛性、高速度、誤差不疊加、高承重比和慣性小等特性，克服了正交三坐標測量系統(tǒng)體積大、便攜性差、價格昂貴等弊端，彌補了串聯(lián)式三坐標測量機誤差累加、測量效率和精度低的不足。目前，僅英國Renishaw推出了一款6桿結(jié)構(gòu)的比對儀，測量效率比臂式測量機高；然而，由于其并聯(lián)機構(gòu)并非平動，故動平臺姿態(tài)誤差對精度影響很大，測量范圍較小，弊端較明顯，但與正交測量機相比，性價比高很多，造價低。由此可見，并聯(lián)三坐標測量機在測量精度、測量效率和測量靈活性方面比現(xiàn)有的正交和串聯(lián)測量系統(tǒng)都具有更大的開發(fā)潛力。從結(jié)構(gòu)分析，并聯(lián)測量機存在多條支鏈，機械結(jié)構(gòu)具有先天的高剛度性能。1962年，Gough同?Whitehall成功設(shè)計第一臺并聯(lián)機構(gòu)萬能輪胎測試機，但由于當時的技術(shù)及應(yīng)用條件的限制，該設(shè)計思想并未引起人們廣泛的關(guān)注；1996年，日本靜岡大學(xué)的大巖孝彰等人在日本政府高度自動化技術(shù)振興團的資助下，開始進行并聯(lián)運動機構(gòu)坐標測量機的研究工作；同年，日本東京大學(xué)的高增和平木雅彥，美國Florida?Atlantic大學(xué)的莊漢歧和王英立等人也在開展這方面的研究工作。中科院沈陽自動化所、江蘇大學(xué)、燕山大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、清華大學(xué)、天津大學(xué)、上海交通大學(xué)、東北大學(xué)和天津理工大學(xué)等先后開展了新型三坐標測量機原型的研究；江蘇大學(xué)的馬履中教授對3RRC型的虛擬軸三維坐標測量機并聯(lián)機構(gòu)進行了運動分析；西安交通大學(xué)的周祥文提出了一種新型三坐標測量機的非正交結(jié)構(gòu)方案并建立了測量模型，給出了測點的解析式、測量空間，簡要分析了測量誤差；哈爾濱工業(yè)大學(xué)自動化測試與控制系?CAT?/?CAQ?研究室在車仁生教授的倡導(dǎo)下于1997年開始進行這方面的研究工作；由于并聯(lián)機構(gòu)的復(fù)雜程度和耦合性高，聯(lián)動控制難和如何保證高控制精度成為關(guān)鍵問題。然而，并聯(lián)測量機除了上述技術(shù)難題，還涉及另外一個重要指標：測量精度，且整體結(jié)構(gòu)是由并聯(lián)和串聯(lián)機構(gòu)的一個高度融合。因此，設(shè)計一種高速、高精度、大測量范圍的并聯(lián)測量機，已成為關(guān)注焦點。到目前為止，國際上也只有少數(shù)學(xué)者曾對并聯(lián)坐標測量機的測量建模問題進行過討論，例如，日本靜岡大學(xué)的Takaaki?Oiwa，美國亞特蘭大大學(xué)的Hanqi?Zhuang等。并聯(lián)三坐標測量機之所以受到社會廣泛關(guān)注并吸引了眾多學(xué)者從各個角度進行研究，一個重要因素是它具有明顯的市場潛力和良好的發(fā)展趨勢，主要表現(xiàn)在結(jié)構(gòu)設(shè)計標準化、驅(qū)動技術(shù)實用化和控制軟件模塊化，具有高精度、高剛性、高負載等明顯特性，逐漸成為精密測量領(lǐng)域的研究熱點。在申請?zhí)枮镃N201310408382、CN01108297的專利中公開了“一種并聯(lián)坐標測量機控制器”、?“用于虛擬軸數(shù)控機床、虛擬軸并聯(lián)坐標測量機及并聯(lián)機器人的三維平動并聯(lián)機構(gòu)”。市場上僅有英國Reinishaw公司推出了一款Equator???6桿并聯(lián)機構(gòu)的比對儀，其測頭為一維測頭。并聯(lián)測量機的研究存在的主要難題是結(jié)構(gòu)耦合程度高、操作自由度少、軟件程序研發(fā)難和運動學(xué)問題復(fù)雜等。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的是提供一種新型大范圍測量機即由三自由度并聯(lián)平動機構(gòu)和二軸串聯(lián)高精度測頭構(gòu)成。解決了測量空間小、串并聯(lián)機構(gòu)聯(lián)動控制難、避免了動平臺轉(zhuǎn)動誤差對控制精度和測量精度的影響，滿足現(xiàn)有國內(nèi)工業(yè)和軍工領(lǐng)域的需求，克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，為后續(xù)原理樣機的研發(fā)奠定基礎(chǔ)。

本發(fā)明的技術(shù)方案為：

一種新型高速5軸聯(lián)動并聯(lián)三坐標測量機，包括靜三角平臺(1)?和動三角平臺（5），安裝在兩個平臺之間的結(jié)構(gòu)相同且均勻布置的三條支鏈，即第一條支鏈(2)、第二支鏈(3)和第三支鏈(4)，以及安裝在動三角平臺(5)下方的二軸測頭機構(gòu)；靜三角平臺（1）固定于支撐架(6)上構(gòu)成3自由度平動并聯(lián)機構(gòu)；