CN202092624U - 高通过性三坐标测量装置 - Google Patents

Abstract

一种高通过性三坐标测量装置，包括导轨、水平臂，其特征在于所述水平臂的两端分别设置在导轨上，所述水平臂的跨度大于或等于所述导轨的长度。该高通过性三坐标测量装置打破现有技术人员的固有思维，提出了一种能够能够改变现有三坐标测量机通过性能低下的新结构产品，其设计合理，能够维持现有同等规格三坐标测量装置成本的情况下提高通过性能，降低三坐标测量装置的购置成本并提高测量效率，从而克服现有技术中的不足。另外还方便测量人员的操作，降低操作繁琐度和劳动强度。

Description

高通过性三坐标测量装置

技术领域

本实用新型涉及三坐标测量装置，特别设置一种具有高通过性的三坐标测量装置。

背景技术

坐标测量机是20世纪60年代发展起来的一种高精密度的测量仪器，其工作原理为：将被测物体置于三坐标测量空间，通过X轴向、Y轴向和Z轴向机构的位移，以及位于Z轴向机构上的测量探头，可获得被测物体上各测点的坐标位置，根据这些点的空间坐标值，经计算求出被测物体的几何尺寸，形状和位置。现有的坐标测量机有多种类型，包括悬臂测量机、桥式测量机、龙门测量机、水平臂测量机、门式测量机和固定桥式测量机等。该等设备主要由主机机械系统(X、Y、Z三轴或其它)、测头系统、电气控制硬件系统和数据处理软件系统(测量软件)组成。

对于现有的三坐标测量机，通常采用两并行的水平导轨作为Y轴，其上架设支撑X轴移动梁，X轴移动梁上设置Z轴，Z轴上固定有测量探头，实现X、Y、Z轴向的移动和测量。现有的所有三坐标测量机均采用X轴移动梁的跨度小于水平导轨即Y轴向长度的结构，这已成为设计和制造三坐标测量机的首要规则。本案发明人认为其主要原因在于控制和减小由于X轴移动梁两端位移不一致所导致的测量误差，以及处于对X轴移动梁跨度较大时容易因为移动梁的刚性形变所导致的其它测量误差。在现有三坐标测量机使用时，由于其X轴移动梁的跨度较小，这极大的限制了现有三坐标测量机的测量通过性能。例如对于某些工件，其产品的短边宽度大于X轴移动梁的跨度时则无法进行测量，需要更大规格的三坐标测量机才能够满足要求，这将导致三坐标测量设备的购置成本增加；再例如产品短边的宽度接近现有三坐标测量机的X轴移动梁的跨度时，同时其长度也不受限制时，只能纵向排列产品进行测量，无法满足同时对多件产品进行横向排列测量的要求。这使得装夹和拆卸产品的效率非常低下，无法适应规模化工业生产的需求。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提出一种能够改变现有三坐标测量机通过性能低下的高通过性三坐标测量装置，其结构设计合理，能够维持现有同等规格三坐标测量装置成本的情况下提高通过性能，降低三坐标测量装置的购置成本并提高测量效率，从而克服现有技术中的不足。另外还方便测量人员的操作，降低操作繁琐度和劳动强度。

为实现上述发明目的，本实用新型采用的技术方案如下：

一种高通过性三坐标测量装置，包括导轨、水平臂，其特征在于所述水平臂的两端分别设置在导轨上，所述水平臂的跨度大于或等于所述导轨的长度。

具体实施方式中，所述水平臂的跨度为所述导轨长度的1.0～1.5倍。

一实施方式中，所述水平臂的跨度为所述导轨长度的1.5～2.0倍。

另一实施方式中，所述水平臂上设置有沿水平臂移动的Z轴向移动梁，所述水平臂的跨度为所述导轨长度的2.0倍以上。

再一实施方式中，所述测量装置包括一测量台，该测量台具有一矩形端面，所述导轨为平行设置在该矩形端面的两相对短边处的滑轨。

一实施方式中，所述水平臂的两端固定设置有立梁，该立梁的两下端部分别与所述导轨滑动设置。

一实施方式中，所述测量装置包括一驱动机构，该驱动机构同步驱动连接两组传动构件，该两组传动构件分别连接所述水平臂的两端。

一实施方式中，导轨为滑槽、滑轨或者燕尾槽道，所述水平臂的两端分别设置与所述导轨相配合的滑动组件。

另一实施方式中，所述水平臂两端的导轨上分别设置有Y向光栅，所述水平臂的两端分别由一驱动机构进行驱动，该Y向光栅和驱动机构均连接设置一根据光栅数据调整两驱动机构驱动运转速度的控制单元。

另一实施方式中，所述水平臂两端的导轨上设置有位移测量装置，所述水平臂两端上也设置有位移测量装置，该测量装置连接设置一根据三位移数据计算出测量探头在导轨平面内实时位移数据的计算控制器，所述位移测量装置与所述控制器通信连接。

本案发明人经过大量的实验和测试认为，将测量装置的水平臂的跨度进行提升并不会随之带来测量误差的增加，发明人发现，因X轴向的水平臂跨度的增加，使得同一Y轴向坐标的X轴向测量行程也相应的增多，这同样使得X轴向的水平臂两端的移动误差得到Y轴向误差减小的弥补，从而维持了原有的测量精度。该高通过性三坐标测量装置通过改变水平臂的跨度和导轨长度即X轴向和Y轴向的长宽比例，在不降低测量精度的同时显著提高了通过性能。例如将同等规格的本测量装置与市场上的三坐标测量机进行对比，现有市场通用的三坐标测量机的测量行程为150cm×300cm×100cm(X轴向，Y轴向，Z轴向)，即采用的水平臂的跨度为150cm，而导轨的长度为300cm。该三坐标测量机可以测量的产品的短边最大是150cm，长边300cm不受限制。而采用本实用新型提供的高通过性三坐标测量机，其测量行程为300cm×150cm×100cm(X轴向，Y轴向，Z轴向)，即采用的水平臂的跨度为300cm，而导轨的长度为150cm，此时其可以测量的产品的短边最大可以达到300cm，而产品的长度方向可以不受限制，在此情况下，可以通过叠加或错位测量，实际的测量范围可以扩展到300cm×300cm的测量范围，三坐标测量装置的实用价值大大增强。

本案发明人还发现，该高通过性三坐标测量装置还有效地提高了测量使用效率，由于操作人员一般使用位于自身较近位置区域作为工作区域，以便于操作人员进行装夹和拆卸工件操作，而该区域只能是非设置导轨的短侧边，这使得大部分的测量范围区域处于闲置状态，浪费了大部分的测量空间并降低了测量效率。如利用其进行扩大工作区域的作业，则操作人员需要在两短边侧来往绕行装夹和拆卸工件，工作量较大。而该高通过性三坐标测量装置进行测量作业时，操作人员可以位于非设置导轨的长边边缘进行装夹和拆卸工件操作，而该靠近长边的区域可以使得操作人员只进行临近该长边的左右方向移动装夹和拆卸工件即可完成，无须往复绕半个工作区域进行，非常方便和省力。该高通过性三坐标测量装置在进行自动批量检测产品时，其提高效率和使用空间的效果更加明显。

虽然该高通过性三坐标测量装置采用较大跨度X轴向水平臂所导致的误差可以由Y轴向的短距移动来弥补，使得该三坐标测量装置的测量误差与现有相同X、Y轴向平面面积的三坐标测量机几乎相当，但本实用新型通过一驱动机构同步驱动X轴向水平臂的两端于导轨上同步移动，可以有效的消除阿贝误差，进一步提高测量精度。

该实用新型更可以利用位移测量装置，根据导轨平面设置的坐标系，通过位移测量装置获取X轴向水平臂两端于该坐标系内的坐标以及在X轴向水平臂上测量探头的位移数据，最后计算出实时对应的三坐标测量机的测量探头的真实坐标，利用该技术方案可以实时获取测量探头的X轴向和Y轴向移动数据，动态的修正并获取真实的无误差的测量结果。该动态修正方式和上述同步驱动机构可以同时使用，更加显著的提高测量精度。在具体应用中，还可以采用导轨上分别设置有Y向光栅，水平臂的两端分别由一驱动机构进行驱动的方式，由该Y向光栅和驱动机构均连接设置一根据光栅数据调整两驱动机构驱动运转速度的控制单元，控制单元通过获取Y轴向双光栅的两组数据，控制器根据两组数据不同的差值，分别控制调整两组电机的速度或快或慢运转，从而保持两组光栅数据差值的最小状态。

本实用新型的有益效果在于，该高通过性三坐标测量装置打破现有技术人员的固有思维，提出了一种能够改变现有三坐标测量机通过性能低下的新结构产品，其设计合理，能够维持现有同等规格三坐标测量装置成本的情况下提高通过性能，降低三坐标测量装置的购置成本并提高测量效率，从而克服现有技术中的不足。另外还方便测量人员的操作，降低操作繁琐度和劳动强度。

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步的阐述。

附图说明

图1是本实用新型具体实施方式的一结构示意图；

图2是本实用新型另一具体实施方式的结构示意图。

具体实施方式

该高通过性三坐标测量装置可以适用于现有的移动桥式测量机、龙门式测量机和固定桥式测量机等。其具有水平臂和移动支撑水平臂两端的导轨。如图1所示，该高通过性三坐标测量装置100具有一X轴向的水平臂120，水平臂上设置有沿水平臂移动的Z轴向移动梁140。水平臂的两端分别设置有支撑立柱130，该支撑立柱的下端设置滑动组件并移动设置在两个导轨111和112上，两个导轨设置在一矩形的测量台110上，导轨设置的位置是该测量台的两相对短边，水平臂120的跨度L1大于该导轨111和112的长度L2，L1约为L2长度的1.3倍。具体应用中，该水平臂的跨度L1可以为导轨长度L2的1.0～2.0倍之间，其具体比例可以根据实际测量需要进行设计。

由于X轴向的水平臂120受其自身长度的影响会产生误差，因此由于X轴向水平臂延长设计所导致的误差会增加。但在进行实际测量过程中，该高通过性三坐标测量装置的Y轴向导轨111和112的长度较短，因此水平臂在某一Y轴向导轨位置所测定的数据增多，这相应的又减少了数据的误差，因此其又可以抵消一部分误差，从而使该高通过性三坐标测量装置的测量误差与导轨长度度L1、水平臂跨度L2的三坐标测量装置的测量误差大体相等。

该高通过性三坐标测量装置的通过性大大提高，例如对于某待测量构件，其宽度大于L2而小于L1时，常规的导轨长度度L1、水平臂跨度L2的三坐标测量装置无法进行测量。而该高通过三坐标测量机则可以满足对该待测量构件进行测量的要求，通过叠加或者错位测量，可以实现宽度小于L1、而长度不限的待测量构件的测量需要，使得该高通过性三坐标测量装置的使用价值大大增强。

另外，操作人员可以位于该测量台的长边一侧，并将该长边一侧的临近区域的测量台作为工作台，由于操作人员可以进行装夹和拆卸工件操作的区域相应的比位于测量台短边一侧的区域显著增大，这相应的就减少了测量空间的浪费，由其是对于小型待测量构件进行测量时，操作人员可以位于该测量台的长边边缘进行整个工作区域的装夹和拆卸工件作业，非常方便和省力。

如图2所示，该高通过性三坐标测量装置200主要由X轴向的水平臂220、两并行设置的导轨211、212和导轨支撑架210组成，水平臂220上滑动设置有测量探头的Z轴移动梁230，水平臂220的跨度L1为300cm，导轨211、212的长度L2为150cm，实际应用中导轨和水平臂的长度比例可以根据实际测量需要进行设计。由于水平臂220的跨度增大，相应的水平臂两端因为移动不同步所导致的阿贝误差增大，但水平臂在某一Y轴向导轨位置所测定的数据增多，这相应的又抵消了测量数据的误差。如图2所示，为进一步提高测量精度，本实用新型还可以采用消除水平臂两端不同步误差的驱动机构240，该驱动机构240同步驱动连接两组传动构件241，该两组传动构件分别驱动连接水平臂的两端移动支点242。在进行测量时，水平臂两端的两移动支点可以实现同步驱动，消除了水平臂在Y轴向移动时所产生的不同步误差，显著的提高Y轴向移动的稳定性和测量精度。

在具体应用中，如果水平臂的跨度进一步扩大，还可以采用水平臂两端的导轨上设置有位移测量装置，水平臂两端上也设置有位移测量装置的方式，通过该测量装置连接设置一根据三位移数据计算出测量探头在导轨平面内实时位移数据的计算控制器，将位移测量装置与控制器通信连接，利用位移测量装置，根据导轨平面设置的坐标系，通过位移测量装置获取X轴向水平臂两端于该坐标系内的坐标以及在X轴向水平臂上测量探头的位移数据，最后计算出实时对应的三坐标测量机的测量探头的真实坐标，利用该技术方案可以实时获取测量探头的X轴向和Y轴向移动数据，动态的修正并获取真实的无误差的测量结果。

在具体应用中，还可采用Y向双光栅和双电机驱动的实施方式，主要的原理是控制器通过获取Y轴向双光栅的两组数据，控制器根据两组数据不同的差值，分别控制调整两组电机的速度或快或慢运转，从而保持两组光栅数据差值的最小状态。提高该高通过性三坐标测量装置的测量精度。

该高通过性三坐标测量装置的通过性大大提高，例如对于某待测量构件，其宽度大于150cm时，常规的导轨长度度300cm、水平臂跨度150cm的三坐标测量装置无法进行测量。而该高通过三坐标测量机则可以满足对该待测量构件进行测量的要求，通过叠加或者错位测量，可以实现宽度范围300cm内、而长度不限的待测量构件的测量需要，使得该高通过性三坐标测量装置的使用价值大大增强。

另外，操作人员可以位于该测量台的长边一侧，并将该长边一侧的临近区域的测量台作为工作台，由于操作人员可以进行装夹和拆卸工件操作的区域相应的比位于测量台短边一侧的区域显著增大，这相应的就减少了测量空间的浪费，由其是对于小型待测量构件进行测量时，操作人员可以位于该测量台的长边边缘进行整个工作区域的装夹和拆卸工件作业，非常方便和省力。

Claims (10)

1.一种高通过性三坐标测量装置，包括导轨、水平臂，其特征在于所述水平臂的两端分别设置在导轨上，所述水平臂的跨度大于或等于所述导轨的长度。

2.根据权利要求1所述的高通过性三坐标测量装置，其特征在于所述水平臂的跨度为所述导轨长度的1.0～1.5倍。

3.根据权利要求1所述的高通过性三坐标测量装置，其特征在于所述水平臂的跨度为所述导轨长度的1.5～2.0倍。

4.根据权利要求1所述的高通过性三坐标测量装置，其特征在于所述水平臂上设置有沿水平臂移动的Z轴向移动梁，所述水平臂的跨度为所述导轨长度的2.0倍以上。

5.根据权利要求1所述的高通过性三坐标测量装置，其特征在于所述测量装置包括一测量台，该测量台具有一矩形端面，所述导轨为平行设置在该矩形端面的两相对短边处的滑轨。

6.根据权利要求5所述的高通过性三坐标测量装置，其特征在于所述水平臂的两端固定设置有立梁，该立梁的两下端部分别与所述导轨滑动设置。

7.根据权利要求1所述的高通过性三坐标测量装置，其特征在于所述测量装置包括一驱动机构，该驱动机构同步驱动连接两组传动构件，该两组传动构件分别连接所述水平臂的两端。

8.根据权利要求1所述的高通过性三坐标测量装置，其特征在于导轨为滑槽、滑轨或者燕尾槽道，所述水平臂的两端分别设置与所述导轨相配合的滑动组件。

9.根据权利要求1所述的高通过性三坐标测量装置，其特征在于所述水平臂两端的导轨上分别设置有位移测量装置，所述水平臂两端上也分别设置有位移测量装置，该测量装置连接设置一根据三位移数据计算出测量探头在导轨平面内实时位移数据的计算控制器，所述位移测量装置与所述控制器通信连接。

10.根据权利要求1所述的高通过性三坐标测量装置，其特征在于所述水平臂两端的导轨上分别设置有Y向光栅，所述水平臂的两端分别由一驱动机构进行驱动，该Y向光栅和驱动机构均连接设置一根据光栅数据调整两驱动机构驱动运转速度的控制单元。

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