CN201014951Y - 便携式三坐标测量机精度自动检定仪 - Google Patents

Abstract

便携式三坐标测量机精度自动检定仪，其特征是结构设置包括：一球列板，由至少三个直径相同的标准球定位于球列板上呈“一”字排布的等间距的球窝内构成一维球列；一空间位置可调的直线导轨，在球列板的底部固定设置导轨滑块，球列板通过导轨滑块与直线导轨滑动配合；一固定直线导轨于被校测量机平台上，并定位直线导轨在被校测量机平台上的空间位置的导轨支座，直线导轨设置在导轨支座上。本实用新型可以实现三坐标测量机的可靠、方便、快捷、低成本校正，为三坐标测量机的进一步推广应用创造条件。

Description

便携式三坐标测量机精度自动检定仪

技术领域

本实用新型涉及检定仪器，更具体地说是三坐标测量机的精度检定仪器。

背景技术

现代机械制造与加工工业正向更精密、快速、自动化与高效率的方向发展，三坐标测量机正是应此需求而诞生的一种大型精密智能仪器，可以广泛应用在机械制造、科学仪器制造、电子工业、汽车工业以及航天和国防工业等各部门。但是目前的低效率、检验繁复、代价高昂的三坐标测量机标定方法却在一定程度上限制了它的推广应用，尤其在为数众多的中小企业中的运用更受到影响。

目前，对于三坐标测量机的校正大致分为两种方式：一种是用高精度仪器测量校正规程中的受检项目来完成校正工作，所使用仪器通常包括双频激光干涉仪、自动光电准直仪、电感测微仪、直角尺、零级平尺等。这种方式校正结果精度高，可靠性高，但对于测量仪器、量测人员的技术要求较高，校正工作费时费力，对大部分的坐标测量机用户而言，用于校正的仪器设备和校正费用高昂，另一种是使用标准器进行坐标测量机的校正工作，通过被校正三坐标测量机测量标准器，如精密块规、步距规、球端棒、球板或球锥等来完成校正工作，该方法简便、快捷，较为适合一般用户，但是其校正工作本身并不符合国际标准ISO10360-2之规范，标准器制造要求高，为了确保校正结果的可靠性，还必须对标准器定期或不定期实施鉴定检验。

上述两种方式的共同问题是校正工作繁复而不方便、校正仪器设备昂贵、校正成本高昂校正费用高，这些问题的存在极大地限制了三坐标测量机的推广与使用。

实用新型内容

本实用新型是为避免上述现有技术所存在的不足之处，提供一种便携式三坐标测量机精度自动检定仪，实现三坐标测量机的可靠、方便、快捷、低成本校正，为三坐标测量机的进一步推广应用创造条件。

本实用新型解决技术问题所采用的技术方案是：

本实用新型的结构特点是在其结构设置上包括：

一球列板，由至少三个直径相同的标准球定位于球列板上呈“一”字排布的等间距的球窝内构成一维球列；

一空间位置可调的直线导轨，在所述球列板的底部固定设置导轨滑块，所述球列板通过导轨滑块与直线导轨滑动配合；

一固定直线导轨于被校测量机平台上，并定位直线导轨在被校测量机平台上的空间位置的导轨支座，直线导轨设置在导轨支座上。

本实用新型的结构特点也在于：

导轨支座为单立柱支座，具有固定设置在被校测量机平台上的底座、呈单立柱固定设置在底座上的轴套，轴套内套装水平回转轴，水平回转轴与轴套在轴向上滑动配合，水平回转轴的顶端通过水平铰链支撑导轨支架，导轨支架与水平回转轴之间设置垂直回转定位板；导轨支架固定支撑在直线导轨的底部。

与直线导轨平行设置由伺服电机驱动的丝杠，丝杠螺母通过连接板与球列板固定连接。

标准球共有六个。

与已有技术相比，本实用新型的有益效果体现在：

1、本实用新型对于三坐标测量机的检定是在准确测得球列中任意一对相邻的标准球球心距偏差、并以其作为标准量的条件下，通过对称组合比较测量，并按最小二乘原理处理测得值，便可得被测三坐标测量机空间点的误差，方法简便可靠。

2、本实用新型可以通过使用高精度的丝杠和伺服电机来驱动球列板，并由计算机控制伺服电机，使滑块按照一定的标准间距移动，实现自动化测量。

3、本实用新型通过导轨支座使直线导轨在空间的不同位置上得到调整，通过测量得到在三坐标测量机测量空间范围内的位置误差，并由此再按通用的数据分解方法，即可得到三坐标测量机几何结构的二十一项误差。

4、本实用新型只需要利用已有的标准量块等通用高精度测量器具，在检定之前对任意一对相邻的标准球球心距进行实时检测标定，若条件具备也可利用激光干涉仪等进行标定，即可得到球列板的标准量。因此本实用新型不要求检定装置的长期稳定性，也不需要标准测试单位对装置进行定期标定。

5、本实用新型造价低、标定范围大，轻巧，便于携带。

附图说明

图1为本实用新型结构示意图。

图2为本实用新型对称组合比较测量示意图。

图3为本实用新型测量过程中标准球心距标定原理图。

图中标号：1球列板、2直线导轨、3导轨支架、4底座、5标准球、6伺服电机、7丝杠、8水平回转轴、9轴套、10垂直回转定位板、11球窝、12导轨滑块、13水平铰链、14丝杠螺母、15连接板、16激光器、17参考镜、18靶镜、19电感测微仪。

以下通过具体实施方式，结合附图对本实用新型作进一步描述：

具体实施方式

参见图1、图2，本实施例的结构设置包括：

一球列板1，由至少三个直径相同的标准球5定位于球列板1上呈“一”字排布的等间距的球窝11内构成一维球列；

一空间位置可调的直线导轨2，在球列板1的底部固定设置导轨滑块12，球列板1通过导轨滑块12与直线导轨2滑动配合；

一固定直线导轨于被校测量机平台上，并定位直线导轨2在被校测量机平台上的空间位置的导轨支座，直线导轨2设置在导轨支座上。

图1、图2所示，具体实施中，导轨支座为单立柱支座，具有固定设置在被校测量机平台上的底座4、呈单立柱固定设置在底座4上的轴套9，轴套9内套装水平回转轴8，水平回转轴8与轴套9在轴向上滑动配合，水平回转轴8的顶端通过水平铰链13支撑导轨支架3，导轨支架3与水平回转轴8之间设置垂直回转定位板10，垂直回转定位板10的定位角度可达90度；导轨支架3固定支撑在直线导轨2的底部。

为了实施自动控制，与直线导轨2平行设置由伺服电机6驱动的丝杠7，丝杠螺母14通过连接板15与球列板1固定连接。

本实施例中，标准球5共有六只，在球列板1上呈一字等距排布，六只标准球5构成五个相邻标准球的球间距，该球间距设置为20mm，需要其中一个标准间距作为标准量，以便获得其他高精度测量结果。

为获得标准间距，可以采用图4所示的已有方法进行标定，包括利用激光器16、参考镜17、靶镜18和电感测微仪19等装备，测得任一相邻两只标准球之间的高精度标准间距。实际检定中，也可使用标准量块和高精度电感测微仪等组成的组合测量装置进行标定。

球列板1是通过伺服电机6由丝杠7驱动沿直线导轨2自由移动，微驱动定位精度为1μm。图3所示的测量过程可实现一维球列对称联系组合精度检定。在此基础上，通过水平回转轴8的360度回转、水平回转轴8在轴套9内的上下移动，以及垂直回转定位板10使球列板1在垂直平面内的90度旋转，使直线导轨2在空间位置上得到不同的调整，通过测量得到在三坐标测量机测量空间范围内的位置误差，并由此再按通用的数据分解方法，即可得到三坐标测量机几何结构的二十一项误差。

整个测量过程可以由计算机按预先设置的过程控制伺服电机实现自动控制，实现整个测量过程的自动化。

参见图3，设置六只标准球总的球心距为100mm，球列板1在直线导轨2上按照图3所示的步骤进行移动测量，球列板每次移动一个球心距，即20mm，一个测量过程移动五次，球列板移动100mm，可测得空间距离为500mm的范围内的测量误差。

测量原理如下：

设三坐标测量机测量空间中被测直线上有一系列测得间距为20mm的20个点，这些测量值均有误差，令l₀，l₁.....，l₂₀分别为各点到起始点0点测量值L_0i相对实际值L_i的修正值，即L_i＝L_0i+l_i(i＝1，2，...20)。球列上有六只球，令λ₀，λ₁......λ₅分别为球心1′，2′，3′，4′，5′与球心O′相应间距对公称值(25×j)的修正值，则有L_j＝L_oj+λ_j(j＝1，2，....，5)。

根据测量过程和最小二乘原理列出并求解方程，可以得到下式：

$l_{\mathrm{1,1}}={\mathrm{\λ}}_1+\frac{1}{6}(-3a_{11}-a_{12}-a_{13}-a_{14}+a_{22}+a_{23}+a_{24}-a_{31}-a_{41}-a_{51})$

$l_{1,2}={2\mathrm{\λ}}_1+\frac{1}{48}(-24a_{11}-{13a}_{12}-{7a}_{13}-{4a}_{14}-27a_{21}+a_{22}-2a_{23}+{4a}_{24}$

$-10a_{31}+9a_{32}+9a_{33}-{19a}_{41}+3a_{42}{-16a}_{51})$

$l_{1,3}={3\mathrm{\λ}}_1+\frac{1}{48}(-3{2a}_{11}-{3a}_{12}-{9a}_{13}-{4a}_{14}-29a_{21}-{9a}_{22}+{2a}_{23}+4a_{24}$

$-38a_{31}-a_{32}+{7a}_{33}-{21a}_{41}+{13a}_{42}-24a_{51})$

$l_{1,4}={4\mathrm{\λ}}_1+\frac{1}{6}(-5a_{11}-{4a}_{14}-{5a}_{21}-a_{23}+a_{24}-{5a}_{31}-a_{32}+a_{33}-{6a}_{41}+a_{42}-3a_{51})$

l_1，5＝5λ₁-a₁₁-a₂₁-a₃₁-a₄₁-a₅₁

其中，a_ij是l_ij，λ_i的函数，为已知量，通过上式可以看出，如将λ₁作为标准量，则其它的球距偏差也可求得。同理，也可以分别获得以λ₂，λ₃，λ₄，λ₅为已知量的方程式。在后续工作中进一步对测量结果进行精度分析即可。

Claims (4)

1.便携式三坐标测量机精度自动检定仪，其特征是结构设置包括：

一球列板(1)，由至少三个直径相同的标准球(5)定位于球列板(1)上呈“一”字排布的等间距的球窝(11)内构成一维球列；

一空间位置可调的直线导轨(2)，在所述球列板(1)的底部固定设置导轨滑块(12)，所述球列板(1)通过导轨滑块(12)与直线导轨(2)滑动配合；

一固定直线导轨(2)于被校测量机平台上，并定位直线导轨(2)在被校测量机平台上的空间位置的导轨支座，直线导轨(2)设置在导轨支座上。

2.根据权利要求1所述的便携式三坐标测量机精度自动检定仪，其特征是所述导轨支座为单立柱支座，具有固定设置在被校测量机平台上的底座(4)、呈单立柱固定设置在底座(4)上的轴套(9)，轴套(9)内套装水平回转轴(8)，水平回转轴(8)与轴套(9)在轴向上滑动配合，水平回转轴(8)的顶端通过水平铰链(13)支撑导轨支架(3)，在导轨支架(3)与水平回转轴(8)之间设置垂直回转定位板(10)；导轨支架(3)固定支撑在直线导轨(2)的底部。

3.根据权利要求1所述的便携式三坐标测量机精度自动检定仪，其特征是与所述直线导轨(2)平行设置由伺服电机(6)驱动的丝杠(7)，丝杠螺母(14)通过连接板(15)与球列板(1)固定连接。

4.根据权利要求1所述的便携式三坐标测量机精度自动检定仪，其特征是所述标准球(5)共有六个。

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