CN103557820A

CN103557820A - 高稳定的长悬臂式三坐标测量机

Info

Publication number: CN103557820A
Application number: CN201310576195.XA
Authority: CN
Inventors: 张文利; 崔敏
Original assignee: QINGDAO FUERDI MEASURING EQUIPMENT Co Ltd
Current assignee: QINGDAO FUERDI MEASURING EQUIPMENT Co Ltd
Priority date: 2013-11-16
Filing date: 2013-11-16
Publication date: 2014-02-05
Anticipated expiration: 2033-11-16
Also published as: CN103557820B

Abstract

高稳定的长悬臂式三坐标测量机，包括Y向导轨及其传动装置与支撑组件Y向滑板固定在其传动装置上，立柱安装在Y向滑板上，立柱上套设有Z向滑板，Z向滑板固定有水平的X向滑板，所述X向滑板由四个彼此连接成长立方体箱形结构的长导轨空气轴承装置组成；X向传动装置安装在X向滑板的一端，在X向滑板内设有水平的悬臂梁；通过内含夹紧和导向皮辊的X向传动装置驱动使其沿X向移动。本发明从提高运动稳定性、悬臂梁、立柱刚度和直线度出发，确定了对传动机构、支承机构、悬臂结构和立柱结构进行创新设计，能大幅提高测量精度到7+5L/1000μm，目前在国内外市场上都属于高精度的长悬臂测量机，测量精度指标处于领先水平。

Description

高稳定的长悬臂式三坐标测量机

技术领域

本发明涉及一种三坐标测量机，具体涉及一种高稳定的长悬臂式三坐标测量机。

背景技术

悬臂式三坐标测量机具有结构紧凑,测量工作空间开阔,制造成本低的优点，非常适合用于船用燃气轮机、汽车客货车的钣金件、风力发电等大型零件尺寸及几何形状的高精度测量和比对。国内外很早就对悬臂结构测量机进行研究，但悬臂结构会受自重影响而变形，且变形量随悬臂伸出越长越大，不平稳的运动会导致悬臂末端测头抖动，而且立柱容易因为悬臂伸出而受较大扭矩而弯曲，会严重影响测量精度,所以悬臂结构只是用在手动测量机和要求测量精度不高的划线机上，限制了其使用范围。近几年悬臂测量机-尤其是长悬臂测量机越来越被市场重视，市场现有悬臂式测量机虽具有大的工作空间，但测量精度都较低。国内对悬臂式测量机的理论也进行了研究，但总体数量不多，大多集中在误差补偿研究方面，对结构创新，传动平稳性研究很少。

发明内容

本发明的目的是提供一种高稳定的长悬臂式三坐标测量机，以克服现有技术的不足。

高稳定的长悬臂式三坐标测量机，其特征在于包括Y向导轨，Y向传动装置以及支撑组件；Y向传动装置固定在Y向导轨的导槽内部，Y向导轨固定在支撑组件上，支撑组件包括三个主支撑，三个辅助支撑；有Y向滑板固定在Y向导轨的Y向传动装置上，并有立柱安装在Y向滑板上，通过高稳定柔性钢带传动使其沿Y向导轨移动；所述立柱采用大理石材料，在立柱上套设有Z向滑板，在Z向滑板外侧面固定有水平的X向滑板，所述的Z向滑板与X向滑板均为长立方体箱形结构；通过光杆传动使X向滑板和Z向滑板整体同时沿Z向移动；所述X向滑板由四个彼此连接成长立方体箱形结构的长导轨空气轴承装置组成，长导轨空气轴承装置相互之间用螺钉连接，并且连接处有密封圈，防止漏气；X向传动装置通过连接板安装在X向滑板的一端，在整体长导轨式空气轴承装置内设有水平的悬臂梁；所述悬臂梁安装在X向滑板中，并由X向滑板支撑，通过内含夹紧和导向辊轮的X向传动装置驱动使其沿X向移动。这样就实现了长悬臂测量机的空间三轴移动功能。然后通过测量机控制系统和测量软件控制直流伺服驱动电机使测头达到指定位置进行精确测量。

所述X向传动装置为高稳定辊轮传动装置，此装置由X向伺服电机主轴通过X向一级多楔带与X向一级带轮相连接，X向一级带轮通过X向二级多楔带与X向二级带轮连接，X向二级带轮与主动辊轮连接，主动辊轮滚动后，通过滚动摩擦使悬臂梁移动，从动辊轮也随之移动，主动辊轮与从动辊轮两端各有一个轴承座，轴承座通过螺钉固定在两边的连接板上；所述的从动辊轮与主动辊轮从上下两侧夹持悬臂梁。

所述Y向传动装置为高稳定柔性钢带传动结构，包括固定在构架上的减速装置，夹紧装置，其特征在于还包括结构相同的前减震装置和后减震装置两部分组成的减震装置，上述减震装置包括固定在钢带两端的转接座和转接座的另一端固定的减震板，以及减震板的另一端经由螺钉固定在固定板上，该固定板固定在Y向导轨上，上述夹紧装置的主动皮辊和从动皮辊夹紧钢带，从动皮辊支撑在从动块上，从动块通过压紧板与螺母来调节主动皮辊和从动皮辊的间距，导向块固定在构架底盘上限制从动块；上述减速装置有Y向二级带轮与主动皮辊相连接，Y向一级带轮通过Y向二级多楔带与Y向二级带轮连接，Y向伺服电机主轴通过Y向一级多楔带与Y向一级带轮相连接；夹紧装置通过主动皮辊与减速装置相连接，上述构架上方的平台固定在Y向滑板上以进行Y轴测量。

所述Y向滑板固定在Y向导轨的Y向传动装置上（固定在其构架上），Y向滑板上安装有立柱，Y向滑板上还安装有辅助支架并与立柱连接。

所述水平悬臂梁采用内圆外方的精密压铸陶瓷，在悬臂梁内孔中增加一轴向的矫正杆，矫正杆两端装有螺母，通过调整螺母，给悬臂梁施加轴向预紧力，使梁产生变形，与自重引起的变形相反，从而使悬臂在其行程范围内达到一定的直线性精度。

本发明的X向传动创新性的采用了辊轮传动，辊轮传动能与悬臂梁很好的结合在一起，通过辊轮的滚动直接与悬臂梁进行滚动摩擦传动，而同步带等其他传动方式还需要额外增加一个传动副来对悬臂梁进行传动，间接地增加了传动方式对机器精度所带来的影响。

本发明的X向滑板采用整体长导轨式空气轴承装置，长导轨空气轴承为四周环抱结构，它们相互之间用螺钉连接，并且连接处有密封圈，防止漏气，这种四周环抱结构刚性强，高速行进时稳定性好，并且空气轴承要求平面度高，用同样的扭力进行螺钉装配后不用进行调节，节省工作时间，当悬臂梁运行时，长导轨空气轴承可增大悬臂梁与滑板接触面积，使得悬臂梁在沿X向移动时能有相当一部分持续与空气轴承接触，提高根部的抗弯转矩，减小其挠度。减小了偏转误差，减小了X向滑板的变形，减小悬臂梁振动，提高了对悬臂的支承能力。并且在悬臂梁内控中增加一矫正杆，通过调整矫正两端的螺母，给悬臂梁施加轴向预紧力，使悬臂梁产生变形，与自重引起的变形相反，从而使悬臂梁在其行程范围内达到一定的直线性精度。通过夹紧与导向辊轮装置的结合，能大幅度降低甚至消除悬臂梁的震动，提高悬臂梁运行的平稳性。

本发明的Y向导轨和立柱均采用大理石材料，大理石经过长时间的自然时效，几乎没有内应力，稳定性好，Y轴是最底层的运动，负载最大，其运动是否平稳，关系到整机运动平稳性，对整机的测量精度影响最大，高稳定柔性钢带传动装置有效降低了测头的振动，提高测量机运动稳定性，提高了测量精度。

Y向滑板采用包裹式设计，能够增强Y向滑板与导轨的连接，通过辅助支架与立柱连接增强其刚度，即使随悬臂的伸长量的增加，对立柱产生的弯矩加大，扭曲误差被放大，但仍能保证立柱的直线度。

本发明从提高运动稳定性、悬臂梁、立柱刚度和直线度出发，确定了对传动机构、支承机构、悬臂结构和立柱结构进行创新设计，能大幅提高测量精度到7+5L/1000μm（L单位：mm），目前在国内外市场上都属于高精度的长悬臂测量机，测量精度指标处于领先水平。本发明也具有开放的工作空间，悬臂有效工作长度为1.5米，工作空间为6米x3米x1.5米，属于大型长悬臂测量机，完全满足大型零件的测量和比对要求，填补了市场空白。

附图说明

图1本发明的总体结构示意图。

图2本发明Y向传动结构减速装置及夹紧装置示意图。

图3本发明Y向传动结构减速装置及夹持钢带时的夹紧装置示意图。

图4本发明的Y向传动结构前减震装置示意图。

图5本发明X向传动辊轮装置结构示意图。

图6本发明长导轨空气轴承装置及矫正杆装置示意图。

其中，1、Y向导轨；2、Y向传动装置；3、支撑组件；4、构架；5、减速装置；6、夹紧装置；7、前减震装置；8、后减震装置；9、钢带；10、转接座；11、减震板；12、螺钉；13、固定板；14、主动皮辊；15、从动皮辊；16、从动块；17、压紧板；18、螺母；19、导向块；20、Y向二级带轮；21、Y向一级带轮；22、Y向二级多楔带；23、Y向伺服电机；24、Y向一级多楔带；25、Y向滑板；26、立柱；27、辅助支架；28、Z向滑板；29、X向滑板；30、X向传动装置；31、悬臂梁；32、X向伺服电机；33、X向一级多楔带；34、X向一级带轮；35、X向二级多楔带；36、X向二级带轮；37、主动辊轮；38、从动辊轮；39、轴承座；40、连接板；41、矫正杆；42、螺母；43、长导轨空气轴承装置；44、螺钉

具体实施方式

如图1、5、6，高稳定的长悬臂式三坐标测量机，其特征在于包括Y向导轨1，Y向传动装置2以及支撑组件3；Y向传动装置2固定在Y向导轨1的导槽内部，Y向导轨1固定在支撑组件3上，支撑组件3包括三个主支撑，三个辅助支撑；有Y向滑板25固定在Y向导轨1的Y向传动装置2上，并有立柱26安装在Y向滑板25上，通过高稳定柔性钢带9传动使其沿Y向导轨1移动；所述立柱26采用大理石材料，在立柱26上套设有Z向滑板28，在Z向滑板28外侧面固定有水平的X向滑板29，所述的Z向滑板28与X向滑板29均为长立方体箱形结构；通过光杆传动使X向滑板29和Z向滑板28整体同时沿Z向移动；所述X向滑板29由四个彼此连接成长立方体箱形结构的长导轨空气轴承装置43组成，长导轨空气轴承装置43相互之间用螺钉44连接，并且连接处有密封圈，防止漏气；由于X向滑板29是由四个长导轨空气轴承装置43组装而成，因此可称为整体长导轨式空气轴承装置；这种四周环抱结构刚性强，高速行进时稳定性好，并且空气轴承要求平面度高，用同样的扭力进行螺钉装配后不用进行调节，节省工作时间，当悬臂梁运行时，长导轨空气轴承可增大悬臂梁与滑板接触面积，使得悬臂梁在沿X向移动时能有相当一部分持续与空气轴承接触，提高根部的抗弯转矩，减小其挠度。减小了偏转误差，减小了X向滑板的变形，减小悬臂梁振动，提高了对悬臂的支承能力。X向传动装置30通过连接板40安装在X向滑板29的一端，在整体长导轨式空气轴承装置内设有水平的悬臂梁31；悬臂梁31安装在X向滑板29上，在整体长导轨式空气轴承装置43的支撑下，通过内含夹紧和导向辊轮的X向传动装置30驱动使其沿X向移动；这样就实现了长悬臂测量机的空间三轴移动功能。然后通过测量机控制系统和测量软件控制直流伺服驱动电机使测头达到指定位置进行精确测量。

如图5，所述X向传动装置30为高稳定辊轮传动装置，此装置由X向伺服电机32主轴通过X向一级多楔带33与X向一级带轮34相连接，X向一级带轮34通过X向二级多楔带35与X向二级带轮36连接，X向二级带轮36与主动辊轮37连接，主动辊轮37滚动后，通过滚动摩擦使悬臂梁31移动，从动辊轮38也随之移动，主动辊轮37与从动辊轮38两端各有一个轴承座39，轴承座39通过螺钉固定在两边的连接板40上；所述的从动辊轮38与主动辊轮37从上下两侧夹持悬臂梁31。

如图2、3、4，所述Y向传动装置2为高稳定柔性钢带传动结构，包括固定在构架4上的减速装置5，夹紧装置6，其特征在于还包括结构相同的前减震装置7和后减震装置8两部分组成的减震装置，上述减震装置7包括固定在钢带9两端的转接座10和转接座10的另一端固定的减震板11，以及减震板11的另一端经由螺钉12固定在固定板13上，该固定板13固定在Y向导轨1上，上述夹紧装置6的主动辊轮14和从动辊轮15夹紧钢带9，从动辊轮15支撑在从动块16上，从动块16通过压紧板17与螺母18来调节主动辊轮14和从动辊轮15的间距，导向块19固定在构架4底盘上限制从动块16；上述减速装置5有Y向二级带轮20与主动辊轮14相连接，Y向一级带轮21通过Y向二级多楔带22与Y向二级带轮20连接，Y向伺服电机23主轴通过Y向一级多楔带24与Y向一级带轮21相连接。夹紧装置6通过主动辊轮14与减速装置5相连接，上述构架4上方的平台固定在Y向滑板25上以进行Y轴测量。

如图1，所述Y向滑板25固定在Y向导轨1的传动装置上，Y向滑板25上安装有立柱26，Y向滑板上还安装有辅助支架27并与立柱26连接。

所述水平悬臂梁31采用内圆外方的精密压铸陶瓷，在悬臂梁31内孔中增加一轴向的矫正杆41，矫正杆两端装有螺母42，通过调整螺母42，给悬臂梁施加轴向预紧力，使梁产生变形，与自重引起的变形相反，从而使悬臂在其行程范围内达到一定的直线性精度。

Claims

1.高稳定的长悬臂式三坐标测量机，其特征在于包括Y向导轨（1），Y向传动装置（2）以及支撑组件（3）；Y向传动装置（2）固定在Y向导轨（1）的导槽内部，Y向导轨（1）固定在支撑组件（3）上，支撑组件（3）包括三个主支撑，三个辅助支撑；有Y向滑板（25）固定在Y向导轨（1）的Y向传动装置（2）上，并有立柱（26）安装在Y向滑板（25）上，通过高稳定柔性钢带（9）传动使其沿Y向导轨（1）移动；所述立柱（26）采用大理石材料，在立柱（26）上套设有Z向滑板（28），在Z向滑板（28）外侧面固定有水平的X向滑板（29），所述的Z向滑板（28）与X向滑板（29）均为长立方体箱形结构；所述X向滑板（29由四个彼此连接成长立方体箱形结构的长导轨空气轴承装置（43）组成，长导轨空气轴承装置（43）相互之间用螺钉（44）连接，并且连接处有密封圈以防止漏气；X向传动装置（30）通过连接板（40）安装在X向滑板（29）的一端，在X向滑板（29）内设有水平的悬臂梁（31）；所述悬臂梁（31）安装在X向滑板（29）中，并由X向滑板（29）进行支撑，通过内含夹紧和导向辊轮的X向传动装置（30）驱动使其沿X向移动。

2.如权利要求1所述的高稳定的长悬臂式三坐标测量机，其特征在于所述X向传动装置（30）为高稳定辊轮传动装置，该装置由X向伺服电机（32）主轴通过X向一级多楔带（33）与X向一级带轮（34）相连接，X向一级带轮（34）通过X向二级多楔带（35）与X向二级带轮（36）连接，X向二级带轮（36）与主动辊轮（37）连接，主动辊轮（37）滚动后，通过滚动摩擦使悬臂梁（31）移动，从动辊轮（38）也随之移动，主动辊轮（37）与从动辊轮（38）两端各有一个轴承座（39），轴承座（39）通过螺钉固定在两边的连接板（40）上；所述的从动辊轮（38）与主动辊轮（37）从上下两侧夹持悬臂梁（31）。

3.如权利要求1所述的高稳定的长悬臂式三坐标测量机，其特征在于所述Y向传动装置（2）为高稳定柔性钢带传动结构，包括固定在构架（4）上的减速装置（5），夹紧装置（6），还包括结构相同的前减震装置（7）和后减震装置（8）两部分组成的减震装置，上述减震装置（7）包括固定在钢带（9）两端的转接座（10）和转接座（10）的另一端固定的减震板（11），以及减震板（11）的另一端经由螺钉（12固定在固定板（13）上，该固定板（13）固定在Y向导轨（1）上，上述夹紧装置（6）的主动皮辊（14）和从动皮辊（15）夹紧钢带（9），从动皮辊（15）支撑在从动块（16）上，从动块（16）通过压紧板（17）与螺母（18）来调节主动皮辊（14）和从动皮辊（15）的间距，导向块（19）固定在构架（4）底盘上限制从动块（16）；上述减速装置（5）有Y向二级带轮（20）与主动皮辊（14）相连接，Y向一级带轮（21）通过Y向二级多楔带（22）与Y向二级带轮（20）连接，Y向伺服电机（23）主轴通过Y向一级多楔带（24）与Y向一级带轮（21）相连接；夹紧装置（6）通过主动辊轮（14）与减速装置（5）相连接，上述构架（4）上方的平台固定在Y向滑板（25）上以进行Y轴测量。

4.如权利要求1所述的高稳定的长悬臂式三坐标测量机，其特征在于所述Y向滑板（25）固定在Y向导轨（1）的传动装置上，Y向滑板（25）上安装有立柱（26），Y向滑板上还安装有辅助支架（27）并与立柱（26）连接。

5.如权利要求1所述的高稳定的长悬臂式三坐标测量机，其特征在于所述水平悬臂梁（31）采用内圆外方的精密压铸陶瓷，在悬臂梁（31）内孔中增加一轴向的矫正杆（41），矫正杆两端装有螺母（42），通过调整螺母（42），给悬臂梁施加轴向预紧力，使梁产生变形，与自重引起的变形相反，从而使悬臂在其行程范围内达到直线性精度。