[發明專利]混合偏置型關節臂測量機

有效

• 申請號: 201510548622.2
• 申請日: 2015-08-31
• 公開（公告）號: CN105157647B
• 公開（公告）日: 2017-09-12
• 發明（設計）人: 郭霞;范彌綸;張洋;趙世遷;王磊;杜海濤
• 申請（專利權）人: 中國航空工業集團公司北京航空精密機械研究所
• 主分類號: G01B21/04
• 分類號: G01B21/04
• 代理公司: 中國航空專利中心11008
• 代理人: 李建英

技術領域

本發明屬于數控精密測量設備中的測量機，尤其涉及具有鉸接臂結構的關節臂式測量機。

背景技術

關節臂式坐標測量機是一種非正交系坐標測量機。它仿照人體關節結構，以角度基準取代長度基準，將若干桿件和一個測頭通過旋轉關節串聯連接，一端固定，另一端(測頭)可在空間自由運動，構成一個球形測量空間。

關節臂測量機具有：1)量程大；2)體積小、重量輕、可便攜，適宜現場使用；3)運動靈活，易于操作等優點，但也存在精度較低(一般在幾十微米左右)的不足。

目前，國內外廠家及科研院所研制、生產的各型號關節臂式測量機，主要的旋轉關節均采用有偏置型的旋轉方式布置。偏置是指在所有位置(包括零位)，關節臂測量機的各鉸接臂軸線不在一個平面上。當關節臂式測量機的鉸接臂采用有偏置型的布置方式時，可以通過減小自身實體體積的方式，以減小旋轉運動過程中各關節間的實體障礙，因而擴大了旋轉關節的轉動角度。但與此同時，也會存在許多的問題：當有偏置存在時，各鉸接臂的重心必然偏離機體的對稱軸線，使各臂均產生偏重，增大了各個鉸接臂的轉動慣量，進而使產生誤差的因素增多，甚至有可能形成新的不可測區域。有偏置型的布置方式可以增大旋轉關節的轉動角度，但轉動角度的增大是有限的。

相對于有偏置型的布置方式而言，無偏置型的布置方式可以有效避免由于偏置給機體帶來的附加誤差、偏重及轉動慣量的增大等不利影響，并可提高測量精度，增加機體使用壽命。但無偏置型的布置方式會顯著增加機體重量、降低操作的靈活性、減小各鉸接臂的旋轉角度，并使整機的美觀度受到很大影響。

盡管目前市場上的有偏置型關節臂測量機能夠實現一些低精度的測量要求，但是在該測量領域還存在著眾多對高精度關節臂式測量機的需求，需要測量精度高、使用壽命長、機體重量輕、操作靈活、旋轉角度大的低成本關節臂式測量機。

發明內容

本發明的目的是設計一種測量精度高、使用壽命長、機體重量輕、操作靈活、旋轉角度大的低成本關節臂式測量機。

本發明的技術解決方案是，針對有偏置型關節臂測量機與無偏置型關節臂測量機的優缺點，將它們的優點進行綜合，設計一種混合偏置型關節臂測量機。該關節臂測量機由5個可以獨立自由運動的轉向關節和7段連接臂段組成。其中，第一長軸部件、第二長軸部件、第三長軸部件及測頭連接臂的旋轉軸線始終位于同一平面內，且共線；第一短軸部件、第二短軸部件及第三短軸部件的旋轉軸線均垂直于各長軸部件軸線所在平面，且相互平行、相對位置保持不變。第一短軸部件、第二短軸部件和第三短軸部件均采用Y型、有偏置設計，既減輕了機體重量，又加大了第一短軸部件、第二短軸部件和第三短軸部件的可旋轉角度。

關節臂測量機各臂段的殼體均通過特殊加工方式加工而成，嚴格保證了設計圖紙中的關鍵復雜尺寸，確保最終整機均勻受力。

第一長軸部件中安裝有第一長軸密珠軸系，該軸系具有高的加工精度以及誤差均化作用，主軸回轉精度為0.1μm。碼盤的旋轉軸線與第一長軸密珠軸系的旋轉軸線重合，讀數頭固定在第一長軸殼體上，第一長軸殼體與測量坐標系保持相對位置不變。

第一短軸部件中安裝有第一短軸密珠軸系，該軸系為中間驅動型密珠軸系，可將由第二長軸部件傳遞下來的力均勻分布到軸系的兩側。該密珠軸系的主軸回轉精度為0.1μm，碼盤剛性固定在密珠軸系的旋轉軸上，讀數頭與固定座通過螺紋剛性連接。

第二短軸部件和第三短軸部件均采用兩個分體小軸的組合形式進行力的傳遞，軸系重量輕、受力狀態好。

滑環位于第三長臂下方，易于收集、處理由測頭等上方部件傳遞的數據信號，降低終端數據計算數量，提高數據輸出的準確度；讀數頭、碼盤位于第三長軸部件與第二短軸部件的連接處，結構剛度好，讀數準確。

測頭連接臂僅由4個零件組合而成，安裝簡便、調試輕松。連接過渡件通過自身加工出的螺紋與臺階將其余三個零件剛性連接在一起。測頭不但可以是圖示的硬測頭，也可輕易更換為激光掃描測頭等多種測頭，測量方便、快捷。