CN114485503B - 一种多功能多目标圆周运动标准器 - Google Patents

Abstract

本发明公开的一种多功能多目标圆周运动标准器，涉及用于大尺寸测量设备校准的多功能多目标圆周运动标准器，属于几何量领域。本发明主要由动力组件、输出支撑组件、转标尺组件三部分组成。本发明能够作为激光跟踪仪等设备动态校准的标准圆周运动轨迹产生装置与静态校准的长度标准装置；搭载靶标进行精密圆周运动，保证靶标在运动过程中的稳定性，并在静态工况下兼顾作为静态一维标准器使用。本发明不仅能够满足实现固定靶标圆周运动的功能，能够保证靶标运动的稳定性及精度，同时也能够满足足够的定位精度实现动静态多种不同的测量方式。本发明还具有结构紧凑可靠，运转稳定、运行平稳无冲击、圆周转速可调、具备扩展程序接口的优点。

Description

一种多功能多目标圆周运动标准器

技术领域

本发明涉及一种多功能多目标圆周运动标准器，尤其涉及用于大尺寸测量设备校准的多功能多目标圆周运动标准器，属于几何量领域。

背景技术

随着科技工业的不断发展，相关的大尺寸计量设备应用也更加广泛，如激光跟踪仪、关节臂、经纬仪、激光扫描仪等。在相关大尺寸设备的应用过程中，需要采用相应的校准用标准器或校准装置实现校准，以对设备的测量能力提供有效保证。通常的静态校准过程往往需要通过固定两个或多个适用于不同测量设备的被测靶标固定在一个稳定的标准尺上，其位置关系已通过坐标测量机等设备实现标定，通过相应的大尺寸测量设备对靶标位置进行测量并与标称值进行比较，即可实现对设备的静态校准工作；动态校准工作则通常针对于激光跟踪仪等具备动态测量的设备，需要将被测目标实现标准模型路径运动，常采用圆周运动，以实现相应的动态校准工作。上述在实验室校准和现场校准领域应用尤为广泛，有效方便了大尺寸测量工作的开展。

目前常用的圆周运动标准器主要通过如下几种方式实现。其一是通过安装在固定工作平台上的机械或者气浮转台搭载固定目标，通过控制转台旋转运动用以实现固定目标的圆周运动过程，通过激光跟踪仪对目标的瞄准测量实现动态校准过程。这种实现方式的不足之处在于转台在质量和体积上相对较大，不便于携带和移动，并且需要为转台配备固定的工作平台或者是专用的承载测量支架及相应的电控组件，部件较多占用空间较大，不便于现场动态校准工作的开展。其二是通过磁性传动部件或电机直接输出至一个主转轴，在主转轴的另一端配备转臂，转臂以主转轴轴心对称设置并在端部安装靶标，通过对靶标的测量实现对激光跟踪仪等测量设备进行动态特性校准检测。这种方式通过转臂的定心结构与动力来源提高整体的稳定性相对有限，且没有对传动输出端进行相应控制，只是简单进行圆周运动传输，无法从根本上调高圆周运动的稳定性，同时整体采用刚性连接，不能有效减少因机械运转带来的冲击振动，针对长结构转臂两端靶标的位置没有能够进行有效标定，限定了该装置的使用范围。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种用于激光跟踪仪等设备的动静态校准的多功能多目标圆周运动标准器，能够作为激光跟踪仪等设备动态校准的标准圆周运动轨迹产生装置与静态校准的长度标准装置；搭载靶标进行精密圆周运动，保证靶标在运动过程中的稳定性，并在静态工况下兼顾作为静态一维标准器使用。本发明不仅能够满足实现固定靶标圆周运动的功能，能够保证靶标运动的稳定性及精度，同时也能够满足足够的定位精度满足动静态多种不同的测量方式。本发明还具有结构紧凑可靠，运转稳定、运行平稳无冲击、圆周转速可调、具备扩展程序接口的优点。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的：

本发明公开的一种多功能多目标圆周运动标准器，主要由动力组件、输出支撑组件、转标尺组件三部分组成。

所述的动力组件主要由伺服电机、电机输出轴、增扭机构、增扭输出轴、柔性连接器、转接支撑座组成。伺服电机作为整个装置的动力来源，安装在动力组件的最左端，通过电机驱动整个圆周运动的过程。伺服电机右侧通过电机输出轴与增扭机构连接，用以提升三倍以上的扭力，显著增强整体运转的稳定性。增扭机构通过其右侧的增扭输出轴实现扭力的输出，并与柔性连接器左端进行固定，柔性连接器本体采用柔性软连接结构，具备足够的减震减冲击能力，有效保证整体的抗震稳定能力，也能减小微小偏心带来的不利影响。转接支撑座安装在增扭机构右侧，用以将增扭机构与右侧输出支撑组件的输出支撑体相连接固定。

所述的输出支撑组件主要由输出轴、锁紧螺母、输出支撑体、左轴承、右轴承、第一紧固钉、底部连接板、转接轴、第二紧固钉组成。输出轴安装基准内外圆采用同心精加工，通过左侧动力组件的柔性连接器与增扭输出轴相连接，用以实现扭力传输。输出轴左右两侧分别通过左轴承和右轴承安装在输出支撑体内部，其安装位置均采用精加工保证同轴度，通过左外侧的锁紧螺母固定后即可实现输出轴的自由转动功能，同时输出轴的右侧设置有定位中心销孔和安装螺纹孔用于与转标尺组件相连接固定。输出支撑体左侧与左侧动力组件的转接支撑座相连接，用以实现整体固定。输出支撑体下侧与底部连接板通过第一紧固钉固定，底部连接板下方则与转接轴通过第二紧固钉连接，通过转接轴连接三脚架等支撑设备。

所述的转标尺组件主要由压块、靶标球、卡座、标准杆、杆下块、销轴、杆上块、转接销座、配重构成。转标尺组件整体通过最左侧的转接销座与输出轴最右端定位中心销孔销定位连接，并通过螺栓紧固，销孔定位均采用精密加工，严格保证转动中心的位置。杆下块安装在转接销座右侧精加工面上通过螺栓连接固定。标准杆采用轻便稳定强度高的碳纤维或铝合金材质，安装在杆下块中心位置，通过杆上块压紧连接，杆下块与杆上块之间通过螺栓紧固。同时为保证中心定位精度，杆下块、标准杆、杆上块分别设置有用于连接定位的销孔，通过两个销轴进行连接定位。标准杆两端分别安装有两个金属固定卡座，分别加工用于适配标准球体的内凹，用以安装不同的标准靶标，两球心位置相对于转接销座中心转轴对称布置，保证旋转运行精度。上方卡座内安装靶标球，另一侧卡座内则安装与靶标球同质量的配重，用以实现质量配平(也可安装相同靶标)，靶标球和配重分别由两个压块压紧连接于两个卡座内，通过螺栓连接压紧固定。

作为优选，为保证中心定位精度，杆下块、标准杆、杆上块分别设置有2个销孔，通过两个销轴进行连接定位。标准杆两端分别安装有两个金属固定卡座，分别加工标准1.5英寸球体内凹，用以安装不同的标准1.5英寸靶标，两球心位置相对于转接销座中心转轴对称布置，保证旋转运行精度。上方卡座内安装1.5英寸靶标球，另一侧卡座内则安装1.5英寸同质量配重，用以实现质量配平(也可安装相同1.5英寸靶标球)，靶标球和配重分别由两个压块压紧连接于两个卡座内，通过螺栓连接压紧固定。

作为优选，通过控制电机驱动目标实现精确圆周运动，满足被测目标0.16m-0.5m运行半径的测量需求。

有益效果：

1、本发明公开的一种多功能多目标圆周运动标准器，动力组件在采用结构紧凑的小型交流伺服电机作为整机动力源的基础上，串联加装用于增加扭力的增扭机构以及用于柔性连接的柔性连接器，能够有效增加整体运动的稳定性并具备足够的减震减冲击能力，减小微小偏心带来的不利影响，保证圆周运转的运行精度，且能够解决现有的标准圆周运动标准器占用空间大、设备重量高、设备部件多、输出端稳定性缺乏控制、过刚性连接、靶标位置未标定、功能较单一等问题。

2、本发明公开的一种多功能多目标圆周运动标准器，输出支撑组件利用输出轴分别连接动力组件与转标尺组件，通过输出轴内外圆的同心精加工以及两个轴承的精确定位，保证转标尺组件运动的准确可靠；转标尺组件通过转接销座与输出轴销定位连接有效保证转动中心的一致性，同时将标准杆与通过销定位固定，保证两端靶标球位置相对转动中心的对称性，设计有专用配重件用于和靶标球质量配平，且两端卡座球心位置均采用坐标测量机实现标定，因而随着标准被测目标的替换亦可作为多种不同大尺寸测量设备的静态测量标尺使用。

3、本发明公开的一种多功能多目标圆周运动标准器，基于上述有益效果1和有益效果2，实现标准圆周运动的精确可靠，提高相关设备动态校准精度和效率，能够有效满足相关大尺寸测量设备实验室动静态校准需求。

附图说明

图1是本发明的主体结构示意图；

图2是本发明的动力组件结构示意图；

图3是本发明的输出支撑组件示意图；

图4是本发明的转标尺组件结构示意图；

图5是本发明的总体工作示意图。

其中：1—动力组件、2—支撑组件、3—转标尺组件、4—伺服电机、5—电机输出轴、6—增扭机构、7—增扭输出轴、8—柔性连接器、9—转接支撑座、10—底部连接板、11—转接轴、12—第二紧固钉、13—输出轴、14—锁紧螺母、15—左轴承、16—输出支撑体、17—右轴承、18—第一紧固钉、19—压块、20—靶标球、21—卡座、22—标准杆、23—杆下块、24—杆上块、25—销轴、26—转接销座、27—配重、28—支撑三脚架、29—被测仪器。

具体实施方式

为了更好的说明本发明的目的和优点，下面结合附图和实例对发明内容做进一步说明。

实施例1：

参见附图1所示，本实施例公开的一种多功能多目标圆周运动标准器，尤其是激光跟踪仪动静态校准等相关工作，其主体结构主要由动力组件1、输出支撑组件2、转标尺组件3三部分组成。

所述动力组件1用于为圆周运动提供稳定可靠的动力来源，加装用于增加扭力的增扭机构6以提高整体运动的稳定性及运行精度，其右侧通过增扭输出轴7加装柔性连接器8与输出支撑组件2相连接；输出支撑组件2，作为装置重要的扭力传输组件，安装于动力组件1右侧，通过螺栓紧固连接，同时将其中输出轴13插入柔性连接器8内部，并通过螺栓抱紧紧固连接，其底部转接轴11用于安装到多种不同类型的支撑设备上，通过右侧的输出支撑体16连接转标尺组件3，内部则由输出轴13连接转接销座26，输出支撑组件2左右连接均通过对输出轴13的外圆轮廓精加工实现较高同轴度，保证良好的圆周运动精度；转标尺组件3作为装置圆周运动的旋转标准器组件，安装在输出支撑组件2右侧，通过其中的转接销座26与左侧的输出轴13同心销连接，实现转动中心的准确传输，随着动力组件1的动力输出，转标尺组件3两端的靶标球20行程标准圆周运动既可实现动态校准，而当装置静止时更换不同的靶标球靶标球20也可作为不同测量设备的静态校准用标准器使用。

参见附图2所示，所述的动力组件1采用串联式结构，具体使用安装过程中首先将伺服电机4放置于最左端，然后将电机输出轴5插入增扭机构6内部并进行锁紧，实现扭力传输功能，同时将伺服电机4与增扭机构6壳体通过螺栓完成固定；之后再将转接支撑座安装在增扭机构6的右侧，将增扭输出轴7插入柔性连接器8内后置于转接支撑座9内部，然后再将增扭机构6壳体与转接支撑座9通过螺栓固定好；将柔性连接器8内部插入输出轴13，同时转接支撑座9与输出支撑体16通过螺栓相连，即可实现从动力组件1到输出支撑组件2的扭力传输功能。

参见附图3所示，所述的输出支撑组件2分为上下两部分，上方主要依托输出支撑体16作为主体，其内部两端分别安装左轴承15、右轴承17，采用高精度加工保证左轴承15、右轴承17运转的同轴性；再将输出轴13从右侧插入左轴承15、右轴承17的内部，通过精加工外圆保证输出轴13的旋转精度有效提高运转精度；在左轴承15左侧安装锁紧螺母14用以固定输出轴13保证其左右不产生晃动；通过输出轴13内部的销孔与右侧转标尺组件3的转接销座26外圆销定位，保证同轴传输精度；输出支撑体16底部通过第一紧固钉18安装底部连接板10并与之紧固，之后再将转接轴11通过第二紧固钉12与底部连接板10实现连接紧固，通过转接轴11即可实现其与支撑三脚架28等设备的安装连接。

参见附图4所示，所述的转标尺组件3作为装个装置的标准器部分，起到动态圆周运转标准和静态标尺的作用；首先将左侧转接销座26安装在输出支撑组件2输出轴13处，通过内孔同轴定位保证同轴度，之后再将杆下块23安装在转接销座26右侧端面，二者依然通过面销孔定位保证精度；将标准杆22放入杆下块23内部凹槽中，并用杆上块24扣住标准杆22，通过两个销轴25直接插入杆下块23、标准杆22、杆上块24的定位孔内，并分别通过螺栓锁紧；两个卡座21分别安装于标准杆22上下两端，通过胶接方式进行固定牢靠，将靶标球20和配重27分别依次放入上下两个卡座21的球形内凹之中，然后再将上下两个压块19分别压住靶标球20和配重27，并通过螺栓进行固定后通过控制动静态转换，既可实现被测仪器29对整个装置的测量需求。

参见附图5所示，本实施例公开的一种多功能多目标圆周运动标准器的工作方法为：首先将多功能多目标圆周运动标准器整个装置通过输出支撑组件2下方的转接轴11插入支撑三脚架28等支撑装置中，通过不同的锁紧方式之后实现稳定的固定；然后通过电路控制控制动力组件1中的伺服电机4实现不同速度的转动功能，从电机输出轴5到增扭输出轴7之间通过增扭机构内部结构实现扭力的增加并提高稳定性；而从增扭输出轴7到输出轴13之间通过柔性连接器8实现抗震减小偏心影响的功能需求；从输出轴7到转标尺组件3之间各级安装组件采用销定位结构，能够有效保证组装后旋转中心的同轴性并有效减小重复安装之后产生的重复性误差；转标尺组件3两端分别安装有靶标球20和配重27，配重可以有效减小重心偏心对圆周运动精度产生的不利影响，通电运转后通过动力组件1输出扭力，既可使转标尺组件3产生标准圆周运动曲线，通过被测仪器29对靶标球20的测量既可实现相应的动态校准需求；转标尺组件3两端也可分别安装一组不同用途的标准1.5英寸靶标球20，由于其球心距已经标定，因而设备在静止状态下也可以作为一些被测仪器29静态空间坐标的一维标准器使用。

以上所述的具体描述，对发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种多功能多目标圆周运动标准器，其特征在于：由动力组件、输出支撑组件、转标尺组件三部分组成；

所述的动力组件用于为圆周运动提供稳定可靠的动力来源，由伺服电机、电机输出轴、增扭机构、增扭输出轴、柔性连接器、转接支撑座组成；伺服电机作为整个装置的动力来源，安装在动力组件的最左端，通过电机驱动整个圆周运动的过程；伺服电机右侧通过电机输出轴与增扭机构连接，用以提升三倍以上的扭力，显著增强整体运转的稳定性；增扭机构通过其右侧的增扭输出轴实现扭力的输出，并与柔性连接器左端进行固定，柔性连接器本体采用柔性软连接结构，具备足够的减震减冲击能力，有效保证整体的抗震稳定能力，也能减小微小偏心带来的不利影响；转接支撑座安装在增扭机构右侧，用以将增扭机构与右侧输出支撑组件的输出支撑体相连接固定；

所述的输出支撑组件由输出轴、锁紧螺母、输出支撑体、左轴承、右轴承、第一紧固钉、底部连接板、转接轴、第二紧固钉组成；输出轴安装基准内外圆采用同心精加工，通过左侧动力组件的柔性连接器与增扭输出轴相连接，用以实现扭力传输；输出轴左右两侧分别通过左轴承和右轴承安装在输出支撑体内部，其安装位置均采用精加工保证同轴度，通过左外侧的锁紧螺母固定后即可实现输出轴的自由转动功能，同时输出轴的右侧设置有定位中心销孔和安装螺纹孔用于与转标尺组件相连接固定；输出支撑体左侧与左侧动力组件的转接支撑座相连接，用以实现整体固定；输出支撑体下侧与底部连接板通过第一紧固钉固定，底部连接板下方则与转接轴通过第二紧固钉连接，通过转接轴连接三脚架等支撑设备；

所述的转标尺组件由压块、靶标球、卡座、标准杆、杆下块、销轴、杆上块、转接销座、配重构成；转标尺组件整体通过最左侧的转接销座与输出轴最右端定位中心销孔销定位连接，并通过螺栓紧固，销孔定位均采用精密加工，严格保证转动中心的位置；杆下块安装在转接销座右侧精加工面上通过螺栓连接固定；标准杆采用轻便稳定强度高的碳纤维或铝合金材质，安装在杆下块中心位置，通过杆上块压紧连接，杆下块与杆上块之间通过螺栓紧固；同时为保证中心定位精度，杆下块、标准杆、杆上块分别设置有用于连接定位的销孔，通过两个销轴进行连接定位；标准杆两端分别安装有两个金属固定卡座，分别加工用于适配标准球体的内凹，用以安装不同的标准靶标，两球心位置相对于转接销座中心转轴对称布置，保证旋转运行精度；上方卡座内安装靶标球，另一侧卡座内则安装与靶标球同质量的配重，用以实现质量配平，靶标球和配重分别由两个压块压紧连接于两个卡座内，通过螺栓连接压紧固定。

2.如权利要求1所述的一种多功能多目标圆周运动标准器，其特征在于：为保证中心定位精度，杆下块、标准杆、杆上块分别设置有2个销孔，通过两个销轴进行连接定位；标准杆两端分别安装有两个金属固定卡座，分别加工标准1.5英寸球体内凹，用以安装不同的标准1.5英寸靶标，两球心位置相对于转接销座中心转轴对称布置，保证旋转运行精度；上方卡座内安装1.5英寸靶标球，另一侧卡座内则安装1.5英寸同质量配重，用以实现质量配平，靶标球和配重分别由两个压块压紧连接于两个卡座内，通过螺栓连接压紧固定。

3.如权利要求1或2所述的一种多功能多目标圆周运动标准器，其特征在于：通过控制电机驱动目标实现精确圆周运动和动静态转换，满足被测目标0.16m～0.5m运行半径的测量需求。