一种水平臂式三坐标测量划线机

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一种水平臂式三坐标测量划线机\n技术领域\n[0001] 本实用新型涉及测量和划线技术领域，具体的说就是一种水平臂式三坐标测量划线机。\n背景技术\n[0002] 三坐标测量机一种具有可作三个方向移动的探测器，可在三个相互垂直的导轨上移动，此探测器以接触或非接触等方式传送讯号，三个轴的位移测量系统 ( 如光学尺 ) 经数据处理器或计算机等计算出工件的各点坐标(X、Y、Z)及各项功能测量的仪器”。三坐标测量机的测量功能应包括尺寸精度、定位精度、几何精度及轮廓精度等，主要用于零件和部件的尺寸误差和形位误差的测量，对保证产品的质量起着重要的作用。三坐标测量划线机是三坐标测量机的派生产物,它与三坐标测量机有许多共性,二者在机器的性能、工作原理、软件功能、组成部分、传动系统和控制系统等都相似；主要区别是对使用环境要求不高，可在生产车间中使用，还可以完成划线功能。\n[0003] 三坐标测量划线机的机架是安装测量划线机各种构件例如测量或划线装置、校正装置、驱动装置、控制器等的基础，架体的刚度和垂直精度是影响三坐标测量划线机测量精度的主要因素。公知的大型水平臂式三坐标测量划线机的机架是由铸铁底座、立柱、水平臂构成三轴，立柱安装在铸铁导轨的底座上，水平臂垂直于立柱，通常采用全钢结构，通过三轴相互垂直运动来完成空间数据的测量、划线。这种结构虽然能够适用生产中的工作环境，具有较好的刚度，但是构件重量较大，由于自身重力水平臂和立柱容易产生挠曲，影响了测量或划线的精度，另外长久的使用划线装置，也容易导致装置测量精度的降低。\n[0004] 也有的三坐标测量划线仪为了满足运行轻巧，架体上使用了滚动轴承，但这样导致了精度难以达到测量所需要的效果，机械耐磨性能差，其使用划线功能时稳定性比较薄弱，影响使用测量功能。另外，整个机构的加工工艺要求较高，成本较大，不利于目前市场需求。\n实用新型内容\n[0005] 出于上述原因，本实用新型致力于创造一种水平臂式三坐标测量划线机，该测量划线机具有较好的刚度，同时具有较好的精度，并且这种测量划线机包括较高的可重复性。\n[0006] 本实用新型采用的技术方案是：一种水平臂式三坐标测量划线机，包括立柱、水平臂、底座、控制装置、位移传感器装置，测量仪器或划线仪器设置在水平臂面向测量物体的那一端，其特征在于：所述底座为安装在平台上的两套相互平行的X向直线滑轨，X向直线滑轨的滑块上部安装有X滑板，构成三坐标测量划线机的X轴。\n[0007] 所述立柱通过X滑板连接于X轴，立柱安装有两套相互平行且垂直于X轴的Z轴直线滑轨，Z轴直线滑轨的滑块上安装有Z滑板，构成三坐标的Z轴。\n[0008] 所述水平臂侧面安装有Y向侧直线滑轨，底面安装有Y轴移动正直线滑轨，Z滑板上安装底部带有加宽部分的Y滑板，水平臂通过Y向侧直线滑轨和Y轴移动正直线滑轨的滑块连接在Y滑板上且垂直于Z轴，构成三坐标的Y轴。\n[0009] 所述控制装置包括分别位于X滑板、Y滑板、Z滑板上的移动微调轴传动机构和锁紧机构，还包括位于Z轴直线滑轨之间且平行于Z轴直线滑轨的传动光杆。\n[0010] 所述位移传感器装置包括位于底座上平行于X轴安装的X轴光栅、位于立柱上平行于Z轴安装的Z轴光栅、位于水平臂上平行于Y轴安装的Y轴光栅。\n[0011] 所述水平臂空心立方体，水平臂的两端盖之间安装有Y轴水平臂内部调节加固方管和用于调节水平臂挠度的若干根水平臂拉杆，水平臂远离测量或划线仪器的一端端盖上设有用于调整水平臂拉杆拉力大小的调节螺丝，靠近测量或划线仪器的一端端盖上设有拉紧螺帽。水平臂由铝制成，优选表面经过硬质阳极化处理的高强度航空铝。\n[0012] 传动光杆通过Z传动光杆下固定座和Z传动光杆上固定座安装在立柱上，靠近测量或划线仪器的一端端盖上设有测量或划线仪器的固定调节垂直治具。\n[0013] 所述位于X滑板上的移动微调轴传动机构包括X微调手轮、X微调轴、X轴微调组合治具，X轴微调组合治具位于X滑板上，X微调手轮固定在X微调轴上，X微调轴穿过X轴微调组合治具且与X向直线滑轨侧壁紧密接触，旋转X微调手轮时利用X微调轴与X向直线滑轨侧壁的摩擦力实现X滑板移动。\n[0014] 所述位于X滑板上的锁紧机构包括X锁紧手轮、X锁紧轴、X锁紧固定治具，X锁紧固定治具位于X滑板上，X锁紧手轮固定在X锁紧轴上，X锁紧轴穿过X锁紧固定治具，X锁紧轴的表面和X锁紧固定治具内部设有相互适应的螺纹，旋转X锁紧手轮时X锁紧轴穿过X锁紧固定治具与底座接触实现X滑板锁紧。\n[0015] 所述位于Y滑板上的移动微调轴传动机构包括Y轴微调手轮、Y微调轴、Y轴微调固定治具，Y轴微调固定治具位于Y滑板上，Y轴微调手轮固定在Y微调轴上，Y微调轴穿过Y轴微调固定治具且与Y向侧直线滑轨侧壁紧密接触，旋转Y轴微调手轮时利用Y微调轴与Y向侧直线滑轨侧壁的摩擦力实现水平臂移动。\n[0016] 所述位于Y滑板上的锁紧机构包括Y轴锁紧手轮、Y轴锁紧轴、Y轴锁紧固定治具，Y轴锁紧固定治具位于Y滑板上，Y轴锁紧手轮固定在Y轴锁紧轴上，Y轴锁紧轴穿过Y轴锁紧固定治具，Y轴锁紧轴的表面和Y轴锁紧固定治具内部设有相互适应的螺纹，旋转Y轴锁紧手轮时Y轴锁紧轴穿过Y轴锁紧固定治具与水平臂接触实现Y滑板锁紧。\n[0017] 所述位于Z滑板上的移动微调轴传动机构包括Z轴微调手轮、Z微调轴、Z轴微调固定治具，Z轴微调固定治具位于Z滑板上，Z轴微调手轮固定在Z微调轴上，Z微调轴穿过Z轴微调固定治具且与Z传动光杆侧壁紧密接触，旋转Z轴微调手轮时利用Z微调轴的摩擦力实现Z滑板移动。\n[0018] 所述位于Z滑板上的锁紧机构包括Z轴锁紧手轮、Z锁紧轴、Z轴锁紧固定治具，Z轴锁紧固定治具位于Z滑板上，Z轴锁紧手轮固定在Z锁紧轴上，Z锁紧轴穿过Z轴锁紧固定治具，Z锁紧轴的表面和Z轴锁紧固定治具内部设有相互适应的螺纹，旋转Z轴锁紧手轮时Z锁紧轴穿过Z轴锁紧固定治具与立柱接触实现Z滑板锁紧。\n[0019] Z轴微调固定治具上还固定有用于增加Z微调轴与Z传动光杆之间摩擦力的夹紧装置。\n[0020] 所述为立柱空心结构，其横截面可以为“口”字形或“工”形，也可以为其它结构。\n立柱内设有配重块，立柱的顶端设有Z配重滑轮，配重块、Ｚ滑板通过配重钢丝绳与Z配重滑轮相连接。立柱的材质为铝，优选表面经过硬质阳极化处理的高强度航空铝制。\n[0021] 所述立柱上设有起防尘作用的防尘罩、水平臂钣金罩、顶盖。\n[0022] 所述立柱的顶端与X滑板的相邻两个边之间还设有增加立柱稳定性的侧斜拉支撑杆和后斜拉支撑杆。\n[0023] X滑板的一侧设有用于方便放置线路、防止线路缠绕的X轴拖链，Z滑板的一侧设有Z轴拖链。\n[0024] Z滑板与Y滑板之间设有可以对其垂直关系进行调节的调整装置。\n[0025] 所述平台为大理石平台，大理石平台底部设有用于调整大理石平台高度的支撑座调整地脚和调整其水平位置的整机大理石调整座。所述平台也可以为检测平台，此时仪器直接安装在检测平台上。\n[0026] 本装置为手动三坐标测量划线机，人工实现三轴快速运动。当测量或划线装置距离待测物体很近时，可以手动调节X滑板、Z滑板、Y滑板上的移动微调传动机构，实现X、Y、Z轴缓慢运动，从而使测量或划线仪器以轻柔的方式触碰到待测量的表面上，从而能够获得精确的测量数据或者进行划线，并且这种架体包括较高的可重复性。当需要制动时，可以手动调节分别位于X滑板、Z滑板、Y滑板上的锁紧机构实现锁紧。本装置也可以在立柱、水平臂、底座上装设电机，制作成自动运行的三坐标测量划线机。\n[0027] 本实用新型在原有的三坐标划线机进行改进，底座可以安装在采用稳定性极高的\n0级大理石平台上，也可以直接安装在检测平台上。立柱、水平臂采用航空铝精密加工，并经过硬质阳极氧化处理，立柱部分采用中空内部悬挂配重，保持Z轴能顺利平衡上下移动，Y轴以水平臂两垂直面各安装两套直线滑轨的方式。水平臂采用中空内部拉杆调节因自重等其他原因而产生的弯曲，三轴均采用高精密直线滑轨，保证了高精度、动态性和长期稳定性，其行进速度可达866mm/s，加速度可达1500mm/s²光栅位移传感器，结构上更简单，降低了加工成本，提高了测量和划线精度。该三坐标测量划线机装置打破现有技术人员的固有思维，提出了一种能够改变现有三坐标测量划线机通过性能低下的新结构产品，其设计合理，能够在降低现有同等规格三坐标测量装置成本的情况下提高通过性能，降低三坐标测量装置的购置成本并提高测量划线效率，从而克服现有技术中的不足。每个轴均采用高精度循环球式双直线滑轨，能够在工业环境应用中确保机器的稳定性和功能的可靠性。每个轴的滑动系统采用三点定位，优化了安装时间和效率，并且避免三个轴之间的机械误差。另外还方便测量人员的操作，降低操作繁琐度和劳动强度。\n附图说明\n[0028] 附图1是三坐标测量划线仪的结构示意图。\n[0029] 附图2是图1的三坐标测量划线仪加上外罩和防尘罩后的结构示意图。\n[0030] 附图3是三坐标划线机立柱部分机构示意图。\n[0031] 附图4是底座部分结构的透视图。\n[0032] 附图5是Z轴配重部分结构示意图。\n[0033] 附图6是水平臂的结构示意图。\n[0034] 附图7是图6的仰视图。\n[0035] 附图8是图6的左视图。\n[0036] 附图9是图6的右视图。\n[0037] 附图10是水平臂内部调节装置结构的示意图。\n[0038] 附图11是X轴锁紧机构结构示意图。\n[0039] 附图12是X轴移动微调轴传动机构结构示意图。\n[0040] 附图13是Y轴移动微调轴传动机构结构示意图。\n[0041] 附图14是Y轴锁紧机构结构的透视图。\n[0042] 附图15是Z轴移动微调轴传动机构结构的透视图。\n[0043] 附图16是Z轴锁紧机构结构的透视图。\n[0044] 其中：1—测量探针；2—水平臂；3—X滑板；4—大理石平台；5—检测平台；6—防尘罩；7—水平臂钣金罩；8—顶盖；9—侧斜拉支撑杆10—X轴拖链；11—Z轴拖链；12—Z滑板；13—Z顶板；14—后斜拉支撑杆；15—Z轴立柱连接板；16—Z传动光杆下固定座；17—Z配重滑轮；18—Z传动光杆上固定座；19—立柱；20—Z传动光杆；21—配重钢丝绳；22—Z轴直线滑轨；23—Z锁紧机构；24—Z轴微调组合；25—Z轴微调固定治具；26—整机大理石调整座；27—X轴微调组合治具；28—支撑座调整地脚29—X轴光栅；30—X向直线滑轨；\n31—X向直线滑轨的滑块；32—X微调手轮；33—X锁紧固定治具；34—X锁紧手轮；35—Y轴移动正直线滑轨；36—Y滑板；37—Y轴光栅；38—Y轴移动正直线滑轨的滑块；39—Y轴锁紧机构；40—Y轴传动机构；41—Y轴水平臂右端盖；42—水平臂拉杆 ；43—Y轴拉杆左端调节螺丝；44—Y轴水平臂内部调节加固方管； 45—探针固定调节垂直治具；46—Y向侧直线滑轨；47—Y轴侧滑块；48—Y轴水平臂拉杆焊接螺帽；49—Y轴水平臂左端盖；50—Y轴水平臂右端盖探针固定治具；51—Y轴水平臂右端拉紧螺帽；52—夹紧装置；53—Z微调轴；54—Z轴微调治具轴承；55—Z锁紧轴；56—Z轴锁紧手轮；57—Z轴微调手轮 58—Y轴微调轴；59—Y轴微调固定治具；60—Y轴锁紧手轮61—Y轴锁紧轴；62—Y轴锁紧固定治具；63—Y轴微调手轮；64—滑轮轴；65—配重块；66—X锁紧轴；67— X微调轴；68—Z轴锁紧固定治具；69—下固定托板。\n具体实施方式\n[0045] 下面结合附图对本实用新型作进一步说明。\n[0046] 如图1所示，检测平台5的左侧设有用于安装底座的大理石平台4。底座为两套相互平行的X向直线滑轨，安装在大理石平台4上。两X向直线滑轨的滑块31上安装有X滑板3，构成三坐标测量划线仪的X轴。X滑板3左侧设有X轴拖链10。\n[0047] 立柱19安装在X滑板3上且垂直于底座，立柱19上安装有Z轴直线滑轨22，构成三坐标测量划线仪的Z轴。侧斜拉支撑杆9和后斜拉支撑杆14用于保持Z轴的稳定性。\n[0048] Z滑板12上安装有Y滑板36，水平臂2通过Y向侧直线滑轨的滑块连接在Y滑板\n36上且垂直于Z轴，构成三坐标的Y轴；水平臂2面向检测平台5的一端设有测量探针1。\n[0049] 如图２所示，立柱顶端安装有顶盖8，立柱上设有防尘罩6，Z滑板和X滑板的外侧设有水平臂钣金罩7，三者均起防尘作用。立柱的左侧设有Z轴拖链11。\n[0050] 如图3所示，X滑板3的边上和Z顶板13之间设有侧斜拉支撑杆9和后斜拉支撑杆14；立柱19的上端设有Z传动光杆上固定座18，立柱的下端设有Z传动光杆下固定座\n16，Z传动光杆20装设在Z传动光杆上固定座18和Z传动光杆下固定座16上，Z传动光杆\n20位于Z轴直线滑轨22之间且平行于Z轴直线滑轨22。立柱19的顶端设有Z配重滑轮\n17，立柱与X滑板3之间还设有Z轴立柱连接板15。立柱19上安装有Z轴直线滑轨22。\n[0051] 如图4所示，大理石平台4上安装有两套相互平行的X向直线滑轨30，X向直线滑轨的滑块31上安装有X滑板3，X滑板3上装设有Z轴立柱连接板15，Z轴立柱连接板15的左侧设有X轴移动微调机构，X轴移动微调机构的X微调手轮32通过X轴微调组合治具\n27安装在X滑板3上。Z轴立柱连接板15的左侧X向直线滑轨30上部设有X轴锁紧机构，X轴锁紧机构的X锁紧手轮34通过X锁紧固定治具33安装在X滑板3上。X向直线滑轨\n30的一侧装设有X轴光栅29。大理石平台4放置在整机大理石调整座26上，整机大理石调整座26底部设有支撑座调整地脚28，可以调整大理石平台4的位置。\n[0052] 如图5所示，在立柱内部，Z配重滑轮17的下方设有配重块65，配重块65通过配重钢丝绳21和滑轮轴64与Z滑板12连接，Z滑板12上设有Z轴微调组合24和Z锁紧机构23。Z传动光杆20装设在Z传动光杆上固定座18和Z传动光杆下固定座16上。\n[0053] 如图６所示，水平臂两端设有Y轴水平臂左端盖49和Y轴水平臂右端盖41，Y轴水平臂左端盖49上设有Y轴拉杆左端调节螺丝43，Y轴水平臂左端盖49和Y轴水平臂右端盖41之间设有水平臂拉杆。Y轴水平臂右端盖41上设有Y轴水平臂右端盖探针固定治具50，Y轴水平臂右端盖探针固定治具50上设有探针固定调节垂直治具45，探针固定调节垂直治具45上设有测量探针。水平臂外侧设有Y轴光栅37。Z滑板12上装设有Y滑板\n36，Y滑板36设有Y轴锁紧机构39和Y轴传动机构40。调整水平臂由于重力或其它原因产生的挠曲时，可以拧紧左端调节螺丝43，使水平臂拉杆拉紧，利用Y轴水平臂内部调节加固方管作为支点，带动探针固定调节垂直治具45转动，从而实现微调。\n[0054] 如图6、7、8、9、10所示，水平臂为高强度内部空心航空铝经过表面硬度阳极化处理的空心结构的立方体。Y滑板36的底部加宽部分为下固定托板69。水平臂外侧面上设有Y向侧直线滑轨46，Y向侧直线滑轨的Y轴侧滑块47位于Y滑板36上。水平臂的底面上设有Y轴移动正直线滑轨35，Y轴移动正直线滑轨的滑块38位于Y滑板36的下固定托板上。水平臂右端盖上设有Y轴水平臂拉杆焊接螺帽48。水平臂内部设有Y轴水平臂内部调节加固方管 44。水平臂通过Y滑板36与Z滑板活动连接，设有可以调节X、Z方向相互垂直度的调整装置。\n[0055] Y轴水平臂左端盖49和Y轴水平臂右端盖41之间设有水平臂拉杆42、Y轴水平臂内部调节加固方管 44，Y轴水平臂左端盖49上设有Y轴拉杆左端调节螺丝43，Y轴水平臂右端盖41上设有Y轴水平臂右端拉紧螺帽51。\n[0056] 如图11所示，所述位于X滑板上的锁紧机构包括X锁紧手轮34、X锁紧轴66、X锁紧固定治具33，X锁紧固定治具33位于X滑板3上，X锁紧手轮34固定在X锁紧轴66上，X锁紧轴66穿过X锁紧固定治具33，X锁紧轴66的表面和X锁紧固定治具33内部设有相互适应的螺纹，旋转X锁紧手轮34时X锁紧轴66穿过X锁紧固定治具33与底座接触实现X滑板锁紧。\n[0057] 如图12所示，所述位于X滑板上的移动微调轴传动机构包括X微调手轮32、X微调轴67、X轴微调组合治具27，X轴微调组合治具27位于X滑板3上，X微调手轮32固定在X微调轴67上，X微调轴67穿过X轴微调组合治具27且与X向直线滑轨30侧壁紧密接触，旋转X微调手轮32时利用X微调轴67与X向直线滑轨侧壁的摩擦力实现X滑板移动。\n[0058] 如图13所示，所述位于Y滑板上的移动微调轴传动机构包括Y轴微调手轮63、Y微调轴58、Y轴微调固定治具59，Y轴微调固定治具59位于Y滑板上，Y轴微调手轮63固定在Y微调轴58上，Y微调轴58穿过Y轴微调固定治具59且与Y向侧直线滑轨侧壁紧密接触，旋转Y轴微调手轮时利用Y微调轴的摩擦力实现水平臂移动。\n[0059] 如图14所示，所述位于Y滑板上的锁紧机构包括Y轴锁紧手轮60、Y轴锁紧轴61、Y轴锁紧固定治具62，Y轴锁紧固定治具62位于Y滑板上，Y轴锁紧手轮60固定在Y轴锁紧轴61上，Y轴锁紧轴61穿过Y轴锁紧固定治具62，Y轴锁紧轴61的表面和Y轴锁紧固定治具62内部设有相互适应的螺纹，旋转Y轴锁紧手轮60时Y轴锁紧轴61穿过Y轴锁紧固定治具62与水平臂接触实现Y滑板36锁紧。\n[0060] 如图15所示，所述位于Z滑板上的移动微调轴传动机构包括Z轴微调手轮57、Z微调轴53、Z轴微调固定治具25，Z轴微调固定治具25位于Z滑板上，Z轴微调手轮57固定在Z微调轴53上，Z微调轴53穿过Z轴微调固定治具25且与Z传动光杆侧壁紧密接触。\nZ轴微调固定治具25上还固定有夹紧装置52，用于增加Z微调轴53与Z传动光杆侧壁的摩擦力。旋转Z轴微调手轮57时利用Z微调轴53与Z传动光杆侧壁的摩擦力实现Z滑板移动。Z轴微调固定治具25上还可以设有Z轴微调治具轴承54。\n[0061] 如图16所示，所述位于Z滑板上的锁紧机构包括Z轴锁紧手轮56、Z锁紧轴55、Z轴锁紧固定治具68，Z轴锁紧固定治具68位于Z滑板上，Z轴锁紧手轮56固定在Z锁紧轴\n55上，Z锁紧轴55穿过Z轴锁紧固定治具68，Z锁紧轴55的表面和Z轴锁紧固定治具68内部设有相互适应的螺纹，旋转Z轴锁紧手轮56时Z锁紧轴55穿过Z轴锁紧固定治具68与立柱接触实现Z滑板锁紧。\n[0062] 本实用新型解决了目前市场上三坐标划线机的机构不稳定，结构及零部件加工复杂，操作不灵活，成本昂贵等问题。本实用新型可根据不同需求适用于单臂机、双臂机、手动机、自动机等形式的三坐标测量划线机。本实用新型安装的平台可以采用精度稳定的0级大理石平台，立柱和水平臂采用了材质较轻的铝，三轴全用双套直线滑轨，水平臂直线滑轨安装方式采用两相互垂直的两个面进行安装，并在水平臂内部安装可调节拉杆，可用于调节水平臂因自重等其他原因产生的弯曲变形。测量划线机分为底座（X轴）、立柱（Z轴）、水平臂（Y轴）三部分，X、Y、Z三轴相互垂直，配合精密直线滑轨实现了三维方向的运动，达到了三维立体空间的测量和划线功能，应用于较为复杂的三维几何物体的坐标测量和定位划线，可支持各种触发、模拟扫描和非接触光学测头，为各种计量应用提供了优化的精度、效率和方法，尤其适用于大型的机械零部件如汽车、摩托车、挖掘机、轮船发动机、模具的测量和划线。