一种关节臂式坐标测量机的检定装置

1.本发明涉及一种关节臂式坐标测量机的检定装置，属于关节臂式坐标测量机的检定领域。


背景技术：

2.关节臂式坐标测量机是一种新型的多自由度非正交式坐标系测量机，通过六个(或七个)旋转关节将一系列杆件串联连接起来，以角度测量基准代替长度测量基准，由末端测头测得其球形工作空间范围的三维坐标。其灵活性高和便携性好，现已逐步应用于航空航天、机械制造、汽车船舶等领域。
3.关节臂式坐标测量机属于高精密测量设备，保证其单点重复精度及距离精度的准确性是关节臂式坐标测量机进行稳定测量的关键。由于本身的串联机构具有误差累积放大的效果，使得其在空间不同位姿的末端误差有差异，需要定期对其进行检定，以保证其精度及稳定性。
4.目前关于关节臂式坐标测量机单点重复精度及距离精度检定多为通过固定于实验台上的锥孔和标准量块，先在锥孔采集数据点进行单点重复精度检定，再通过标准量块测量进行距离精度的检定，操作步骤多且耗时长。且锥孔和标准量块都是在其固定位置采集数据点进行精度检定，范围有限，缺少关节臂式坐标测量机在工作空间采集数据点检定的丰富性。


技术实现要素：

5.本发明提供了一种关节臂式坐标测量机的检定装置，通过该检定装置，可以用于不同空间状态下同时进行单点重复精度及距离精度检定。
6.本发明的技术方案是：一种关节臂式坐标测量机的检定装置，包括磁力吸座ⅰ1、底座2、一轴关节圆筒3、二轴关节圆筒4、末端连接圆杆5、标准量杆6、磁力吸座ⅱ7、支撑底板8、支撑柱9、辅助支撑部分10；所述底座2底部与磁力吸座ⅰ1连接，一轴关节圆筒3下部与底座2上表面连接，二轴关节圆筒4一端与一轴关节圆筒3上部连接，末端连接圆杆5一端与二轴关节圆筒4另一端连接，标准量杆6与末端连接圆杆5另一端连接，标准量杆6沿纵向设有锥台29，支撑底板8底部与磁力吸座ⅱ7连接，支撑柱9下部与支撑底板8上表面连接，辅助支撑部分10一端与支撑柱9侧面连接，辅助支撑部分10另一端通过与标准量杆6末端两钢球27接触进行辅助支撑。
7.所述底座2底部用螺钉ⅰ11通过长圆形孔ⅰ12与磁力吸座ⅰ1连接，一轴关节圆筒3下部用螺钉ⅱ13与底座2上表面连接，二轴关节圆筒4呈t型，从二轴关节圆筒4横向圆筒穿过的内部轴19的两端与一轴关节圆筒3上部的u型结构开口端间隙配合，二轴关节圆筒4横向圆筒两端用螺钉ⅳ21与一轴关节圆筒3上部的u型结构开口端连接，末端连接圆杆5一端通过螺钉
ⅴ
25与二轴关节圆筒4纵向圆筒自由端连接，标准量杆6通过焊接胶与末端连接圆杆5另一端连接，支撑底板8底部用螺钉
ⅵ
31通过长圆形孔ⅱ32与磁力吸座ⅱ7连接，支撑柱9
下部用螺钉
ⅶ
33与支撑底板8上表面连接，辅助支撑部分10另一端与支撑柱9侧面的梯形槽口34通过螺栓组件39连接。
8.所述底座2上表面中心部分有圆形均布的二十四个螺纹孔ⅰ14，一轴关节圆筒3下部的四个圆形均布通孔ⅰ15选择性与螺纹孔ⅰ14配合通过螺钉ⅱ13连接。
9.所述二轴关节圆筒4横向圆筒两端分别设有圆形均布的二十四个螺纹孔ⅱ22，一轴关节圆筒3上部u型结构开口端两侧分别设有的四个圆形均布通孔ⅱ20选择性与螺纹孔ⅱ22配合通过螺钉ⅳ21连接。
10.还包括轴盖16，轴盖16通过螺钉ⅲ17与一轴关节圆筒3上部u型结构开口端一侧轴孔处的螺纹孔ⅳ18连接。
11.所述二轴关节圆筒4纵向圆筒自由端有圆形均布的二十四个螺纹孔ⅲ23，末端连接圆杆5一端的四个圆形均布通孔ⅲ24选择性与螺纹孔ⅲ23配合通过螺钉
ⅴ
25连接。
12.所述末端连接圆杆5另一端设置半圆形槽26用焊接胶粘接标准量杆6。
13.所述标准量杆6沿纵向上的定位孔ⅱ30用焊接胶粘接锥台29，标准量杆6两端设有定位孔ⅰ28用焊接胶粘接钢球27。
14.所述支撑柱9侧面开有梯形槽口34，梯形槽口34内部放置梯形螺母35，通过螺杆36配合梯形螺母35连接辅助支撑部分10，并且能沿着槽口方向调整辅助支撑部分10的上下位置。
15.所述辅助支撑部分10另一端为与钢球27球径相同的球形凹槽37，且球形凹槽37底部粘有铷磁铁38。
16.本发明的有益效果是：本发明中底座与一轴关节圆筒、一轴关节圆筒与二轴关节圆筒、二轴关节圆筒与末端连接圆杆之间都通过均布的24个螺纹孔进行选择性连接，严格控制每次可调关节角度都在15
°
，从底座到末端通过逐级调整角度，实现了标准量杆在空间姿态的调整，并使得标准量杆在空间的调整布置及检定范围更具规律性；并进一步通过侧面带梯形槽口的支撑柱与辅助支撑部分的配合实现不同高度下标准量杆在空间中的支撑，再进一步地通过磁力吸座灵活固定于实验台进行辅助支撑，从而高效地确保标准量杆的稳定性。整个检定装置环环相扣，通过该检定装置，不仅实现了关节臂式坐标测量机在空间中不同位姿检定的丰富性，还能同时对单点重复精度及距离精度进行检定，降低了生产成本、提高了检定效率；简洁紧凑的结构设计，使其能灵活运用于工业现场对关节臂式坐标测量机的精度进行检定。
附图说明
17.图1为本发明检定原理图；
18.图2为本发明整体外形图；
19.图3为本发明主体部分爆炸视图；
20.图4为本发明一轴关节圆筒剖视图；
21.图5为本发明一轴关节圆筒立体示意图；
22.图6为本发明二轴关节圆筒剖视图；
23.图7为本发明二轴关节圆筒立体示意图；
24.图8为本发明辅助支撑机构爆炸视图；
25.图9为本发明标准量杆爆炸视图；
26.图中各标号：1
‑
磁力吸座ⅰ，2
‑
底座，3
‑
一轴关节圆筒，4
‑
二轴关节圆筒，5
‑
末端连接圆杆，6
‑
标准量杆，7
‑
磁力吸座ⅱ，8
‑
支撑底板，9
‑
支撑柱，10
‑
辅助支撑部分，11
‑
螺钉ⅰ，12
‑
长圆形孔ⅰ，13
‑
螺钉ⅱ，14
‑
螺纹孔ⅰ，15
‑
通孔ⅰ，16
‑
轴盖，17
‑
螺钉ⅲ，18
‑
螺纹孔ⅳ，19
‑
内部轴，20
‑
通孔ⅱ，21
‑
螺钉ⅳ，22
‑
螺纹孔ⅱ，23
‑
螺纹孔ⅲ，24
‑
通孔ⅲ，25
‑
螺钉
ⅴ
，26
‑
半圆形槽，27
‑
钢球，28
‑
定位孔ⅰ，29
‑
锥台，30
‑
定位孔ⅱ，31
‑
螺钉
ⅵ
，32
‑
长圆形孔ⅱ，33
‑
螺钉
ⅶ
，34
‑
梯形槽口，35
‑
梯形螺母，36
‑
螺杆，37
‑
球形凹槽，38
‑
铷磁铁，39
‑
螺栓组件。
具体实施方式
27.实施例1：如图1
‑
9所示，一种关节臂式坐标测量机的检定装置，包括磁力吸座ⅰ1、底座2、一轴关节圆筒3、二轴关节圆筒4、末端连接圆杆5、标准量杆6、磁力吸座ⅱ7、支撑底板8、支撑柱9、辅助支撑部分10；所述底座2底部与磁力吸座ⅰ1连接，一轴关节圆筒3下部与底座2上表面连接，二轴关节圆筒4一端与一轴关节圆筒3上部连接，末端连接圆杆5一端与二轴关节圆筒4另一端连接，标准量杆6与末端连接圆杆5另一端连接，标准量杆6沿纵向设有锥台29，支撑底板8底部与磁力吸座ⅱ7连接，支撑柱9下部与支撑底板8上表面连接，辅助支撑部分10一端与支撑柱9侧面连接，辅助支撑部分10另一端通过与标准量杆6末端两钢球27接触进行辅助支撑。
28.进一步地，可以设置所述底座2底部用螺钉ⅰ11通过长圆形孔ⅰ12与四个磁力吸座ⅰ1连接，可用于将本装置灵活的摆放在实验台的相关位置，一轴关节圆筒3下部用螺钉ⅱ13与底座2上表面连接，二轴关节圆筒4呈t型，从二轴关节圆筒4横向圆筒穿过的内部轴19的两端与一轴关节圆筒3上部的u型结构开口端内侧轴面间隙配合(安装时，内部轴19从u型结构开口端一侧开孔处穿入)，二轴关节圆筒4横向圆筒两端用螺钉ⅳ21与一轴关节圆筒3上部的u型结构开口端连接(即二轴关节圆筒4的横向圆筒与内部轴19间隙配合，通过内部轴19支撑，通过内部轴的支撑配合二轴关节圆筒4横向圆筒两端与一轴关节圆筒3上部的u型结构连接使得二轴关节圆筒4旋转更加稳固)，末端连接圆杆5一端通过螺钉
ⅴ
25与二轴关节圆筒4纵向圆筒自由端连接，标准量杆6通过焊接胶与末端连接圆杆5另一端连接，支撑底板8底部用螺钉
ⅵ
31通过长圆形孔ⅱ32与三个磁力吸座ⅱ7连接，支撑柱9下部用螺钉
ⅶ
33与支撑底板8上表面连接，辅助支撑部分10另一端与支撑柱9侧面的梯形槽口34通过螺栓组件39连接。
29.进一步地，可以设置所述底座2上表面中心部分有圆形均布的二十四个螺纹孔ⅰ14，一轴关节圆筒3下部的四个圆形均布通孔ⅰ15选择性与螺纹孔ⅰ14配合通过螺钉ⅱ13连接，便于一轴关节圆筒3上部所有部件的角度位置调整。
30.进一步地，可以设置所述二轴关节圆筒4横向圆筒两端分别设有圆形均布的二十四个螺纹孔ⅱ22，一轴关节圆筒3上部u型结构开口端两侧分别设有的四个圆形均布通孔ⅱ20选择性与螺纹孔ⅱ22配合通过螺钉ⅳ21连接，方便二轴关节圆筒4纵向圆筒自由端安装部件的角度调整。
31.进一步地，可以设置还包括轴盖16，轴盖16通过螺钉ⅲ17与一轴关节圆筒3上部u型结构开口端一侧轴孔向圆心方向凸起处设置的四个螺纹孔ⅳ18连接(u型结构开口端另一侧为封闭)，起到对内部轴封闭的作用。
32.进一步地，可以设置所述二轴关节圆筒4纵向圆筒自由端有圆形均布的二十四个螺纹孔ⅲ23，末端连接圆杆5一端的四个圆形均布通孔ⅲ24选择性与螺纹孔ⅲ23配合通过螺钉
ⅴ
25连接，方便末端连接圆杆5上安装的标准量杆6的位置调整。
33.进一步地，可以设置所述末端连接圆杆5另一端设置半圆形槽26用焊接胶粘接标准量杆6。
34.进一步地，可以设置所述标准量杆6沿纵向上的定位孔ⅱ30用焊接胶粘接锥台29，标准量杆6两端设有定位孔ⅰ28用焊接胶粘接钢球27；其中定位孔ⅱ30可以采用非等间距设置，以进一步增加其测量点及距离的丰富性。
35.进一步地，可以设置所述螺栓组件39包括梯形螺母35、螺杆36；支撑柱9侧面开有梯形槽口34，梯形槽口34内部放置梯形螺母35，通过螺杆36配合梯形螺母35连接辅助支撑部分10，并且能沿着槽口方向调整辅助支撑部分10的上下位置。
36.进一步地，可以设置所述辅助支撑部分10另一端为与钢球27球径相同的球形凹槽37，用于在标准量杆6上的钢球27处于各种姿态下都能与球形凹槽37其紧密贴合，且球形凹槽37底部粘有强力铷磁铁38，能紧密的吸附钢球，对标准量杆6起到稳定的支撑作用。
37.进一步地，可以设置标准量杆采用碳纤维材料。
38.本发明的工作原理：
39.为了方便检定关节臂式坐标测量机在工作空间不同位姿的精度情况，设计了一种可在工作空间同时进行单点重复精度及距离精度检定的装置，有效提高检定的效率。该装置通过关节连接部分的变换调整，可使标准量杆处于空间的不同位姿，关节臂式坐标测量机末端测头通过放置于标准量杆上的锥台采集数据点，用采集数据点的三维坐标计算单点重复精度及距离精度，即可检定其自身的精度情况。
40.本发明的检定原理如下：
41.如图1所示，标准量杆采用碳纤维材料，通过焊接胶与末端连接圆杆稳固粘接，a、b、c、d为四个锥台，锥台中心是梯形圆孔，上端面有凸出的三个均布的小球与关节式坐标测量机测头接触进行数据点采集。锥台用专用夹具及定位孔精准定位，保证四个锥台上表面共面且中心点共线，四个锥台采用不等距粘接于标准量杆上，并用高精密仪器测得锥台中心点之间的标准距离d1～d6，保证其高精度及稳定性。标准量杆可根据关节臂式坐标测量机工作空间范围制作调整长度，且量杆上锥台数量及锥台孔径大小可调整以适应不同大小的测头，通过不等距布置，增加单点数据采集及距离的丰富性及灵活性。
42.1.单点重复精度检定
43.先调节检定装置使标准量杆处于工作空间某个固定位姿，并调节辅助支撑机构对其进行稳定支撑，通过关节臂式坐标测量机末端测头在锥台上不停变换姿态采集多个数据点，理论上在同一个锥台上采集点的末端坐标是一致的，但由于其串联机构的不同姿态、测量系统的结构参数存在偏差等因素，会导致采集的数据点计算坐标不完全一致，为测得这种误差，在同一锥台上采集n个数据点，以n个数据点的坐标平均值作为真值，各采集点的坐标(x,y,z)与真值差值的最大值的绝对值即为误差。通过公式(1)，使量杆处于不同空间位姿并用关节臂式坐标测量机进行单点数据采集，即可检定其整个工作空间的单点重复精度。
[0044][0045][0046][0047][0048]
式(1)中：x
i
、y
i
、z
i
为采集点的坐标值，为坐标平均值。
[0049]
式(2)：max表示取其中的最大值，δx表示x方向的误差，δy表示y方向的误差，δz表示z方向的误差，取x、y、z方向最大的误差作为单点重复误差，spr即为关节臂式坐标测量机的单点重复精度。
[0050]
2.距离精度检定
[0051]
在单点重复精度检定的基础上，以各锥台真值作为锥台中心坐标，通过公式(3)，可计算不同锥台中心之间的距离，并通过公式(4)，得到标准距离与计算距离的差值，即可检定关节臂式坐标测量机整个工作空间的距离精度。
[0052][0053]
δd
n
＝d
′
n
‑
d
n
ꢀꢀꢀꢀ
(4)
[0054]
式(3)中：n＝1～6，j、k表示标准量杆a、b、c、d四个不同锥孔位置(当n＝1时，即图中a、b两点，如果j表示a，则k表示b；其它情况，同理)。
[0055]
式(4)中：n＝1～6,d
′
n
表示第n组锥台间计算距离，d
n
表示第n组锥台间的标准距离，δd
n
即为第n组锥台间的距离精度。
[0056]
上面结合附图对本发明的具体实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。