專利名稱：一種回轉體部件三維連續高精度測量裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于測量技術領域，涉及一種回轉體部件三維連續高精度測量裝置。
背景技術：
近年來，隨著激光測量技術的不斷改進，以激光測距的非接觸式測量系統已經得到普遍的應用，三維立體部件的三坐標測量機也相繼出現且發展很快，一般是在原有的測量機基礎上換上非接觸測量頭改造而成。經國內外相關文獻的檢索，本實用新型以前有以下幾項相關技術(1)空間自由曲面的非接觸掃描測量(中國機械工程1999 10(6)-661-664)；(2)基于點坐標測量的自由曲面非接觸測量方法(高技術通訊2001 11(8)-7981)；(3)回轉式激光線掃描測量儀(天津大學學報2001 034(006)-833-836)；(4)三維曲面激光快速自動測量系統(激光雜志1998 19(2)-46-50)；(5)三坐標無觸點自動測量系統(宇航計測技術1991(2)-35-37)；(6)水平臂式三坐標測量機(國營青島前哨機械廠)；(7)一種利用激光三角原理連續非接觸測量內外曲面的過程和裝置(US5774220)；(8)一種基于三角法原理激光非接觸測量系統(US4701049)；(9)懸臂式激光測量機(AA JANSSON公司)。上述相關技術，有的與本實用新型測量原理相同，結構不同，有的測量原理不同，結構也不同。在所有上述相關技術的報導中，一般表現為測量點數有限，重復性不高，測量結果不能指導裝配，尚未發現能夠達到本實用新型裝置所要求達到的測量精度性能指標的內容公布。
發明內容
針對上述現有技術狀況，本實用新型的目的在于，提供一種測量精度高、時間短、重復性好、測量點準確、且為非接觸單點連續測量的回轉體部件三維坐標高精度測量裝置。
本實用新型裝置具有三維掃描機構、激光非接觸測量頭、控制系統、微處理機及相應軟件，三維掃描機構由回轉工作機構、水平運動機構、豎直運動機構及附件構成，其特征在于回轉工作機構包括機座(11)、工作臺(12)、電機(13)、同步帶(17)、主軸(15)、扭力軸(16)、圓光柵尺(14)；工作臺(12)開有2～6個高壓進出氣孔(19)；圓光柵尺(14)和工作臺(12)安裝在主軸(15)上，；水平運動機構包括電機和滾珠絲杠(4)、滑枕(9)；滑枕(9)的端頭有安裝激光測量頭的測頭擺動機構(10)，上部裝有水平位移光柵尺(8)；豎直運動機構包括立柱(1)、步進電機(2)、導軌(5)、導軌護罩(3)、豎直位移光柵尺(6)、滑板(20)、滾珠絲杠(7)；滑枕(9)安裝在滑板(20)中，通過電機和滾珠絲杠(4)的帶動做水平運動；滑板(20)通過電機(2)、滾珠絲杠(7)的帶動沿導軌(5)作豎直運動。
為了保證整個機構的精度、平穩度、可靠度，減小工作臺徑向跳動和軸向竄動量及裝卸被測部時對機構帶來微弱震動的影響，本實用新型的機座(11)為整體澆注鑄鐵件；工作臺(12)底端面及主軸(15)、扭力軸(16)之間分別安裝密珠軸承、止推軸承和推力軸承；工作臺(12)上附帶有過濾器、電磁配器閥、接管咀、構成的真空吸力與負壓裝置；
圖1本實用新型裝置立體結構示意圖其中(1)立柱(2)步進電機(3)導軌護罩(4)步進電機和滾珠絲杠(5)導軌(6)豎直位移光柵尺(7)滾珠絲杠(8)水平位移光柵尺(9)滑枕(10)測頭擺動機構(11)機座(12)工作臺(13)電機(14)圓光柵尺(15)主軸(16)扭力軸(17)同步帶(18)被測部件定位示意(19)高壓進出氣孔(20)滑板具體實施方式
機座(11)由整體鑄造加工而成。上臺面經過刨銑加工，可作為輔助工作臺使用，是三維掃描機構的支承。整個機座結構穩固，具有很高的尺寸穩定性能、減振和吸振性能。工作臺(12)安裝在主軸上，扭力軸(16)通過聯軸器與主軸(15)相連，由于工作臺及被測部件重量較大，為減小轉矩，保證軸系具有高的回轉精度和工作臺旋轉輕快、平穩、可靠，嚴格控制主軸的徑向跳動量和軸向竄動量，采用了密珠軸承、止推軸承、推力軸承。測試表明工作臺的徑向跳動不大于4μm，端面跳動不大于3μm。主電機(13)采用42A3BEPM-E4型低速電機，可在較大過載轉矩下工作，轉速平穩，動態響應性能好。圓光柵(14)安裝在主軸(15)的光柵軸套上，隨主軸的旋轉而轉動。高壓進出氣孔(19)的作用是配合附帶的真空吸力與負壓裝置，在測大重量被測部件時產生氣浮力，測小重量被測部件時產生真空吸力，以便于被測部件在裝卸或位置調整時靠氣浮力不影響機構精度，在抽真空形成負壓條件下可被牢固定位。當控制系統發出旋轉指令時，主電機(13)以規定的角速度平穩旋轉，驅動工作臺旋轉，同時光柵給出轉角測量信號。轉角測量的精度可達1′。水平運動機構實際上是一個懸臂，它安裝在豎直運動機構之上，隨同豎直運動機構的運動而升降，其自身又可獨立完成水平方向的運動。激光測頭就安裝在水平運動機構的滑枕(9)的測頭擺動機構(10)上。水平位移光柵尺(8)給出滑枕(9)水平位移量信號。為了保證滑枕(9)的運動精度，采用了高精度的THK導軌。定位精度不大于1μm。當控制系統給出水平運動的指令時，步進電機按信號的頻率和順序確定旋轉的方向及角度，通過聯軸器驅動滾珠絲杠(4)旋轉，使滑枕(9)沿導軌移動。豎直運動機構與水平運動機構配合，實現激光測頭的精確進給。立柱(1)安裝在機座支承架上，用于豎直運動機構的安裝與定位。滑板(20)的作用是安裝水平運動機構的滑枕(9)。滾珠絲杠(7)的作用是將步進電機的旋轉運動變為直線運動，實現滑板(20)的豎直位移。其位移參數可由豎直位移光柵尺(6)實時精確測得，其分辨率為1μm。豎直運動機構要帶動水平運動機構做豎直運動，當控制系統給出豎直運動的指令后，步進電機(2)按確定的方向和角度旋轉，通過聯軸器驅動滾珠絲杠(7)旋轉，滑板(20)即沿導軌上下運動，從而帶動滑枕(9)的上下運動。豎直位移光柵尺(6)給出滑板(20)運動的距離信號。
現再將本裝置工作過程敘述如下如下主控程序先完成裝置系統的初始化，然后把被測量部件放在工作(12)臺上，在測量過程中，工作(12)一直勻速旋轉。測量從最底圈開始，一圈一圈測量。當測量一圈時，主控程序啟動運動控制模塊控制滑板(20)和滑枕(9)運動，使得測量點在激光測量頭的測量范圍內，然后轉頭旋轉，測量頭對準被測部件。測量完一圈后，數據采集模塊暫停，同時通知主控程序一圈數據采集完成。這時候主控程序再啟動運動控制模塊來調整測量頭的位置，準備測量下一圈。這樣一直測量到最后一圈，然后系統復位。數據利用串行化技術存儲，以供數據處理程序處理。旋轉工作臺所達到的指標為單點測量時間5～15ms/p；單點測量精度7μm；球面度測量誤差22μm；單點測量重復誤差1μm；球面度重復測量誤差1μm。
本實用新型同現有技術相比，技術先進，功能完剡善，精確度高，性能可靠，操作使用方便，可在三維立體測量技術領域大力推廣。
權利要求1.一種回轉體部件三維連續高精度測量裝置，具有三維掃描機構、激光非接觸測量頭、控制系統、微處理機及相應軟件，三維掃描機構由回轉工作機構、水平運動機構、豎直運動機構及附件構成，其特征在于回轉工作機構包括機座、工作臺、電機、同步帶、主軸、扭力軸、圓光柵尺；工作臺開有2～6個高壓進出氣孔；圓光柵尺和工作臺安裝在主軸上；水平運動機構包括電機和滾珠絲杠、滑枕；滑枕的端頭有安裝激光測量頭的測頭擺動機構，上部裝有水平位移光柵尺；豎直運動機構包括立柱、步進電機、導軌、導軌護罩、豎直位移光柵尺、滑板、滾珠絲杠；滑枕安裝在滑板中，通過電機和滾珠絲杠帶動作水平運動；滑板由電機、滾珠絲杠帶動沿導軌作豎直運動。
2.根據權利要求1所述的回轉體部件三維連續高精度測量裝置，其特征在于機座為整體澆注鑄鐵件；工作臺底端面及主軸、扭力軸之間分別安裝密珠軸承、止推軸承和推力軸承。
3.根據權利要求1所述的回轉體部件三維連續高精度測量裝置，其特征在于工作臺上附帶有過濾器、電磁配器閥、接管咀構成的真空吸力與負壓裝置；
專利摘要本實用新型涉及一種回轉體部件三維連續高精度測量裝置，具有三維掃描機構、激光非接觸測量頭、控制系統、微處理機及相應軟件，特征是回轉工作機構包括機座、工作臺、電機、同步帶、主軸、扭力軸、圓光柵尺；水平運動機構包括電機和滾珠絲杠、滑枕；豎直運動機構包括立柱、步進電機、導軌、導軌護罩、豎直位移光柵尺、滑板、滾珠絲杠；同現有技術相比精確度高，性能可靠，操作使用方便，可在三維立體測量技術領域大力推廣。
文檔編號G01B11/24GK2627459SQ0321886
公開日2004年7月21日 申請日期2003年5月12日 優先權日2003年5月12日
發明者王少龍, 石成英, 王效廉, 姜勤潑 申請人:第二炮兵工程學院對外技術服務部