CN216694823U - 一种用于精密测量的被动式激光跟踪仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种用于精密测量的被动式激光跟踪仪，属于误差精密测量领域。包括上下转台模块、伸缩机构模块和自准直模块。下转台模块作为底座支撑，上转台模块位于下转台模块正上方并，且可绕下转台模块的竖直轴进行方位角方向的转动；伸缩机构模块与上转台模块固接，伸缩机构模块可绕上转台模块的横轴进行俯仰角方向的转动；自准直模块分别位于上下转台模块中，用来测量转台中轴的倾斜角度。本实用新型的被动式激光跟踪仪结构简单，成本低，能非常有效的测量被测目标的空间位置。

Description

一种用于精密测量的被动式激光跟踪仪

技术领域

本实用新型属于误差精密测量领域，涉及一种用于精密测量的被动式激光跟踪仪。

背景技术

随着社会的进步和科技的发展，智能制造也是越来越受到国家和社会的关注，机械手臂和工业机器人等智能机器也是迎来了了前所未有的发展和突破。工业机器人和机械手臂给人们带来了极大的方便，提高了工业制造的效率和水平，因此为了提高工业机器人和机械手臂等智能机器的空间运动精度，它们本身误差的测量是必不可少的工作。目前，工业机器和机械手臂等机器的空间位置误差主要采用激光跟踪仪进行测量，但是激光跟踪仪价格昂贵，无法广泛应用于制造业。

实用新型内容

为克服上述技术的不足，提出一种用于精密测量的被动式激光跟踪仪。被动式激光跟踪仪中的伸缩机构末端与被测目标相连，被测目标运动带动被动式激光跟踪仪中上下两转台旋转和伸缩机构的伸缩，转台旋转的角度和伸缩机构伸长的位移分别由角度编码器和线性编码器测得，进而得到被测目标的空间位置。

为了达到上述目的，本实用新型采用的技术方案为：

一种用于精密测量的被动式激光跟踪仪，所述被动式激光跟踪仪包括下转台模块、上转台模块、伸缩机构模块和自准直模块。所述下转台模块作为被动式激光跟踪仪的底座支撑；所述的上转台模块位于下转台模块正上方并与下转台模块固定连接，连接好之后所述的上转台模块可以绕下转台模块中的竖直轴进行方位角方向的转动；所述的伸缩机构模块与上转台模块固定连接，连接好之后所述的伸缩机构模块可以绕上转台模块中的横轴进行俯仰角方向的转动；所述的自准直模块分别位于上转台模块和下转台模块用来测量转台中轴的倾斜角度。

所述的下转台模块包括下转台底座1，航空插头2，下转台壳体3，下转台扣盖4，第一轴承端盖A31，第一轴承A32，第一轴承B33，第一轴承端盖B34，角度编码器支撑座A35，角度编码器支撑座B36，第一角度编码器B37，第一角度编码器A38，第一角度编码器码盘39，第一法兰盘40，竖直轴41，第一六角法兰面螺母42。所述竖直轴41通过第一轴承B33、第一轴承端盖B34和第一轴承A32和第一轴承端盖A31与下转台壳体3的内侧相配合连接，可以使竖直轴41绕下转台壳体3转动。所述第一角度编码器码盘39和第一法兰盘40通过螺栓连接的方式固定到竖直轴41的轴肩上，连接好之后第一角度编码器码盘39可以随着竖直轴41一起绕下转台壳体3转动。所述角度编码器支撑座A35和角度编码器支撑座B36分别固定到第一轴承端盖B34上，第一角度编码器A38和第一角度编码器B37分别固定到角度编码器支撑座A35和角度编码器支撑座B36上，固定好之后第一角度编码器A38和第一角度编码器B37可以测得第一角度编码器码盘39转过的角度。所述下转台底座1通过螺栓连接的方式固定在下转台壳体3的底部起支撑作用。所述下转台扣盖4通过螺栓连接的方式固定到下转台壳体3的顶部起遮盖作用。所述上转台壳体5通过第一六角法兰面螺母42与竖直轴紧固连接，连接好之后上转台壳体5可以随竖直轴41一起绕下转台壳体3进行转动。航空插头2安装在下转台壳体3底部的一侧。第一角度编码器A38和第一角度编码器B37的电线通过航空插头2与外界电源连接。

所述的上转台模块包括上转台壳体5，第二角度编码器A6，第二角度编码器B19，第二角度编码器码盘20，第二六角法兰面螺母45，第二轴承A46，第二轴承端盖A47，第二轴承B48，第二轴承端盖B49，横轴50，第二法兰盘62，连接板24。所述连接板24安装在上转台壳体5的后部用来排线。所述横轴50通过第二轴承A46、第二轴承端盖A47和第二轴承B48和第二轴承端盖B49与上转台壳体5固定连接，连接好之后横轴50可以绕上转台壳体5进行转动。所述第二角度编码器码盘20和第二法兰盘62通过第二六角法兰面螺母45固定到横轴50的轴肩上，连接好之后第二角度编码器码盘20可以随横轴50一起绕上转台壳体5进行转动。所述第二角度编码器A6在第二角度编码器B19的对立面，第二角度编码器A6和第二角度编码器B19分别固定到上转台壳体5的两侧，固定好之后可以测得第二角度编码器码盘20转动的角度。

所述的伸缩机构模块包括磁铁7，下底板8，下肋板9，线性编码器底座10，线性编码器11，上底板12，上肋板13，直尺光栅14，标准球15，标准球底座16，第三PSD探测器17，激光18，位移调整架21，第三激光器22，第三角度调整架23，L块43，L板44，零位块51，导轨52，滑块53，直角反射镜54。所述零位块51通过螺栓连接的方式安装固定在L板44上。所述L板44通过螺栓连接的方式安装固定到L块43上。所述L块43通过螺栓连接的形式与所述的横轴50的轴肩固定相连，连接好之后L块43可以随横轴50一起绕所述的上转台壳体5进行转动。所述下底板8通过螺栓连接的形式与L板44行进固定连接。所述导轨52通过螺栓连接的形式与下底板8进行固定连接，滑块53安装到导轨52上，上底板12又通过螺栓连接的形式与滑块53进行固定连接，连接好之后下底板52可以随滑块53沿导轨52进行直线滑动。所述线性编码器11安装固定到与下底板8固定连接的线性编码器底座10上；上肋板13通过螺栓连接的形式安装固定到上底板12上，直尺光栅14贴到上肋板13一侧。连接好之后线性编码器11可以测得直尺光栅14的伸长位移。下肋板9通过螺栓连接的形式安装固定到下底板8上。所述第三激光器22通过螺栓连接的形式安装到位移调整架21上；位移调整架21通过螺栓连接的形式安装固定到L块43上；直角反射镜54安装在第三角度调整架23上，第三角度调整架23安装在L块43上；第三PSD探测器17通过螺栓连接的形式安装固定在上底板12的前端；安装好之后，第三激光器22发出的激光18可以经过直角反射镜54的反射打到第三PSD探测器17上来测得导轨的直线度误差。标准球15通过标准球底座16与上底板12固定连接，连接好之后，标准球15可以吸附被测目标，被测目标运动可以带动伸缩导轨机构的伸缩和上下两转台的转动。

所述的自准直模块包括上自准直部分和下自准直部分。上自准直部分包括上自准直底座55，第二角度调整架56，第二PBS和1/4波片57，第二激光器58，第二凸透镜59，第二PSD探测器60，第二平面镜61；下自准直部分包括第一角度调整架25，第一PBS和1/4波片26，第一激光器27，第一凸透镜28，第一PSD探测器29，第一平面镜30，下自准直底座63。所述上自准直底座55通过螺栓连接的形式固定在上转台壳体5的一侧，第二激光器58、第二角度调整架56、第二凸透镜59和第二PSD探测器60都以螺栓连接的形式安装到上自准直底座55上；第二PBS和1/4波片57也以螺栓连接的形式安装到第二角度调整架56上；第二平面镜61安装到横轴50的一端。安装好之后第二激光器发射的激光经第二PBS和1/4波片57打到第二平面镜61并反射回来经过第二凸透镜59最终打到第二PSD探测器60上，可以测得横轴50的倾斜跳动误差。下自准直底座63通过螺栓连接的形式固定在下转台壳体3内部的一侧，第一激光器27、第一角度调整架25、第一凸透镜28和第一PSD探测器29都以螺栓连接的形式安装到下自准直底座63上；第一PBS和1/4波片26也以螺栓连接的形式安装到第一角度调整架25上；第一平面镜30安装到竖直轴41的一端。安装好之后第一激光器27发射的激光经第一PBS和1/4波片26打到第一平面镜30并反射回来经过第一凸透镜28最终打到第一PSD探测器29上，可以测得竖直轴41的倾斜跳动误差。

本实用新型的使用过程为：本实用新型的被动式激光跟踪仪中伸缩机构末端的标准球与被测目标相连，被测目标运动带动被动激光跟踪仪中上下两转台的转动和导轨的伸缩，上下两转台转动的角度和伸缩机构伸长的位移分别由角度编码器码盘和线性编码器测得，从而确定被测目标的空间位置。

本实用新型的有益效果为：本实用新型的被动式激光跟踪仪结构简单，成本低，能非常有效的测量被测目标的空间位置。

附图说明

图1为被动式激光跟踪仪整体结构装配图。

图2为下转台模块装配图。

图3为上转台模块装配图。

图4伸缩机构模块装配图。

图5为上转台自准直模块装配图。

图6为下转台自准直模块装配图。

图中：1下转台底座，2航空插头，3下转台壳体，4下转台扣盖，5上转台壳体，6第二角度编码器A，7磁铁，8下底板，9下肋板，10线性编码器底座，11线性编码器，12上底板，13上肋板，14直尺光栅，15标准球，16标准球底座，17第三PSD探测器，18激光，19第二角度编码器B，20第二角度编码器码盘，21位移调整架，22第三激光器，23第三角度调整架，24连接板，25第一角度调整架，26第一PBS和1/4波片，27第一激光器，28第一凸透镜，29第一PSD探测器，30第一平面镜，31第一轴承端盖A，32第一轴承A，33第一轴承B，34第一轴承端盖B，35角度编码器支撑座A，36角度编码器支撑座B，37第一角度编码器B，38第一角度编码器A，39第一角度编码器码盘，40第一法兰盘，41竖直轴，42第一六角法兰面螺母，43L块，44L板，45第二六角法兰面螺母，46第二轴承A，47第二轴承端盖A，48第二轴承B，49第二轴承端盖B，50横轴，51零位块，52导轨，53滑块，54直角反射镜，55上自准直底座，56第二角度调整架，57第二PBS和1/4波片，58第二激光器，59第二凸透镜，60第二PSD探测器，61第二平面镜，62第二法兰盘，63下自准直底座。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型做进一步详细说明。

图1为被动式激光跟踪仪整体结构装配图。图中，标准球15与被测目标相连接，被测目标运动会带动伸缩机构中上底板12的伸长、上下转台中横轴50和竖直轴41的转动，得到两个角度和伸长距离之后可以求得被测目标的空间坐标位置。

图2为下转台模块装配图。竖直轴41下端部分两轴肩分别与第一轴承A32和第一轴承B33的内侧内圈相配合，第一轴承A32和第一轴承B33的外侧分别与第一轴承端盖A31和第一轴承端盖B34相配合。第一轴承A32和第一轴承B33分别置于下转台壳体3中，从而竖直轴41可以绕第一轴承A32和第一轴承B33进行转动，即可以绕下转台壳体3进行转动。第一角度编码器码盘39通过第一法兰盘40以螺栓连接的形式固定到竖直轴41的轴肩上；角度编码器支撑座A35和角度编码器支撑座B36分别固定到第一轴承端盖B34上，第一角度编码器A38和第一角度编码器B37分别固定到角度编码器支撑座A35和角度编码器支撑座B36上。安装好之后第一角度编码器码盘39可以随竖直轴41一起转动，并由第一角度编码器B37和第一角度编码器A38读出旋转的角度。上转台壳体5通过第一六角法兰面螺母42与竖直轴41紧固连接，连接好之后上转台壳体5可以随竖直轴41一起绕下转台壳体3进行转动。航空插头2安装在下转台壳体3底部的一侧。第一角度编码器A38和第一角度编码器B37的电线通过航空插头2与外界电源连接。

图3为上转台模块装配图。横轴50的一侧轴肩与第二轴承A46内侧的内圈相配合，然后第二轴承A46外侧的外圈与第二轴承端盖A47相配合。横轴50的另一侧的轴肩与第二轴承B48内侧的内圈相配合，然后第二轴承B48外侧的外圈与第二轴承端盖B49相配合。第二轴承A46和第二轴承B48都以间隙配合的形式置于上转台壳体5中，从而横轴可以绕第二轴承A46和第二轴承B48进行转动，即可以绕上转台壳体5进行转动。第二编码器码盘20通过第二法兰盘62和第二六角法兰面螺母45固定到横轴50的轴肩上；第二角度编码器A6在第二角度编码器B19的对立面，第二角度编码器A6和第二角度编码器B19分别固定到上转台壳体5的两侧；安装好之后第二编码器码盘20可以随横轴50一起转动，并由第二角度编码器A6和第二角度编码器B19读出旋转的角度。连接板24通过螺栓连接的形式安装在上转台壳体5的后部用来排线。

图4伸缩机构模块装配图。图中L块43的一侧打有螺纹孔，通过螺栓连接的形式与横轴50进行固定连接，连接好之后L块43可以随横轴50一起绕上转台壳体5进行转动。L板44通过螺栓连接的方式安装固定到L块43上。下底板8通过螺栓连接的形式与L板44行进固定连接。导轨52通过螺栓连接的形式与下底板8进行固定连接，滑块53安装到导轨52上，上底板12又通过螺栓连接的形式与滑块53进行固定连接，连接好之后下底板52可以随滑块53沿导轨52进行直线滑动。线性编码器11安装固定到与下底板8固定连接的线性编码器底座10上；上肋板13通过螺栓连接的形式安装固定到上底板12上，直尺光栅14贴到上肋板13一侧。连接好之后线性编码器11可以测得直尺光栅14的伸长位移。下肋板9通过螺栓连接的形式安装固定到下底板8上，可以使下底板8减小伸缩变形。第三激光器22通过螺栓连接的形式安装到位移调整架21上；位移调整架21通过螺栓连接的形式安装固定到L块43上；直角反射镜54安装在第三角度调整架23上，第三角度调整架23安装在L块43上，可以调节直角反射镜54的角度。第三PSD探测器17通过螺栓连接的形式安装固定在上底板12的前端；安装好之后，第三激光器22发出的激光可以经过直角反射镜54的反射打到第三PSD探测器17上来测得导轨的直线度误差。标准球15通过标准球底座16与上底板12固定连接，连接好之后，标准球15可以吸附被测目标，被测目标运动可以带动伸缩导轨机构的伸缩和上下两转台的转动。磁铁7以螺栓连接的形式固定到上底板12的前端；零位块51带有磁性并通过螺栓连接的方式安装固定在L板44上；安装好之后零位块51可以与磁铁7进行吸附，保证伸缩机构每次伸长都可以从零位出发。

图5为上自准直模块装配图。上自准直底座55通过螺栓连接的形式固定在上转台壳体5的一侧，第二激光器58、第二角度调整架56、第二凸透镜59和第二PSD探测器60都以螺栓连接的形式安装到上自准直底座55上；第二PBS和1/4波片57也以螺栓连接的形式安装到第二角度调整架56上；第二平面镜61安装到横轴50的一端。安装好之后第二激光器发射的激光经第二PBS和1/4波片57打到第二平面镜61并反射回来经过第二凸透镜59最终打到第二PSD探测器60上，可以测得横轴50的倾斜跳动误差。

图6为下转台自准直模块装配图。下自准直底座63通过螺栓连接的形式固定在下转台壳体3内部的一侧，第一激光器27、第一角度调整架25、第一凸透镜28和第一PSD探测器29都以螺栓连接的形式安装到下自准直底座63上；第一PBS和1/4波片26也以螺栓连接的形式安装到第一角度调整架25上；第一平面镜30安装到竖直轴41的一端。安装好之后第一激光器27发射的激光经第一PBS和1/4波片26打到第一平面镜30并反射回来经过第一凸透镜28最终打到第一PSD探测器29上，可以测得竖直轴41的倾斜跳动误差。

当被测目标运动时，带动该实用新型的被动式激光跟踪仪运动。被动式激光跟踪仪中的竖直轴41和横轴50分别可以绕下转台壳体3和上转台壳体5进行转动，并且能由编码器读出编码器码盘随轴一起旋转的角度。伸缩机构可以沿导轨方向进行伸缩，并由线性编码器11读出伸缩的位移。得到两个角度和伸长方向的位移量之后可以求得被测目标的空间坐标位置。

以上所述实施例仅表达本实用新型的实施方式，但并不能因此而理解为对本实用新型专利的范围的限制，应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些均属于本实用新型的保护范围。

Claims (1)

1.一种用于精密测量的被动式激光跟踪仪，其特征在于，所述被动式激光跟踪仪包括下转台模块、上转台模块、伸缩机构模块和自准直模块；所述下转台模块作为底座支撑；所述的上转台模块设于下转台模块正上方，且可绕下转台模块中的竖直轴进行方位角方向的转动；所述的伸缩机构模块与上转台模块固定连接，伸缩机构模块可绕上转台模块中的横轴进行俯仰角方向的转动；所述的自准直模块分别位于上转台模块和下转台模块，用来测量转台中轴的倾斜角度；

所述的下转台模块包括下转台底座(1)，航空插头(2)，下转台壳体(3)，下转台扣盖(4)，第一轴承端盖A(31)，第一轴承A(32)，第一轴承B(33)，第一轴承端盖B(34)，角度编码器支撑座A(35)，角度编码器支撑座B(36)，第一角度编码器B(37)，第一角度编码器A(38)，第一角度编码器码盘(39)，第一法兰盘(40)，竖直轴(41)；所述竖直轴(41)通过第一轴承B(33)、第一轴承端盖B(34)和第一轴承A(32)和第一轴承端盖A(31)与下转台壳体(3)的内侧相配合连接，使竖直轴(41)绕下转台壳体(3)转动；所述第一角度编码器码盘(39)和第一法兰盘(40)固定到竖直轴(41)的轴肩上，第一角度编码器码盘(39)可随着竖直轴(41)一起绕下转台壳体转动；所述角度编码器支撑座A(35)和角度编码器支撑座B(36)分别固定到第一轴承端盖B(34)上，第一角度编码器A(38)和第一角度编码器B(37)分别固定到角度编码器支撑座A(35)和角度编码器支撑座B(36)上，固定后第一角度编码器A(38)和第一角度编码器B(37)可以测得第一角度编码器码盘(39)转过的角度；所述下转台底座(1)固定在下转台壳体(3)的底部；所述下转台扣盖(4)固定到下转台壳体(3)的顶部；上转台壳体(5)与竖直轴(41)紧固连接，连接后上转台壳体(5)可以随竖直轴(41)一起绕下转台壳体(3)进行转动；所述航空插头(2)安装在下转台壳体(3)底部，第一角度编码器A(38)和第一角度编码器B(37)的电线通过航空插头(2)与外界电源连接；

所述的上转台模块包括上转台壳体(5)，第二角度编码器A(6)，第二角度编码器B(19)，第二角度编码器码盘(20)，第二轴承A(46)，第二轴承端盖A(47)，第二轴承B(48)，第二轴承端盖B(49)，横轴(50)，第二法兰盘(62)，连接板(24)；所述连接板(24)安装在上转台壳体(5)的后部用来排线；所述横轴(50)通过第二轴承A(46)、第二轴承端盖A(47)和第二轴承B(48)和第二轴承端盖B(49)与上转台壳体(5)固定连接，连好后横轴(50)可以绕上转台壳体(5)进行转动；所述第二角度编码器码盘(20)和第二法兰盘(62)固定到横轴(50)的轴肩上，连好后第二角度编码器码盘(20)可以随横轴(50)一起绕上转台壳体(5)进行转动；所述第二角度编码器A(6)在第二角度编码器B(19)的对立面，第二角度编码器A(6)和第二角度编码器B(19)分别固定到上转台壳体(5)的两侧，用于测得第二角度编码器码盘(20)转动的角度；

所述的伸缩机构模块包括磁铁(7)，下底板(8)，下肋板(9)，线性编码器底座(10)，线性编码器(11)，上底板(12)，上肋板(13)，直尺光栅(14)，标准球(15)，标准球底座(16)，第三PSD探测器(17)，位移调整架(21)，第三激光器(22)，第三角度调整架(23)，L块(43)，L板(44)，零位块(51)，导轨(52)，滑块(53)，直角反射镜(54)；所述零位块(51)通过L板(44)固定到L块(43)上；所述L块(43)与横轴(50)的轴肩固定相连，L块(43)可随横轴(50)绕上转台壳体(5)转动；所述下底板(8)与L板(44)固定连接；所述导轨(52)与下底板(8)进行固定连接，滑块(53)安装到导轨(52)上，上底板(12)与滑块(53)固定连接，连好后下底板(52)可随滑块(53)沿导轨(52)进行直线滑动；所述线性编码器(11)安装到与下底板(8)固定连接的线性编码器底座(10)上；上肋板(13)安装到上底板(12)上，直尺光栅(14)贴到上肋板(13)一侧；连好之线性编码器(11)可测得直尺光栅(14)的伸长位移；下肋板(9)安装固定到下底板(8)上；所述第三激光器(22)安装到位移调整架(21)上；位移调整架(21)安装固定到L块(43)上；直角反射镜(54)安装在第三角度调整架(23)上，第三角度调整架(23)安装在L块(43)上；第三PSD探测器(17)固定在上底板(12)的前端；第三激光器(22)发出的激光(18)可以经过直角反射镜(54)的反射打到第三PSD探测器(17)上，用来测得导轨的直线度误差；标准球(15)通过标准球底座(16)与上底板(12)固定连接，用于吸附被测目标，被测目标运动可以带动伸缩导轨机构的伸缩和上下两转台的转动；

所述的自准直模块包括上自准直部分和下自准直部分；上自准直部分包括上自准直底座(55)，第二角度调整架(56)，第二PBS和1/4波片(57)，第二激光器(58)，第二凸透镜(59)，第二PSD探测器(60)，第二平面镜(61)；下自准直部分包括第一角度调整架(25)，第一PBS和1/4波片(26)，第一激光器(27)，第一凸透镜(28)，第一PSD探测器(29)，第一平面镜(30)，下自准直底座(63)；所述上自准直底座(55)固定在上转台壳体(5)的一侧，第二激光器(58)、第二角度调整架(56)、第二凸透镜(59)和第二PSD探测器(60)安装在上自准直底座(55)上；第二PBS和1/4波片(57)安装在第二角度调整架(56)上；第二平面镜(61)安装到横轴(50)的一端；第二激光器发射的激光经第二PBS和1/4波片(57)打到第二平面镜(61)并反射回来经过第二凸透镜(59)最终打到第二PSD探测器(60)上，可以测得横轴(50)的倾斜跳动误差；所述下自准直底座(63)固定在下转台壳体(3)内部的一侧，第一激光器(27)、第一角度调整架(25)、第一凸透镜(28)和第一PSD探测器(29)都安装到下自准直底座(63)上；第一PBS和1/4波片(26)安装到第一角度调整架(25)上；第一平面镜(30)安装到竖直轴(41)的一端；第一激光器(27)发射的激光经第一PBS和1/4波片(26)打到第一平面镜(30)并反射回来经过第一凸透镜(28)打到第一PSD探测器(29)上，可以测得竖直轴(41)的倾斜跳动误差。

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