专利名称：便携式柔性坐标测量仪旋转副的关节平衡保护装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及精密测量仪器领域，特别涉及一种用于便携式柔性坐标测量仪旋转副的关节自平衡保护装置。
背景技术：
便携式柔性坐标测量仪是一种精密的手动坐标测量仪器，它采用级联的旋转副结构实现空间的坐标扫描，其末端连接精密的测头装置。工作状态下，由于旋转副自身的重力和人工操作力等外力因素，会影响仪器的测量精度；而在非工作状态下，仪器应该保持稳定状态，保障仪器的安全。因此，用于保护旋转副关节的平衡保护装置也是十分必要的，它通过力矩平衡的原理实现旋转副的自平衡，从而保证仪器的测量精度和安全。目前市场上，应用于便携式柔性坐标测量仪旋转副的关节自平衡保护装置，主要存在两种结构形式——加配重和空气弹簧支撑，两种结构各有特点，但又存在一定的不足。 采用加配重的结构方式类似杠杆的原理，它以旋转心轴为支点，在关节臂的反方向增加配重并使二者达到力矩平衡，该结构非常简单且可实现完全的自平衡，但是大大增加了仪器的自身重量(约2/3的仪器重量)，影响了仪器的便携性和美观。采用空气弹簧支撑的结构方式，其原理为在关节臂上施加一个与重力方向相反的弹簧力，并使二者相对应旋转心轴达到力矩平衡，该结构不会过多增加仪器重量，但由于空气弹簧的存在，外形尺寸相对较大，且结构的安装和调整不太方便，同时由于关节臂产生的力矩会随着旋转角度的不同而发生变化，该结构不能实现装置的完全自平衡，通常只需满足最大力矩时的平衡。
发明内容本发明的目的是为了克服现有技术的不足而提供的一种结构尺寸紧凑、重量轻巧的旋转副关节自平衡保护装置。为了达到上述目的，本发明的技术方案是综合现有便携式柔性坐标测量仪旋转副的两种自平衡结构形式——采用配重的思想原理和弹簧的结构形式，以弹簧力替代配重，即根据杠杆原理，以旋转心轴为支点，在关节臂的反方向增加弹簧力并使二者达到力矩平衡，由于弹簧力矩为线性力矩，而重力力矩为正弦力矩，因此该机构为近似平衡机构，但二者相差不大。该关节平衡保护装置的旋转副结构主要由装有齿轮的旋转关节臂和装有双向弹簧、齿条的旋转支座组成。所述的旋转关节臂由关节臂体、齿轮、旋转心轴、套筒和轴承组成。其中，关节臂体、齿轮、套筒和轴承均依次安装在旋转心轴上。所述的旋转支座包括轴承支座、齿条、右弹簧、左弹簧、弹簧支撑板、滑块、滑块导轨、支座体和轴承端盖。其中，齿条左右两端分别与左、右弹簧相连，底座与滑块相连。滑块在弹簧力的作用下可在滑块导轨内左右运动。左、右弹簧分别与弹簧支撑板相接触但不连接，使弹簧单向受力。轴承支座安装在支座体上，用以支撑所述的旋转关节臂上的轴承的旋转运动。轴承端盖安装在轴承支座上，用以压紧所述的轴承。滑块导轨安装在支座体上，用以导向安装滑块的齿条的左右运动。弹簧支撑板安装在支座体上，用以支撑弹簧受力。本实用新型与现有技术相比，具有以下优点由于平衡装置设置在关节内部，同时采用弹簧力替代配重，结构尺寸大大降低，重量大大减小；该装置结构简单，安装方便，便于调整。

附图1为本发明关节平衡保护装置的结构原理；附图2为本发明关节平衡保护装置的主视图；附图3为本发明关节平衡保护装置的侧视图；附图4为本发明关节平衡保护装置旋转关节臂的主视图；附图5为本发明关节平衡保护装置旋转关节臂的侧视图；附图6为本发明关节平衡保护装置旋转支座的主视图；附图7为本发明关节平衡保护装置旋转支座的侧视图；其中1、旋转关节臂11、关节臂体；12、齿轮；13、旋转心轴14、套筒；15、轴承；2、旋转支座21、轴承支座；22、齿条；23、右弹簧；24、滑块导轨；25、弹簧支撑板； 沈、滑块；27、支座体；28、左弹簧；四轴承端盖；
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施方式作详细的介绍参照附图1所示的关节平衡保护装置的结构原理是通过杠杆力实现力矩近似平衡的对比图。参照附图2、附图3所示的关节平衡保护装置，包括旋转关节臂1和旋转支座2。其中，如附图4、附图5所示的旋转关节臂1，它包括关节臂体11、齿轮12、旋转心轴13、套筒14和轴承15。其中节臂体11、齿轮12、套筒14和轴承15均安装在旋转心轴13 上，并通过齿轮12与齿条22的啮合作用，将旋转运动的旋转关节臂1的正弦重力矩转化为水平运动的线性弹簧力矩。如附图6、附图7所示的旋转支座，它包括轴承支座21、齿条22、右弹簧23、滑块导轨M、弹簧支撑板25、滑块沈、支座体27、左弹簧观和轴承端盖四。齿条22左右两端分别与左弹簧观、右弹簧23相连，并与滑块沈通过螺钉相连。齿条22与齿轮12相啮合，通过滑块26在弹簧力的作用下可在滑块导轨M内左右运动，将齿轮12的旋转运动转化为齿条 22的直线运动。左弹簧观和右弹簧23分别与弹簧支撑板25相接触但不连接，使弹簧单向受力。轴承支座21安装在支座体27上，用以支撑所述的旋转关节臂1上的轴承15的旋转运动。轴承端盖四安装在轴承支座21上，用以压紧所述的轴承15。滑块导轨M安装在支座体27上，用以导向滑块26。弹簧支撑板25安装在支座体27上，用以支撑弹簧受力。本实施例的变位机工作原理如下非工作状态下，旋转关节臂1处于垂直状态，此时旋转角度为0°，重力力矩也为 0，弹簧处于自然状态，弹簧力矩也为0，此时处于平衡状态。当旋转关节臂1上出现轻微的外力时，由于弹簧的阻尼，不会出现瞬间倾翻的现象。在工作状态下，人工用手操作旋转关节臂1旋转，当顺时针旋转时，旋转关节臂1通过旋转心轴13带动齿轮12顺时针旋转，重力产生重力力矩，齿轮12啮合齿条22，带动滑块沈沿滑块导轨M向左运动，同时压缩左弹簧观，而右弹簧23不拉伸只随动，左弹簧观在弹簧支撑板25的反作用力下使齿条22产生阻尼力矩，反作用于齿轮12，使之抵消旋转关节臂1的重力力矩，以减少重力引起的测量误差。当旋转角度为90°时，旋转力矩完全抵消。反之，当逆时针旋转时，同时压缩右弹簧 23，而左弹簧观不拉伸只随动，起到阻尼力矩的作用。使该装置起到在工作状态下保障精度和非工作状态下保护仪器的作用。 上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所做的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
权利要求1.便携式柔性坐标测量仪旋转副的关节平衡保护装置，包括装有齿轮的旋转关节臂和装有双向弹簧、齿条的旋转支座，其特征在于齿轮安装在旋转关节臂上，含有双向弹簧和齿条的装置安装在旋转支座上。
2.根据权利要求1所述的便携式柔性坐标测量仪旋转副的关节平衡保护装置，其特征在于所述的旋转关节臂包括关节臂体、齿轮、旋转心轴、套筒和轴承，其中，关节臂体、齿轮、套筒和轴承均依次安装在旋转心轴上，并通过齿轮实现与齿条和双向弹簧装置的连接。
3.根据权利要求1所述的便携式柔性坐标测量仪旋转副的关节平衡保护装置，其特征在于所述的旋转支座包括轴承支座、齿条、右弹簧、左弹簧、弹簧支撑板、滑块、滑块导轨、 支座体和轴承端盖，其中齿条左右两端分别与左、右弹簧相连，底座与滑块相连，滑块在弹簧力的作用下可在滑块导轨内左右运动，左、右弹簧分别与弹簧支撑板相接触但不连接，使弹簧单向受力，轴承支座安装在支座体上，用以支撑所述的旋转关节臂上的轴承的旋转运动，轴承端盖安装在轴承支座上，用以压紧所述的轴承，滑块导轨安装在支座体上，用以导向安装滑块的齿条的左右运动，弹簧支撑板安装在支座体上，用以支撑弹簧受力。
专利摘要本实用新型提供一种用于便携式柔性坐标测量仪旋转副的关节自平衡保护装置，包括装有齿轮的旋转关节臂和装有双向弹簧和齿条的旋转支座。当所述的旋转关节臂顺时针旋转时，旋转关节臂通过旋转心轴带动齿轮顺时针旋转，此时重力产生重力力矩，齿轮啮合齿条，带动滑块沿滑块导轨向左运动，同时压缩左弹簧，而右弹簧不拉伸只随动，弹簧在弹簧支撑板的反作用力下使齿条产生阻尼力矩，反作用于齿轮，使之抵消旋转关节臂的重力力矩，以减少重力引起的测量误差，当旋转角度为90°时，旋转力矩完全抵消。旋转关节臂逆时针旋转时，原理相同。该平衡装置设置在关节内部，结构简单，便于实现和调整；同时利用杠杆原理，采用弹簧力替代配重，尺寸和重量大大减小。
文档编号G01B5/008GK202048864SQ20102024249
公开日2011年11月23日 申请日期2010年6月30日 优先权日2010年6月30日
发明者刘红旗, 南光熙, 杨超, 王宝超 申请人:中机生产力促进中心