基于空間二維柔性鉸鏈結(jié)構(gòu)的精密測頭姿態(tài)調(diào)整架的制作方法
【專利摘要】基于空間二維柔性鉸鏈結(jié)構(gòu)的精密測頭姿態(tài)調(diào)整架屬于超精密測量領域，調(diào)整裝置的大L板與小L板之間、小L板與前調(diào)姿板之間均采用彈性片進行柔性連接，且均留有一定的間隙用于調(diào)節(jié)傾角，通過調(diào)節(jié)旋配在細牙螺母中的螺釘可以分別對測頭裝卡件的二維傾角進行精密調(diào)節(jié)；本發(fā)明具有二維傾角精密調(diào)節(jié)的特性，可有效解決超精密測量儀器對測頭垂直度的要求。
【專利說明】基于空間二維柔性鉸鏈結(jié)構(gòu)的精密測頭姿態(tài)調(diào)整架
【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明屬于測量儀器輔助裝置，特別涉及一種基于空間二維柔性鉸鏈結(jié)構(gòu)的精密測頭姿態(tài)調(diào)整架。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著坐標測量的測量精度的不斷提高，作為坐標測量技術(shù)中最關鍵的零部件在之一的測頭的裝卡精度也成為了影響測量精度的重要因素之一。尤其是以超高精度三坐標測量機為代表的坐標測量裝備，測量范圍大致達到IOOOmmX IOOOmmX 1000mm,而其示值不確定度能達到零點幾微米，這對測頭的裝卡精度提出了新的要求，特別是測頭的垂直度。當測頭與Z軸有夾角時，除了夾角本身引起的測量誤差外當測頭與被測件接觸時，由于測頭的傾斜，測頭與被測件之間會產(chǎn)生運動方向直線上以外的分力，從而影響測量的精度，甚至導致測頭或者被測件的損壞。
[0003]目前，現(xiàn)有的技術(shù)中=Zeiss公司有產(chǎn)品通過使用一個簡單的轉(zhuǎn)接頭實現(xiàn)測頭在豎直平面內(nèi)單方向的旋轉(zhuǎn)，但是調(diào)整過程中需要專用的旋轉(zhuǎn)關節(jié)調(diào)節(jié)裝置，調(diào)節(jié)精度僅為1° ;海克斯康公司和Renishaw公司均有多軸旋轉(zhuǎn)測座，能在測量過程中通過控制電機實現(xiàn)測頭在X-Y平面內(nèi)的旋轉(zhuǎn)和與Z軸夾角的調(diào)節(jié)，但都是增量式調(diào)節(jié)，每次的調(diào)節(jié)量為一度或幾度的固定值，不能實現(xiàn)連續(xù)調(diào)整，并且由于是動態(tài)調(diào)節(jié)，旋轉(zhuǎn)副沒有鎖緊裝置，導致測頭在測量過程中容易產(chǎn)生不必要的振動和位移?，F(xiàn)有技術(shù)中還有一種基于柔性鉸鏈的三維測頭，具有相應的平衡調(diào)整機構(gòu)，這種測頭機構(gòu)緊湊、體積小，但是對設計和加工的要求極其高，成本也高，本身調(diào)節(jié)范圍有限。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供了一種結(jié)構(gòu)簡單、使用方便的安裝在測量儀器設備上，用于裝卡測頭并能精密調(diào)整測頭二維空間傾角的裝置。
[0005]本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的:一種基于空間二維柔性鉸鏈結(jié)構(gòu)的精密測頭姿態(tài)調(diào)整架，所述調(diào)整架由X-Z平面內(nèi)傾角調(diào)整機構(gòu)、Y-Z平面內(nèi)傾角調(diào)整機構(gòu)和測頭裝卡件構(gòu)成；所述的Y-Z平面內(nèi)傾角調(diào)整機構(gòu)配置在X-Z平面內(nèi)傾角調(diào)整機構(gòu)的內(nèi)側(cè)；所述的X-Z平面內(nèi)傾角調(diào)整機構(gòu)包括大L板、小L板、側(cè)面彈性片，其中小L板配置在大L板內(nèi)側(cè)，相互之間留有間隙，側(cè)面彈性片固裝在大、小L板側(cè)壁下端面上，在大、小L板側(cè)壁上分別固裝X向第一螺母和X向第二螺母，X-Z平面內(nèi)傾角角度放大螺釘旋配在X向第一螺母上，其里端部與小L板側(cè)壁接觸配合，X-Z平面內(nèi)傾角角度縮小螺釘穿過大L版?zhèn)缺谂cX向第二螺母螺紋連接；所述的Y-Z平面內(nèi)傾角調(diào)整機構(gòu)由小L板、調(diào)姿板和正面彈性片組成，其中調(diào)姿板配置在小L板內(nèi)側(cè)，相互之間留有間隙，正面彈性片固裝在調(diào)姿板下端面和小L板正壁下端面上，在小L板的正壁上和調(diào)姿板上分別固裝Y向第二螺母和Y向第一螺母，Y-Z平面內(nèi)傾角角度放大螺釘旋配在Y向第一螺母上，其里端部與小L版正壁接觸配合，Y-Z平面內(nèi)傾角角度縮小螺釘穿過調(diào)姿板與Y向第二螺母螺紋連接；測頭裝卡件固裝在調(diào)姿板表面上。[0006]所述固裝在大L板上的X向第一螺母、固裝在小L板上的X向第二螺母和Y向第二螺母、固裝在調(diào)姿板上的Y向第一螺母可采用分別在大L板、小L板和調(diào)姿板上設置螺紋孔構(gòu)成，且螺紋為細牙螺紋。
[0007]所述的大L板與小L板之間的間隙、小L板與調(diào)姿板之間的間隙為I?5mm。
[0008]所述的大L板、小L板、調(diào)姿板、測頭裝卡件均采用鋁、鋁合金、鋼或銅質(zhì)材料制作。
[0009]本發(fā)明采用多個分立的零件組合而成，能夠?qū)y頭的二維空間傾角進行有效的進行調(diào)整，從設計、加工、使用的角度都具創(chuàng)新性。本發(fā)明的調(diào)整機構(gòu)基于杠桿原理，并采用彈性片自動復位。當調(diào)整螺釘距離彈性片50mm，并采用0.25mm螺距的精密調(diào)整螺釘時，手動每調(diào)整螺釘旋轉(zhuǎn)5°時，相應的傾角改變了約15秒，具有極高的調(diào)節(jié)精度和便利性，同時調(diào)整裝置還具有鎖緊機構(gòu)能保證測頭傾角經(jīng)調(diào)整后在測量過程中不會發(fā)生改變，并且加工簡易、成本低廉。
[0010]本發(fā)明的技術(shù)創(chuàng)新性及產(chǎn)生的良好效果在于:
[0011](I)本發(fā)明采用雙層L型結(jié)構(gòu)實現(xiàn)了對測桿在兩個平面內(nèi)的傾角進行精密控制是的角度解耦。這是本發(fā)明區(qū)別于現(xiàn)有技術(shù)的創(chuàng)新點之一。
[0012](2)本發(fā)明采用精密螺紋作為調(diào)整驅(qū)動，對測桿兩個維度的傾角進行精密控制，解決了現(xiàn)有測頭位置調(diào)整裝置中或只能對測頭在X-Y平面內(nèi)的偏移調(diào)整而不能對測頭的垂直度進行調(diào)整、或調(diào)節(jié)精度低的問題。這是本發(fā)明區(qū)別于現(xiàn)有技術(shù)的創(chuàng)新點之二。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1為基于空間二維柔性鉸鏈結(jié)構(gòu)的精密測頭姿態(tài)調(diào)整架的總體結(jié)構(gòu)三維示意圖；
[0014]圖2為基于空間二維柔性鉸鏈結(jié)構(gòu)的精密測頭姿態(tài)調(diào)整架的X-Z平面內(nèi)傾角調(diào)整機構(gòu)三維示意圖；
[0015]圖3為基于空間二維柔性鉸鏈結(jié)構(gòu)的精密測頭姿態(tài)調(diào)整架的Y-Z平面內(nèi)傾角調(diào)整機構(gòu)三維示意圖；
[0016]圖中件號說明:1大L板、2小L板、3側(cè)面彈性片、4正面彈性片、5調(diào)姿板、6測頭裝卡件、7Y-Z平面內(nèi)傾角角度放大螺釘、8Y-Z平面內(nèi)傾角角度縮小螺釘、9X-Z平面內(nèi)傾角調(diào)整機構(gòu)、10Y-Z平面內(nèi)傾角調(diào)整機構(gòu)、IlY向第一螺母、12Y向第二螺母、13X-Z平面內(nèi)傾角角度縮小螺釘、14X-Z平面內(nèi)傾角角度放大螺釘、15X向第一螺母、16X向第二螺母。
【具體實施方式】
[0017]下面結(jié)合附圖給出本發(fā)明的【具體實施方式】與實施例:一種基于空間二維柔性鉸鏈結(jié)構(gòu)的精密測頭姿態(tài)調(diào)整架，所述調(diào)整架由X-Z平面內(nèi)傾角調(diào)整機構(gòu)9、Y-Z平面內(nèi)傾角調(diào)整機構(gòu)10和測頭裝卡件6構(gòu)成；所述的Y-Z平面內(nèi)傾角調(diào)整機構(gòu)10配置在X-Z平面內(nèi)傾角調(diào)整機構(gòu)9的內(nèi)側(cè)；所述的X-Z平面內(nèi)傾角調(diào)整機構(gòu)9包括大L板1、小L板2、側(cè)面彈性片3，其中小L板2配置在大L板I內(nèi)側(cè)，相互之間留有間隙，側(cè)面彈性片3固裝在大、小L板1、2側(cè)壁下端面上，在大、小L板1、2的側(cè)壁上分別固裝X向第一螺母15和X向第二螺母16，X-Z平面內(nèi)傾角角度放大螺釘14旋配在X向第一螺母15上，其里端部與小L板2側(cè)壁接觸配合，X-Z平面內(nèi)傾角角度縮小螺釘13穿過大L版I側(cè)壁與X向第二螺母16螺紋連接；所述的Y-Z平面內(nèi)傾角調(diào)整機構(gòu)10由小L板2、調(diào)姿板5和正面彈性片4組成，其中調(diào)姿板5配置在小L板2內(nèi)側(cè)，相互之間留有間隙，正面彈性片4固裝在調(diào)姿板5下端面和小L板2正壁下端面上，在小L板2的正壁上和調(diào)姿板5上分別固裝Y向第二螺母12和Y向第一螺母11，Y-Z平面內(nèi)傾角角度放大螺釘7旋配在Y向第一螺母11上，其里端部與小L版2正壁接觸配合，Y-Z平面內(nèi)傾角角度縮小螺釘8穿過調(diào)姿板5與Y向第二螺母12螺紋連接；測頭裝卡件6固裝在調(diào)姿板5表面上。
[0018]所述固裝在大L板I上的X向第一螺母15、固裝在小L板2上的X向第二螺母16和Y向第二螺母12、固裝在調(diào)姿板5上的Y向第一螺母11可采用分別在大L板1、小L板2和調(diào)姿板5上設置螺紋孔構(gòu)成，且螺紋為細牙螺紋。
[0019]所述的大L板I與小L板2之間的間隙、小L板2與調(diào)姿板5之間的間隙為I?5mm ο
[0020]所述的大L板1、小L板2、調(diào)姿板5、測頭裝卡件6均采用鋁、鋁合金、鋼或銅質(zhì)材料制作。
[0021]調(diào)整作業(yè)使用時，I用于調(diào)節(jié)X-Z平面內(nèi)傾角時，A、角度放大時，先松開X-Z平面內(nèi)傾角角度縮小螺釘13使其螺帽脫離與大L板I側(cè)壁面接觸，轉(zhuǎn)動X-Z平面內(nèi)傾角角度放大螺釘14使其向內(nèi)側(cè)移動，推動小L板2運動，使側(cè)面彈性片3發(fā)生彈性變形，完成測頭裝卡件6在X-Z平面內(nèi)傾角角度放大調(diào)節(jié)；B、角度縮小時，反向轉(zhuǎn)動X-Z平面內(nèi)傾角角度放大螺釘14使其從X向第一螺母15內(nèi)退出，并脫離與小L板2側(cè)壁的接觸，反向轉(zhuǎn)動X-Z平面內(nèi)傾角角度縮小螺釘13，在大L板I配合下，將小L板2拉回，完成測頭裝卡件6在X-Z平面內(nèi)傾角角度縮小調(diào)節(jié)；2同于調(diào)節(jié)Y-Z平面內(nèi)傾角時，對Y-Z平面內(nèi)傾角角度放大螺釘7和Y-Z平面內(nèi)傾角角度縮小螺釘8的操作與上述I相同，區(qū)別在于調(diào)節(jié)移動部件為調(diào)姿板5，發(fā)生彈性變形的是正面彈性片4。
【權(quán)利要求】
1.一種基于空間二維柔性鉸鏈結(jié)構(gòu)的精密測頭姿態(tài)調(diào)整架，其特征在于所述調(diào)整架由X-Z平面內(nèi)傾角調(diào)整機構(gòu)(9)、y-ζ平面內(nèi)傾角調(diào)整機構(gòu)(10)和測頭裝卡件(6)構(gòu)成；所述的Y-Z平面內(nèi)傾角調(diào)整機構(gòu)(10)配置在X-Z平面內(nèi)傾角調(diào)整機構(gòu)(9)的內(nèi)側(cè)；所述的X-Z平面內(nèi)傾角調(diào)整機構(gòu)(9)包括大L板(I)、小L板(2)、側(cè)面彈性片(3)，其中小L板(2)配置在大L板(I)內(nèi)側(cè)，相互之間留有間隙，側(cè)面彈性片(3)固裝在大、小L板(1、2)側(cè)壁下端面上，在大、小L板(1、2)的側(cè)壁上分別固裝X向第一螺母(15)和X向第二螺母(16)，Χ-Ζ平面內(nèi)傾角角度放大螺釘(14)旋配在X向第一螺母(15)上，其里端部與小L板(2)側(cè)壁接觸配合，X-Z平面內(nèi)傾角角度縮小螺釘(13)穿過大L版(I)側(cè)壁與X向第二螺母(16)螺紋連接；所述的Y-Z平面內(nèi)傾角調(diào)整機構(gòu)(10)由小L板(2)、調(diào)姿板(5)和正面彈性片(4)組成，其中調(diào)姿板(5)配置在小L板(2)內(nèi)側(cè)，相互之間留有間隙，正面彈性片(4)固裝在調(diào)姿板(5)下端面和小L板(2)正壁下端面上，在小L板(2)的正壁上和調(diào)姿板(5)上分別固裝Y向第二螺母(12)和Y向第一螺母(11)，Y-Z平面內(nèi)傾角角度放大螺釘(7)旋配在Y向第一螺母(11)上，其里端部與小L版(2)正壁接觸配合，Y-Z平面內(nèi)傾角角度縮小螺釘(8)穿過調(diào)姿板(5)與Y向第二螺母(12)螺紋連接；測頭裝卡件￠)固裝在調(diào)姿板(5)表面上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于空間二維柔性鉸鏈結(jié)構(gòu)的精密測頭姿態(tài)調(diào)整架，其特征在于所述固裝在大L板(I)上的X向第一螺母(15)、固裝在小L板⑵上的X向第二螺母(16)和Y.向第二螺母(12)、固裝在調(diào)姿板(5)上的Y向第一螺母(11)可采用分別在大L板(I)、小L板(2)和調(diào)姿板(5)上設置螺紋孔構(gòu)成，且螺紋為細牙螺紋。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于空間二維柔性鉸鏈結(jié)構(gòu)的精密測頭姿態(tài)調(diào)整架，其特征在于所述的大L板⑴與小L板⑵之間的間隙、小L板⑵與調(diào)姿板(5)之間的間隙為1 -5mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于空間二維柔性鉸鏈結(jié)構(gòu)的精密測頭姿態(tài)調(diào)整架，其特征在于所述的大L板(1)、小L板(2)、調(diào)姿板(5)、測頭裝卡件(6)均采用鋁、鋁合金、鋼或銅質(zhì)材料制作。
【文檔編號】G05D3/00GK103438840SQ201310112783
【公開日】2013年12月11日 申請日期:2013年3月18日 優(yōu)先權(quán)日:2013年3月18日
【發(fā)明者】譚久彬, 陸葉盛, 崔俊寧, 何張強 申請人:哈爾濱工業(yè)大學