專利名稱：三維測量機旋轉自定心轉軸式測頭架的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種三維測量機的測頭架，尤其屬于一種三維測量機旋轉自定心轉軸式測頭架，該測頭架主要應用在針式三坐標測量儀上，功能為將針式測頭固定在三坐標測量機上，并給于測頭各個方向調節、測繪的能力。
背景技術：
目前，數控加工已成為工業化、現代化加工的主要手段，而數控加工編程等流程所需要的三維數模是產品實現的關鍵，三維數模的來源主要有兩個途徑第一、產品開發時憑創意與其它相配合零部件構思而得。第二、根據已有產品或手工制作的樣品進行逆向掃描，使之成形于三維軟件之中并進行適當修改。后一種方案是目前國內外較為主流的作法。
利用三維掃描儀對產品進行逆向掃描造型具有精度高，時效快、對設計人員技能依賴程度低等優點迅速成為產品造型的主要手段，三維掃描儀按工作原理分大致有兩種激光掃描和針式掃描。本專利申請主要討論針式掃描。
1、針式掃描的工作原理為針式測頭在針間接觸工件表面的瞬間，測頭內部的觸發機構能迅速發出一個脈沖信號，掃描機數顯頭內的單片機電路立即將當前數顯表頭內的X、Y、Z三軸坐標值編碼后發送往控制計算機，計算機內的掃描驅動程序接收到信號后，將其解碼還原為與數顯表頭觸發瞬間相同的三軸坐標并形成一個三維軟件可識別的坐標點。當在工件表面采集到足夠多的點集后，設計人員就可根據這些點集對產品進行逆向造形或精度檢測，當前在汽車行業和一些需要對產品進行高精度檢測的行業，針式掃描機應用相當廣泛。
在測繪過程中需要不斷調整測針方向，使測針軸線大致垂直于被測部位，以達到減小測量誤差之目的，由于測針與測頭通過螺紋連接，是不可調節的，這就要不斷調整測頭架的不同關節來組合成所需要的測針方向，本文所述的測頭架就是為達到這個使用目的而設計的。
2、其它已有測頭架設計缺陷及使用情況國內自主研發生產的針式三維測量機上大多采用的是直桿式測頭架(見附圖11國產機的測頭架部份)，該型測頭架包括與橫梁連接的擺動關節和轉動關節，轉動關節下聯針式測頭，采用兩個轉動關節來控制方向，雖然有生產容易、技術含量低、成本低的優點，但在實際使用時，需頻繁地調整測針方向，造成每次方向調整后測量基準變異，要通過極為繁瑣的步驟調整到原來的測繪基準，主要有軟件調整和手工輸入原基準坐標等方法，按一分鐘改變一次測頭方向，調整坐標及測頭方向花費兩分鐘計算，大部份的測繪工作需要一天左右時間，對人員的體力消耗和時效浪費是異常嚴重的。
在國外的針式三維測量機上，目前采用了一種能旋轉的測頭架(見附圖12國外機的測頭架部分)，該型測頭架包括左右調節機構、固定式連接臂和前后調節機構，左右調節機構和前后調節機構通過固定式連接臂連成一體，前后調節機構通過鎖緊螺絲鎖在固定式連接臂上；左右調節機構包括轉軸和4個調整螺絲，在使用前要校正左右方向采用4個螺絲調整，前后調節機構其前端連接針式測頭，它包括螺桿、螺桿限位槽、螺絲、鎖緊螺絲、軌道、絲牙和滑塊，前后方向采用一個螺絲帶動滑塊上的絲牙移動，軌道、螺桿限位槽、絲牙要求有極高的加工精度，總體控制誤差±0.01MM，但使用時誤差調整需要極高的操作技巧，而且需要內六角板手等工具進行，另外在加工制造上需要有大量種類繁多的精密加工、檢測設備和嚴密的精密加工流程才能實現合格產品。由于不得不采用先進的加工設備和加工手段，使產品需要極高的生產加工成本，致使售價達數萬元人民幣之多。目前國內除部份技術力量雄厚的外資或合資廠商有此加工能力外，大部份國內廠商無法自主生產，需和測頭一起進口。
發明內容
本實用新型的目的在于提供一種結構簡單、容易精確調節且加工方便的三維測量機旋轉自定心轉軸式測頭架。
本實用新型的目的是這樣實現的所述的三維測量機旋轉自定心轉軸式測頭架，包括固定軸、針式測頭和測針，其結構特點為還包括前后調整機構、左右移動調節機構和針式測頭筒式微調機構，固定軸連接前后調整機構的軸承套耳架，軸承套耳架與左右調節座一端連接，左右調節座另一端連接滑動軸套固定座，滑動軸套固定座與針式測頭筒式微調機構連接，針式測頭筒式微調機構的滑動軸的前端與針式測頭固定連接，針式測頭裝有測針；所述的前后調整機構包括軸承套耳架、左右調節座轉軸和左右調節座，左右調節座一端插入軸承套耳架中且通過左右調節座轉軸轉動連接，左右調節座轉軸另一端通過螺母固定；所述的左右移動調節機構包括左右調節座、調節螺栓支撐軸、左右轉軸、左右調整螺栓及滑動軸套固定座，左右調節座另一端設有左右轉軸孔及中部位置設有調節螺栓支撐軸讓位槽，在調節螺栓支撐軸讓位槽的兩側左右調節座上設有直通調節螺栓支撐軸讓位槽中的左右調整螺栓孔，在滑動軸套固定座的雙耳上與左右調節座的左右轉軸孔及中部位置的調節螺栓支撐軸讓位槽匹配位置設有左右轉軸插入孔和調節螺栓支撐軸插入孔，滑動軸套固定座的雙耳夾住左右調節座另一端和中部，左右轉軸緊配合穿過左右轉軸插入孔和左右轉軸孔后另一端并通過螺母固定，調節螺栓支撐軸穿過調節螺栓支撐軸插入孔和調節螺栓支撐軸讓位槽后另一端并通過螺母固定，左右調整螺栓分別旋進左右調節座的左右調整螺栓孔中且其前端分別伸入調節螺栓支撐軸讓位槽中分別能頂在調節螺栓支撐軸上；所述的針式測頭筒式微調機構包括前后調整螺栓、滑動軸、滑動軸套和彈簧，滑動軸套套在滑動軸外，在滑動軸軸向上自外向內設有彈簧套洞內置彈簧，滑動軸的彈簧套洞后端與前后調整螺栓通過螺紋連接，在位于與滑動軸連接的前后調整螺栓盡端的滑動軸上設有方形長槽，相應在套在滑動軸外的滑動軸套相應處設有方形銷孔，一方形銷插入滑動軸套設有的方形銷孔中固定且其前端穿進滑動軸上設有的方形長槽中，前后調整螺栓的前端頂在位于滑動軸中的方形銷一側，方形銷另一側與彈簧另一端接觸，彈簧的一端置于滑動軸套洞中的盡端上。
本實用新型的目的還可通過以下技術方案實現的所述的三維測量機旋轉自定心轉軸式測頭架，其特點為軸承套耳架固定在軸承套外，軸承套通過軸承定位在固定軸上且轉動連接，固定軸另一端用螺母鎖緊。所述的三維測量機旋轉自定心轉軸式測頭架，其特點為彈簧一端置于滑動軸套洞中盡端設有的臺階上，另一端接觸于方形銷另一側上。所述的三維測量機旋轉自定心轉軸式測頭架，其特點為滑動軸套固定座與針式測頭筒式微調機構的滑動軸套制成一體。所述的三維測量機旋轉自定心轉軸式測頭架，其特點為滑動軸的彈簧套洞后端的內螺紋與前后調整螺栓外螺紋連接。所述的三維測量機旋轉自定心轉軸式測頭架，其特點為針式測頭筒式微調機構的滑動軸的前端通過測頭固定螺栓與針式測頭固定連接。所述的三維測量機旋轉自定心轉軸式測頭架，其特點為左右調節座一端插入軸承套耳架中且左右調節座一端設有的插孔與軸承套耳架兩邊設有的通孔對準，左右調節座轉軸插入軸承套耳架兩邊的通孔和左右調節座一端設有的插孔中后另一端并通過螺母固定。
本實用新型具有如下特點，本實用新型鑒于上述已有兩種產品的使用缺陷，現設計了在原理、結構、加工上完全不同的全新方案，完全克服了上述產品的缺點，使用普通車床，平面磨床，內外圓磨床，快走絲設備以及幾百元的生產成本就能使產品完全達到國外產品的指標，而且在操作、調整上全面優越于國外產品，經過持久使用證明，該方案原理確實可行，操作調整方便且故障率為零。另外，在使用調整時無需任何工具即可迅速完成操作。在具體測量機床身上標準校正塊的配合下，反復前后、左右幾次調整，測針在工作前就可以調節到軸承套的轉動軸線上了。當測繪時本實用新型的測頭架反復繞固定軸轉動，測針尖始終在旋轉軸線上，從而達到調向靈活，免于重新設定檢測基準的大量工作，加上可調節行程加大很多，對測針及測頭中固定元件的加工精度可相應降低很多。具有結構簡單、使用方便、調整精度高等特點。
圖1為本實用新型的立體結構示意圖。
圖2為本實用新型的結構示意圖。
圖3為圖2中的A-A剖視結構示意圖。
圖4為圖2中的B向旋轉結構示意圖。
圖5為本實用新型的左右調節座的全剖結構示意圖。
圖6為圖5的D-D剖視結構示意圖。
圖7為本實用新型的前后調整螺栓的結構示意圖。
圖8為本實用新型的滑動軸的全剖結構示意圖。
圖9為本實用新型的滑動軸套的全剖結構示意圖。
圖10為本實用新型的各主要部件分解分布示意圖。
圖11為國內現有直桿式測頭架的結構示意圖。
圖12為國外現有的能旋轉的測頭架的結構示意圖。
圖中固定軸1，軸承2，軸承套3，軸承套耳架4，軸承5，左右調節座6，調節螺栓支撐軸7，左右轉軸8，左右調整螺栓9，前后調整螺栓10，滑動軸11，滑動軸套12，方形銷13，彈簧14，滑動軸套固定座15，針式測頭16，測針17，測頭固定螺栓18，左右調節座轉軸19，方形長槽20，左右轉軸孔21，調節螺栓支撐軸讓位槽22，左右調整螺栓孔23，左右轉軸插入孔24，調節螺栓支撐軸插入孔25，插孔26，通孔27，方形銷孔28。
具體實施方式
以下結合附圖和實施例對本實用新型的結構和工作原理及工作過程進行詳細說明如圖1、圖2、圖3、圖4、圖5、圖6、圖7、圖8、圖9和圖10所示，本實用新型的機構為旋轉自定心方案，具體結構包括固定軸1、針式測頭16和測針17，結構特點為還包括前后調整機構、左右移動調節機構和針式測頭筒式微調機構，固定軸1連接前后調整機構的軸承套耳架4，軸承套耳架4通過左右調節座轉軸19與左右調節座6一端轉動連接并通過左右調節座轉軸19另一端的螺母定位，左右調節座6另一端連接滑動軸套固定座15，滑動軸套固定座15與針式測頭筒式微調機構連接，針式測頭筒式微調機構的滑動軸11的前端通過測頭固定螺栓18與針式測頭16固定連接，針式測頭裝有測針17；所述的前后調整機構包括軸承套耳架4、左右調節座轉軸19和左右調節座6，左右調節座6一端插入軸承套耳架4中且左右調節座6一端設有的插孔26與軸承套耳架4兩邊設有的通孔27對準，左右調節座轉軸19插入軸承套耳架4兩邊的通孔27和左右調節座6一端設有的插孔26中后另一端并通過螺母固定，使軸承套耳架4夾緊左右調節座6，調松螺母使左右調節座6繞左右調節座轉軸19轉動，所述的軸承套耳架4是固定在軸承套3外，軸承套3通過軸承2和軸承5定位在固定軸1上且轉動連接于固定軸1，固定軸1的另一端鎖螺母，左右調節座6和軸承套耳架4一起能繞固定軸1轉動；所述的左右移動調節機構包括左右調節座6、調節螺栓支撐軸7、左右轉軸8、左右調整螺栓9及滑動軸套固定座15，左右調節座6另一端設有左右轉軸孔21及中部位置設有調節螺栓支撐軸讓位槽22，調節螺栓支撐軸讓位槽22為長槽型，槽孔的長邊比調節螺栓支撐軸7直徑大，因而調節螺栓支撐軸7能在調節螺栓支撐軸讓位槽22中沿長槽型槽孔的長邊左右移動，在調節螺栓支撐軸讓位槽22的兩側左右調節座6上設有直通調節螺栓支撐軸讓位槽22中的左右調整螺栓孔23，在滑動軸套固定座15的雙耳上與左右調節座6的左右轉軸孔21及中部位置的調節螺栓支撐軸讓位槽22匹配位置設有左右轉軸插入孔24和調節螺栓支撐軸插入孔25，滑動軸套固定座15的雙耳夾住左右調節座6另一端和中部，左右轉軸8緊配合穿過左右轉軸插入孔24和左右轉軸孔21后另一端并通過螺母固定，用螺母鎖緊時是適宜鎖緊這樣才能使調節左右調整螺栓9使滑動軸套固定座15繞左右轉軸8轉動，等轉動到位再全鎖緊；調節螺栓支撐軸7穿過調節螺栓支撐軸插入孔25和調節螺栓支撐軸讓位槽22后另一端并通過螺母固定，左右調整螺栓9分別旋進左右調節座的左右調整螺栓孔23中且其前端分別能頂在調節螺栓支撐軸7上，通過調整左右調整螺栓9相對旋進入調節螺栓支撐軸讓位槽22的距離達到移動調節螺栓支撐軸7而使滑動軸套固定座15移動，從而達到調節針式測頭左右移動量最終達到調節對中目的；所述的針式測頭筒式微調機構包括前后調整螺栓10、滑動軸11、滑動軸套12、滑動軸套12上的方形銷13、彈簧14、滑動軸11上的方形長槽20和滑動軸套12上的方形銷孔28，滑動軸套12套在滑動軸11外，在滑動軸11軸向上自外向內設有彈簧套洞內置彈簧14，一般彈簧14里端作用于滑動軸11套洞中盡端設有的臺階上，彈簧14另一端頂在方形銷13上，滑動軸11的彈簧套洞后端的內螺紋與前后調整螺栓10外螺紋連接，前后調節螺栓10上的外螺紋或螺牙與滑動軸11尾部的內螺紋或螺牙相配且螺紋連接，前后調節螺栓10的前端頂在滑動軸套12上的方形銷13上，滑動軸11的前端通過測頭固定螺栓18與針式測頭16固定連接，滑動軸11的前端也通過其它通用的連接件與針式測頭16固定連接，針式測頭裝有測針17，在位于與滑動軸11連接的前后調整螺栓10盡端的滑動軸11上設有方形長槽20，相應在套在滑動軸11外的滑動軸套12相應處設有方形銷孔28，一方形銷13插入滑動軸套12設有的方形銷孔28中固定且其前端穿進滑動軸11上設有的方形長槽20中，從而方形長槽20只能套在方形銷13中前后移動，不能轉動，方形銷形狀可以多種多樣如栓等結構，只要方形長槽20能套在方形銷13中前后移動即可。
具體工作原理為1)本實用新型在使用前必需將測針校正到測頭架的旋轉軸線上，機構內左右調整機構采用左右調節座6、滑動軸套固定座15、左右轉軸8組合，轉軸8采用過渡配合(偏緊)與其它兩配件連接，完全限制了零件滑動軸套固定座15的移動自由度，滑動軸套固定座15只能繞左右轉軸8相對于左右調整座6轉動，當轉動左右調整座6上的左右調整螺栓9時，推動緊配在滑動軸套固定座15上的調整螺栓支撐軸7移動，滑動軸套固定座15轉動，從而使連接在滑動軸套固定座15的測針左右移動達到調節對中目的，由于采用軸固定，以轉動代替直接移動調節，從而避免了調節時部件前后竄動，而且兩個左右調整螺栓9在調整完畢后可對鎖，省略了固定螺絲，避免了鎖緊時移位，該方案使左右移動范圍擴大到10MM，精度提高到0.005MM。
2)所述的前后移動調節機構由兩個活動機構完成，軸承套耳架4和左右調節座6通過左右調節座軸19轉動，用于粗調。靠左右調節座轉軸19上的螺母產生的摩擦力能控制軸承套耳架4和左右調節座6之間的轉動或停止轉動。
3)針式測頭筒式微調機構的微調工作靠固定在滑動軸套12上的方形銷13、前后調整螺栓10、彈簧14、滑動軸11完成。從裝配圖2和10上可以看出，滑動軸套12為滑動軸11的運動軌道，同時為方形銷13的固定座，滑動軸11上開有方形長槽20，方形銷穿過其中，使滑動軸11只能移動不能轉動。前后調節螺栓10上的螺牙與滑動軸11尾部的螺牙相配且螺紋連接，頭部頂在滑動軸套12上的方形銷13上，彈簧14一端作用于滑動軸11套洞中盡端的臺階上，另一端頂住且作用于方形銷13上，這樣形成一個運動趨勢彈簧14推動滑動軸11向前運動，滑動軸11帶著尾部的前后調節螺栓10緊貼于方形銷13上，達到了受力平衡。此時，若前后調整螺栓10朝外松開，彈簧14將推動滑動軸11朝前運動，使前后調整螺栓10繼續緊壓于方形銷13上，測針就朝前調節了。當前后調整螺栓10被朝內旋進時，其上的螺牙帶動滑動軸11朝后運動，此時測針朝后調節，彈簧14被壓縮，為朝前推動滑動軸11積蓄了能量。不難看出，彈簧14一直處于壓縮狀態，起到了兩個作用A、用于推動滑動軸11朝前運動，省去了前后調整螺栓上的現有技術所用的環形限位槽及一系列消間隙機構，省略零件達到提高精度、方便加工裝配之目的。
B、使全部相關零件工作于彈簧壓力之中，全部抵消了零件的加工及裝配誤差，決不產生軸向串動現象。
該調節機構可使前后調整范圍達到±20MM之多，精度為±0.005MM。在測量機床身上標準校正塊的配合下，反復前后、左右幾次調整，測針在工作前就可以調節到軸承套3的轉動軸線上了。當測繪時測頭架反復繞固定軸1轉動，測針尖始終在旋轉軸線上，從而達到調向靈活，免于重新設定檢測基準的大量工作，加上可調節行程加大很多，對測針及測頭中固定元件的加工精度可相應降低很多。
權利要求1.一種三維測量機旋轉自定心轉軸式測頭架，包括固定軸(1)、針式測頭(16)和測針(17)，其特征在于還包括前后調整機構、左右移動調節機構和針式測頭筒式微調機構，固定軸(1)連接前后調整機構的軸承套耳架(4)，軸承套耳架(4)與左右調節座(6)一端連接，左右調節座(6)另一端連接滑動軸套固定座(15)，滑動軸套固定座(15)與針式測頭筒式微調機構連接，針式測頭筒式微調機構的滑動軸(11)的前端與針式測頭(16)固定連接，針式測頭裝有測針(17)；所述的前后調整機構包括軸承套耳架(4)、左右調節座轉軸(19)和左右調節座(6)，左右調節座(6)一端插入軸承套耳架(4)中且通過左右調節座轉軸(19)轉動連接，左右調節座轉軸(19)另一端通過螺母固定；所述的左右移動調節機構包括左右調節座(6)、調節螺栓支撐軸(7)、左右轉軸(8)、左右調整螺栓(9)及滑動軸套固定座(15)，左右調節座(6)另一端設有左右轉軸孔(21)及中部位置設有調節螺栓支撐軸讓位槽(22)，在調節螺栓支撐軸讓位槽(22)的兩側左右調節座(6)上設有直通調節螺栓支撐軸讓位槽(22)中的左右調整螺栓孔(23)，在滑動軸套固定座(15)的雙耳上與左右調節座(6)的左右轉軸孔(21)及中部位置的調節螺栓支撐軸讓位槽(22)匹配位置設有左右轉軸插入孔(24)和調節螺栓支撐軸插入孔(25)，滑動軸套固定座(15)的雙耳夾住左右調節座(6)另一端和中部，左右轉軸(8)緊配合穿過左右轉軸插入孔(24)和左右轉軸孔(21)后另一端并通過螺母固定，調節螺栓支撐軸(7)穿過調節螺栓支撐軸插入孔(25)和調節螺栓支撐軸讓位槽(22)后另一端并通過螺母固定，左右調整螺栓(9)分別旋進左右調節座的左右調整螺栓孔(23)中且其前端分別伸入調節螺栓支撐軸讓位槽(22)中分別能頂在調節螺栓支撐軸(7)上；所述的針式測頭筒式微調機構包括前后調整螺栓(10)、滑動軸(11)、滑動軸套(12)和彈簧(14)，滑動軸套(12)套在滑動軸(11)外，在滑動軸(11)軸向上自外向內設有彈簧套洞內置彈簧(14)，滑動軸(11)的彈簧套洞后端與前后調整螺栓(10)通過螺紋連接，在位于與滑動軸(11)連接的前后調整螺栓(10)盡端的滑動軸(11)上設有方形長槽(20)，相應在套在滑動軸(11)外的滑動軸套(12)相應處設有方形銷孔(28)，一方形銷(13)插入滑動軸套(12)設有的方形銷孔(28)中固定且其前端穿進滑動軸(11)上設有的方形長槽(20)中，前后調整螺栓(10)的前端頂在位于滑動軸(11)中的方形銷(13)一側，方形銷(13)另一側與彈簧(14)另一端接觸，彈簧(14)的一端置于滑動軸(11)套洞中的盡端上。
2.根據權利要求1所述的三維測量機旋轉自定心轉軸式測頭架，其特征在于軸承套耳架(4)固定在軸承套(3)外，軸承套(3)通過軸承定位在固定軸(1)上且轉動連接，固定軸(1)另一端用螺母鎖緊。
3.根據權利要求1或2所述的三維測量機旋轉自定心轉軸式測頭架，其特征在于彈簧(14)一端置于滑動軸(11)套洞中盡端設有的臺階上，另一端接觸于方形銷(13)另一側上。
4.根據權利要求1或2所述的三維測量機旋轉自定心轉軸式測頭架，其特征在于滑動軸套固定座(15)與針式測頭筒式微調機構的滑動軸套(12)制成一體。
5.根據權利要求1或2所述的三維測量機旋轉自定心轉軸式測頭架，其特征在于滑動軸(11)的彈簧套洞后端的內螺紋與前后調整螺栓(10)外螺紋連接。
6.根據權利要求1或2所述的三維測量機旋轉自定心轉軸式測頭架，其特征在于針式測頭筒式微調機構的滑動軸(11)的前端通過測頭固定螺栓(18)與針式測頭(16)固定連接。
7.根據權利要求1或2所述的三維測量機旋轉自定心轉軸式測頭架，其特征在于左右調節座(6)一端插入軸承套耳架(4)中且左右調節座(6)一端設有的插孔(26)與軸承套耳架(4)兩邊設有的通孔(27)對準，左右調節座轉軸(19)插入軸承套耳架(4)兩邊的通孔(27)和左右調節座(6)一端設有的插孔(26)中后另一端并通過螺母固定。
專利摘要本實用新型公開了一種三維測量機旋轉自定心轉軸式測頭架，包括固定軸、針式測頭和測針，特點為包括前后調整機構、左右移動調節機構和針式測頭筒式微調機構，固定軸連接前后調整機構的軸承套耳架，針式測頭筒式微調機構的滑動軸的前端與針式測頭固定連接，針式測頭裝有測針。左右調節座與軸承套耳架轉動連接達到針式測頭的前后調節；當轉動左右調整座上的左右調整螺栓時，推動緊配在滑動軸套固定座上的調整螺栓支撐軸移動，滑動軸套固定座轉動，從而使連接在滑動軸套固定座的測針左右移動；通過朝內或朝外旋動前后調整螺栓從而拉動滑動軸朝內或朝外移動，而使測針朝后調節或朝前調節。測頭架繞固定軸轉動，測針尖均在旋轉軸線上，調向靈活精確。
文檔編號G01B7/016GK2879115SQ20062009501
公開日2007年3月14日 申請日期2006年1月10日 優先權日2006年1月10日
發明者翁清鏗 申請人:翁清鏗