具有磁電式鎖臂裝置的可變臂的關節式坐標測量的制造方法
【專利摘要】本發明提供了一種具有磁電式鎖臂裝置的可變臂的關節式坐標測量機，包括六個轉動關節，三段測量臂，底座以及測頭，由三段測量臂串聯的六個可旋轉的關節構成空間開鏈結構，該開鏈結構的末端是測量機的測頭。從底座起，第1級關節和第2級關節內部設置有關節鎖定組件，該關節鎖定組件為電磁關節鎖定組件。本發明基于電磁技術的關節式坐標測量機關節鎖定組件，不額外增加機械結構，對測量機力學分布無影響，關節鎖定后，減少了進行動態輸出的傳感器數目，限制了角度傳感器的轉動，從而減小了該角度傳感器的輸出誤差，提高了測量精確度。
【專利說明】具有磁電式鎖臂裝置的可變臂的關節式坐標測量機
【技術領域】
[0001]本發明涉及關節式坐標測量機，具體涉及一種具有磁電式鎖臂裝置的可變臂的關節式坐標測量機。
【背景技術】
[0002]關節式坐標測量機是一種多自由度非正交坐標式的三坐標測量機，通常具有6個自由度。它仿照人體關節結構，由三個測量臂和一個測頭通過六個(旋轉)關節串聯連接構成空間開鏈結構，從而以角度測量基準取代了長度測量基準。在使用測量機進行測量時，測頭坐標是測量機運動學參數與其六個關節角度的函數。與傳統的正交坐標系式三坐標測量機相比，它具有測量范圍大、方便靈活、精度較高、機械結構簡單、環境適應性好等優點。但是另一方面其結構是一種串聯結構，其各項誤差是串聯式逐級傳遞到測量結果的，從而其精度難以得到保證。

【發明內容】

[0003]本發明的目的在于提供一種具有磁電式鎖臂裝置的可變臂的關節式坐標測量機。該坐標測量機能夠減少進行動態輸出的傳感器數目，限制角度傳感器的轉動，從而減小了該角度傳感器的輸出誤差，提高測量精確度。
[0004]本發明提供了一種關節式坐標測量機，包括:底座、測頭、從底座至測頭逐級布置的六個可旋轉的關節，由六個繞自身軸線可旋轉的關節串聯起來的三段測量臂以及磁電式鎖臂裝置，關節轉動的角度由其上安裝的高精度圓光柵角度傳感器控制獲得，使得測頭可以采用任意姿態對被測物品進行測量，所述磁電式鎖臂裝置包括靠近底座布置的第一關節內部設置的第一關節鎖定組件，與第一關節通過第一測量臂彼此連接的第二關節內部設置的第二關節鎖定組件，在未鎖定時，第一和第二關節可正常轉動，在第一或第二關節鎖定組件被鎖定時，第一或第二關節鎖定組件通過電磁吸合作用，使得第一或第二關節不能轉動，進而固定靠近底座的第一測量臂和第二測量臂的一端。
[0005]優選的，所述第一關節鎖定組件包括具有配合在一起的吸附面的第一電磁線圈座和吸片，所述第一電磁線圈座剛性固定到底座，所述吸片剛性連接到第一關節的軸上，該軸從由第一電磁線圈座與吸片彼此配合組成的第一關節鎖定組件的中心孔中穿過。
[0006]優選的,所述第一電磁線圈座包括內部設置有線圈的電磁線圈體和圓環底板，所述電磁線圈體固定在圓環底板上，所述電磁線圈體為圓環體，電磁線圈體內側孔與圓環底板的內側孔位置重合對齊，電磁線圈體外側直徑小于圓環底板的外側環直徑，以便在圓環底板邊緣留出緊固孔的位置，使得線圈座通過緊固件剛性固定到底座，所述吸片包括圓環底板和位于圓環底板的中央位置的管狀突起，未通電時，所述吸片的圓環底板的未被管狀突起遮住的表面與第一電磁線圈座的電磁線圈體的表面之間保持小間隙，通電時，所述吸片的圓環底板的未被管狀突起遮住的表面與第一電磁線圈座的電磁線圈體的表面彼此吸附貼合在一起。[0007]優選的，所述第二關節鎖定組件包括具有配合在一起的吸附面的第二電磁線圈座和電磁吸合軸，第二線圈座剛性固定到與第一關節的軸相連接的第二關節的殼體上，所述電磁吸合軸從第二關節鎖定組件的中心孔中穿過。
[0008]優選的，所述電磁吸合軸為圓柱形,在軸向一端具有光柵位置傳感器，在軸向另一端具有徑向向外突出的具有與第二電磁線圈座磁性吸附的表面的片狀突緣，第二電磁線圈座包括電磁線圈體和圓環底板，電磁線圈體固定在圓環底板上，線圈被封裝于電磁線圈體中，所述電磁線圈體為圓環體，其內側孔與圓環底板的中心孔位置重合對齊，其外側直徑小于圓環底板的外側環直徑，以便在圓環底板邊緣留出緊固孔的位置，使得第二線圈座通過緊固件剛性固定到第二關節殼體，未通電時，所述電磁吸合軸的片狀突緣與第一電磁線圈座的電磁線圈體的表面之間保持小間隙，通電時，所述電磁吸合軸的片狀突緣與第一電磁線圈座的電磁線圈體的表面彼此吸附貼合在一起。
[0009]優選的，所述第一和第二關節鎖定組件能夠單獨鎖定，也可以同時鎖定。
[0010]應當理解，前述大體的描述和后續詳盡的描述均為示例性說明和解釋，并不應當用作對本發明所要求保護內容的限制。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]參考隨附的附圖，本發明更多的目的、功能和優點將通過本發明實施方式的如下描述得以闡明，其中:
[0012]圖1a和圖1b分別是具有磁電式鎖臂裝置的可變臂的關節式坐標測量機的概要示意圖和縱向剖面圖；
[0013]圖2a和圖2b分別是在關節式坐標測量機關節101內設置的第一關節鎖定組件108的如視圖和后視圖；
[0014]圖3a和圖3b分別是第一關節鎖定組件108的第一電磁線圈座201的前視圖和后視圖；
[0015]圖4a和圖4b分別是第一關節鎖定組件108的吸片202的前視圖和后視圖；
[0016]圖5a和圖5b分別是在關節式坐標測量機關節102內設置的第二關節鎖定組件109的如視圖和后視圖；
[0017]圖6a和圖6b分別是第二關節鎖定組件109中的電磁吸合軸502的前視圖和后視圖；
[0018]圖7a和圖7b分別是第二關節鎖定組件109中的第二電磁線圈座501的前視圖和后視圖。
【具體實施方式】
[0019]通過參考示范性實施例，本發明的目的和功能以及用于實現這些目的和功能的方法將得以闡明。然而，本發明并不受限于以下所公開的示范性實施例；可以通過不同形式來對其加以實現。說明書的實質僅僅是幫助相關領域技術人員綜合理解本發明的具體細節。
[0020]在下文中，將參考附圖描述本發明的實施例。在附圖中，相同的附圖標記代表相同或類似的部件，或者相同或類似的步驟。
[0021]圖1顯示了本發明具有磁電式鎖臂裝置的可變臂的關節式柔性坐標測量機100，包括六個關節101、102、103、104、105和106，三段測量臂110、111、112，底座107以及測頭113，以及磁電式鎖臂裝置。六個關節101、102、103、104、105和106從底座107至測頭113逐級布置成:由三段測量臂110、111、112逐個串聯六個可旋轉的第一關節101、102、103、104、105和106，由此構成空間開鏈結構，使得該開鏈結構的末端的測頭113可以采用任意姿態對被測物品進行測量。
[0022]各關節101、102、103、104、105和106可以繞其自身的軸線進行轉動，關節轉動的角度由其上安裝的高精度圓光柵角度傳感器控制獲得。由于機械結構限制，其中關節101、103、105可在O?2JI角度范圍內旋轉，而關節102、104、106可在-JI?O角度范圍內旋轉。
[0023]由于關節式坐標測量機是一個串聯的空間開鏈結構，前級誤差會逐級放大傳遞至測頭，因此為了提高測量精度，本發明采用將對測量誤差影響較大的第I級關節和第2級關節鎖緊的辦法，將測量誤差大幅度降低。
[0024]根據本發明的坐標測量機100的磁電式鎖臂裝置包括:在第一關節101內部設置的第一關節鎖定組件108，以及在第二關節102內部設置的第二關節鎖定組件109，由此可使六自由度關節坐標測量機的自由度減少到4個，既保證仍然能夠實現空間任意姿態測量，同時還使得測量時應用不同位姿容易一些，不需要輔助支撐器件。
[0025]下面詳述各個關節鎖定組件的具體結構。
[0026]圖2a和圖2b為第一關節101的第一關節鎖定組件108的前視圖和后視圖。第一關節鎖定組件108包括彼此配合在一起的第一電磁線圈座201和吸片202。第一電磁線圈座201與吸片202外形相互配合，通電后即可通過接觸面吸附在一起，組成第一關節鎖定組件108,如圖1b所示。
[0027]下面參考圖3a和圖3b以及圖4a和圖4b詳述第一關節鎖定組件108的第一電磁線圈座201與吸片202的結構。
[0028]圖3a和圖3b為第一電磁線圈座201的前視圖和后視圖。
[0029]第一電磁線圈座201包括電磁線圈體301和圓環底板302，線圈體301固定在圓環底板302上，線圈被封裝于電磁線圈體301中。電磁線圈體301為圓環體，其內側孔與圓環底板302的內側孔位置重合對齊，其外側直徑小于圓環底板302的外側環直徑，以便在圓環底板302邊緣留出緊固孔303的位置，使得線圈座201通過緊固件304剛性固定到底座107，如圖1b所示。
[0030]圖4a和圖4b為吸片202的前視圖和后視圖。
[0031]吸片202包括圓環底板401和管狀突起402，管狀突起402位于圓環底板401的中央位置，吸片202通過花鍵等方式剛性連接到第一關節101的軸114上，該軸114從由第一電磁線圈座201與吸片202彼此配合組成的第一關節鎖定組件108的中心孔中穿過。吸片202由適于電磁吸附的材料制成。
[0032]在不實施關節鎖定的情況下，在關節式坐標測量機的第一關節101處，吸片202的圓環底板401的未被管狀突起402遮住的表面與第一電磁線圈座201的電磁線圈體301的表面之間有大約0.1?0.3mm的間隙，因此吸片202可以隨著軸114相對于底座107自由轉動，也就是說，關節101可以正常轉動。
[0033]若實施關節鎖定，則對第一電磁線圈座201內的線圈通電,第一電磁線圈座201的電磁線圈體301與吸片202的圓環底板401的接觸面彼此吸合。由于線圈座201剛性固定至Ij底座107，并且吸片202剛性連接到關節101的軸114上，因此吸片202被磁性吸附后，軸114就被鎖住，不能相對于底座107轉動，使得關節101的運動不能被傳遞到第二關節102，因此關節101被鎖定。
[0034]圖5a和圖5b為第二關節鎖定組件109的前視圖和后視圖。第二關節鎖定組件109包括彼此配合在一起的第二電磁線圈座501和電磁吸合軸502。第二電磁線圈座501與電磁吸合軸502外形相互配合，通電后即可通過接觸面吸附在一起，組成第二關節鎖定組件109,如圖1b所示。
[0035]下面參考圖6a和圖6b以及圖7a和圖7b詳述第二關節鎖定組件109的第二電磁線圈座501和電磁吸合軸502的結構。
[0036]圖6a和圖6b為第二關節鎖定組件109的電磁吸合軸501的前視圖和后視圖。如6a所示，該吸合軸501主體為圓柱形，但在軸向一端具有光柵位置傳感器，在軸向另一端具有徑向向外突出的片狀突緣601，片狀突緣601 —側表面即為與第二電磁線圈座501吸附的表面。電磁吸合軸501在第二關節102中由軸承115 (見圖1b)固定，所述軸和軸承由關節殼體116封裝起來，而關節殼體116又與軸114固定，使得在第一關節101未鎖定的情況下，第二關節102由軸114帶動轉動。
[0037]圖7a和圖7b為第二關節鎖定組件109的第二電磁線圈座501的前視圖和后視圖，其結構類似于圖3a的第一電磁線圈座201，只是后者已經將線圈封裝固定起來的狀態，前者是沒有放入線圈的狀態。第二電磁線圈座501包括電磁線圈體701和圓環底板702，線圈體701固定在圓環底板702上,線圈被封裝于電磁線圈體701中。電磁線圈體701為圓環體，其內側孔與圓環底板702的中心孔位置重合對齊，其外側直徑小于圓環底板702的外側環直徑，以便在圓環底板702邊緣留出緊固孔的位置，使得線圈座501通過緊固件剛性固定到關節殼體116，如圖1b所示。
[0038]在不實施關節鎖定的情況下，第二關節102的第二關節鎖定組件109中的第二電磁線圈座501與電磁吸合軸502之間有大約0.1?0.3mm的間隙，因此電磁吸合軸501可以相對于關節殼體116自由轉動，從而第二關節102的運動能夠被傳遞到下一關節。
[0039]在實施關節鎖定的情況下，第二電磁線圈座501中的線圈通電，使得第二電磁線圈座501與電磁吸合軸502上的片狀突緣601的接觸面彼此吸合。由于線圈座501剛性固定到關節殼體116，所以電磁線圈座501被鎖定，因此與之吸合的電磁吸合軸502便不能相對于關節殼體116隨意轉動，關節102處于鎖定狀態。
[0040]當然，第一級關節101和第二級關節可以單獨鎖定，也可以一起鎖定，并無限制。另外，本發明不限制彼此配合的電磁線圈座和吸片、以及電磁線圈座和電磁吸合軸的具體結構，只要能夠實現關節的軸被磁性吸合固定即可。
[0041]本發明的磁電式鎖臂裝置具有以下優點:
[0042]1.關節鎖定組件結構簡單緊湊，圍繞關節軸布置且容納于關節內部，不妨礙關節動作，且便于測量機收攏裝箱。
[0043]2.能夠可靠鎖緊和快速方便地解鎖、可在任意位置鎖緊、鎖緊前后無位置錯動。根據本發明，第I級臂110的位置可以可靠固定，而且也可以根據測量范圍的需求，讓第I級臂110的固定位置連續可調并作空間自由運動，具有最大運動范圍及最小力變形，使得第2級臂111和安裝測量頭的第3級臂112最大限度地滿足空間大尺寸測量范圍需要。
[0044]3.提高測量精度，由于坐標測量機的第一和第二關節被鎖定，限制了角度傳感器的轉動，從而減小了該角度傳感器本身存在偏心誤差及轉動產生累積誤差引起的輸出誤差。
[0045]結合這里披露的本發明的說明和實踐，本發明的其他實施例對于本領域技術人員都是易于想到和理解的。說明和實施例僅被認為是示例性的，本發明的真正范圍和主旨均由權利要求所限定。
【權利要求】
1.一種具有磁電式鎖臂裝置的可變臂的關節式坐標測量機，包括:底座、測頭、從底座至測頭逐級布置的六個可旋轉的關節、由六個繞自身軸線可旋轉的關節串聯起來的三段測量臂、以及磁電式鎖臂裝置，關節轉動的角度由其上安裝的高精度圓光柵角度傳感器控制獲得，使得測頭能夠采用任意姿態對被測物品進行測量， 其中所述磁電式鎖臂裝置包括靠近底座布置的第一關節內部設置的第一關節鎖定組件，與第一關節通過第一測量臂彼此連接的第二關節內部設置的第二關節鎖定組件， 在未鎖定時，第一和第二關節可正常轉動， 在第一或第二關節鎖定組件被鎖定時，第一或第二關節鎖定組件通過電磁吸合作用，使得第一或第二關節不能轉動，進而固定靠近底座的第一測量臂和第二測量臂的一端。
2.根據權利要求1所述的關節式坐標測量機，其中所述第一關節鎖定組件包括具有配合在一起的吸附面的第一電磁線圈座和吸片，所述第一電磁線圈座剛性固定到底座，所述吸片剛性連接到第一關節的軸上，該軸從由第一電磁線圈座與吸片彼此配合組成的第一關節鎖定組件的中心孔中穿過。
3.根據權利要求2所述的關節式坐標測量機，其中 所述第一電磁線圈座包括內部設置有線圈的電磁線圈體和圓環底板，所述電磁線圈體固定在圓環底板上，所述電磁線圈體為圓環體，電磁線圈體內側孔與圓環底板的內側孔位置重合對齊，電磁線圈體外側直徑小于圓環底板的外側環直徑，以便在圓環底板邊緣留出緊固孔的位置，使得線圈座通過緊固件剛性固定到底座， 所述吸片包括圓環底板和位于圓環底板的中央位置的管狀突起， 未通電時,所述吸片的圓環底板的未被管狀突起遮住的表面與第一電磁線圈座的電磁線圈體的表面之間保持/J、間隙， 通電時，所述吸片的圓環底板的未被管狀突起遮住的表面與第一電磁線圈座的電磁線圈體的表面彼此吸附貼合在一起。
4.根據權利要求1所述的關節式坐標測量機，其中所述第二關節鎖定組件包括具有配合在一起的吸附面的第二電磁線圈座和電磁吸合軸，第二線圈座剛性固定到與第一關節的軸相連接的第二關節的殼體上，所述電磁吸合軸從第二關節鎖定組件的中心孔中穿過。
5.根據權利要求4所述的關節式坐標測量機，其中 所述電磁吸合軸為圓柱形，在軸向一端具有光柵位置傳感器，在軸向另一端具有徑向向外突出的具有與第二電磁線圈座磁性吸附的表面的片狀突緣， 第二電磁線圈座包括電磁線圈體和圓環底板，電磁線圈體固定在圓環底板上，線圈被封裝于電磁線圈體中，所述電磁線圈體為圓環體，其內側孔與圓環底板的中心孔位置重合對齊，其外側直徑小于圓環底板的外側環直徑，以便在圓環底板邊緣留出緊固孔的位置，使得第二線圈座通過緊固件剛性固定到第二關節殼體， 未通電時，所述電磁吸合軸的片狀突緣與第一電磁線圈座的電磁線圈體的表面之間保持小間隙， 通電時，所述電磁吸合軸的片狀突緣與第一電磁線圈座的電磁線圈體的表面彼此吸附貼合在一起。
6.根據權利要求1所述的關節式坐標測量機，其中所述第一和第二關節鎖定組件能夠單獨鎖定，也可以同時鎖定。
【文檔編號】G01B21/00GK103954246SQ201410108122
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2014年3月21日 優先權日:2014年3月21日
【發明者】郭陽寬, 祝連慶, 潘志康, 李偉仙, 董明利, 婁小平 申請人:北京信息科技大學