本发明专利技术属于数控精密测量设备中的测量机，尤其涉及具有铰接臂结构的关节臂式测量机。该测量机仅沿ZX平面对称布置。其中关节臂测量机包括5个可以独立自由运动的转向关节，7段连接臂段。该测量机的5个转向关节均为双点支撑，且各关节(除关节4外)的支撑点均沿ZX平面对称布置；关节1和关节4为无限旋转关节，该关节臂测量机具有操作灵活、结构刚度强、重量轻等综合优势。
【技术实现步骤摘要】
混合偏置型关节臂测量机
本专利技术属于数控精密测量设备中的测量机，尤其涉及具有铰接臂结构的关节臂式测量机。
技术介绍
关节臂式坐标测量机是一种非正交系坐标测量机。它仿照人体关节结构，以角度基准取代长度基准，将若干杆件和一个测头通过旋转关节串联连接，一端固定，另一端(测头)可在空间自由运动，构成一个球形测量空间。关节臂测量机具有：1)量程大；2)体积小、重量轻、可便携，适宜现场使用；3)运动灵活，易于操作等优点，但也存在精度较低(一般在几十微米左右)的不足。目前，国内外厂家及科研院所研制、生产的各型号关节臂式测量机，主要的旋转关节均采用有偏置型的旋转方式布置。偏置是指在所有位置(包括零位)，关节臂测量机的各铰接臂轴线不在一个平面上。当关节臂式测量机的铰接臂采用有偏置型的布置方式时，可以通过减小自身实体体积的方式，以减小旋转运动过程中各关节间的实体障碍，因而扩大了旋转关节的转动角度。但与此同时，也会存在许多的问题：当有偏置存在时，各铰接臂的重心必然偏离机体的对称轴线，使各臂均产生偏重，增大了各个铰接臂的转动惯量，进而使产生误差的因素增多，甚至有可能形成新的不可测区域。有偏置型的布置方式可以增大旋转关节的转动角度，但转动角度的增大是有限的。相对于有偏置型的布置方式而言，无偏置型的布置方式可以有效避免由于偏置给机体带来的附加误差、偏重及转动惯量的增大等不利影响，并可提高测量精度，增加机体使用寿命。但无偏置型的布置方式会显著增加机体重量、降低操作的灵活性、减小各铰接臂的旋转角度，并使整机的美观度受到很大影响。尽管目前市场上的有偏置型关节臂测量机能够实现一些低精度的测量要求，但是在该测量领域还存在着众多对高精度关节臂式测量机的需求，需要测量精度高、使用寿命长、机体重量轻、操作灵活、旋转角度大的低成本关节臂式测量机。
技术实现思路
本专利技术的目的是设计一种测量精度高、使用寿命长、机体重量轻、操作灵活、旋转角度大的低成本关节臂式测量机。本专利技术的技术解决方案是，针对有偏置型关节臂测量机与无偏置型关节臂测量机的优缺点，将它们的优点进行综合，设计一种混合偏置型关节臂测量机。该关节臂测量机由5个可以独立自由运动的转向关节和7段连接臂段组成。其中，第一长轴部件、第二长轴部件、第三长轴部件及测头连接臂的旋转轴线始终位于同一平面内，且共线；第一短轴部件、第二短轴部件及第三短轴部件的旋转轴线均垂直于各长轴部件轴线所在平面，且相互平行、相对位置保持不变。第一短轴部件、第二短轴部件和第三短轴部件均采用Y型、有偏置设计，既减轻了机体重量，又加大了第一短轴部件、第二短轴部件和第三短轴部件的可旋转角度。关节臂测量机各臂段的壳体均通过特殊加工方式加工而成，严格保证了设计图纸中的关键复杂尺寸，确保最终整机均匀受力。第一长轴部件中安装有第一长轴密珠轴系，该轴系具有高的加工精度以及误差均化作用，主轴回转精度为0.1μm。码盘的旋转轴线与第一长轴密珠轴系的旋转轴线重合，读数头固定在第一长轴壳体上，第一长轴壳体与测量坐标系保持相对位置不变。第一短轴部件中安装有第一短轴密珠轴系，该轴系为中间驱动型密珠轴系，可将由第二长轴部件传递下来的力均匀分布到轴系的两侧。该密珠轴系的主轴回转精度为0.1μm，码盘刚性固定在密珠轴系的旋转轴上，读数头与固定座通过螺纹刚性连接。第二短轴部件和第三短轴部件均采用两个分体小轴的组合形式进行力的传递，轴系重量轻、受力状态好。滑环位于第三长臂下方，易于收集、处理由测头等上方部件传递的数据信号，降低终端数据计算数量，提高数据输出的准确度；读数头、码盘位于第三长轴部件与第二短轴部件的连接处，结构刚度好，读数准确。测头连接臂仅由4个零件组合而成，安装简便、调试轻松。连接过渡件通过自身加工出的螺纹与台阶将其余三个零件刚性连接在一起。测头不但可以是图示的硬测头，也可轻易更换为激光扫描测头等多种测头，测量方便、快捷。本专利技术的优点为：1、本专利技术中的混合偏置型关节臂测量机将有偏置型关节臂式测量机与无偏置型关节臂式测量机的优点进行了综合，该机不但具有较高的测量精度，而且还具有使用寿命长、机体重量轻、操作灵活、旋转角度大、生产成本较低等优点；2、混合偏置型关节臂测量机关于ZX平面为对称设计，第一长轴部件、第二长轴部件、第三长轴部件及测头连接臂的旋转轴线始终位于同一平面(ZX平面)内，且共线，因而这四段臂段产生的偏重可以忽略不计，转动惯量小，大大降低了产生误差的因素；3、第一短轴部件、第二短轴部件及第三短轴部件的旋转轴线均垂直于各长轴部件轴线所在平面，且相互平行、相对位置保持不变。这三个短轴部件均采用相对第一长轴部件轴线对称分布的轴承布置形式，即Y型设计，该设计均化了各短轴部件的受力情况，提高了测量精度；4、第一短轴部件、第二短轴部件及第三短轴部件的壳体均为Y型设计，且相对第一长轴部件的旋转轴线有一较小的偏置，降低了机体重量，增加了各短轴部件的旋转角度；5、第二长臂、第三长臂均采用轻质薄壁管件作为外臂，有效降低了机体的重量，提高了第二长轴及第三长轴的刚性、减小了由于手握或环境温度变化对两长臂产生的变形；6、第一长轴部件和第一短轴部件中均设计了高精度的密珠轴系作为旋转轴，这两个轴系具有较高的刚度，且结构紧凑、回转精度高，并能对测量误差进行均化，旋转轴回转精度可达0.1μm；7、第一长轴部件和第一短轴部件中的密珠轴系均为整体设计，降低了安装、调试难度；8、关节臂测量机各臂段的壳体均通过特殊加工方法加工而成，严格保证了设计图纸中的关键复杂尺寸，保证了最终的均匀受力。且各壳体均采用优质材料加工而成，有效减少了加工缺陷，并提高了壳体的强度；9、混合偏置型关节臂测量机的7段连接臂段均为中空轴设计，有效降低了机体重量。附图说明图1是本专利技术的整体结构立体示意图；图2是图1的左视图；图3是图1的主视图；图4是第一长轴部件的部分爆炸图，其示出了除密珠轴系及读数头部分各部件的连接关系；图5是第一长轴部件读数头、码盘与机体的连接方式示意图；图6是图5的主视图；图7是第一长轴部件3/4立体剖视示意图；图8是第一短轴部件读数头/码盘与机体的连接方式示意图；图9是图8的主视图；图10是第一短轴部件的剖视示意图；图11是中间驱动型密珠轴系的平面示意图；图12是中间驱动型密珠轴系的轴向推力密珠轴系I；图13是中间驱动型密珠轴系的轴向推力密珠轴系II；图14是中间驱动型密珠轴系的轴向推力密珠轴系III；图15是中间驱动型密珠轴系的轴向推力密珠轴系IV；图16是中间驱动型密珠轴系的径向推力密珠轴系I；图17是中间驱动型密珠轴系的径向推力密珠轴系II；图18是第一短轴部件的部分爆炸图，其示出了第一短轴部件与第一长轴部件的连接关系，以及自身两端盖的连接方式；图19是第二长轴部件的部分爆炸图，其示出了第二长轴部件分别与第一短轴部件、第二短轴部件的连接关系；图20是第二短轴部件的部分爆炸图，其示出了第二短轴部件与第二长轴部件的连接关系，以及自身两端盖的连接方式；图21是第二短轴部件读数头/码盘与机体的连接方式示意图；图22是图21的主视图；图23是第二短轴部件与第二长轴部件连接关系剖视示意图；图24是第三长轴部件的部分爆炸图，其示出了第三长轴部件分别与第二短轴部件、第三短轴部件的连接关系；图25本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种混合偏置型关节臂测量机，其特征是，关节臂测量机由5个可以独立自由运动的转向关节和7段连接臂段组成，其中，第一长轴部件(1)、第二长轴部件(3)、第三长轴部件(5)及测头连接臂(7)的旋转轴线始终位于同一平面内，且共线；第一短轴部件(2)、第二短轴部件(4)及第三短轴部件(6)的旋转轴线均垂直于各长轴部件轴线所在平面，且相互平行、相对位置保持不变；第一长轴部件(1)，第一长轴密珠轴系(19)通过螺钉(18)固定在第一长轴壳体(12)上，码盘座(17)通过孔轴配合安装在长轴I(31)上，码盘(30)通过孔轴配合安装在长轴I(31)上，并与码盘座(17)相接触，码盘压环垫圈(33)通过孔轴配合安装在长轴I(31)上，并与码盘(30)相接触，码盘压环(29)通过孔轴配合安装在长轴I(31)上，并与码盘压环垫圈(33)相接触，码盘压环(29)、码盘压环垫圈(33)、码盘(30)、码盘座(17)通过螺钉(16)刚性连接在第一长轴密珠轴系(19)上；读数头支架(13)螺纹连接在第一长轴壳体(12)上，读数头(14)通过螺钉(15)刚性连接在读数头支架(13)上，上盖(9)与第一长轴壳体(12)螺纹连接，密封圈(32)通过孔轴配合安装在长轴I(31)上，并安装在上盖(9)的密封圈安装槽(8)中；盖板(11)通过螺钉(10)刚性固定在第一长轴壳体(12)上，下盖(22)与第一长轴壳体(12)螺纹连接，密封圈(20)通过孔轴配合安装在长轴I(31)上，并安装在下盖(22)的密封圈安装槽(21)中；滑环(25)孔轴配合安装在滑环转接座(23)上，并通过螺钉(26)固定在滑环转接座(23)上，滑环转接座(23)通过螺钉(24)固定在长轴I(31)上；底座(27)通过螺钉(28)连接在第一长轴壳体(12)上；第一短轴部件(2)，转动座(46)通过间隙配合，插入固定座(45)的槽中，第一短轴密珠轴系(43)通过孔轴配合安装在固定座(45)与转动座(46)的同轴孔内，并通过螺钉(44)固定在固定座(45)上，通过螺钉(47)固定在转动座(46)上；螺钉(48)螺纹连接在左端盖(49)上，左端盖(49)插入固定座(45)内，码盘座(35)通过孔轴配合安装在传动轴(34)上，码盘(36)通过孔轴配合安装在传动轴(34)上，并与码盘座(35)相接触，码盘压紧垫圈(37)通过孔轴配合安装在传动轴(34)上，并与码盘(36)相接触，码盘压紧盘(38)通过孔轴配合安装在传动轴(34)上，并与码盘压紧垫圈(37)相接触，码盘座(35)、码盘(36)、码盘压紧垫圈(37)、码盘压紧盘(38)通过螺钉(40)固定在传动轴(34)上；读数头安装座(39)螺纹连接在固定座(45)上，读数头(41)通过螺钉(42)固定在读数头安装座(39)上；右端盖(50)通过螺钉(83)固定在读数头安装座(39)上；第一长轴套(55)通过孔轴配合安装在固定座(45)上，并通过螺钉(53)进行刚性连接；罩子(54)通过螺钉(52)刚性连接形成完整的罩子，并与固定座(45)相配合；第二长轴部件(3)，接头I(86)粘接在第二长臂(88)上，接头II(91)粘接在第二长臂(88)上，罩子I(85)通过螺钉(87)进行固定，并与第二长臂(88)进行孔轴配合安装，罩子II(89)通过螺钉(90)进行固定，并与第二长臂(88)进行孔轴配合安装；第二短轴部件(4)，转动座(94)通过间隙配合，插入固定座(95)的槽中，短轴I(97)和短轴II(108)通过孔轴配合分别安装在转动座(94)的左右两侧，并通过螺钉(107)固定在转动座(94)上；轴承(110)通过孔轴配合分别安装在转动座(94)的左右两侧，并与短轴I(97)和短轴II(108)分别相接触，垫圈(106)通过孔轴配合分别安装在转动座(94)的左右两侧，并与轴承(110)分别相接触，带槽锁紧圆螺母(105)通过螺纹连接分别安装在转动座(94)的左右两侧，与垫圈(106)分别相接触，并通过螺钉(109)锁紧，码盘座(98)通过孔轴配合安装在短轴I(97)上，码盘(99)通过孔轴配合安装在短轴I(97)上，并与码盘座(98)相接触，码盘压环(100)通过孔轴配合安装在短轴I(97)上，并与码盘(99)相接触，码盘座(98)、码盘(99)与码盘压环(100)通过螺钉(104)固定在短轴I(97)上，读数头支架(101)通过螺钉(102)固定在固定座(95)上，读数头(103)通过螺钉(104)固定在读数头支架(101)上，左端盖(93)与右端盖(96)分别安装在固定座(95)的左右两侧；第三长轴部件(5)，上接头(117)粘接在第三长臂(114)上，下接头(130)粘接在第三长臂(114)上，读数头滑环组件(113)通过螺钉(129)螺纹连接在下接头...
【技术特征摘要】
1.一种混合偏置型关节臂测量机，关节臂测量机由5个可以独立自由运动的转向关节和7段连接臂段组成，其中，第一长轴部件(1)、第二长轴部件(3)、第三长轴部件(5)及测头连接臂(7)的旋转轴线始终位于同一平面内，且共线；第一短轴部件(2)、第二短轴部件(4)及第三短轴部件(6)的旋转轴线均垂直于各长轴部件轴线所在平面，且相互平行、相对位置保持不变，其特征是，第一长轴部件(1)，第一长轴密珠轴系(19)通过螺钉(18)固定在第一长轴壳体(12)上，码盘座(17)通过孔轴配合安装在长轴I(31)上，码盘(30)通过孔轴配合安装在长轴I(31)上，并与码盘座(17)相接触，码盘压环垫圈(33)通过孔轴配合安装在长轴I(31)上，并与码盘(30)相接触，码盘压环(29)通过孔轴配合安装在长轴I(31)上，并与码盘压环垫圈(33)相接触，码盘压环(29)、码盘压环垫圈(33)、码盘(30)、码盘座(17)通过螺钉(16)刚性连接在第一长轴密珠轴系(19)上；读数头支架(13)螺纹连接在第一长轴壳体(12)上，读数头(14)通过螺钉(15)刚性连接在读数头支架(13)上，上盖(9)与第一长轴壳体(12)螺纹连接，密封圈(32)通过孔轴配合安装在长轴I(31)上，并安装在上盖(9)的密封圈安装槽(8)中；盖板(11)通过螺钉(10)刚性固定在第一长轴壳体(12)上，下盖(22)与第一长轴壳体(12)螺纹连接，密封圈(20)通过孔轴配合安装在长轴I(31)上，并安装在下盖(22)的密封圈安装槽(21)中；滑环(25)孔轴配合安装在滑环转接座(23)上，并通过螺钉(26)固定在滑环转接座(23)上，滑环转接座(23)通过螺钉(24)固定在长轴I(31)上；底座(27)通过螺钉(28)连接在第一长轴壳体(12)上；第一短轴部件(2)，转动座(46)通过间隙配合，插入固定座(45)的槽中，第一短轴密珠轴系(43)通过孔轴配合安装在固定座(45)与转动座(46)的同轴孔内，并通过螺钉(44)固定在固定座(45)上，通过螺钉(47)固定在转动座(46)上；螺钉(48)螺纹连接在左端盖(49)上，左端盖(49)插入固定座(45)内，码盘座(35)通过孔轴配合安装在传动轴(34)上，码盘(36)通过孔轴配合安装在传动轴(34)上，并与码盘座(35)相接触，码盘压紧垫圈(37)通过孔轴配合安装在传动轴(34)上，并与码盘(36)相接触，码盘压紧盘(38)通过孔轴配合安装在传动轴(34)上，并与码盘压紧垫圈(37)相接触，码盘座(35)、码盘(36)、码盘压紧垫圈(37)、码盘压紧盘(38)通过螺钉(40)固定在传动轴(34)上；读数头安装座(39)螺纹连接在固定座(45)上，读数头(41)通过螺钉(42)固定在读数头安装座(39)上；右端盖(50)通过螺钉(83)固定在读数头安装座(39)上；第一长轴套(55)通过孔轴配合安装在固定座(45)上，并通过螺钉(53)进行刚性连接；罩子(54)通过螺钉(52)刚性连接形成完整的罩子，并与固定座(45)相配合；第二长轴部件(3)，接头I(86)粘接在第二长臂(88)上，接头II(91)粘接在第二长臂(88)上，罩子I(85)通过螺钉(87)进行固定，并与第二长臂(88)进行孔轴配合安装，罩子II(89)通过螺钉(90)进行固定，并与第二长臂(88)进行孔轴配合安装；第二短轴部件(4)，转动座(94)通过间隙配合，插入固定座(95)的槽中，短轴I(97)和短轴II(108)通过孔轴配合分别安装在转动座(94)的左右两侧，并通过螺钉(107)固定在转动座(94)上；轴承(110)通过孔轴配合分别安装在转动座(94)的左右两侧，并与短轴I(97)和短轴II(108)分别相接触，垫圈(106)通过孔轴配合分别安装在转动座(94)的左右两侧，并与轴承(110)分别相接触，带槽锁紧圆螺母(105)通过螺纹连接分别安装在转动座(94)的左右两侧，与垫圈(106)分别相接触，并通过螺钉(109)锁紧，码盘座(98)通过孔轴配合安装在短轴I(97)上，码盘(99)通过孔轴配合安装在短轴I(97)上，并与码盘座(98)相接触，码盘压环(100)通过孔轴配合安装在短轴I(97)上，并与码盘(99)相接触，码盘座(98)、码盘(99)与码盘压环(100)通过螺钉(104)固定在短轴I(97)上，读数头支架(101)通过螺钉(102)固定在固定座(95)上，读数头(103)通过螺钉(104)固定在读数头支架(101)上，左端盖(93)与右端盖(96)分别安装在固定座(95)的左右两侧；第三长轴部件(5)，上接头(117)粘接在第三长臂(114)上，下接头(130)粘接在第三长臂(114)上，读数头滑环组件(113)通过螺钉(129)螺纹连接在下接头(130)上，下罩(112)通过螺钉(111)螺纹连接在一起，并与上接头(117)相配合，上罩(116)通过螺钉(115)螺纹连接在一起，并与下接头(130)相配合；读数头滑环组件(113)，隔套(131)通过孔轴配合安装在长轴(134)上，轴承(133)通过孔轴配合安装在轴承安装...
【专利技术属性】
技术研发人员：郭霞，范弥纶，张洋，赵世迁，王磊，杜海涛，
申请(专利权)人：中国航空工业集团公司北京航空精密机械研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11
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