高穩定的長懸臂式三坐標測量的製造方法

2023-05-15 01:01:41

高穩定的長懸臂式三坐標測量的製造方法
【專利摘要】高穩定的長懸臂式三坐標測量機，包括Y嚮導軌及其傳動裝置與支撐組件Y向滑板固定在其傳動裝置上，立柱安裝在Y向滑板上，立柱上套設有Z向滑板，Z向滑板固定有水平的X向滑板，所述X向滑板由四個彼此連接成長立方體箱形結構的長導軌空氣軸承裝置組成；X向傳動裝置安裝在X向滑板的一端，在X向滑板內設有水平的懸臂梁；通過內含夾緊和導向皮輥的X向傳動裝置驅動使其沿X向移動。本發明從提高運動穩定性、懸臂梁、立柱剛度和直線度出發，確定了對傳動機構、支承機構、懸臂結構和立柱結構進行創新設計，能大幅提高測量精度到7+5L/1000μm，目前在國內外市場上都屬於高精度的長懸臂測量機，測量精度指標處於領先水平。
【專利說明】高穩定的長懸臂式三坐標測量機
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種三坐標測量機，具體涉及一種高穩定的長懸臂式三坐標測量機。
【背景技術】
[0002]懸臂式三坐標測量機具有結構緊湊，測量工作空間開闊，製造成本低的優點，非常適合用於船用燃氣輪機、汽車客貨車的鈑金件、風力發電等大型零件尺寸及幾何形狀的高精度測量和比對。國內外很早就對懸臂結構測量機進行研究，但懸臂結構會受自重影響而變形，且變形量隨懸臂伸出越長越大，不平穩的運動會導致懸臂末端測頭抖動，而且立柱容易因為懸臂伸出而受較大扭矩而彎曲，會嚴重影響測量精度，所以懸臂結構只是用在手動測量機和要求測量精度不高的劃線機上，限制了其使用範圍。近幾年懸臂測量機-尤其是長懸臂測量機越來越被市場重視，市場現有懸臂式測量機雖具有大的工作空間，但測量精度都較低。國內對懸臂式測量機的理論也進行了研究，但總體數量不多，大多集中在誤差補償研究方面，對結構創新，傳動平穩性研究很少。
【發明內容】

[0003]本發明的目的是提供一種高穩定的長懸臂式三坐標測量機，以克服現有技術的不足。
[0004]高穩定的長懸臂式三坐標測量機，其特徵在於包括Y嚮導軌，Y向傳動裝置以及支撐組件；y向傳動裝置固定在Y嚮導軌的導槽內部，Y嚮導軌固定在支撐組件上，支撐組件包括三個主支撐，三個輔助支撐；有Y向滑板固定在Y嚮導軌的Y向傳動裝置上，並有立柱安裝在Y向滑板上，通過高穩定柔性鋼帶傳動使其沿Y嚮導軌移動；所述立柱採用大理石材料，在立柱上套設有Z向滑板，在Z向滑板外側面固定有水平的X向滑板，所述的Z向滑板與X向滑板均為長立方體箱形結構；通過光杆傳動使X向滑板和Z向滑板整體同時沿Z向移動；所述X向滑板由四個彼此連接成長立方體箱形結構的長導軌空氣軸承裝置組成，長導軌空氣軸承裝置相互之間用螺釘連接，並且連接處有密封圈，防止漏氣；χ向傳動裝置通過連接板安裝在X向滑板的一端，在整體長導軌式空氣軸承裝置內設有水平的懸臂梁；所述懸臂梁安裝在X向滑板中，並由X向滑板支撐，通過內含夾緊和導向輥輪的X向傳動裝置驅動使其沿X向移動。這樣就實現了長懸臂測量機的空間三軸移動功能。然後通過測量機控制系統和測量軟體控制直流伺服驅動電機使測頭達到指定位置進行精確測量。
[0005]所述X向傳動裝置為高穩定輥輪傳動裝置，此裝置由X向伺服電機主軸通過X向一級多楔帶與X向一級帶輪相連接，X向一級帶輪通過X向二級多楔帶與X向二級帶輪連接，X向二級帶輪與主動輥輪連接，主動輥輪滾動後，通過滾動摩擦使懸臂梁移動，從動輥輪也隨之移動，主動輥輪與從動輥輪兩端各有一個軸承座，軸承座通過螺釘固定在兩邊的連接板上；所述的從動輥輪與主動輥輪從上下兩側夾持懸臂梁。
[0006]所述Y向傳動裝置為高穩定柔性鋼帶傳動結構，包括固定在構架上的減速裝置，夾緊裝置，其特徵在於還包括結構相同的前減震裝置和後減震裝置兩部分組成的減震裝置，上述減震裝置包括固定在鋼帶兩端的轉接座和轉接座的另一端固定的減震板，以及減震板的另一端經由螺釘固定在固定板上，該固定板固定在Y嚮導軌上，上述夾緊裝置的主動皮輥和從動皮輥夾緊鋼帶，從動皮輥支撐在從動塊上，從動塊通過壓緊板與螺母來調節主動皮輥和從動皮輥的間距，導向塊固定在構架底盤上限制從動塊；上述減速裝置有Y向二級帶輪與主動皮輥相連接，Y向一級帶輪通過Y向二級多楔帶與Y向二級帶輪連接，Y向伺服電機主軸通過Y向一級多楔帶與Y向一級帶輪相連接；夾緊裝置通過主動皮輥與減速裝置相連接，上述構架上方的平臺固定在Y向滑板上以進行Y軸測量。
[0007]所述Y向滑板固定在Y嚮導軌的Y向傳動裝置上(固定在其構架上)，Y向滑板上安裝有立柱，Y向滑板上還安裝有輔助支架並與立柱連接。
[0008]所述水平懸臂梁採用內圓外方的精密壓鑄陶瓷，在懸臂梁內孔中增加一軸向的矯正杆，矯正杆兩端裝有螺母，通過調整螺母，給懸臂梁施加軸向預緊力，使梁產生變形，與自重引起的變形相反，從而使懸臂在其行程範圍內達到一定的直線性精度。
[0009]本發明的X向傳動創新性的採用了輥輪傳動，輥輪傳動能與懸臂梁很好的結合在一起，通過輥輪的滾動直接與懸臂梁進行滾動摩擦傳動，而同步帶等其他傳動方式還需要額外增加一個傳動副來對懸臂梁進行傳動，間接地增加了傳動方式對機器精度所帶來的影響。
[0010]本發明的X向滑板採用整體長導軌式空氣軸承裝置，長導軌空氣軸承為四周環抱結構，它們相互之間用螺釘連接，並且連接處有密封圈，防止漏氣，這種四周環抱結構剛性強，高速行進時穩定性好，並且空氣軸承要求平面度高，用同樣的扭力進行螺釘裝配後不用進行調節，節省工作時間，當懸臂梁運行時，長導軌空氣軸承可增大懸臂梁與滑板接觸面積，使得懸臂梁在沿X向移動時能有相當一部分持續與空氣軸承接觸，提高根部的抗彎轉矩，減小其撓度。減小了偏轉誤差，減小了X向滑板的變形，減小懸臂梁振動，提高了對懸臂的支承能力。並且在懸臂梁內控中增加一矯正杆，通過調整矯正兩端的螺母，給懸臂梁施加軸向預緊力，使懸臂梁產生變形，與自重引起的變形相反，從而使懸臂梁在其行程範圍內達到一定的直線性精度。通過夾緊與導向輥輪裝置的結合，能大幅度降低甚至消除懸臂梁的震動，提高懸臂梁運行的平穩性。
[0011]本發明的Y嚮導軌和立柱均採用大理石材料，大理石經過長時間的自然時效，幾乎沒有內應力，穩定性好，Y軸是最底層的運動，負載最大，其運動是否平穩，關係到整機運動平穩性，對整機的測量精度影響最大，高穩定柔性鋼帶傳動裝置有效降低了測頭的振動，提聞測量機運動穩定性，提聞了測量精度。
[0012]Y向滑板採用包裹式設計，能夠增強Y向滑板與導軌的連接，通過輔助支架與立柱連接增強其剛度，即使隨懸臂的伸長量的增加，對立柱產生的彎矩加大，扭曲誤差被放大，但仍能保證立柱的直線度。
[0013]本發明從提高運動穩定性、懸臂梁、立柱剛度和直線度出發，確定了對傳動機構、支承機構、懸臂結構和立柱結構進行創新設計，能大幅提高測量精度到7+5L/1000 μ m (L單位:mm)，目前在國內外市場上都屬於高精度的長懸臂測量機，測量精度指標處於領先水平。本發明也具有開放的工作空間，懸臂有效工作長度為1.5米，工作空間為6米x3米xl.5米，屬於大型長懸臂測量機，完全滿足大型零件的測量和比對要求，填補了市場空白。【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1本發明的總體結構示意圖。
[0015]圖2本發明Y向傳動結構減速裝置及夾緊裝置示意圖。
[0016]圖3本發明Y向傳動結構減速裝置及夾持鋼帶時的夾緊裝置示意圖。
[0017]圖4本發明的Y向傳動結構前減震裝置示意圖。
[0018]圖5本發明X向傳動輥輪裝置結構示意圖。
[0019]圖6本發明長導軌空氣軸承裝置及矯正杆裝置示意圖。
[0020]其中，1、Y嚮導軌；2、Y向傳動裝置；3、支撐組件；4、構架；5、減速裝置；6、夾緊裝置；7、前減震裝置；8、後減震裝置；9、鋼帶；10、轉接座；11、減震板；12、螺釘；13、固定板；14、主動皮輥；15、從動皮輥；16、從動塊；17、壓緊板；18、螺母；19、導向塊；20、Y向二級帶輪；21、Y向一級帶輪；22、Υ向二級多楔帶；23、Υ向伺服電機；24、Υ向一級多楔帶；25、Υ向滑板；26、立柱；27、輔助支架；28、Z向滑板；29、X向滑板；30、X向傳動裝置；31、懸臂梁；32、X向伺服電機；33、X向一級多楔帶；34、X向一級帶輪；35、X向二級多楔帶；36、X向二級帶輪；37、主動輥輪；38、從動輥輪；39、軸承座；40、連接板；41、矯正杆；42、螺母；43、長導軌空氣軸承裝置；44、螺釘
【具體實施方式】
[0021]如圖1、5、6，高穩定的長懸臂式三坐標測量機，其特徵在於包括Y嚮導軌1，Υ向傳動裝置2以及支撐組件3 ；Υ向傳動裝置2固定在Y嚮導軌I的導槽內部，Y嚮導軌I固定在支撐組件3上，支撐組件3包括三個主支撐，三個輔助支撐；有Y向滑板25固定在Y嚮導軌I的Y向傳動裝置2上，並有立柱26安裝在Y向滑板25上，通過高穩定柔性鋼帶9傳動使其沿Y嚮導軌I移動；所述立柱26採用大理石材料，在立柱26上套設有Z向滑板28，在Z向滑板28外側面固定有水平的X向滑板29，所述的Z向滑板28與X向滑板29均為長立方體箱形結構；通過光杆傳動使X向滑板29和Z向滑板28整體同時沿Z向移動；所述X向滑板29由四個彼此連接成長立方體箱形結構的長導軌空氣軸承裝置43組成，長導軌空氣軸承裝置43相互之間用螺釘44連接，並且連接處有密封圈，防止漏氣；由於X向滑板29是由四個長導軌空氣軸承裝置43組裝而成，因此可稱為整體長導軌式空氣軸承裝置；這種四周環抱結構剛性強，高速行進時穩定性好，並且空氣軸承要求平面度高，用同樣的扭力進行螺釘裝配後不用進行調節，節省工作時間，當懸臂梁運行時，長導軌空氣軸承可增大懸臂梁與滑板接觸面積，使得懸臂梁在沿X向移動時能有相當一部分持續與空氣軸承接觸，提高根部的抗彎轉矩，減小其撓度。減小了偏轉誤差，減小了 X向滑板的變形，減小懸臂梁振動，提高了對懸臂的支承能力。X向傳動裝置30通過連接板40安裝在X向滑板29的一端，在整體長導軌式空氣軸承裝置內設有水平的懸臂梁31 ;懸臂梁31安裝在X向滑板29上，在整體長導軌式空氣軸承裝置43的支撐下，通過內含夾緊和導向輥輪的X向傳動裝置30驅動使其沿X向移動；這樣就實現了長懸臂測量機的空間三軸移動功能。然後通過測量機控制系統和測量軟體控制直流伺服驅動電機使測頭達到指定位置進行精確測量。
[0022]如圖5，所述X向傳動裝置30為高穩定輥輪傳動裝置，此裝置由X向伺服電機32主軸通過X向一級多楔帶33與X向一級帶輪34相連接,X向一級帶輪34通過X向二級多楔帶35與X向二級帶輪36連接，X向二級帶輪36與主動輥輪37連接，主動輥輪37滾動後，通過滾動摩擦使懸臂梁31移動，從動輥輪38也隨之移動，主動輥輪37與從動輥輪38兩端各有一個軸承座39，軸承座39通過螺釘固定在兩邊的連接板40上；所述的從動輥輪38與主動輥輪37從上下兩側夾持懸臂梁31。
[0023]如圖2、3、4，所述Y向傳動裝置2為高穩定柔性鋼帶傳動結構，包括固定在構架4上的減速裝置5，夾緊裝置6，其特徵在於還包括結構相同的前減震裝置7和後減震裝置8兩部分組成的減震裝置，上述減震裝置7包括固定在鋼帶9兩端的轉接座10和轉接座10的另一端固定的減震板11，以及減震板11的另一端經由螺釘12固定在固定板13上，該固定板13固定在Y嚮導軌I上，上述夾緊裝置6的主動輥輪14和從動輥輪15夾緊鋼帶9，從動輥輪15支撐在從動塊16上，從動塊16通過壓緊板17與螺母18來調節主動輥輪14和從動輥輪15的間距，導向塊19固定在構架4底盤上限制從動塊16 ;上述減速裝置5有Y向二級帶輪20與主動輥輪14相連接，Y向一級帶輪21通過Y向二級多楔帶22與Y向二級帶輪20連接,Y向伺服電機23主軸通過Y向一級多楔帶24與Y向一級帶輪21相連接。夾緊裝置6通過主動輥輪14與減速裝置5相連接，上述構架4上方的平臺固定在Y向滑板25上以進行Y軸測量。
[0024]如圖1，所述Y向滑板25固定在Y嚮導軌I的傳動裝置上，Y向滑板25上安裝有立柱26，Y向滑板上還安裝有輔助支架27並與立柱26連接。
[0025]所述水平懸臂梁31採用內圓外方的精密壓鑄陶瓷，在懸臂梁31內孔中增加一軸向的矯正杆41，矯正杆兩端裝有螺母42，通過調整螺母42，給懸臂梁施加軸向預緊力，使梁產生變形，與自重引起的變形相反，從而使懸臂在其行程範圍內達到一定的直線性精度。
【權利要求】
1.高穩定的長懸臂式三坐標測量機，其特徵在於包括Y嚮導軌(1)，Y向傳動裝置(2)以及支撐組件(3);Y向傳動裝置(2)固定在Y嚮導軌(I)的導槽內部，Y嚮導軌(I)固定在支撐組件(3)上，支撐組件(3)包括三個主支撐，三個輔助支撐；有Y向滑板(25)固定在Y嚮導軌(I)的Y向傳動裝置(2)上，並有立柱(26)安裝在Y向滑板(25)上，通過高穩定柔性鋼帶(9 )傳動使其沿Y嚮導軌(I)移動；所述立柱(26 )採用大理石材料，在立柱(26 )上套設有Z向滑板(28)，在Z向滑板(28)外側面固定有水平的X向滑板(29)，所述的Z向滑板(28)與X向滑板(29)均為長立方體箱形結構；所述X向滑板(29由四個彼此連接成長立方體箱形結構的長導軌空氣軸承裝置(43)組成，長導軌空氣軸承裝置(43)相互之間用螺釘(44)連接，並且連接處有密封圈以防止漏氣；Χ向傳動裝置(30)通過連接板(40)安裝在X向滑板(29)的一端，在X向滑板(29)內設有水平的懸臂梁(31);所述懸臂梁(31)安裝在X向滑板(29)中，並由X向滑板(29)進行支撐，通過內含夾緊和導向輥輪的X向傳動裝置(30)驅動使其沿X向移動。
2.如權利要求1所述的高穩定的長懸臂式三坐標測量機，其特徵在於所述X向傳動裝置(30)為高穩定輥輪傳動裝置，該裝置由X向伺服電機(32)主軸通過X向一級多楔帶(33)與X向一級帶輪(34)相連接,X向一級帶輪(34)通過X向二級多楔帶(35)與X向二級帶輪(36)連接，X向二級帶輪(36)與主動輥輪(37)連接，主動輥輪(37)滾動後，通過滾動摩擦使懸臂梁(31)移動，從動輥輪(38)也隨之移動，主動輥輪(37)與從動輥輪(38)兩端各有一個軸承座(39)，軸承座(39)通過螺釘固定在兩邊的連接板(40)上；所述的從動輥輪(38)與主動輥輪(37)從上下兩側夾持懸臂梁(31)。
3.如權利要求1所述的高穩定的長懸臂式三坐標測量機，其特徵在於所述Y向傳動裝置(2)為高穩定柔性鋼帶傳動結構，包括固定在構架(4)上的減速裝置(5)，夾緊裝置(6)，還包括結構相同的前減震裝置(7)和後減震裝置(8)兩部分組成的減震裝置，上述減震裝置(7 )包括固定在鋼帶(9 )兩端的轉接座(10 )和轉接座(10 )的另一端固定的減震板(11)，以及減震板(11)的另一端經由螺釘(12固定在固定板(13)上，該固定板(13)固定在Y嚮導軌(I)上，上述夾緊裝置(6)的主動皮輥(14)和從動皮輥(15)夾緊鋼帶(9)，從動皮輥(15)支撐在從動塊(16)上，從動塊(16)通過壓緊板(17)與螺母(18)來調節主動皮輥(14)和從動皮輥(15)的間距，導向塊(19)固定在構架(4)底盤上限制從動塊(16);上述減速裝置(5)有Y向二級帶輪(20)與主動皮輥(14)相連接，Y向一級帶輪(21)通過Y向二級多楔帶(22)與Y向二級帶輪(20)連接，Y向伺服電機(23)主軸通過Y向一級多楔帶(24)與Y向一級帶輪(21)相連接；夾緊裝置(6)通過主動輥輪(14)與減速裝置(5)相連接，上述構架(4)上方的平臺固定在Y向滑板(25)上以進行Y軸測量。
4.如權利要求1所述的高穩定的長懸臂式三坐標測量機，其特徵在於所述Y向滑板(25)固定在Y嚮導軌(I)的傳動裝置上，Y向滑板(25)上安裝有立柱(26)，Y向滑板上還安裝有輔助支架(27)並與立柱(26)連接。
5.如權利要求1所述的高穩定的長懸臂式三坐標測量機，其特徵在於所述水平懸臂梁(31)採用內圓外方的精密壓鑄陶瓷，在懸臂梁(31)內孔中增加一軸向的矯正杆(41)，矯正杆兩端裝有螺母(42)，通過調整螺母(42)，給懸臂梁施加軸向預緊力，使梁產生變形，與自重引起的變形相反，從而使懸臂在其行程範圍內達到直線性精度。
【文檔編號】G01B21/00GK103557820SQ201310576195
【公開日】2014年2月5日 申請日期:2013年11月16日 優先權日:2013年11月16日
【發明者】張文利, 崔敏 申請人:青島弗爾迪測控有限公司