CN112729041A - 一种坐标测量机用二维旋转测座 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及坐标测量技术领域，具体涉及一种坐标测量机用二维旋转测座。该装置可实现测头的旋转和摆动功能，可有效提高测头的定位精度，并减小CMM传统测座高速测量时的动态误差，同时还可以优化测量机工作空间，提高测量效率。本发明采用的技术方案包括测头、摆动部分和旋转部分，所述旋转部分包括连接圆盘、上端盖、角位移传感器、角接触轴承、下端盖、旋转轴、无框电机和外壳，其中摆动部分实现测头摆动动作的输出，旋转部分实现测头旋转动作的输出，摆动部分的摆动轴线与旋转部分的回转轴线垂直相交，其特征在于：所述摆动部分包括定位结构和分度结构。

Description

一种坐标测量机用二维旋转测座
技术领域
本发明涉及坐标测量技术领域，具体涉及一种坐标测量机用二维旋转测座。
背景技术
三坐标测量机(CMM)是基于坐标测量技术采集零件空间坐标点位，并计算出三维轮廓尺寸，形状及位置精度的集光、机、电、算于一体的精密测量仪器，具有测量功能丰富、测量精度高、测量效率高等优点，被广泛应用在汽车、航空航天等领域。随着零部件的复杂程度、测量精度、测量效率要求越来越高，传统CMM的工作空间、动态测量精度和效率等已无法满足要求。五轴测量技术的提出，为上述问题提供了新的解决方案。
雷尼绍公司开发的REVO五轴测量***为大型测量机的五轴扫描测量树立了标准，在REVO的基础上，雷尼绍研发了PH20二维旋转测座，优化了测量机的工作空间，使测量机首次具备了五轴测量能力。REVO和PH20均采用测头回转加摆动的二维旋转运动，极大地减少了测量机其余三轴的运动，降低了测量机的动态误差，其快速“测头碰触”能力意味着只需测头的旋转运动即可更快速地采集测量点，其精度、重复性和检测效率均显著提高。但其回转角度误差较大，在使用时不能使用其回转角度示值统一测头的坐标，测头座带动测头本体的每一次转位都必须用标准球标定一次测头，需要花费大量的测量时间。
CN201510528173.5公开了一种旋转测头、测量机及旋转测头的实现方法，所涉及的旋转测头包括测头本体、测头座、连续调节机构和视觉辅助装置，连续调节机构将测头球心设置到测座回转轴轴线上，并利用视觉辅助装置精确检测测头球心位置是否位于测头座的回转轴轴线上，使得测头每次转位无需进行重新标定，同时降低了测头座中电机精度要求，提高了回转定位精度，但连续调节结构较为复杂，体积也较大，而且视觉辅助装置也增加了成本。
发明内容
本发明要提供一种结构简单、体积小、定位精度高的坐标测量机用二维旋转测座，该装置可实现测头的旋转和摆动功能，可有效提高测头的定位精度，并减小CMM传统测座高速测量时的动态误差，同时还可以优化测量机工作空间，提高测量效率。
为达到上述目的，本发明装置由测头、摆动部分和旋转部分组成，所述旋转部分包括连接圆盘、上端盖、角位移传感器、角接触轴承、下端盖、旋转轴、无框电机和外壳，其中摆动部分实现测头摆动动作的输出，旋转部分实现测头旋转动作的输出，摆动部分的摆动轴线与旋转部分的回转轴线垂直相交，其特征在于：所述摆动部分包括定位结构和分度结构；
所述定位结构包括外壳，外壳内设置有左定位板、右定位板、上定位板、摆动轴、顶心球、顶心球弓形弹簧片，所述上定位板设置于外壳的顶部，所述左定位板和右定位板的上端部固定在上定位板上，上定位板通过两个下部设置有凹槽的定位块与摆动轴连接，定位块的凹槽内设置有摆动轴，两者之间通过对称设置于凹槽内壁上的钢珠实现点接触，定位块下部凹槽的下端面上跨设有第一弓形弹簧片，弓形弹簧片压设于摆动轴外表面上与摆动轴相切，实现径向定位；
所述摆动轴一侧与无框电机固定连接，无框电机定子通过定子安装座上端固定于上连接板，在该侧摆动轴的端部设置有顶心球，顶心球与固定在左定位板上的第二弓形弹簧片相切设置；所述摆动轴另一侧穿设于分度结构内，该侧的端部设置有与右定位板相切设置的顶心球，所述摆动轴两端的顶心球均粘合设置于摆动轴两端的顶心孔里；
所述摆动轴的中部固定套设有环形卡子，环形卡子设置于两个定位块之间，其下部固定有测头；
所述旋转部分的旋转轴与摆动部分的上定位板中部固定连接。
上述分度结构包括分度盘装置和旋转球装置，所述旋转球装置设置于分度盘装置内，分度盘上端与上定位板固定连接，所述分度盘内圈设置有矩形槽，在槽内沿圆周固定若干个分度球；所述的旋转球装置包括第三弓形弹簧片和旋转球，穿设于分度结构内的摆动轴下部固设有第三弓形弹簧片，所述旋转球夹设于第三弓形弹簧片和分度球之间，并固定于弓形弹簧片中部。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
1)本发明的装置为独立的二维旋转测座装置，结构紧凑，将其安装到具有坐标测量功能的测量平台上，并将测头部分安装在本发明的测座上，从而实现五轴测量，扩展了坐标测量技术；
2)本发明的装置能够实现测头的二维旋转，即旋转和摆动，相比一维旋转测头，可实现更多角度和方位测量，优化了测量机的工作空间；
3)本发明的装置可消除测头摆动间隙，提高测头摆动分度重复定位精度。摆动轴采用V型定位块与钢珠辅助定位，确保了A轴定位点不变，并使用弹簧片固定摆动轴，消除了摆动轴的运动间隙，提高测头摆动分度重复定位精度。
4)本发明的装置测头摆动分度定位精度高。旋转轴按照分度球的位置进行角度定位，采用弓形弹簧片将旋转球与分度球之间进行压紧，旋转球可根据分度球的位置自动调整至精确角度，提高测头摆动分度定位精度和重复定位精度。
5)本发明的装置可以提高CMM动态测量精度和测量效率。在CMM做三轴大范围慢速运动期间，测座同时可以做小范围快速旋转和摆动运动，有效减小测量机机身结构快速运动引起的动态误差，从而提高动态测量精度和测量效率。
附图说明
图1为总体结构示意图；
图2为剖面结构示意图；
图3为A轴径向固定部分原理图；
图4为A轴轴向固定部分原理图；
图5为分度结构示意图；
图6是图5的A-A剖视图；
图7是图6的局部放大图。
附图标记说明：
A01-左定位板，A02-第二弓形弹簧片，A03-无框电机转子，A04-无框电机定子，A05-定子安装座，A06-外壳,A07-上定位板，A08-V型定位块，A09-环形卡子，A10-摆动轴，A11-顶心球，A12-右定位板，A13-第三弓形弹簧片，A14-旋转球，A15-分度球，A16-分度盘，A17-第一弓形弹簧片，A18-钢珠；
B01-连接圆盘，B02-上端盖，B03-角位移传感器，B04-角接触轴承，B05-下端盖，B06-旋转轴，B07-无框电机，B08-外壳。
P01-测头。
具体实施方案：
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的说明。
参见图1，本发明装置由测头、摆动部分(简称A轴)和旋转部分(简称B轴)组成，所述旋转部分包括连接圆盘B01、上端盖B02、角位移传感器B03、角接触轴承B04、下端盖B05、旋转轴B06、无框电机B07和外壳B08，其中摆动部分实现测头摆动动作的输出，旋转部分实现测头旋转动作的输出，摆动部分的摆动轴线与旋转部分的回转轴线垂直相交，所述摆动部分包括定位结构和分度结构；
参见图2-图4，所述定位结构包括外壳A06，外壳A06内设置有左定位板A01、右定位板A12、上定位板A07、摆动轴A10、顶心球A11、顶心球弓形弹簧片A02，所述上定位板A07设置于外壳A06的顶部，所述左定位板A01和右定位板A12的上端部(通过螺钉)固定在上定位板A07上，上定位板A07通过两个下部设置有V型凹槽的定位块A08与摆动轴A10连接，定位块A08的V型凹槽内设置有摆动轴A10，两者之间通过对称设置于凹槽内壁上的钢珠A18实现点接触，定位块A08下部V型凹槽的下端面上跨设有第一弓形弹簧片A17，弓形弹簧片A17通过螺钉固定在定位块A08上，并压设于摆动轴A10外表面上与摆动轴A10相切，实现径向定位；
所述摆动轴A10一侧与无框电机的转子A03固定连接，无框电机转子A03通过轴肩和螺母与摆动轴A10实现轴向定位，无框电机的定子A04通过定子安装座A05固定，定子安装座A05上端固定于上连接板A07，在该侧摆动轴A10的端部设置有顶心球A11，顶心球A11与采用螺钉固定在左定位板A01上的第二弓形弹簧片A02相切设置；所述摆动轴A10另一侧穿设于分度结构内，该侧的端部设置有与右定位板A12相切设置的顶心球A11，所述摆动轴A10两端的顶心球A11均粘合设置于摆动轴A10两端的顶心孔里；
所述摆动轴A10的中部固定套设有环形卡子A09，环形卡子A09设置于两个定位块A08之间，其下部固定有测头P01；
参见图5-图7，所述分度结构包括分度盘装置和旋转球装置，所述旋转球装置设置于分度盘装置内，分度盘A16上端与上定位板A07固定连接，所述分度盘A16内圈设置有矩形槽，在槽内沿圆周固定若干个分度球A15；所述的旋转球装置包括第三弓形弹簧片A13和旋转球A14，穿设于分度结构内的摆动轴A10下部固设有第三弓形弹簧片A13，所述旋转球A14夹设于第三弓形弹簧片A13和分度球A15之间，并固定于弓形弹簧片A13中部。对旋转球弓形弹簧片A13施加一定的变形量使旋转球A14与分度球A15紧密接触，使得旋转球在分度定位时自动调整至两相邻分度球A15的中间位置，以提高分度运动的定位精度和重复定位精度。
所述旋转部分的旋转轴B06与摆动部分的上定位板A07中部固定连接。组装时，分别待A轴和B轴结构实施完成后，两个结构通过B轴结构中旋转轴B06下端的螺纹表面与A轴结构中上定位板A07的中间螺纹孔连接在一起，B轴结构通过连接圆盘B01与坐标测量机测座连接，A轴结构通过环形卡子A09与坐标测量机的测头P01连接。至此，坐标测量机用二维旋转测座实施完成。
本发明开始工作时，测座的B轴带动测座A轴先旋转动到合适的角度，然后启动电机，摆动轴A10动作，A轴再带动测头P01摆动到需求位置，来实现对零件的精确测量，A轴和B轴分别具有驱动装置和位置检测装置，能够保证工作要求，提高工作效率。

Claims (2)

1.一种坐标测量机用二维旋转测座，由测头、摆动部分和旋转部分组成，所述旋转部分包括连接圆盘(B01)、上端盖(B02)、角位移传感器(B03)、角接触轴承(B04)、下端盖(B05)、旋转轴(B06)、无框电机(B07)和外壳(B08)，其中摆动部分实现测头摆动动作的输出，旋转部分实现测头旋转动作的输出，摆动部分的摆动轴线与旋转部分的回转轴线垂直相交，其特征在于：所述摆动部分包括定位结构和分度结构；
所述定位结构包括外壳(A06)，外壳(A06)内设置有左定位板(A01)、右定位板(A12)、上定位板(A07)、摆动轴(A10)、顶心球(A11)、顶心球弓形弹簧片(A02)，所述上定位板(A07)设置于外壳(A06)的顶部，所述左定位板(A01)和右定位板(A12)的上端部固定在上定位板(A07)上，上定位板(A07)通过两个下部设置有凹槽的定位块(A08)与摆动轴(A10)连接，定位块(A08)的凹槽内设置有摆动轴(A10)，两者之间通过对称设置于凹槽内壁上的钢珠(A18)实现点接触，定位块(A08)下部凹槽的下端面上跨设有第一弓形弹簧片(A17)，弓形弹簧片(A17)压设于摆动轴(A10)外表面上与摆动轴(A10)相切，实现径向定位；
所述摆动轴(A10)一侧与无框电机固定连接，无框电机定子(A04)通过定子安装座(A05)上端固定于上连接板(A07)，在该侧摆动轴(A10)的端部设置有顶心球(A11)，顶心球(A11)与固定在左定位板(A01)上的第二弓形弹簧片(A02)相切设置；所述摆动轴(A10)另一侧穿设于分度结构内，该侧的端部设置有与右定位板(A12)相切设置的顶心球(A11)，所述摆动轴(A10)两端的顶心球A11均粘合设置于摆动轴A10两端的顶心孔里；
所述摆动轴(A10)的中部固定套设有环形卡子(A09)，环形卡子(A09)设置于两个定位块(A08)之间，其下部固定有测头(P01)；
所述旋转部分的旋转轴(B06)与摆动部分的上定位板(A07)中部固定连接。
2.根据权利要求1所述的一种坐标测量机用二维旋转测座，其特征在于：所述的分度结构包括分度盘装置和旋转球装置，所述旋转球装置设置于分度盘装置内，分度盘(A16)上端与上定位板(A07)固定连接，所述分度盘(A16)内圈设置有矩形槽，在槽内沿圆周固定若干个分度球(A15)；所述的旋转球装置包括第三弓形弹簧片(A13)和旋转球(A14)，穿设于分度结构内的摆动轴(A10)下部固设有第三弓形弹簧片(A13)，所述旋转球(A14)夹设于第三弓形弹簧片(A13)和分度球(A15)之间，并固定于弓形弹簧片(A13)中部。
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