专利名称：一种回转体部件三维连续高精度测量装置的制作方法
技术领域：
本实用新型属于测量技术领域，涉及一种回转体部件三维连续高精度测量装置。
背景技术：
近年来，随着激光测量技术的不断改进，以激光测距的非接触式测量系统已经得到普遍的应用，三维立体部件的三坐标测量机也相继出现且发展很快，一般是在原有的测量机基础上换上非接触测量头改造而成。经国内外相关文献的检索，本实用新型以前有以下几项相关技术(1)空间自由曲面的非接触扫描测量(中国机械工程1999 10(6)-661-664)；(2)基于点坐标测量的自由曲面非接触测量方法(高技术通讯2001 11(8)-7981)；(3)回转式激光线扫描测量仪(天津大学学报2001 034(006)-833-836)；(4)三维曲面激光快速自动测量系统(激光杂志1998 19(2)-46-50)；(5)三坐标无触点自动测量系统(宇航计测技术1991(2)-35-37)；(6)水平臂式三坐标测量机(国营青岛前哨机械厂)；(7)一种利用激光三角原理连续非接触测量内外曲面的过程和装置(US5774220)；(8)一种基于三角法原理激光非接触测量系统(US4701049)；(9)悬臂式激光测量机(AA JANSSON公司)。上述相关技术，有的与本实用新型测量原理相同，结构不同，有的测量原理不同，结构也不同。在所有上述相关技术的报导中，一般表现为测量点数有限，重复性不高，测量结果不能指导装配，尚未发现能够达到本实用新型装置所要求达到的测量精度性能指标的内容公布。

发明内容
针对上述现有技术状况，本实用新型的目的在于，提供一种测量精度高、时间短、重复性好、测量点准确、且为非接触单点连续测量的回转体部件三维坐标高精度测量装置。
本实用新型装置具有三维扫描机构、激光非接触测量头、控制系统、微处理机及相应软件，三维扫描机构由回转工作机构、水平运动机构、竖直运动机构及附件构成，其特征在于回转工作机构包括机座(11)、工作台(12)、电机(13)、同步带(17)、主轴(15)、扭力轴(16)、圆光栅尺(14)；工作台(12)开有2～6个高压进出气孔(19)；圆光栅尺(14)和工作台(12)安装在主轴(15)上，；水平运动机构包括电机和滚珠丝杠(4)、滑枕(9)；滑枕(9)的端头有安装激光测量头的测头摆动机构(10)，上部装有水平位移光栅尺(8)；竖直运动机构包括立柱(1)、步进电机(2)、导轨(5)、导轨护罩(3)、竖直位移光栅尺(6)、滑板(20)、滚珠丝杠(7)；滑枕(9)安装在滑板(20)中，通过电机和滚珠丝杠(4)的带动做水平运动；滑板(20)通过电机(2)、滚珠丝杠(7)的带动沿导轨(5)作竖直运动。
为了保证整个机构的精度、平稳度、可靠度，减小工作台径向跳动和轴向窜动量及装卸被测部时对机构带来微弱震动的影响，本实用新型的机座(11)为整体浇注铸铁件；工作台(12)底端面及主轴(15)、扭力轴(16)之间分别安装密珠轴承、止推轴承和推力轴承；工作台(12)上附带有过滤器、电磁配器阀、接管咀、构成的真空吸力与负压装置；

图1本实用新型装置立体结构示意图其中(1)立柱(2)步进电机(3)导轨护罩(4)步进电机和滚珠丝杠(5)导轨(6)竖直位移光栅尺(7)滚珠丝杠(8)水平位移光栅尺(9)滑枕(10)测头摆动机构(11)机座(12)工作台(13)电机(14)圆光栅尺(15)主轴(16)扭力轴(17)同步带(18)被测部件定位示意(19)高压进出气孔(20)滑板具体实施方式
机座(11)由整体铸造加工而成。上台面经过刨铣加工，可作为辅助工作台使用，是三维扫描机构的支承。整个机座结构稳固，具有很高的尺寸稳定性能、减振和吸振性能。工作台(12)安装在主轴上，扭力轴(16)通过联轴器与主轴(15)相连，由于工作台及被测部件重量较大，为减小转矩，保证轴系具有高的回转精度和工作台旋转轻快、平稳、可靠，严格控制主轴的径向跳动量和轴向窜动量，采用了密珠轴承、止推轴承、推力轴承。测试表明工作台的径向跳动不大于4μm，端面跳动不大于3μm。主电机(13)采用42A3BEPM-E4型低速电机，可在较大过载转矩下工作，转速平稳，动态响应性能好。圆光栅(14)安装在主轴(15)的光栅轴套上，随主轴的旋转而转动。高压进出气孔(19)的作用是配合附带的真空吸力与负压装置，在测大重量被测部件时产生气浮力，测小重量被测部件时产生真空吸力，以便于被测部件在装卸或位置调整时靠气浮力不影响机构精度，在抽真空形成负压条件下可被牢固定位。当控制系统发出旋转指令时，主电机(13)以规定的角速度平稳旋转，驱动工作台旋转，同时光栅给出转角测量信号。转角测量的精度可达1′。水平运动机构实际上是一个悬臂，它安装在竖直运动机构之上，随同竖直运动机构的运动而升降，其自身又可独立完成水平方向的运动。激光测头就安装在水平运动机构的滑枕(9)的测头摆动机构(10)上。水平位移光栅尺(8)给出滑枕(9)水平位移量信号。为了保证滑枕(9)的运动精度，采用了高精度的THK导轨。定位精度不大于1μm。当控制系统给出水平运动的指令时，步进电机按信号的频率和顺序确定旋转的方向及角度，通过联轴器驱动滚珠丝杠(4)旋转，使滑枕(9)沿导轨移动。竖直运动机构与水平运动机构配合，实现激光测头的精确进给。立柱(1)安装在机座支承架上，用于竖直运动机构的安装与定位。滑板(20)的作用是安装水平运动机构的滑枕(9)。滚珠丝杠(7)的作用是将步进电机的旋转运动变为直线运动，实现滑板(20)的竖直位移。其位移参数可由竖直位移光栅尺(6)实时精确测得，其分辨率为1μm。竖直运动机构要带动水平运动机构做竖直运动，当控制系统给出竖直运动的指令后，步进电机(2)按确定的方向和角度旋转，通过联轴器驱动滚珠丝杠(7)旋转，滑板(20)即沿导轨上下运动，从而带动滑枕(9)的上下运动。竖直位移光栅尺(6)给出滑板(20)运动的距离信号。
现再将本装置工作过程叙述如下如下主控程序先完成装置系统的初始化，然后把被测量部件放在工作(12)台上，在测量过程中，工作(12)一直匀速旋转。测量从最底圈开始，一圈一圈测量。当测量一圈时，主控程序启动运动控制模块控制滑板(20)和滑枕(9)运动，使得测量点在激光测量头的测量范围内，然后转头旋转，测量头对准被测部件。测量完一圈后，数据采集模块暂停，同时通知主控程序一圈数据采集完成。这时候主控程序再启动运动控制模块来调整测量头的位置，准备测量下一圈。这样一直测量到最后一圈，然后系统复位。数据利用串行化技术存储，以供数据处理程序处理。旋转工作台所达到的指标为单点测量时间5～15ms/p；单点测量精度7μm；球面度测量误差22μm；单点测量重复误差1μm；球面度重复测量误差1μm。
本实用新型同现有技术相比，技术先进，功能完剡善，精确度高，性能可靠，操作使用方便，可在三维立体测量技术领域大力推广。
权利要求1.一种回转体部件三维连续高精度测量装置，具有三维扫描机构、激光非接触测量头、控制系统、微处理机及相应软件，三维扫描机构由回转工作机构、水平运动机构、竖直运动机构及附件构成，其特征在于回转工作机构包括机座、工作台、电机、同步带、主轴、扭力轴、圆光栅尺；工作台开有2～6个高压进出气孔；圆光栅尺和工作台安装在主轴上；水平运动机构包括电机和滚珠丝杠、滑枕；滑枕的端头有安装激光测量头的测头摆动机构，上部装有水平位移光栅尺；竖直运动机构包括立柱、步进电机、导轨、导轨护罩、竖直位移光栅尺、滑板、滚珠丝杠；滑枕安装在滑板中，通过电机和滚珠丝杠带动作水平运动；滑板由电机、滚珠丝杠带动沿导轨作竖直运动。
2.根据权利要求1所述的回转体部件三维连续高精度测量装置，其特征在于机座为整体浇注铸铁件；工作台底端面及主轴、扭力轴之间分别安装密珠轴承、止推轴承和推力轴承。
3.根据权利要求1所述的回转体部件三维连续高精度测量装置，其特征在于工作台上附带有过滤器、电磁配器阀、接管咀构成的真空吸力与负压装置；
专利摘要本实用新型涉及一种回转体部件三维连续高精度测量装置，具有三维扫描机构、激光非接触测量头、控制系统、微处理机及相应软件，特征是回转工作机构包括机座、工作台、电机、同步带、主轴、扭力轴、圆光栅尺；水平运动机构包括电机和滚珠丝杠、滑枕；竖直运动机构包括立柱、步进电机、导轨、导轨护罩、竖直位移光栅尺、滑板、滚珠丝杠；同现有技术相比精确度高，性能可靠，操作使用方便，可在三维立体测量技术领域大力推广。
文档编号G01B11/24GK2627459SQ0321886
公开日2004年7月21日 申请日期2003年5月12日 优先权日2003年5月12日
发明者王少龙, 石成英, 王效廉, 姜勤泼 申请人:第二炮兵工程学院对外技术服务部