CN211012840U - 一种基于五维运动平台的测量装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于工件尺寸测量技术领域，具体提供了一种基于五维运动平台的测量装置，包括基座，基座上设有XY二维移动平台，XY二维移动平台包括X平移机构及Y平移机构，基座上还设有Z平移机构，Z平移机构上设有测量仪；XY二维移动平台上可旋转地设有P旋转轴，P旋转轴与XY二维移动平台的移动平面共面，P旋转轴上固设有R旋转轴，R旋转轴上设有用于夹持待测工件的夹具，夹具的运动轨迹与测量仪的测量范围相交。该装置能实现五维激光测距的功能，其中旋转盘只承受扭矩不承受被测物的重力，这样就保护了内部的蜗轮蜗杆的结构，提高了设备的钢性和承载能力；激光单独安装在Z轴上，解决工件的多维运动造成的不稳定性，提高了整个系统的稳定性。

Description

一种基于五维运动平台的测量装置

技术领域

本实用新型属于工件尺寸测量技术领域，具体涉及一种基于五维运动平台的测量装置。

背景技术

传统的工件测量装置是三维运动平台基础，但是三维运动平台的应用场景受限，尤其无法保证工件的多角度多面的测量。现有的更多维度的工件测量的做法是，在传统的运动平台上是X轴、Y轴、Z轴这三根轴是堆叠式的组合在一起，再在这三根轴上添加R轴、P轴和旋转盘，这种装置结构十分笨重且冗余，还会破坏整个装置的钢性结构。另一方面，传统的工件安装方式是直接装载，这样力臂就承载了工件的重量，而本身整个装置的刚性就比较薄弱，在工件安装上去之后会造成低抬头，这就破坏了结构的稳定性，进而影响到工件测量的准确性。

发明内容

本实用新型的目的是克服现有技术中多维工件测量精度低的问题。

为此，本实用新型提供了一种基于五维运动平台的测量装置，包括基座，所述基座上设有XY二维移动平台，所述XY二维移动平台包括X平移机构及Y平移机构，所述基座上还设有Z平移机构，所述Z平移机构上设有测量仪；

所述XY二维移动平台上可旋转地设有P旋转轴，所述P旋转轴与所述XY二维移动平台的移动平面共面，所述P旋转轴上固设有R旋转轴，所述R旋转轴上设有用于夹持待测工件的夹具，所述夹具的运动轨迹与所述测量仪的测量范围相交。

优选地，所述P旋转轴与所述R旋转轴垂直。

优选地，所述X平移机构包括X轴旋转丝杆，所述Y平移机构包括Y轴旋转丝杆，所述Z平移机构包括Z轴旋转丝杆，所述X轴旋转丝杆、Y轴旋转丝杆及Z轴旋转丝杆上均设有光栅尺。

优选地，所述P旋转轴及所述R旋转轴上均设有编码器。

优选地，所述基座为铸铁材料制成。

优选地，所述测量仪包括激光测距仪，所述夹具的运动轨迹与所述激光测距仪的激光发射光路相交。

优选地，所述P旋转轴及所述R旋转轴分别通过对应的步进电机驱动。

优选地，所述P旋转轴及R旋转轴上均设有极限开关。

优选地，所述Z平移机构上还设有相机及补光灯。

优选地，所述Z平移机构的运动轨迹与所述XY二维移动平台的运动轨迹垂直。

本实用新型的有益效果：本实用新型提供的这种基于五维运动平台的测量装置，包括基座，基座上设有XY二维移动平台，XY二维移动平台包括X平移机构及Y平移机构，基座上还设有Z平移机构，Z平移机构上设有测量仪；XY二维移动平台上可旋转地设有P旋转轴，P旋转轴与XY二维移动平台的移动平面共面，P旋转轴上固设有R旋转轴，R旋转轴上设有用于夹持待测工件的夹具，夹具的运动轨迹与测量仪的测量范围相交。激光测距仪随着Z平移机构在竖直方向移动，XY二维移动平台驱动夹具上的工件在水平面内平移，P旋转轴与R旋转轴分别旋转使得工件可以分别绕着Y轴及X轴旋转，从而实现了五维激光测距功能。该测量装置的旋转盘只承受扭矩不承受被测物的重力，这样就保护了内部的蜗轮蜗杆的结构，提高了设备的钢性和承载能力；另一方面，激光单独安装在Z轴上，解决工件的多维运动造成的不稳定性，提高了整个系统的稳定性。

以下将结合附图对本实用新型做进一步详细说明。

附图说明

图1是本实用新型基于五维运动平台的测量装置的立体结构示意图；

图2是本实用新型基于五维运动平台的测量装置的主视示意图；

图3是本实用新型基于五维运动平台的测量装置的右视示意图。

附图标记说明：基座1，X平移机构2，Y平移机构3，Z平移机构4，P旋转轴5，R旋转轴6，旋转盘7，待测工件8，激光测距仪9，相机及补光灯10，曲轴11。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征；在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

本实用新型提供了一种基于五维运动平台的测量装置，如图1至图3所示，包括基座，所述基座1上设有XY二维移动平台，所述XY二维移动平台包括X平移机构2及Y平移机构3，所述基座1上还设有Z平移机构4，所述Z平移机构4上设有测量仪；所述XY二维移动平台上可旋转地设有P旋转轴5，所述P旋转轴5与所述XY二维移动平台的移动平面共面，所述P旋转轴5上固设有R旋转轴6，所述R旋转轴6上设有用于夹持待测工件8的夹具，所述夹具的运动轨迹与所述测量仪的测量范围相交。

由此可知，基座1上固定有Y平移机构3，Y平移机构3上再安装X平移机构2，Y平移机构3驱动X平移机构2沿着Y轴移动。X平移机构2上固定安装有P旋转轴5底座，P旋转底座上通过轴承安装P旋转轴5，通过电机来驱动P旋转轴5自转。具体地，在P旋转轴5的末端固定连接一个曲轴11，曲轴11上连接R旋转轴6，当P旋转轴5绕着Y轴旋转时便可带动曲轴11上的R旋转轴6做摆动运动。R旋转轴6上安装有旋转盘7，旋转盘7上固定有夹具，R旋转轴6沿着X轴旋转时驱动旋转盘7旋转，进而带动夹具旋转。夹具上安装有待测工件8，进而可以带动工件跟随旋转盘7一起运动。最后通过沿着Z平移机构4带动测量仪沿着Z轴做竖直反向运动，从而便可完成五维加工。

其中，测量仪为激光测距仪9，激光位移传感器和相机固定在五维运动平台的Z轴上，工件放在以X轴即Y轴为平面的夹具上，通过X平移机构2、Y的平移以及R、P轴的旋转带动工件的位姿发生改变，Z轴的上下移动带动激光测距仪9的位姿发生改变，这样改变工件的位姿及激光测距仪9的位姿从而采集工件各个面的数据，使测量更加多角度化，更加全面。激光测距仪9单独安装在Z轴上，解决工件的多维运动造成的不稳定性，提高了整个系统的稳定性。

优选的方案，所述P旋转轴5与所述R旋转轴6垂直。如图1和图2所示，P旋转轴5与所述R旋转轴6垂直交叉设置，二者联动可以实现工件多个角度的旋转，方便对奇异工件的不同角度和位置进行测量。

优选的方案，所述X平移机构2包括X轴旋转丝杆，所述Y平移机构3包括Y轴旋转丝杆，所述Z平移机构4包括Z轴旋转丝杆，所述X轴旋转丝杆、Y轴旋转丝杆及Z轴旋转丝杆上均设有光栅尺。通过丝杆螺纹连接传动实现平移，这样驱动时平稳性高，且结构稳定，能实现自锁。

优选的方案，所述P旋转轴5及所述R旋转轴6上均设有编码器。在X、Y、Z轴上均装有光栅尺，在R、P旋转轴5上装有编码器，旋转编码器器性能可靠，测量精度高，并且不易发生故障。便于精确定位，这就保证了读取工件坐标位置的准确性，即保证了采取数据的精度。

优选的方案，所述基座1为铸铁材料制成。基座1是运用的铸铁平台，铸铁平台适用于各种检验工作，精度测量用的基准平面，用于机床机械检验测量基准，检查零件的尺寸精度或行为偏差，并作精密划线，在机械制造中也是不可缺少的基本工具。铸铁平台材质一般是高强度铁加工而成，它的工作面是采用的刮研工艺使其平面度达到要求的精度，铸铁平台的好处是它使用的年限比较长使用几百年是没有问题的，只要每年维修其平面精度就行。

优选的方案，所述测量仪包括激光测距仪9，所述夹具的运动轨迹与所述激光测距仪9的激光发射光路相交。激光测距仪9发射激光与Z轴垂直，便可以沿着Z轴上下运动调节高度，然后调节工件的位置和角度便可将工件的不同位置呈现于激光测距仪9的激光发射光路上，从而完成待测工件8不同位置的测量。

优选的方案，所述P旋转轴5及所述R旋转轴6分别通过对应的步进电机驱动。步进电机直接与P旋转轴5或R旋转轴6连接即可。步进电机驱动精度高，且价格低廉。此外，每根轴上都装有步进电机，分别驱动每个轴的运动。

优选的方案，所述P旋转轴5及R旋转轴6上均设有极限开关。在每一个轴的极限位置都安装有限位开关，确保在机械运动过程中不会造成超过极限位置而发生碰撞，并且有利于机械在复位过程中寻找初始位置。

优选的方案，所述Z平移机构4上还设有相机及补光灯10。相机和补光灯以及激光则独立安装在Z轴上，并且Z轴的动作会带动相机和补光灯以及激光的上下运动，从而可以采集的工件的全尺寸。

优选的方案，所述Z平移机构4的运动轨迹与所述XY二维移动平台的运动轨迹垂直。

在一个具体的实施场景中的本测量装置的具体工作过程原理如图1至图3所示：

工作平台使用的是铸铁平台，以工作平台为基座1建立机械结构，首先建立三维运动平台X轴、Y轴、Z轴，在X、Y、Z轴上都装有光栅尺便于精确定位，Y轴通过螺钉和预应力直接安装固定在工作台平面上且Y轴的安装靠近工作台的一侧，在Y轴上安装X轴并且保证X轴垂直于Y轴，平行于工作台；而Z则直接安装在工作台上并有垂直立柱固定，保证Z轴垂直于XOY面所在的工作平台、靠近工作台的另一侧。在X轴上装配R轴、P轴、以及旋转盘7，且保证R轴与XOY所在平面垂直，P轴与XOY所在平面平行，在R、P旋转轴5上装有编码器。R、P轴的旋转带动转盘的旋转从而带动工件的旋转，以便测量工件每个面的尺寸，并且每一个轴的极限位置都装有限位开关。相机和补光灯以及激光则独立安装在Z轴上，并且Z轴的动作会带动相机和补光灯以及激光的上下运动，从而可以采集的工件的全尺寸。每根轴上都装有步进电机，分别驱动每个轴的运动。

本实用新型的有益效果：本实用新型提供的这种基于五维运动平台的测量装置，包括基座，基座上设有XY二维移动平台，XY二维移动平台包括X平移机构及Y平移机构，基座上还设有Z平移机构，Z平移机构上设有测量仪；XY二维移动平台上可旋转地设有P旋转轴，P旋转轴与XY二维移动平台的移动平面共面，P旋转轴上固设有R旋转轴，R旋转轴上设有用于夹持待测工件的夹具，夹具的运动轨迹与测量仪的测量范围相交。激光测距仪随着Z平移机构在竖直方向移动，XY二维移动平台驱动夹具上的工件在水平面内平移，P旋转轴与R旋转轴分别旋转使得工件可以分别绕着Y轴及X轴旋转，从而实现了五维激光测距功能。该测量装置的旋转盘只承受扭矩不承受被测物的重力，这样就保护了内部的蜗轮蜗杆的结构，提高了设备的钢性和承载能力；另一方面，激光单独安装在Z轴上，解决工件的多维运动造成的不稳定性，提高了整个系统的稳定性。

以上例举仅仅是对本实用新型的举例说明，并不构成对本实用新型的保护范围的限制，凡是与本实用新型相同或相似的设计均属于本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于五维运动平台的测量装置，包括基座，所述基座上设有XY二维移动平台，所述XY二维移动平台包括X平移机构及Y平移机构，其特征在于：所述基座上还设有Z平移机构，所述Z平移机构上设有测量仪；

所述XY二维移动平台上可旋转地设有P旋转轴，所述P旋转轴与所述XY二维移动平台的移动平面共面，所述P旋转轴上固设有R旋转轴，所述R旋转轴上设有用于夹持待测工件的夹具，所述夹具的运动轨迹与所述测量仪的测量范围相交。

2.根据权利要求1所述的基于五维运动平台的测量装置，其特征在于：所述P旋转轴与所述R旋转轴垂直。

3.根据权利要求2所述的基于五维运动平台的测量装置，其特征在于：所述X平移机构包括X轴旋转丝杆，所述Y平移机构包括Y轴旋转丝杆，所述Z平移机构包括Z轴旋转丝杆，所述X轴旋转丝杆、Y轴旋转丝杆及Z轴旋转丝杆上均设有光栅尺。

4.根据权利要求1或3所述的基于五维运动平台的测量装置，其特征在于：所述P旋转轴及所述R旋转轴上均设有编码器。

5.根据权利要求1所述的基于五维运动平台的测量装置，其特征在于：所述基座为铸铁材料制成。

6.根据权利要求1所述的基于五维运动平台的测量装置，其特征在于：所述测量仪包括激光测距仪，所述夹具的运动轨迹与所述激光测距仪的激光发射光路相交。

7.根据权利要求1所述的基于五维运动平台的测量装置，其特征在于：所述P旋转轴及所述R旋转轴分别通过对应的步进电机驱动。

8.根据权利要求7所述的基于五维运动平台的测量装置，其特征在于：所述P旋转轴及R旋转轴上均设有极限开关。

9.根据权利要求1所述的基于五维运动平台的测量装置，其特征在于：所述Z平移机构上还设有相机及补光灯。

10.根据权利要求1所述的基于五维运动平台的测量装置，其特征在于：所述Z平移机构的运动轨迹与所述XY二维移动平台的运动轨迹垂直。

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