三維測量機旋轉自定心綜合式測頭架的製作方法
2023-04-24 02:23:31
專利名稱：三維測量機旋轉自定心綜合式測頭架的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種三維測量機的測頭架，尤其屬於一種三維測量機旋轉自定心綜合式測頭架，該測頭架主要應用在針式三坐標測量儀上，功能為將針式測頭固定在三坐標測量機上，並給於測頭各個方向調節、測繪的能力。
背景技術：
目前，數控加工已成為工業化、現代化加工的主要手段，而數控加工編程等流程所需要的三維數模是產品實現的關鍵，三維數模的來源主要有兩個途徑第一、產品開發時憑創意與其它相配合零部件構思而得。第二、根據已有產品或手工製作的樣品進行逆向掃描，使之成形於三維軟體之中並進行適當修改。後一種方案是目前國內外較為主流的作法。
利用三維掃描儀對產品進行逆向掃描造型具有精度高，時效快、對設計人員技能依賴程度低等優點迅速成為產品造型的主要手段，三維掃描儀按工作原理分大致有兩種雷射掃描和針式掃描。本專利申請主要討論針式掃描。
1、針式掃描的工作原理為針式測頭在針間接觸工件表面的瞬間，測頭內部的觸發機構能迅速發出一個脈衝信號，掃描機數顯頭內的單片機電路立即將當前數顯表頭內的X、Y、Z三軸坐標值編碼後發送往控制計算機，計算機內的掃描驅動程序接收到信號後，將其解碼還原為與數顯表頭觸發瞬間相同的三軸坐標並形成一個三維軟體可識別的坐標點。當在工件表面採集到足夠多的點集後，設計人員就可根據這些點集對產品進行逆向造形或精度檢測，當前在汽車行業和一些需要對產品進行高精度檢測的行業，針式掃描機應用相當廣泛。
在測繪過程中需要不斷調整測針方向，使測針軸線大致垂直於被測部位，以達到減小測量誤差之目的，由於測針與測頭通過螺紋連接，是不可調節的，這就要不斷調整測頭架的不同關節來組合成所需要的測針方向，本文所述的測頭架就是為達到這個使用目的而設計的。
2、其它已有測頭架設計缺陷及使用情況國內自主研發生產的針式三維測量機上大多採用的是直杆式測頭架(見附圖10國產機的測頭架部份)，該型測頭架包括與橫梁連接的擺動關節和轉動關節，轉動關節下聯針式測頭，採用兩個轉動關節來控制方向，雖然有生產容易、技術含量低、成本低的優點，但在實際使用時，需頻繁地調整測針方向，造成每次方向調整後測量基準變異，要通過極為繁瑣的步驟調整到原來的測繪基準，主要有軟體調整和手工輸入原基準坐標等方法，按一分鐘改變一次測頭方向，調整坐標及測頭方向花費兩分鐘計算，大部份的測繪工作需要一天左右時間，對人員的體力消耗和時效浪費是異常嚴重的。
在國外的針式三維測量機上，目前採用了一種能旋轉的測頭架(見附圖11國外機的測頭架部分)，該型測頭架包括左右調節機構、固定式連接臂和前後調節機構，左右調節機構和前後調節機構通過固定式連接臂連成一體，前後調節機構通過鎖緊螺絲鎖在固定式連接臂上；左右調節機構包括轉軸和4個調整螺絲，在使用前要校正左右方向採用4個螺絲調整，前後調節機構其前端連接針式測頭，它包括螺杆、螺杆限位槽、螺絲、鎖緊螺絲、軌道、絲牙和滑塊，前後方向採用一個螺絲帶動滑塊上的絲牙移動，軌道、螺杆限位槽、絲牙要求有極高的加工精度，總體控制誤差±0.01MM，但使用時誤差調整需要極高的操作技巧，而且需要內六角板手等工具進行，另外在加工製造上需要有大量種類繁多的精密加工、檢測設備和嚴密的精密加工流程才能實現合格產品。由於不得不採用先進的加工設備和加工手段，使產品需要極高的生產加工成本，致使售價達數萬元人民幣之多。目前國內除部份技術力量雄厚的外資或合資廠商有此加工能力外，大部份國內廠商無法自主生產，需和測頭一起進口。
發明內容
本實用新型的目的在於提供一種結構簡單、容易精確調節且加工方便的三維測量機旋轉自定心綜合式測頭架。
本實用新型的目的是這樣實現的所述的三維測量機旋轉自定心綜合式測頭架，包括測頭旋轉軸、針式測頭和測針，其結構特點為還包括左右調向機構、前後移動調節機構和前後移動微調機構，測頭旋轉軸與左右調向機構的旋轉軸固定座連接，左右調向機構的旋轉軸固定座和左右方向調整座一端連接，左右調向機構的左右方向調整座中部與前後移動調節機構的前後方向調整座另一端連接，前後方向調整座一端與測頭固定座另一端轉動連接，左右調向機構的左右方向調整座另一端頭與前後方向調整座的中部向外延伸端之間採用前後移動微調連接，測頭固定座一端與針式測頭固定連接，針式測頭內裝有測針；所述的左右調向機構包括旋轉軸固定座、左右調節螺栓支撐軸、左右轉軸和左右調節螺栓及左右方向調整座，旋轉軸固定座的對耳內端部相對側設有左右調節螺栓支撐軸插入孔和外端部相對側設有左右轉軸孔，相應在左右方向調整座匹配位置的一端頭處設有左右調節螺栓支撐軸移動槽和由此端頭向內的匹配位置處設有左右轉軸插入孔，左右方向調整座的此端頭插入旋轉軸固定座的對耳之間，左右調節螺栓支撐軸插入左右調節螺栓支撐軸插入孔和所夾的左右方向調整座上設有的左右調節螺栓支撐軸移動槽後另一端通過螺母固定，左右轉軸插入左右轉軸孔和左右轉軸插入孔後另一端通過螺母固定，在左右調節螺栓支撐軸移動槽兩側面的左右方向調整座上設有直通左右調節螺栓支撐軸移動槽的左右調節螺栓螺紋孔，左右調節螺栓分別旋入左右調節螺栓螺紋孔中且左右調節螺栓前端分別能頂在左右調節螺栓支撐軸上；所述的前後移動調節機構由測頭固定座、前後方向調整座和測頭固定座轉軸構成，測頭固定座另一端夾住前後方向調整座一端且能通過測頭固定座轉軸與前後方向調整座的一端轉動連接，測頭固定座轉軸另一端用螺母鎖緊；所述的前後移動微調機構由前後調節螺栓、前後調節螺栓支撐軸、左右方向調整座、前後轉軸和前後方向調整座構成，前後方向調整座另一端與左右方向調整座固定於設於左右方向調整座中部位置的夾耳盡部側面設有的前後轉軸處且前後方向調整座能繞前後轉軸轉動，前後轉軸另一端用螺母鎖緊；左右方向調整座另一端頭的夾耳端部上設有用於插前後調節螺栓支撐軸的前後調節螺栓支撐軸插入孔，在前後方向調整座的中部的向外延伸端與左右方向調整座另一端頭的夾耳端部相對應的側面上設有前後調節螺栓支撐軸移動槽，前後調節螺栓支撐軸插入左右方向調整座的前後調節螺栓支撐軸插入孔和所夾的前後方向調整座的中部向外延伸端的前後調節螺栓支撐軸移動槽後通過螺母固定，在位於前後調節螺栓支撐軸移動槽兩側的前後方向調整座的中部的向外延伸端上設有前後調節螺栓旋入孔，前後調節螺栓分別旋進前後方向調整座的中部的向外延伸端上兩側所設有的前後調節螺栓旋入孔進入前後調節螺栓支撐軸移動槽中並能頂住前後調節螺栓支撐軸。
本實用新型的目的還可通過以下技術方案實現的所述的三維測量機旋轉自定心綜合式測頭架，其特點為測頭旋轉軸與左右調向機構的旋轉軸固定座轉動連接。
本實用新型具有如下特點，本實用新型鑑於上述已有兩種產品的使用缺陷，現設計了在原理、結構、加工上完全不同的全新方案，完全克服了上述產品的缺點，使用普通車床，平面磨床，內外圓磨床，快走絲設備以及幾百元的生產成本就能使產品完全達到國外產品的指標，而且在操作、調整上全面優越於國外產品，經過持久使用證明，該方案原理確實可行，操作調整方便且故障率為零。另外，在使用調整時無需任何工具即可迅速完成操作。在具體測量工具機身上標準校正塊的配合下，反覆前後、左右兒次調整，測針在工作前就可以調節到軸承套3的轉動軸線上了。當測繪時測頭架反覆繞固定軸1轉動，測針尖始終在旋轉軸線上，從而達到調向靈活，免於重新設定檢測基準的大量工作，加上可調節行程加大很多，對測針及測頭中固定元件的加工精度可相應降低很多。本實用新型的機構主要應用於小型三次元設備中。用於對中小型工件的測繪，因為可使測頭架尺寸大幅度減少，所以相應降低了貴重材料的體積和重量，具有結構簡單、使用方便、調整精度高等特點。
圖1為本實用新型的立體結構示意圖。
圖2為本實用新型的結構示意圖。
圖3為圖2中的A-A剖視結構示意圖。
圖4為圖2中的旋轉軸固定座的立體結構示意圖。
圖5為圖2中的左右方向調節座的立體結構示意圖。
圖6為圖2中的前後方向調節座的立體結構示意圖圖7為圖2中的測頭固定座的主視結構示意圖。
圖8為圖7的俯視結構示意圖。
圖9為本實用新型的各主要部件分解分布示意圖。
圖10為國內現有直杆式測頭架的結構示意圖。
圖11為國外現有的能旋轉的測頭架的結構示意圖。
圖中測頭旋轉軸1，旋轉軸固定座2，左右調節螺栓支撐軸3，左右轉軸4，左右調節螺栓5，前後轉軸6，左右方向調整座7，前後調節螺栓支撐軸8，前後調節螺栓9，前後方向調整座10，測頭固定座轉軸11，測頭固定座12，針式測頭13，測針14，左右調節螺栓支撐軸插入孔15，左右轉軸孔16，左右調節螺栓支撐軸移動槽17，左右轉軸插入孔18，左右調節螺栓螺紋孔19，前後調節螺栓支撐軸插入孔20，前後調節螺栓支撐軸移動槽21，前後調節螺栓旋入孔22。
具體實施方式
以下結合附圖和實施例對本實用新型的結構和工作原理及工作過程進行詳細說明如圖1、圖2、圖3、圖4、圖5、圖6、圖7、圖8、圖9所示，包括測頭旋轉軸1、針式測頭13和測針14，其特徵在於還包括左右調向機構、前後移動調節機構和前後移動微調機構，測頭旋轉軸1與左右調向機構的旋轉軸固定座2轉動連接，測頭旋轉軸1還可以先與通用連接件固定連接，通用連接件如軸承座和軸承套及轉軸、軸承等部件，通用連接件再與左右調向機構的旋轉軸固定座2轉動連接，這樣的目的是本實用新型能適合不同尺寸規格的測量機，旋轉軸固定座2外轉動連接於測量機，左右調向機構的旋轉軸固定座2和左右方向調整座7一端連接，左右調向機構的左右方向調整座7中部與前後移動調節機構的前後方向調整座10另一端連接，前後方向調整座10一端與測頭固定座12另一端轉動連接，左右調向機構的左右方向調整座7另一端頭與前後方向調整座10的中部向外延伸端之間採用前後移動微調連接，測頭固定座12一端與針式測頭13固定連接，或者測頭固定座12一端加有中間通用連接件再與針式測頭13固定連接，加有中間通用連接件的目的是適應不同尺寸和形狀的針式測頭需要，針式測頭裝有測針14；所述的左右調向機構包括旋轉軸固定座2、左右調節螺栓支撐軸3、左右轉軸4和左右調節螺栓5及左右方向調整座7，旋轉軸固定座2的對耳內端部相對側設有左右調節螺栓支撐軸插入孔15和外端部相對側設有左右轉軸孔16，相應在左右方向調整座7匹配位置的一端頭處設有左右調節螺栓支撐軸移動槽17和由此端頭向內的匹配位置處設有左右轉軸插入孔18，左右方向調整座7的此端頭插入旋轉軸固定座2的對耳之間，左右調節螺栓支撐軸3插入左右調節螺栓支撐軸插入孔15和所夾的左右方向調整座7上設有的左右調節螺栓支撐軸移動槽17後另一端通過螺母固定，左右轉軸4插入左右轉軸孔16和左右轉軸插入孔18後另一端通過螺母固定，此時螺母是適宜緊地固定在左右轉軸4另一端，這樣當調節左右調節螺栓5時能使左右方向調整座7繞左右轉軸4轉動，轉動到位再完全鎖緊；在左右調節螺栓支撐軸移動槽17兩側面的左右方向調整座7上設有直通左右調節螺栓支撐軸移動槽17的左右調節螺栓螺紋孔19，左右調節螺栓5分別旋入左右調節螺栓螺紋孔19中且左右調節螺栓5前端分別能頂在左右調節螺栓支撐軸3上，通過兩側的左右調節螺栓5分別旋進入左右調節螺栓支撐軸移動槽17中的不同位移，達到使左右調節螺栓支撐軸3在左右調節螺栓支撐軸移動槽17中移動而使左右方向調整座7產生位移，達到左右方向調整目的，左右調節螺栓5的對鎖使得調節完後左右調節螺栓支撐軸3和左右方向調整座7不再移動。所述的前後移動調節機構由測頭固定座12、前後方向調整座10和測頭固定座轉軸11構成，測頭固定座12另一端夾住前後方向調整座10一端且能通過測頭固定座轉軸11與前後方向調整座10的一端轉動連接，測頭固定座轉軸11另一端用螺母鎖緊；當前後方向調節時，旋鬆螺母測頭固定座12繞測頭固定座轉軸11轉動，當達到要求的角度後，旋緊螺母使測頭固定座12與前後方向調整座10夾緊不動。所述的前後移動微調機構由前後調節螺栓9、前後調節螺栓支撐軸8、左右方向調整座7、前後轉軸6和前後方向調整座10構成，前後方向調整座10另一端與左右方向調整座7固定於設於左右方向調整座7中部位置的夾耳盡部側面設有的前後轉軸6處且前後方向調整座10能繞前後轉軸6轉動，前後轉軸6另一端用螺母鎖緊；左右方向調整座7另一端頭的夾耳端部上設有用於插前後調節螺栓支撐軸8的前後調節螺栓支撐軸插入孔20，在前後方向調整座10的中部的向外延伸端與左右方向調整座7另一端頭的夾耳端部相對應的側面上設有前後調節螺栓支撐軸移動槽21，前後調節螺栓支撐軸8插入左右方向調整座7的前後調節螺栓支撐軸插入孔20和所夾的前後方向調整座10的中部向外延伸端的前後調節螺栓支撐軸移動槽21後通過螺母固定，在位於前後調節螺栓支撐軸移動槽21兩側的前後方向調整座10的中部的向外延伸端上設有前後調節螺栓旋入孔22，前後調節螺栓9分別旋進前後方向調整座10的中部的向外延伸端上兩側所設有的前後調節螺栓旋入孔22進入前後調節螺栓支撐軸移動槽21中並能頂住前後調節螺栓支撐軸8。轉動前後調節螺栓9，可作用於固定於左右方向調整座7上的前後調節螺栓支撐軸8，反作用力將推動前後調節螺栓9帶動前後方向調整座10繞前後轉軸6轉動，當然前後轉軸6另一端的螺母不能鎖太緊否則不能微轉，從而使測針可前後微調，調好後可完全鎖緊；使測針針尖在使用前調整在測頭旋轉軸1的迴轉軸線上，當轉動整個測頭架旋轉，使測針沿不同方向測繪時，其針尖始終在迴旋軸線上的同一點上。
權利要求1.一種三維測量機旋轉自定心綜合式測頭架，包括測頭旋轉軸(1)、針式測頭(13)和測針(14)，其特徵在於還包括左右調向機構、前後移動調節機構和前後移動微調機構，測頭旋轉軸(1)與左右調向機構的旋轉軸固定座(2)連接，左右調向機構的旋轉軸固定座(2)和左右方向調整座(7)一端連接，左右調向機構的左右方向調整座(7)中部與前後移動調節機構的前後方向調整座(10)另一端連接，前後方向調整座(10)一端與測頭固定座(12)另一端轉動連接，左右調向機構的左右方向調整座(7)另一端頭與前後方向調整座(10)的中部向外延伸端之間採用前後移動微調連接，測頭固定座(12)一端與針式測頭(13)固定連接，針式測頭內裝有測針(13)；所述的左右調向機構包括旋轉軸固定座(2)、左右調節螺栓支撐軸(3)、左右轉軸(4)和左右調節螺栓(5)及左右方向調整座(7)，旋轉軸固定座(2)的對耳內端部相對側設有左右調節螺栓支撐軸插入孔(15)和外端部相對側設有左右轉軸孔(16)，相應在左右方向調整座(7)匹配位置的一端頭處設有左右調節螺栓支撐軸移動槽(17)和由此端頭向內的匹配位置處設有左右轉軸插入孔(18)，左右方向調整座(7)的此端頭插入旋轉軸固定座(2)的對耳之間，左右調節螺栓支撐軸(3)插入左右調節螺栓支撐軸插入孔(15)和所夾的左右方向調整座(7)上設有的左右調節螺栓支撐軸移動槽(17)後另一端通過螺母固定，左右轉軸(4)插入左右轉軸孔(16)和左右轉軸插入孔(18)後另一端通過螺母固定，在左右調節螺栓支撐軸移動槽(17)兩側面的左右方向調整座(7)上設有直通左右調節螺栓支撐軸移動槽(17)的左右調節螺栓螺紋孔(19)，左右調節螺栓(5)分別旋入左右調節螺栓螺紋孔(19)中且左右調節螺栓(5)前端分別能頂在左右調節螺栓支撐軸(3)上；所述的前後移動調節機構由測頭固定座(12)、前後方向調整座(10)和測頭固定座轉軸(11)構成，測頭固定座(12)另一端夾住前後方向調整座(10)一端且能通過測頭固定座轉軸(11)與前後方向調整座(10)的一端轉動連接，測頭固定座轉軸(11)另一端用螺母鎖緊；所述的前後移動微調機構由前後調節螺栓(9)、前後調節螺栓支撐軸(8)、左右方向調整座(7)、前後轉軸(6)和前後方向調整座(10)構成，前後方向調整座(10)另一端與左右方向調整座(7)固定於設於左右方向調整座(7)中部位置的夾耳盡部側面設有的前後轉軸(6)處且前後方向調整座(10)能繞前後轉軸(6)轉動，前後轉軸(6)另一端用螺母鎖緊；左右方向調整座(7)另一端頭的夾耳端部上設有用於插前後調節螺栓支撐軸(8)的前後調節螺栓支撐軸插入孔(20)，在前後方向調整座(10)的中部的向外延伸端與左右方向調整座(7)另一端頭的夾耳端部相對應的側面上設有前後調節螺栓支撐軸移動槽(21)，前後調節螺栓支撐軸(8)插入左右方向調整座(7)的前後調節螺栓支撐軸插入孔(20)和所夾的前後方向調整座(10)的中部向外延伸端的前後調節螺栓支撐軸移動槽(21)後通過螺母固定，在位於前後調節螺栓支撐軸移動槽(21)兩側的前後方向調整座(10)的中部的向外延伸端上設有前後調節螺栓旋入孔(22)，前後調節螺栓(9)分別旋進前後方向調整座(10)的中部的向外延伸端上兩側所設有的前後調節螺栓旋入孔(22)進入前後調節螺栓支撐軸移動槽(21)中並能頂住前後調節螺栓支撐軸(8)。
2.根據權利要求1所述的三維測量機旋轉自定心綜合式測頭架，其特徵在於測頭旋轉軸(1)與左右調向機構的旋轉軸固定座(2)轉動連接。
專利摘要本實用新型公開了一種三維測量機旋轉自定心綜合式測頭架，包括測頭旋轉軸、針式測頭和測針，特點為還包括左右調向機構、前後移動調節機構和前後移動微調機構，測頭旋轉軸與旋轉軸固定座連接，旋轉軸固定座和左右方向調整座一端連接，左右方向調整座中部與前後移動調節機構的前後方向調整座另一端連接，前後方向調整座一端與測頭固定座另一端轉動連接，左右方向調整座另一端頭與前後方向調整座的中部向外延伸端之間採用前後移動微調連接，測頭固定座一端與針式測頭固定連接，針式測頭內裝有測針。轉動左右轉軸使測針左右移動；測針通過測頭固定座轉動達到前後方向調整，通過前後轉軸實現前後微調。本實用新型的測頭架尺寸較小，且調向靈活精確。
文檔編號G01B7/016GK2879116SQ20062009501
公開日2007年3月14日 申請日期2006年1月10日 優先權日2006年1月10日
發明者翁清鏗 申請人:翁清鏗