CN106123738B - 一种基于并联柔顺机构的精密测头 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于并联柔顺机构的精密测头，包括圆环状的外壳，外壳的顶部设有上端盖，上端盖的内侧中心吊装一个载物体，外壳的底部连接并联柔顺机构，并联柔顺机构的中心设有测杆，测杆远离动平台的一端端部设有测球；并联柔顺机构的中心处均匀分布三个移动反射镜，载物体的侧壁上均匀分布三个激光干涉仪，载物体在激光干涉仪的下方分别设有固定干涉镜，每个激光干涉仪对准一个固定干涉镜，通过并联柔顺机构代替常见的弹性支承，使测头的结构得到简化，同时大幅度减少了并联柔顺机构与外壳之间的间隙和摩擦，提高了测头的精度。由于并联柔顺机构的结构呈整体化，还有利于实现测头结构的小型化，减小自身重力对测量的影响。

Description

一种基于并联柔顺机构的精密测头
技术领域
本发明涉及一种精密仪器，特别涉及一种基于并联柔顺机构的精密测头。
背景技术
三维测头是坐标测量机关键的零部件之一。坐标测量机的精度直接依赖于测头的精度，而弹性支承是测头不可缺少的重要组件。精密测量仪器测头的弹性支承作用主要有两个方面，即兼有微位移元件支承与接触式测头的测力源，常见的有：双片簧导轨支撑、螺旋弹簧支撑、悬丝弹性支承以及十字片簧支承等。目前，已有的接触式测头多存在结构复杂、无法消除机构间隙和摩擦的影响、各向异性较差的缺点。
发明内容
本发明的目的在于针对上述缺陷，提供一种基于并联柔顺机构的精密测头。
为实现上述目的，本发明提供以下的技术方案：一种基于并联柔顺机构的精密测头，包括圆环状的外壳，外壳的顶部设有上端盖，上端盖的内侧中心吊装一个载物体，所述载物体位于由外壳围成的腔内，所述外壳的底部连接并联柔顺机构，所述并联柔顺机构包括动平台以及定平台，定平台呈圆环状，且定平台的外圈与外壳底部固定，所述动平台呈等边三角形，且其中心与定平台的圆心重合，动平台与定平台之间通过若干分支杆连接，所述分支杆一端与动平台柔性连接，另一端与定平台柔性连接；所述动平台在远离上端盖的一侧的中心设有测杆，测杆远离动平台的一端端部设有测球；所述动平台的三个顶角处分别设有一个移动反射镜，所述载物体的侧壁上均匀分布三个激光干涉仪，相邻的两个激光干涉仪之间的交角为120°，载物体在激光干涉仪的下方分别设有固定干涉镜，每个激光干涉仪对准一个固定干涉镜，且激光干涉仪与分布在动平台上的移动反射镜一一对应。
优选的，分支杆设有六个，动平台的每个侧边均匀分布两个，且动平台每相邻的两个侧边分布的分支杆呈对称分布，分支杆与动平台之间、分支杆与定平台之间均采用柔性球铰连接。
优选的，分支杆上均设有压电陶瓷片，所述压电陶瓷片黏在分支杆上。
优选的，测杆与动平台连接的端部设有测杆基体，测杆基体通过粘合剂粘贴在动平台的中心，所述测杆、测球、测杆基体为一体式结构。
优选的，载物体为空心的正六棱柱，所述激光干涉仪通过夹持器固定于载物体上。
优选的，载物体的底部设有载物体端盖，载物体端盖上固定安装一个固定干涉镜支架，所述固定干涉镜支架呈三叉状，且其三叉均匀分布在同一圆周上，固定干涉镜支架的中心固定安装在载物体端盖的中心。
优选的，定平台上均匀分布四个螺纹孔Ⅰ，定平台与外壳采用螺钉固定，所述上端盖的边缘也均匀分布四个用于与外壳连接的螺纹孔Ⅱ，且上端盖的中心设有用于吊装载物体的螺纹孔Ⅲ。
采用上述技术方案，本发明采用整体式的并联柔顺机构代替常见的弹性支承，使测头的结构得到简化，同时大幅度减少了并联柔顺机构与外壳之间的间隙和摩擦，提高了测头的精度。由于并联柔顺机构的结构呈整体化，还有利于实现测头结构的小型化，减小自身重力对测量的影响。
附图说明
图1是本发明结构示意图；
图2是本发明并联柔顺机构的结构示意图；
图3是本发明载物体结构示意图；
图4是本发明外壳与上端盖的连接示意图。
具体实施方式
下面结合附图，通过对实施例的描述，对本发明做进一步说明：
如图1到4所示，本发明一种基于并联柔顺机构的精密测头，包括圆环状的外壳20，外壳20的顶部设有上端盖19，上端盖19的内侧中心吊装一个载物体11，上端盖19的边缘均匀分布四个用于与外壳20连接的螺纹孔Ⅱ17，上端盖19的中心设有用于吊装载物体11的螺纹孔Ⅲ18，载物体11采用空心的正六棱柱，也使本发明的整体结构重量减轻，载物体11位于由外壳20围成的腔内，外壳20的底部连接并联柔顺机构。
并联柔顺机构包括动平台2以及定平台1，定平台1呈圆环状，定平台1上均匀分布四个螺纹孔Ⅰ5，定平台1与外壳20采用螺钉固定，动平台2呈等边三角形，且其中心与定平台1的圆心重合，动平台2与定平台1之间通过六个分支杆3连接，分支杆3一端与动平台2柔性连接，另一端与定平台1柔性连接。动平台2的每个侧边均匀分布两个分支杆3，且动平台2每相邻的两个侧边分布的分支杆3呈对称分布，分支杆3与动平台2之间、分支杆3与定平台1之间均采用柔性球铰6连接。六个分支杆3上均设有压电陶瓷片4，压电陶瓷片4黏在分支杆3上，利用压电陶瓷片4的压电效应，加快测头振动的衰减，从而有效的防止测头的误触发现象。
动平台2在远离上端盖19的一侧的中心设有测杆8，测杆8远离动平台2的一端端部设有测球9，测杆8与动平台2连接的端部设有测杆基体7，测杆基体7通过粘合剂粘贴在动平台2的中心，测杆8、测球9、测杆基体7为一体式结构，动平台2的三个顶角处分别设有一个移动反射镜10。
载物体11的侧壁分别通过夹持器13固定三个激光干涉仪12，三个激光干涉仪12呈均匀分布状，即相邻的两个激光干涉仪12之间的交角为120°，且三个激光干涉仪12位于同一高度上，夹持器13采用螺纹连接方式与载物体11连接，载物体11的底部设有载物体端盖15，载物体端盖15上固定安装一个固定干涉镜支架16，固定干涉镜支架16呈三叉状，且其三叉均匀分布在同一圆周上，固定干涉镜支架16的中心固定安装在载物体端盖15的中心，固定干涉镜支架16的三叉端部分别固定安装一个截面呈矩形的固定干涉镜14，固定干涉镜14位于激光干涉仪12的下方，每个激光干涉仪12对准一个固定干涉镜14，且激光干涉仪12与分布在动平台2上的移动反射镜10一一对应。
本发明并联柔顺机构的动平台2与定平台1在同一平面，在此奇异位形处，即使分支杆3中间的移动副被省去，仍具有三个有效的工作自由度，即沿着x轴的转动、y轴的转动以及沿着z轴的平动。当测头测球9受到力的作用，该作用通过测杆8与测杆基体7传递给并联柔顺机构的动平台2，通过柔性球铰6的变动使平台位姿发生变化，此时三个激光干涉仪12发出的激光可以通过移动反射镜10和固定干涉镜14的作用反射回激光干涉仪12，从而可以得到三个点的位移变化，基于这三个点的位移变化，计算出动平台的角度变化，从而完成测量。
本发明采用整体式的并联柔顺机构代替常见的弹性支承，使测头的结构得到简化，同时大幅度减少了并联柔顺机构与外壳20之间的间隙和摩擦，提高了测头的精度。由于并联柔顺机构的结构呈整体化，还有利于实现测头结构的小型化，减小自身重力对测量的影响。而且并联柔顺机构呈整体化的同时也具有对称性，从而可以减小各向异性对测量精度的影响。
以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种基于并联柔顺机构的精密测头，包括圆环状的外壳(20)，外壳(20)的顶部设有上端盖(19)，上端盖(19)的内侧中心吊装一个载物体(11)，所述载物体(11)位于由外壳(20)围成的腔内，其特征在于：所述外壳(20)的底部连接并联柔顺机构，所述并联柔顺机构包括动平台(2)以及定平台(1)，定平台(1)呈圆环状，且定平台(1)的外圈与外壳(20)底部固定，所述动平台(2)呈等边三角形，且其中心与定平台(1)的圆心重合，动平台(2)与定平台(1)之间通过若干分支杆(3)连接，所述分支杆(3)一端与动平台(2)柔性连接，另一端与定平台(1)柔性连接；所述动平台(2)在远离上端盖(19)的一侧的中心设有测杆(8)，测杆(8)远离动平台(2)的一端端部设有测球(9)；所述动平台(2)的三个顶角处分别设有一个移动反射镜(10)，所述载物体(11)的侧壁上均匀分布三个激光干涉仪(12)，相邻的两个激光干涉仪(12)之间的交角为120°，载物体(11)在激光干涉仪(12)的下方分别设有固定干涉镜(14)，每个激光干涉仪(12)对准一个固定干涉镜(14)，且激光干涉仪(12)与分布在动平台(2)上的移动反射镜(10)一一对应。
2.根据权利要求1所述的基于并联柔顺机构的精密测头，其特征在于：所述分支杆(3)设有六个，动平台(2)的每个侧边均匀分布两个，且动平台(2)每相邻的两个侧边分布的分支杆(3)呈对称分布，分支杆(3)与动平台(2)之间、分支杆(3)与定平台(1)之间均采用柔性球铰(6)连接。
3.根据权利要求2所述的基于并联柔顺机构的精密测头，其特征在于：所述分支杆(3)上均设有压电陶瓷片(4)，所述压电陶瓷片(4)黏在分支杆(3)上。
4.根据权利要求3所述的基于并联柔顺机构的精密测头，其特征在于：所述测杆(8)与动平台(2)连接的端部设有测杆基体(7)，测杆基体(7)通过粘合剂粘贴在动平台(2)的中心，所述测杆(8)、测球(9)、测杆基体(7)为一体式结构。
5.根据权利要求1所述的基于并联柔顺机构的精密测头，其特征在于：所述载物体(11)为空心的正六棱柱，所述激光干涉仪(12)通过夹持器(13)固定于载物体(11)上。
6.根据权利要求5所述的基于并联柔顺机构的精密测头，其特征在于：所述载物体(11)的底部设有载物体端盖(15)，载物体端盖(15)上固定安装一个固定干涉镜支架(16)，所述固定干涉镜支架(16)呈三叉状，且其三叉均匀分布在同一圆周上，固定干涉镜支架(16)的中心固定安装在载物体端盖(15)的中心。
7.根据权利要求1所述的基于并联柔顺机构的精密测头，其特征在于：所述定平台(1)上均匀分布四个螺纹孔Ⅰ(5)，定平台(1)与外壳(20)采用螺钉固定，所述上端盖(19)的边缘也均匀分布四个用于与外壳(20)连接的螺纹孔Ⅱ(17)，且上端盖(19)的中心设有用于吊装载物体(11)的螺纹孔Ⅲ(18)。
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