CN109855533A

CN109855533A - 一种可自驱动的关节臂式坐标测量机

Info

Publication number: CN109855533A
Application number: CN201910012194.XA
Authority: CN
Inventors: 杨洪涛; 杨鹏; 胡毅; 胡鹏浩; 刘润泽; 余越
Original assignee: Anhui University of Science and Technology
Current assignee: Anhui University of Science and Technology
Priority date: 2019-01-07
Filing date: 2019-01-07
Publication date: 2019-06-07

Abstract

本发明涉及涉及关节臂式坐标测量机技术领域，具体是一种可自驱动的关节臂式坐标测量机。本发明相比于传统的关节臂式坐标测量机，在各个关节处加入伺服控制系统和圆光栅测量系统，能够实现高速自动测量。一种可自驱动的关节臂式坐标测量机的主要结构包括：固定基座、测头、测头安装座、三组自驱动旋转关节、三组自驱动摆动关节、以及连接关节的碳纤维管。其中，三组自驱动旋转关节和三组自驱动摆动关节是整个装置的核心，每组自驱动旋转关节包括：旋转基座、伺服传动装置、圆光栅、光栅测头、旋转臂；每组自驱动摆动关节包括：摆动基座、伺服传动装置、圆光栅、光栅测头、摆动臂。

Description

一种可自驱动的关节臂式坐标测量机

所属技术领域

本发明涉及涉及关节臂式坐标测量机技术领域，具体是一种可自驱动的关节臂式坐标测量机。

背景技术

关节臂式坐标测量机是一种多自由度坐标测量设备，相对于传统的三坐标测量机，测量无死角，测量范围更广，且方便携带。现在多用于CAD数模与实际零件比对检测，曲线曲面测量和扫描，产品逆向设计等领域。然而，现有的关节臂式坐标测量机都是手动牵引测量，虽然可以方便的对复杂工件进行测量，但测量效率较低，无法实现大批量工件的高速自动测量。

发明内容

本发明设计了一种可自驱动的关节臂式坐标测量机，在关节臂式坐标测量机的基础上，保留原有的六个自由度结构，参考工业机器人的结构设计，对关节臂式坐标测量机的关节结构重新设计，并在各个关节处引入伺服控制系统和圆光栅测量系统，使其能够满足高速自动测量的需求。

本发明解决技术问题采用如下技术方案：

本发明是一种可自驱动的关节臂式坐标测量机，相比于传统的关节臂式坐标测量机，在各个关节处加入伺服控制系统和圆光栅测量系统，能够实现高速自动测量。一种可自驱动的关节臂式坐标测量机的主要结构包括：固定基座、测头、测头安装座、三组自驱动旋转关节、三组自驱动摆动关节、以及连接关节的碳纤维管。其中，三组自驱动旋转关节和三组自驱动摆动关节是整个装置的核心，从基座到测头，各个关节的顺序依次为：1号旋转关节、1号摆动关节、2号旋转关节、2号摆动关节、3号旋转关节、3号摆动关节。每组旋转关节包括：旋转基座、伺服传动装置、圆光栅、光栅测头、旋转臂。每组摆动关节包括：摆动基座、伺服传动装置、圆光栅、光栅测头、摆动臂。

在旋转关节中，伺服传动装置通过螺钉安装固定在旋转基座上，输出端与旋转臂内侧凸台通过六个螺钉固定在一起，伺服传动装置可以带动旋转臂低速转动；圆光栅通过六个螺钉安装在旋转臂内侧，跟随旋转臂一起转动；光栅测头安装在旋转基座上，使光栅测头与圆光栅两者的中心面相重合，光栅测头可以记录圆光栅转过的角度，即旋转臂转动的角度。此外，旋转基座与旋转臂之间留有0.5mm间隙。

在摆动关节中，伺服传动装置通过螺钉安装固定在摆动基座上，输出端与摆动臂的内侧凸台通过六个螺钉固定在一起，伺服传动装置可以驱动摆动臂作270°的摆动；圆光栅通过六个螺钉安装在摆动臂内侧，跟随摆动臂一起转动；光栅测头安装在摆动基座上，使光栅测头与圆光栅两者的中心面相重合，光栅测头可以记录圆光栅转过的角度，即摆动臂摆动的角度。此外，摆动基座与摆动臂之间留有0.5mm间隙。

伺服传动装置采用哈默纳科(HarmonicDrive)FHA系列的高转矩，精密伺服传动装置。该系列伺服传动装置将高刚性精密谐波减速器与超扁平AC伺服电机融合成一体，使其具备高转矩、高定位精度、高刚性以及体积小的特点。一种可自驱动的关节臂式坐标测量机，包括三组自驱动旋转关节和三组自驱动摆动关节。其中，1号旋转关节和1号摆动关节采用哈默纳科FHA-17C-100-E250-C型伺服传动装置；2号旋转关节和2号摆动关节采用哈默纳科FHA-11C-100--E200-C mini型伺服传动装置；3号旋转关节和3号摆动关节采用哈默纳科FHA-8C-100-E200-C mini型伺服传动装置。

有益效果：

本发明的有益效果是，本发明设计了一种可自驱动的关节臂式坐标测量机，以关节臂式坐标测量机为基础，保留原有的六自由度结构，对关节臂式坐标测量机的关节结构进行重新设计，在各个关节处加入伺服控制系统和圆光栅测量系统，使关节臂式坐标测量机在没有人工牵引的情况下，输入工件的CAD模型后，便能实现大批量工件的高速自动测量。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1为可自驱动的关节臂式坐标测量机的左视图。

图2为可自驱动的关节臂式坐标测量机的剖视图。

图3为可自驱动的关节臂式坐标测量机的一号旋转关节剖视图。

图4为可自驱动的关节臂式坐标测量机的一号摆动关节剖视图。

图5为可自驱动的关节臂式坐标测量机的零件图。

图6为可自驱动的关节臂式坐标测量机的零件图。

图7为可自驱动的关节臂式坐标测量机的零件图。

图8为可自驱动的关节臂式坐标测量机的测量思路示意图。

在附图中：1.固定基座，2.一号旋转臂，3.碳纤维管-1，4.一号摆动基座，5-1.FHA-17C-150-E250-C型伺服传动装置，5-2.FHA-17C-100-E250-C型伺服传动装置，6.一号摆动臂，7.碳纤维管-2，8.二号旋转基座，9.二号旋转臂，10.碳纤维管-3，11.二号摆动基座，12-1.FHA-11C-150--E200-C mini型伺服传动装置，12-2.FHA-11C-100--E200-C mini型伺服传动装置，13.二号摆动臂，14.碳纤维管-4，15.三号旋转基座，16.三号旋转臂，17.碳纤维管-5，18.三号摆动基座，19-1.FHA-8C-150-E200-C mini型伺服传动装置，19-2.FHA-8C-100-E200-C mini型伺服传动装置，20.三号摆动臂，21.碳纤维管-6，22.测头安装座，23.测头，24.光栅测头，25.圆光栅

具体实施方式

参见附图，本发明是一种可自驱动的关节臂式坐标测量机，主要结构包括：固定基座1，一号旋转臂2，碳纤维管-1 3，一号摆动基座4，FHA-17C-100-E250-C型伺服传动装置5-1，FHA-17C-100-E250-C型伺服传动装置5-2，一号摆动臂6，碳纤维管-2 7，二号旋转基座8，二号旋转臂9，碳纤维管-3 10，二号摆动基座11，FHA-11C-100--E200-C mini型伺服传动装置12-1，FHA-11C-100--E200-C mini型伺服传动装置12-2，二号摆动臂13，碳纤维管-4 14，三号旋转基座15，三号旋转臂16，碳纤维管-5 17，三号摆动基座18，FHA-8C-100-E200-Cmini型伺服传动装置19-1，FHA-8C-100-E200-C mini型伺服传动装置19-2，三号摆动臂20，碳纤维管-6 21，测头安装座22，测头23，光栅测头24，圆光栅25。所述测头23为接触触发式测头，所述测头安装座22用于安装固定测头23。

参见附1、附图2，三组自驱动旋转关节和三组自驱动摆动关节是整个装置的核心，从固定基座1到测头23，各个关节依次串联，其顺序为：1号旋转关节、1号摆动关节、2号旋转关节、2号摆动关节、3号旋转关节、3号摆动关节。每组旋转关节包括：旋转基座、伺服传动装置、圆光栅25、光栅测头24、旋转臂。每组摆动关节包括：摆动基座、伺服传动装置、圆光栅25、光栅测头24、摆动臂。

所述1号、2号、3号旋转关节结构相似，以1号旋转关节为例，参见附图3、附图7，在1号旋转关节中，FHA-17C-100-E250-C型伺服传动装置5-2通过螺钉安装固定在固定基座1上，输出端与一号旋转臂2内侧的凸台通过六个螺钉固定在一起，FHA-17C-100-E250-C型伺服传动装置5-2可以带动一号旋转臂2低速转动；圆光栅25通过六个螺钉安装在一号旋转臂2内侧，跟随一号旋转臂2一起转动；光栅测头24安装在固定基座1上，使光栅测头24与圆光栅25两者的中心面相重合，光栅测头24可以记录圆光栅25转过的角度，即一号旋转臂2转动的角度。此外，固定基座1与一号旋转臂2之间留有0.5mm间隙。

所述1号、2号、3号摆动关节结构相似，以1号摆动关节为例，参见附图4、附图7，在1号摆动关节中，FHA-17C-100-E250-C型伺服传动装置5-1通过螺钉安装固定在一号摆动基座4上，输出端与一号摆动臂6内侧的凸台通过六个螺钉固定在一起，FHA-17C-100-E250-C型伺服传动装置5-1可以驱动一号摆动臂6作270°的摆动；圆光栅25通过六个螺钉安装在一号摆动臂6内侧，跟随一号摆动臂6一起转动；光栅测头24安装在一号摆动基座4上，使光栅测头24与圆光栅25两者的中心面相重合，光栅测头24可以记录圆光栅25转过的角度，即一号摆动臂6摆动的角度。此外，一号摆动基座4与一号摆动臂6之间留有0.5mm间隙。

碳纤维管是连接相连两个关节的重要部件，其尺寸是根据自驱动关节臂式坐标测量机的整体受力变形分析，经过多次优化得到，其中碳纤维管-1 3外径152mm，壁厚5mm，长60mm；碳纤维管-2 7外径118mm，壁厚5mm，长80mm；碳纤维管-3 10外径118mm，壁厚5mm，长160mm；碳纤维管-4 14外径100mm，壁厚3mm，长80mm；碳纤维管-5 17外径100mm，壁厚3mm，长120mm；碳纤维管-6 21外径80mm，壁厚3mm，长136mm；

参见附图8，本发明设计了一种可自驱动的关节臂式坐标测量机，能够在没有人工牵引的情况下，输入工件的CAD模型后，便能实现大批量工件的高速自动测量，其工作原理如下：内部的综合处理电路首先对输入的CAD模型进行分析，得到需要测量的的关键测量点并进行轨迹优化，然后通过驱动电路发出脉冲信号，控制六个关节转动相应的角度，使测头23到达工件的表面(测量点位于工件表面以下1-2mm)，此时测头23发出接触信号个给综合处理电路，综合处理电路根据各关节内光栅测头24反馈的光栅信号计算出工件上关键点的实际位置坐标。

以上对本发明实施例所提供的一种可自驱动的关节臂式坐标测量机进行了详细介绍，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围。

Claims

1.一种可自驱动的关节臂式坐标测量机，包括固定基座、测头、测头安装座、三组自驱动旋转关节、三组自驱动摆动关节、以及连接关节的碳纤维管；从固定基座到测头，各个关节依次串联，其顺序为：1号旋转关节、1号摆动关节、2号旋转关节、2号摆动关节、3号旋转关节和3号摆动关节；每组旋转关节包括：旋转基座、伺服传动装置、圆光栅、光栅测头、旋转臂；每组摆动关节包括：摆动基座、伺服传动装置、圆光栅、光栅测头、摆动臂。

2.根据权利要求1所述的一种可自驱动的关节臂式坐标测量机，其特征在于：在旋转关节中，伺服传动装置通过螺钉安装固定在旋转基座上，输出端通过六个螺钉与旋转臂内侧凸台固定，伺服传动装置可以带动旋转臂低速转动；圆光栅通过六个螺钉安装在旋转臂内侧，跟随旋转臂转动；光栅测头安装在旋转基座上，且光栅测头与圆光栅两者的中心面相重合；旋转基座与旋转臂之间留有0.5mm间隙。

3.根据权利要求1所述的一种可自驱动的关节臂式坐标测量机，其特征在于：在摆动关节中，伺服传动装置通过螺钉安装固定在摆动基座上，输出端通过六个螺钉与摆动臂内侧凸台固定，伺服传动装置可以驱动摆动臂作270°的摆动；圆光栅通过六个螺钉安装在摆动臂内侧，跟随摆动臂转动；光栅测头安装在摆动基座上，且光栅测头与圆光栅两者的中心面相重合；摆动基座与摆动臂之间留有0.5mm间隙。

4.根据权利要求1所述的一种可自驱动的关节臂式坐标测量机，其特征在于：碳纤维管-1外径152mm，壁厚5mm，长60mm；碳纤维管-2外径118mm，壁厚5mm，长80mm；碳纤维管-3外径118mm，壁厚5mm，长160mm；碳纤维管-4外径100mm，壁厚3mm，长80mm；碳纤维管-5外径100mm，壁厚3mm，长120mm；碳纤维管-6外径80mm，壁厚3mm，长136mm。

5.根据权利要求1所述的一种可自驱动的关节臂式坐标测量机，其特征在于：综合处理电路对输入的CAD模型进行分析，得到需要测量的的关键测量点并进行轨迹优化，然后通过驱动电路发出脉冲信号，控制六个关节转动相应的角度，使测头到达工件的表面，此时测头发出接触信号给综合处理电路，综合处理电路根据各关节内光栅测头反馈的光栅信号计算出工件上关键点的实际位置坐标。