基于牙嵌式关节的关节式坐标测量机的变测量空间方法

摘要

本发明公开了基于牙嵌式关节的关节式坐标测量机的变测量空间方法。现有关节式坐标测量机的测量空间会存在很大的冗余，但损失了精度。本发明将各相邻关节臂通过牙嵌式关节连接，搭建出基于牙嵌式关节的关节式坐标测量机。本发明通过实现移动爪盘和固定爪盘的嵌合与分离，能够有效实现关节式坐标测量机关节的锁止与自由转动；根据被测件的几何特点，通过对比被测物的测量空间球与不同位置牙嵌式关节锁定方案下基于牙嵌式关节的关节式坐标测量机的不同测量空间，选取关节式坐标测量机合适的测量空间，减小空间的浪费，同时提高测量精度。

说明书

技术领域

本发明属于坐标测量技术领域，具体涉及一种基于牙嵌式关节的关节式坐标测量机的变测量空间方法。

背景技术

关节式坐标测量机是一种精密测量设备，其串联式开链结构使得关节式坐标测量机可以通过关节的旋转达到更多的测量空间，具有测量范围大，灵活性好等优点。但是这种串联式结构也使得各个关节的误差通过杆长被逐级放大，从而导致测量精度降低。

当前现有的关节式坐标测量机通常为六自由度的，即有六个旋转关节。每个旋转关节中包含了一个圆光栅角度编码器来读取角度值，因此关节会引入相应的角度编码器误差。由于目前在保证圆光栅角度编码器体积的情况下，提高编码器的精度较为困难，势必要通过一些其他方法来提高关节式坐标测量机的精度。

在现场测量中，被测件的几何特点大多不同，当被测量零件的尺寸相对测量机较小时，关节式坐标测量机的测量空间会存在很大的冗余，但损失了精度。因此，在保证测量空间能够有效测量零件的前提下，锁止关节式坐标测量机的部分关节，就可以达到提高测量精度的目的。但是锁止哪些关节能够使关节式坐标测量机适用于当前被测量零件的测量空间，这是一个难题，目前往往是通过不断试凑来实现，但这种方式较为繁琐，而且凑出来的方案未必是最优的方案。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术中关节式坐标测量机无法合理利用其测量空间，造成空间浪费，精度降低的情况，提出一种基于牙嵌式关节的关节式坐标测量机的变测量空间方法，针对不同被测件的几何特点能够在合适的测量空间内实现高精度的测量，且操作简单。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

本发明具体如下：

步骤一、将各相邻关节臂通过牙嵌式关节连接，搭建出基于牙嵌式关节的关节式坐标测量机；所述的牙嵌式关节包括转轴主轴、固定爪盘、移动爪盘组件、关节上轴套、关节下轴套、圆光栅角度编码器、锁止卡扣、锁止卡槽和弹簧；轴套通过轴承一和轴承二支承在转轴主轴上；固定爪盘与轴套通过平键连接；固定爪盘的一端由轴套外圆面上一体成型的轴肩轴向定位，另一端端面设有牙嵌；圆光栅角度编码器的圆光栅盘同轴固定在转轴主轴上，圆光栅角度编码器的读数头固定在轴套上；关节下轴套套在轴套外，并与轴套通过螺纹连接；关节上轴套与转轴主轴通过螺纹连接；移动爪盘小端与关节上轴套通孔配合。所述的移动爪盘组件由移动爪盘、主动杆和从动杆组成；所述移动爪盘的一端固定有间距设置的主动杆和从动杆，另一端设有牙嵌；主动杆和从动杆与关节上轴套开设的两个滑道分别构成滑动副；锁止卡槽的中心孔套置在主动杆外，锁止卡槽外侧壁固定在关节上轴套开设的滑道外端位置；锁止卡槽开设有的中心孔孔壁开设有间距设置的两个环形槽；两个环形槽的侧壁开设有沿周向呈180度布置的两个连通槽，两个连通槽均连通两个环形槽；锁止卡扣套置在锁止卡槽的中心孔内，锁止卡扣上一体成型且沿周向呈180度布置的两个锁止块均嵌入锁止卡槽上靠近外端的环形槽内；弹簧置于锁止卡扣内端面开设的槽口内，弹簧的两端分别与锁止卡扣的槽口底面和主动杆的轴肩接触。

步骤二、对基于牙嵌式关节的关节式坐标测量机的不同位置牙嵌式关节锁定方案进行计算，得到各种锁定方案下基于牙嵌式关节的关节式坐标测量机的不同测量空间。

步骤三、用基于牙嵌式关节的关节式坐标测量机测量被测物外轮廓上的四个关键点，得到四个关键点的坐标分别记为(x

由式(1)得初定外接球的球心(x

步骤四、将测量空间球与各种锁定方案下基于牙嵌式关节的关节式坐标测量机的不同测量空间进行比对，选取包络整个测量空间球且测量空间最小的锁定方案，对该锁定方案下的各牙嵌式关节进行锁止。锁止过程如下：旋转锁止卡扣，使锁止卡扣的两个锁止块对齐锁止卡槽的两个连通槽；然后，向内推锁止卡扣，使锁止卡扣的两个锁止块进入锁止卡槽上靠近内端的环形槽内；最后，再次旋转锁止卡扣，使锁止卡扣的两个锁止块被锁止卡槽上靠近内端的环形槽限位，移动爪盘受到推力压紧固定爪盘。

优选地，所述的轴承一和轴承二之间设有内轴套和外轴套；轴承一的内圈通过转轴主轴的轴肩和内轴套轴向定位；轴承二的内圈通过内轴套和轴承内挡圈轴向定位；轴承一的外圈通过轴套上一体成型的凸环和外轴套轴向定位；轴承二的外圈通过外轴套和轴承外挡圈轴向定位；轴承内挡圈与转轴主轴通过螺纹连接，并压紧轴承外挡圈。

本发明具有的有益效果是：

本发明通过实现移动爪盘和固定爪盘的嵌合与分离，能够有效实现关节式坐标测量机关节的锁止与自由转动，操作简单、可靠；本发明根据被测件的几何特点，通过对比被测物的测量空间球与不同位置牙嵌式关节锁定方案下基于牙嵌式关节的关节式坐标测量机的不同测量空间，选取关节式坐标测量机合适的测量空间，减小空间的浪费，同时提高测量精度。

附图说明

图1是本发明中牙嵌式关节的结构剖视图；

图2是本发明中移动爪盘与固定爪盘未锁止状态下锁止卡扣、锁止卡槽、弹簧和主动杆的装配剖视图；

图3是本发明中移动爪盘与固定爪盘锁止状态下锁止卡扣、锁止卡槽、弹簧和主动杆的装配剖视图；

图4是本发明中移动爪盘、主动杆、从动杆和固定爪盘的结构立体图；

图5是本发明中基于牙嵌式关节的关节式坐标测量机结构示意图；

图6是被测物外接圆生成示意图；

图7a是本发明测量空间对被测物的整个测量空间球的包络示意图；

图7b是图7a的二维示意图；

图8a是本发明测量空间未对被测物的测量空间球形成包络的示意图；

图8b是图8a的二维示意图。

图中：1、转轴主轴，2、轴承一，3、内轴套，4、外轴套，5、固定爪盘，6、平键，7、关节上轴套，8、轴套，9、轴承外挡圈，10、圆光栅角度编码器，11、轴承内挡圈，12、轴承二，13、移动爪盘，14、关节下轴套，15、锁止卡扣，16、锁止卡槽，17、弹簧，18、主动杆，19、从动杆，20、锁止关节。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步说明。

基于牙嵌式关节的关节式坐标测量机的变测量空间方法，具体如下：

步骤一、将各相邻关节臂通过牙嵌式关节连接，搭建出基于牙嵌式关节的关节式坐标测量机；如图1、2、3、4和5所示，牙嵌式关节包括转轴主轴1、固定爪盘5、移动爪盘组件、关节上轴套7、关节下轴套14、圆光栅角度编码器10、锁止卡扣15、锁止卡槽16和弹簧17；轴套8通过轴承一2和轴承二12支承在转轴主轴1上；固定爪盘5与轴套8通过平键6连接；固定爪盘5的一端由轴套8外圆面上一体成型的轴肩轴向定位，另一端端面设有牙嵌；圆光栅角度编码器10的圆光栅盘同轴固定在转轴主轴上，圆光栅角度编码器10的读数头固定在轴套8上；关节下轴套14套在轴套8外，并与轴套8通过螺纹连接；关节上轴套7与转轴主轴1通过螺纹连接；移动爪盘13小端与关节上轴套7通孔配合。移动爪盘组件由移动爪盘13、主动杆18和从动杆19组成；移动爪盘13一端固定有间距设置的主动杆18和从动杆19，另一端设有牙嵌；主动杆18和从动杆19与关节上轴套7开设的两个滑道分别构成滑动副；锁止卡槽16的中心孔套置在主动杆18外，锁止卡槽16外侧壁固定在关节上轴套7开设的滑道外端位置；锁止卡槽16开设有的中心孔孔壁开设有间距设置的两个环形槽；两个环形槽的侧壁开设有沿周向呈180度布置的两个连通槽，两个连通槽均连通两个环形槽；锁止卡扣15套置在锁止卡槽16的中心孔内，锁止卡扣15上一体成型且沿周向呈180度布置的两个锁止块均嵌入锁止卡槽16上靠近外端的环形槽内(此时，弹簧17处于放松状态，移动爪盘13未与固定爪盘5接触，牙嵌式关节可自由转动)；弹簧17置于锁止卡扣15内端面开设的槽口内，弹簧17的两端分别与锁止卡扣15的槽口底面和主动杆18的轴肩接触。

步骤二、对基于牙嵌式关节的关节式坐标测量机的不同位置牙嵌式关节锁定方案进行计算，得到各种锁定方案下基于牙嵌式关节的关节式坐标测量机的不同测量空间。

为了说明关节锁止角度的不同导致测量机测量空间的大小不同，如图5所示，以锁止关节20为例，在锁止位置一和锁止位置二时将锁止关节20锁止，测量机测量空间是不同的，因此操作者可以根据需要对关节进行不同角度的锁止。

步骤三、如图6所示，用基于牙嵌式关节的关节式坐标测量机测量被测物外轮廓上的四个关键点，得到四个关键点的坐标分别记为(x

由式(1)得初定外接球的球心(x

步骤四、将测量空间球与各种锁定方案下基于牙嵌式关节的关节式坐标测量机的不同测量空间进行比对，选取包络整个测量空间球且测量空间最小的锁定方案，对该锁定方案下的各牙嵌式关节进行锁止。锁止过程如下：旋转锁止卡扣15，使锁止卡扣15的两个锁止块对齐锁止卡槽16的两个连通槽；然后，向内推锁止卡扣15，使锁止卡扣15的两个锁止块进入锁止卡槽16上靠近内端的环形槽内；最后，再次旋转锁止卡扣15，使锁止卡扣15的两个锁止块被锁止卡槽16上靠近内端的环形槽限位，如图3所示，此时，弹簧17处于压紧状态，移动爪盘13受到推力压紧固定爪盘5，实现牙嵌式关节的锁止。

图7a和图7b示出了测量机的测量空间对整个测量空间球的一种包络情况，则这一测量空间可以满足对该被测物的测量；图8a和图8b示出了测量机的测量空间对测量空间球不形成包络的情况，测量机的这一测量空间很小，被测物的测量空间球在测量机的测量空间外，因此这一测量空间无法满足对该被测物的测量。

作为一个优选实施例，轴承一2和轴承二12之间设有内轴套3和外轴套4；轴承一2的内圈通过转轴主轴1的轴肩和内轴套3轴向定位；轴承二12的内圈通过内轴套3和轴承内挡圈11轴向定位；轴承一2的外圈通过轴套8上一体成型的凸环和外轴套4轴向定位；轴承二12的外圈通过外轴套4和轴承外挡圈9轴向定位；轴承内挡圈11与转轴主轴1通过螺纹连接，并压紧轴承外挡圈9。