CN1200249C - 一种三坐标测量仪 - Google Patents

Abstract

本发明涉及测量技术领域中三坐标测量仪器。为了解决现有的圆柱坐标系的三坐标测量仪结构庞大、价格昂贵、部分零件需要专门设备加工的不足，本发明将市场成品滑轨、直线位移传感器、角位移传感器、传动丝杠和电机进行组合，构成了一种圆柱坐标系的三坐标测量仪，其结构分为横臂、立臂、底座三部分，实现了三维方向的运动，达到了测量的目的。本发明可应用于多种三维几何物体的坐标测量，尤其适用于具有连续外形的弯曲、螺旋形工件测量，具有较广的市场应用前景，具有结构轻巧、成本较低，而且操作简单易行的特点，适用于中、小型科研院所。

Description

一种三坐标测量仪

(一)技术领域

本发明涉及测量技术领域，具体地说是一种圆柱坐标系的三坐标测量仪。

(二)背景技术

目前，公知的圆柱坐标系的三坐标测量仪结构由横臂、立臂、底座三部分构成。立臂为圆柱形，下端固定安装在底座上。长方形横臂的一端有圆孔，横臂通过圆孔套装在立臂上，可沿立臂上下滑动，亦可绕立臂转动。测量探针安装在横臂上，可沿横臂往复滑动。测量探针沿横壁的滑动，横臂沿立臂滑动的同时可绕立臂转动，通过上述运动，测量探针可以到达空间的任何位置，即可实现三维测量的目的。但是，为满足运动精度和安装驱动机构零件的需要，对横臂、立臂的加工精度要求较高，因此，这些零件结构比较大，而且需要使用专用夹具、专用设备进行加工，致使整台测量仪结构庞大、价格比较昂贵。国产的此类仪器价格在6-10万人民币，而国外产品的价格在30-40万人民币，小型的科研机构及院校实验室等在经济上难以接受，不利于科学研究的发展。

(三)发明内容

为了解决现有的圆柱坐标系的三坐标测量仪结构庞大、价格昂贵的不足，本发明提出了一种三坐标测量仪。

本发明采用圆柱坐标系，包括横臂、立臂、底座三部分，其发明点在于：1.测量仪本体由两套滑轨和滑块构成，测量部件为两个直线位移传感器和一个角位移传感器；2.滑轨的一端与固定板固定在一起，滑块和直线位移传感器安装在滑轨上；3.传动丝杠与滑轨平行安装，电机安装在传动丝杠一端，提供动力；4.通过固定板使一套滑轨水平安装，构成本发明的横臂；另一套滑轨纵向安装，构成本发明的立臂；5.底座的中间安装有一个光轴，底面安装有角位移传感器。

本发明与现有三坐标测量仪相比，具有结构轻巧，成本低，操作简单易行的特点。

(四)附图说明

下面结合附图对本发明作进一步说明。

附图1是三坐标测量仪结构示意图。

附图2是三坐标测量仪横臂结构示意图，其中a图是横臂结构主视图，b图是横臂结构后视图。

附图3是三坐标测量仪立臂结构示意图。

附图4是三坐标测量仪底座结构示意图。

附图5是同定板的结构示意图。

附图6是定位板的结构示意图。

附图7是连接板的结构示意图。

附图8是折板的结构示意图。

图中：

1-测量探针        2-横臂            3-固定板         4-滑块

5-立臂            6-转台            7-光轴           8-底座

9-折板            10-传动丝杠       11-轴承          12-连接板

13-螺帽           14-定位板         15-传动丝杠      16-电机

17-滑轨           18-滑块           19-固定块        20-直线位移传感器

21-传感测量头     22-滑轨           23-固定块        24-直线位移传感器

25-电机           26-轴承           27-螺帽          28-圆轴承

29-电机           30-齿轮           31-方台          32-角位移传感器

33-轴套           34-滑轨安装孔     35-滑块安装孔    36-折板安装孔

(五)具体实施方式

在具体实施中：

第一步，制作主要由测量探针1、固定板3、传动丝杠15、滑轨17、电机16和直线位移传感器20组成的横臂2。

固定板3位于横臂一端，用钢材制成，基本形状为方形，上表面呈阶梯状，如图5所示，固定板3上有滑轨安装孔34、滑块安装孔35、折板安装孔36、电机安装孔、轴承安装孔。固定块19位于横臂另一端，用钢材制成，基本形状为正方体，上表面的四角有安装轴承的螺孔，侧面中心有方形通孔，通孔尺寸与滑轨17外形相同。固定板3和固定块19上分别有用螺钉固定的、用以安装传动丝杠15所需的轴承11。

滑轨17和滑块18选用型号为BRH-25-B-SP的标准套件，滑块18上有定位板14及连接板12。定位板14及连接板12均为用两块矩形钢板垂直焊接而成，钢板上有安装孔。其区别在于：如图6所示，定位板14为两块钢板在端头垂直焊接而成，四个安装孔分布在两块钢板中心线的上部；如图7所示，连接板12为两块钢板在侧边垂直焊接而成，两个安装孔分布在一个钢板中心线的下部，四个安装孔分布在另一个钢板的四个角上，且该钢板中心有通孔，通孔直径大于传动丝杠15直径。

组装横臂时：如图2-a所示，滑轨17采刚悬臂梁安装，即一端通过滑轨安装孔34，用螺栓安装在固定板3的台阶上，另一端悬空，固定块19套装其上；将型号为SGC-5的直线位移传感器20平行贴合滑轨17的侧面，并将两端用螺栓固定在滑轨17上；如图2-b所示，将定位板14用螺栓安装在滑块18上，传感测量头21通过螺钉与定位板14连接，使传感测量头21与直线位移传感器20之间平行且有1.5mm的间距，这样，滑块18在滑轨17上滑动时，直线位移传感器20可以测量出其移动的距离；测量探针1用螺栓安装在滑块18上，并使针尖向下；传动丝杠15与螺帽13是型号为SFD-020-05-C7的标准套件，两端分别安装在轴承11上，位于滑轨17上方且与滑轨17平行；将螺帽13通过周边法兰四角上的安装孔，用螺栓与连接板12相连；连接板12与滑块18通过螺栓固定在一起，使得螺帽13与滑块18成为一体；电机16型号为FTY2-90-4，被安装在固定板3上，其转轴通过联轴器与传动丝杠15相连，提供动力，驱动传动丝杠15旋转，使螺帽13与滑块18沿滑轨17运动。

第二步，制作主要由滑轨22、直线位移传感器24、传动丝杠10、转台6和电机25构成的立臂5。

如图3所示，滑轨22与滑块4选用型号为BRH-30-A-SP的标准套件，滑轨22的上端固定有固定块23，侧面有型号为SGC-6的直线位移传感器24；轴承26通过螺钉安装在固定块23上，圆轴承28安装在转台6上的轴承安装孔内。传动丝杠10和螺帽27是型号为SFD-025-05-C7的标准套件，螺帽27上安装有折板9。

固定块23刚钢材制成，基本形状为方形，下表面呈阶梯状，固定块23上有安装轴承的螺孔和安装电机的螺孔，中心有方形通孔，通孔尺寸与滑轨22外形相同。

转台6为圆形，上表面中心有方孔，边缘处有轴承安装孔，底面中心有圆孔，圆孔中装有轴套33。转台圆周的下部为齿轮形状，模数为3，可与齿轮30啮合，传递转台旋转的动力。

如图8所示，折板9为两块钢板在侧边垂直焊接而成，每块钢板的四个角上分布有安装孔，且其中一钢板中心有通孔，通孔直径大于传动丝杠10直径。

组装立臂时，将滑轨22下端垂直固定在转台6中心的方孔中，直线位移传感器24平行贴合滑轨17的侧面，两端用螺栓固定在滑轨上；传动丝杠10穿过折板9的通孔，两端分别安装在轴承26和圆轴承28上，位于滑轨22一侧且与滑轨22平行；螺帽27套装在传动丝杠10上，且通过周边法兰四角上的安装孔，用螺栓与折板9相连。电机25型号为FTY2-750-4，被安装固定块23上，其转轴通过联轴器与传动丝杠10相连，提供动力。

第三步，制作主要由方台31、角位移传感器32、光轴7、电机29构成的底座。

如图4所示，方台31为四方形，钢材制成，底面中心有沉头孔。轴套33安装在沉头孔的内孔中，内表面精度要求为IT8。光轴7的型号为SF40，与轴套33紧密配合，下端与角位移传感器32的毂孔连接。角位移传感器32型号为755A-05-S-30000，周边有安装孔，用螺栓安装在方台沉头孔的外孔内。电机29型号为FTY2-180-4，位于方台边缘处，并通过联轴器与模数为3的齿轮30相连，提供转台转动动力。

在完成了以上制作后：

如图1所示，将横臂2的固定板3通过滑块安装孔35，用螺栓与立臂5的滑块4安装在一起，且使横臂2与立臂5相垂直。同时，折板9的一面通过折板安装孔36，用螺栓安装在固定板3上，以便通过传动丝杠10驱动横臂2上下运动。

将立臂5的转台6通过轴套33安装在底座8的光轴7上，并可绕光轴7转动，同时使转台6圆周下部的齿轮与齿轮30相啮合。

Claims (6)

1.一种圆柱坐标系三坐标测量仪，包括横臂、立臂、底座，其特征在于包括两套滑轨和滑块、两个直线位移传感器和一个角位移传感器、两套精密传动丝杠，并且：a.通过固定板(3)使其中一套滑轨水平安装，构成该三坐标测量仪的横臂(2)；另一套滑轨纵向安装，构成该三坐标测量仪的立臂(5)；b.其中一个直线位移传感器安装在一套滑轨上，另一个直线位移传感器安装在另一套滑轨上；c.其中一套传动丝杠与一套滑轨平行安装，另一套传动丝杠与另一套滑轨平行安装；d.角位移传感器(32)安装在底座(8)的底面，且与光轴(7)连接。

2.如权利要求1所述圆柱坐标系三坐标测量仪，其特征在于该三坐标测量仪的横臂(2)包括滑轨(17)、测量探针(1)、固定板(3)、直线位移传感器(20)、传动丝杠(15)和电机(16)，并且直线位移传感器(20)平行贴合滑轨(17)的侧面；定位板(14)安装在滑块(18)上，传感测量头(21)与定位板(14)连接，并与直线位移传感器(20)平行；测量探针(1)安装在滑块(18)上，并使针尖向下；传动丝杠(15)位于滑轨(17)上方且与滑轨(17)平行，螺帽(13)与连接板(12)相连，连接板(12)与滑块(18)固定在一起；电机(16)安装固定板(3)上，其转轴通过联轴器与传动丝杠(15)相连。

3.如权利要求1所述圆柱坐标系三坐标测量仪，其特征在于该三坐标测量仪的立臂(5)包括转台(6)、滑轨(22)、直线位移传感器(24)、传动丝杠(10)和电机(25)，并且滑轨(22)下端垂直固定在转台(6)中心；直线位移传感器(24)平行贴合滑轨(22)的侧面；传动丝杠(10)位于滑轨(22)一侧且与滑轨(22)平行，螺帽(27)套装在传动丝杠(10)上，且与折板(9)相连；电机(25)安装固定块(23)上，其转轴通过联轴器与传动丝杠(10)相连。

4.如权利要求1所述圆柱坐标系三坐标测量仪，其特征在于该三坐标测量仪的底座(8)包括方台(31)、角位移传感器(32)、光轴(7)、电机(29)，并且轴套(33)位于方台(31)底面中心；光轴(7)与轴套(33)紧密配合，下端与角位移传感器(32)的毂孔固定；角位移传感器(32)位于方台(31)内。

5.如权利要求1所述圆柱坐标系三坐标测量仪，其特征在于该三坐标测量仪横臂(2)的固定板(3)与立臂(5)的滑块(4)连接在一起，且使横臂(2)与立臂(5)相垂直。

6.如权利要求1所述圆柱坐标系三坐标测量仪，其特征在于该三坐标测量仪的立臂转台(6)安装在底座(8)的光轴上(7)上，并可绕光轴(7)转动，同时使转台(6)圆周下部的齿轮与另一个齿轮(30)相啮合，电机(29)位于底座(8)的方台(31)边缘处，并通过联轴器与该另一齿轮(30)相连。

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