专利名称：三维测量机旋转自定心转轴式测头架的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种三维测量机的测头架，尤其属于一种三维测量机旋转自定心转轴式测头架，该测头架主要应用在针式三坐标测量仪上，功能为将针式测头固定在三坐标测量机上，并给于测头各个方向调节、测绘的能力。
背景技术：
目前，数控加工已成为工业化、现代化加工的主要手段，而数控加工编程等流程所需要的三维数模是产品实现的关键，三维数模的来源主要有两个途径第一、产品开发时凭创意与其它相配合零部件构思而得。第二、根据已有产品或手工制作的样品进行逆向扫描，使之成形于三维软件之中并进行适当修改。后一种方案是目前国内外较为主流的作法。
利用三维扫描仪对产品进行逆向扫描造型具有精度高，时效快、对设计人员技能依赖程度低等优点迅速成为产品造型的主要手段，三维扫描仪按工作原理分大致有两种激光扫描和针式扫描。本专利申请主要讨论针式扫描。
1、针式扫描的工作原理为针式测头在针间接触工件表面的瞬间，测头内部的触发机构能迅速发出一个脉冲信号，扫描机数显头内的单片机电路立即将当前数显表头内的X、Y、Z三轴坐标值编码后发送往控制计算机，计算机内的扫描驱动程序接收到信号后，将其解码还原为与数显表头触发瞬间相同的三轴坐标并形成一个三维软件可识别的坐标点。当在工件表面采集到足够多的点集后，设计人员就可根据这些点集对产品进行逆向造形或精度检测，当前在汽车行业和一些需要对产品进行高精度检测的行业，针式扫描机应用相当广泛。
在测绘过程中需要不断调整测针方向，使测针轴线大致垂直于被测部位，以达到减小测量误差之目的，由于测针与测头通过螺纹连接，是不可调节的，这就要不断调整测头架的不同关节来组合成所需要的测针方向，本文所述的测头架就是为达到这个使用目的而设计的。
2、其它已有测头架设计缺陷及使用情况国内自主研发生产的针式三维测量机上大多采用的是直杆式测头架(见附图11国产机的测头架部份)，该型测头架包括与横梁连接的摆动关节和转动关节，转动关节下联针式测头，采用两个转动关节来控制方向，虽然有生产容易、技术含量低、成本低的优点，但在实际使用时，需频繁地调整测针方向，造成每次方向调整后测量基准变异，要通过极为繁琐的步骤调整到原来的测绘基准，主要有软件调整和手工输入原基准坐标等方法，按一分钟改变一次测头方向，调整坐标及测头方向花费两分钟计算，大部份的测绘工作需要一天左右时间，对人员的体力消耗和时效浪费是异常严重的。
在国外的针式三维测量机上，目前采用了一种能旋转的测头架(见附图12国外机的测头架部分)，该型测头架包括左右调节机构、固定式连接臂和前后调节机构，左右调节机构和前后调节机构通过固定式连接臂连成一体，前后调节机构通过锁紧螺丝锁在固定式连接臂上；左右调节机构包括转轴和4个调整螺丝，在使用前要校正左右方向采用4个螺丝调整，前后调节机构其前端连接针式测头，它包括螺杆、螺杆限位槽、螺丝、锁紧螺丝、轨道、丝牙和滑块，前后方向采用一个螺丝带动滑块上的丝牙移动，轨道、螺杆限位槽、丝牙要求有极高的加工精度，总体控制误差±0.01MM，但使用时误差调整需要极高的操作技巧，而且需要内六角板手等工具进行，另外在加工制造上需要有大量种类繁多的精密加工、检测设备和严密的精密加工流程才能实现合格产品。由于不得不采用先进的加工设备和加工手段，使产品需要极高的生产加工成本，致使售价达数万元人民币之多。目前国内除部份技术力量雄厚的外资或合资厂商有此加工能力外，大部份国内厂商无法自主生产，需和测头一起进口。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种结构简单、容易精确调节且加工方便的三维测量机旋转自定心转轴式测头架。
本实用新型的目的是这样实现的所述的三维测量机旋转自定心转轴式测头架，包括固定轴、针式测头和测针，其结构特点为还包括前后调整机构、左右移动调节机构和针式测头筒式微调机构，固定轴连接前后调整机构的轴承套耳架，轴承套耳架与左右调节座一端连接，左右调节座另一端连接滑动轴套固定座，滑动轴套固定座与针式测头筒式微调机构连接，针式测头筒式微调机构的滑动轴的前端与针式测头固定连接，针式测头装有测针；所述的前后调整机构包括轴承套耳架、左右调节座转轴和左右调节座，左右调节座一端插入轴承套耳架中且通过左右调节座转轴转动连接，左右调节座转轴另一端通过螺母固定；所述的左右移动调节机构包括左右调节座、调节螺栓支撑轴、左右转轴、左右调整螺栓及滑动轴套固定座，左右调节座另一端设有左右转轴孔及中部位置设有调节螺栓支撑轴让位槽，在调节螺栓支撑轴让位槽的两侧左右调节座上设有直通调节螺栓支撑轴让位槽中的左右调整螺栓孔，在滑动轴套固定座的双耳上与左右调节座的左右转轴孔及中部位置的调节螺栓支撑轴让位槽匹配位置设有左右转轴插入孔和调节螺栓支撑轴插入孔，滑动轴套固定座的双耳夹住左右调节座另一端和中部，左右转轴紧配合穿过左右转轴插入孔和左右转轴孔后另一端并通过螺母固定，调节螺栓支撑轴穿过调节螺栓支撑轴插入孔和调节螺栓支撑轴让位槽后另一端并通过螺母固定，左右调整螺栓分别旋进左右调节座的左右调整螺栓孔中且其前端分别伸入调节螺栓支撑轴让位槽中分别能顶在调节螺栓支撑轴上；所述的针式测头筒式微调机构包括前后调整螺栓、滑动轴、滑动轴套和弹簧，滑动轴套套在滑动轴外，在滑动轴轴向上自外向内设有弹簧套洞内置弹簧，滑动轴的弹簧套洞后端与前后调整螺栓通过螺纹连接，在位于与滑动轴连接的前后调整螺栓尽端的滑动轴上设有方形长槽，相应在套在滑动轴外的滑动轴套相应处设有方形销孔，一方形销插入滑动轴套设有的方形销孔中固定且其前端穿进滑动轴上设有的方形长槽中，前后调整螺栓的前端顶在位于滑动轴中的方形销一侧，方形销另一侧与弹簧另一端接触，弹簧的一端置于滑动轴套洞中的尽端上。
本实用新型的目的还可通过以下技术方案实现的所述的三维测量机旋转自定心转轴式测头架，其特点为轴承套耳架固定在轴承套外，轴承套通过轴承定位在固定轴上且转动连接，固定轴另一端用螺母锁紧。所述的三维测量机旋转自定心转轴式测头架，其特点为弹簧一端置于滑动轴套洞中尽端设有的台阶上，另一端接触于方形销另一侧上。所述的三维测量机旋转自定心转轴式测头架，其特点为滑动轴套固定座与针式测头筒式微调机构的滑动轴套制成一体。所述的三维测量机旋转自定心转轴式测头架，其特点为滑动轴的弹簧套洞后端的内螺纹与前后调整螺栓外螺纹连接。所述的三维测量机旋转自定心转轴式测头架，其特点为针式测头筒式微调机构的滑动轴的前端通过测头固定螺栓与针式测头固定连接。所述的三维测量机旋转自定心转轴式测头架，其特点为左右调节座一端插入轴承套耳架中且左右调节座一端设有的插孔与轴承套耳架两边设有的通孔对准，左右调节座转轴插入轴承套耳架两边的通孔和左右调节座一端设有的插孔中后另一端并通过螺母固定。
本实用新型具有如下特点，本实用新型鉴于上述已有两种产品的使用缺陷，现设计了在原理、结构、加工上完全不同的全新方案，完全克服了上述产品的缺点，使用普通车床，平面磨床，内外圆磨床，快走丝设备以及几百元的生产成本就能使产品完全达到国外产品的指标，而且在操作、调整上全面优越于国外产品，经过持久使用证明，该方案原理确实可行，操作调整方便且故障率为零。另外，在使用调整时无需任何工具即可迅速完成操作。在具体测量机床身上标准校正块的配合下，反复前后、左右几次调整，测针在工作前就可以调节到轴承套的转动轴线上了。当测绘时本实用新型的测头架反复绕固定轴转动，测针尖始终在旋转轴线上，从而达到调向灵活，免于重新设定检测基准的大量工作，加上可调节行程加大很多，对测针及测头中固定元件的加工精度可相应降低很多。具有结构简单、使用方便、调整精度高等特点。
图1为本实用新型的立体结构示意图。
图2为本实用新型的结构示意图。
图3为图2中的A-A剖视结构示意图。
图4为图2中的B向旋转结构示意图。
图5为本实用新型的左右调节座的全剖结构示意图。
图6为图5的D-D剖视结构示意图。
图7为本实用新型的前后调整螺栓的结构示意图。
图8为本实用新型的滑动轴的全剖结构示意图。
图9为本实用新型的滑动轴套的全剖结构示意图。
图10为本实用新型的各主要部件分解分布示意图。
图11为国内现有直杆式测头架的结构示意图。
图12为国外现有的能旋转的测头架的结构示意图。
图中固定轴1，轴承2，轴承套3，轴承套耳架4，轴承5，左右调节座6，调节螺栓支撑轴7，左右转轴8，左右调整螺栓9，前后调整螺栓10，滑动轴11，滑动轴套12，方形销13，弹簧14，滑动轴套固定座15，针式测头16，测针17，测头固定螺栓18，左右调节座转轴19，方形长槽20，左右转轴孔21，调节螺栓支撑轴让位槽22，左右调整螺栓孔23，左右转轴插入孔24，调节螺栓支撑轴插入孔25，插孔26，通孔27，方形销孔28。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本实用新型的结构和工作原理及工作过程进行详细说明如图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7、图8、图9和图10所示，本实用新型的机构为旋转自定心方案，具体结构包括固定轴1、针式测头16和测针17，结构特点为还包括前后调整机构、左右移动调节机构和针式测头筒式微调机构，固定轴1连接前后调整机构的轴承套耳架4，轴承套耳架4通过左右调节座转轴19与左右调节座6一端转动连接并通过左右调节座转轴19另一端的螺母定位，左右调节座6另一端连接滑动轴套固定座15，滑动轴套固定座15与针式测头筒式微调机构连接，针式测头筒式微调机构的滑动轴11的前端通过测头固定螺栓18与针式测头16固定连接，针式测头装有测针17；所述的前后调整机构包括轴承套耳架4、左右调节座转轴19和左右调节座6，左右调节座6一端插入轴承套耳架4中且左右调节座6一端设有的插孔26与轴承套耳架4两边设有的通孔27对准，左右调节座转轴19插入轴承套耳架4两边的通孔27和左右调节座6一端设有的插孔26中后另一端并通过螺母固定，使轴承套耳架4夹紧左右调节座6，调松螺母使左右调节座6绕左右调节座转轴19转动，所述的轴承套耳架4是固定在轴承套3外，轴承套3通过轴承2和轴承5定位在固定轴1上且转动连接于固定轴1，固定轴1的另一端锁螺母，左右调节座6和轴承套耳架4一起能绕固定轴1转动；所述的左右移动调节机构包括左右调节座6、调节螺栓支撑轴7、左右转轴8、左右调整螺栓9及滑动轴套固定座15，左右调节座6另一端设有左右转轴孔21及中部位置设有调节螺栓支撑轴让位槽22，调节螺栓支撑轴让位槽22为长槽型，槽孔的长边比调节螺栓支撑轴7直径大，因而调节螺栓支撑轴7能在调节螺栓支撑轴让位槽22中沿长槽型槽孔的长边左右移动，在调节螺栓支撑轴让位槽22的两侧左右调节座6上设有直通调节螺栓支撑轴让位槽22中的左右调整螺栓孔23，在滑动轴套固定座15的双耳上与左右调节座6的左右转轴孔21及中部位置的调节螺栓支撑轴让位槽22匹配位置设有左右转轴插入孔24和调节螺栓支撑轴插入孔25，滑动轴套固定座15的双耳夹住左右调节座6另一端和中部，左右转轴8紧配合穿过左右转轴插入孔24和左右转轴孔21后另一端并通过螺母固定，用螺母锁紧时是适宜锁紧这样才能使调节左右调整螺栓9使滑动轴套固定座15绕左右转轴8转动，等转动到位再全锁紧；调节螺栓支撑轴7穿过调节螺栓支撑轴插入孔25和调节螺栓支撑轴让位槽22后另一端并通过螺母固定，左右调整螺栓9分别旋进左右调节座的左右调整螺栓孔23中且其前端分别能顶在调节螺栓支撑轴7上，通过调整左右调整螺栓9相对旋进入调节螺栓支撑轴让位槽22的距离达到移动调节螺栓支撑轴7而使滑动轴套固定座15移动，从而达到调节针式测头左右移动量最终达到调节对中目的；所述的针式测头筒式微调机构包括前后调整螺栓10、滑动轴11、滑动轴套12、滑动轴套12上的方形销13、弹簧14、滑动轴11上的方形长槽20和滑动轴套12上的方形销孔28，滑动轴套12套在滑动轴11外，在滑动轴11轴向上自外向内设有弹簧套洞内置弹簧14，一般弹簧14里端作用于滑动轴11套洞中尽端设有的台阶上，弹簧14另一端顶在方形销13上，滑动轴11的弹簧套洞后端的内螺纹与前后调整螺栓10外螺纹连接，前后调节螺栓10上的外螺纹或螺牙与滑动轴11尾部的内螺纹或螺牙相配且螺纹连接，前后调节螺栓10的前端顶在滑动轴套12上的方形销13上，滑动轴11的前端通过测头固定螺栓18与针式测头16固定连接，滑动轴11的前端也通过其它通用的连接件与针式测头16固定连接，针式测头装有测针17，在位于与滑动轴11连接的前后调整螺栓10尽端的滑动轴11上设有方形长槽20，相应在套在滑动轴11外的滑动轴套12相应处设有方形销孔28，一方形销13插入滑动轴套12设有的方形销孔28中固定且其前端穿进滑动轴11上设有的方形长槽20中，从而方形长槽20只能套在方形销13中前后移动，不能转动，方形销形状可以多种多样如栓等结构，只要方形长槽20能套在方形销13中前后移动即可。
具体工作原理为1)本实用新型在使用前必需将测针校正到测头架的旋转轴线上，机构内左右调整机构采用左右调节座6、滑动轴套固定座15、左右转轴8组合，转轴8采用过渡配合(偏紧)与其它两配件连接，完全限制了零件滑动轴套固定座15的移动自由度，滑动轴套固定座15只能绕左右转轴8相对于左右调整座6转动，当转动左右调整座6上的左右调整螺栓9时，推动紧配在滑动轴套固定座15上的调整螺栓支撑轴7移动，滑动轴套固定座15转动，从而使连接在滑动轴套固定座15的测针左右移动达到调节对中目的，由于采用轴固定，以转动代替直接移动调节，从而避免了调节时部件前后窜动，而且两个左右调整螺栓9在调整完毕后可对锁，省略了固定螺丝，避免了锁紧时移位，该方案使左右移动范围扩大到10MM，精度提高到0.005MM。
2)所述的前后移动调节机构由两个活动机构完成，轴承套耳架4和左右调节座6通过左右调节座轴19转动，用于粗调。靠左右调节座转轴19上的螺母产生的摩擦力能控制轴承套耳架4和左右调节座6之间的转动或停止转动。
3)针式测头筒式微调机构的微调工作靠固定在滑动轴套12上的方形销13、前后调整螺栓10、弹簧14、滑动轴11完成。从装配图2和10上可以看出，滑动轴套12为滑动轴11的运动轨道，同时为方形销13的固定座，滑动轴11上开有方形长槽20，方形销穿过其中，使滑动轴11只能移动不能转动。前后调节螺栓10上的螺牙与滑动轴11尾部的螺牙相配且螺纹连接，头部顶在滑动轴套12上的方形销13上，弹簧14一端作用于滑动轴11套洞中尽端的台阶上，另一端顶住且作用于方形销13上，这样形成一个运动趋势弹簧14推动滑动轴11向前运动，滑动轴11带着尾部的前后调节螺栓10紧贴于方形销13上，达到了受力平衡。此时，若前后调整螺栓10朝外松开，弹簧14将推动滑动轴11朝前运动，使前后调整螺栓10继续紧压于方形销13上，测针就朝前调节了。当前后调整螺栓10被朝内旋进时，其上的螺牙带动滑动轴11朝后运动，此时测针朝后调节，弹簧14被压缩，为朝前推动滑动轴11积蓄了能量。不难看出，弹簧14一直处于压缩状态，起到了两个作用A、用于推动滑动轴11朝前运动，省去了前后调整螺栓上的现有技术所用的环形限位槽及一系列消间隙机构，省略零件达到提高精度、方便加工装配之目的。
B、使全部相关零件工作于弹簧压力之中，全部抵消了零件的加工及装配误差，决不产生轴向串动现象。
该调节机构可使前后调整范围达到±20MM之多，精度为±0.005MM。在测量机床身上标准校正块的配合下，反复前后、左右几次调整，测针在工作前就可以调节到轴承套3的转动轴线上了。当测绘时测头架反复绕固定轴1转动，测针尖始终在旋转轴线上，从而达到调向灵活，免于重新设定检测基准的大量工作，加上可调节行程加大很多，对测针及测头中固定元件的加工精度可相应降低很多。
权利要求1.一种三维测量机旋转自定心转轴式测头架，包括固定轴(1)、针式测头(16)和测针(17)，其特征在于还包括前后调整机构、左右移动调节机构和针式测头筒式微调机构，固定轴(1)连接前后调整机构的轴承套耳架(4)，轴承套耳架(4)与左右调节座(6)一端连接，左右调节座(6)另一端连接滑动轴套固定座(15)，滑动轴套固定座(15)与针式测头筒式微调机构连接，针式测头筒式微调机构的滑动轴(11)的前端与针式测头(16)固定连接，针式测头装有测针(17)；所述的前后调整机构包括轴承套耳架(4)、左右调节座转轴(19)和左右调节座(6)，左右调节座(6)一端插入轴承套耳架(4)中且通过左右调节座转轴(19)转动连接，左右调节座转轴(19)另一端通过螺母固定；所述的左右移动调节机构包括左右调节座(6)、调节螺栓支撑轴(7)、左右转轴(8)、左右调整螺栓(9)及滑动轴套固定座(15)，左右调节座(6)另一端设有左右转轴孔(21)及中部位置设有调节螺栓支撑轴让位槽(22)，在调节螺栓支撑轴让位槽(22)的两侧左右调节座(6)上设有直通调节螺栓支撑轴让位槽(22)中的左右调整螺栓孔(23)，在滑动轴套固定座(15)的双耳上与左右调节座(6)的左右转轴孔(21)及中部位置的调节螺栓支撑轴让位槽(22)匹配位置设有左右转轴插入孔(24)和调节螺栓支撑轴插入孔(25)，滑动轴套固定座(15)的双耳夹住左右调节座(6)另一端和中部，左右转轴(8)紧配合穿过左右转轴插入孔(24)和左右转轴孔(21)后另一端并通过螺母固定，调节螺栓支撑轴(7)穿过调节螺栓支撑轴插入孔(25)和调节螺栓支撑轴让位槽(22)后另一端并通过螺母固定，左右调整螺栓(9)分别旋进左右调节座的左右调整螺栓孔(23)中且其前端分别伸入调节螺栓支撑轴让位槽(22)中分别能顶在调节螺栓支撑轴(7)上；所述的针式测头筒式微调机构包括前后调整螺栓(10)、滑动轴(11)、滑动轴套(12)和弹簧(14)，滑动轴套(12)套在滑动轴(11)外，在滑动轴(11)轴向上自外向内设有弹簧套洞内置弹簧(14)，滑动轴(11)的弹簧套洞后端与前后调整螺栓(10)通过螺纹连接，在位于与滑动轴(11)连接的前后调整螺栓(10)尽端的滑动轴(11)上设有方形长槽(20)，相应在套在滑动轴(11)外的滑动轴套(12)相应处设有方形销孔(28)，一方形销(13)插入滑动轴套(12)设有的方形销孔(28)中固定且其前端穿进滑动轴(11)上设有的方形长槽(20)中，前后调整螺栓(10)的前端顶在位于滑动轴(11)中的方形销(13)一侧，方形销(13)另一侧与弹簧(14)另一端接触，弹簧(14)的一端置于滑动轴(11)套洞中的尽端上。
2.根据权利要求1所述的三维测量机旋转自定心转轴式测头架，其特征在于轴承套耳架(4)固定在轴承套(3)外，轴承套(3)通过轴承定位在固定轴(1)上且转动连接，固定轴(1)另一端用螺母锁紧。
3.根据权利要求1或2所述的三维测量机旋转自定心转轴式测头架，其特征在于弹簧(14)一端置于滑动轴(11)套洞中尽端设有的台阶上，另一端接触于方形销(13)另一侧上。
4.根据权利要求1或2所述的三维测量机旋转自定心转轴式测头架，其特征在于滑动轴套固定座(15)与针式测头筒式微调机构的滑动轴套(12)制成一体。
5.根据权利要求1或2所述的三维测量机旋转自定心转轴式测头架，其特征在于滑动轴(11)的弹簧套洞后端的内螺纹与前后调整螺栓(10)外螺纹连接。
6.根据权利要求1或2所述的三维测量机旋转自定心转轴式测头架，其特征在于针式测头筒式微调机构的滑动轴(11)的前端通过测头固定螺栓(18)与针式测头(16)固定连接。
7.根据权利要求1或2所述的三维测量机旋转自定心转轴式测头架，其特征在于左右调节座(6)一端插入轴承套耳架(4)中且左右调节座(6)一端设有的插孔(26)与轴承套耳架(4)两边设有的通孔(27)对准，左右调节座转轴(19)插入轴承套耳架(4)两边的通孔(27)和左右调节座(6)一端设有的插孔(26)中后另一端并通过螺母固定。
专利摘要本实用新型公开了一种三维测量机旋转自定心转轴式测头架，包括固定轴、针式测头和测针，特点为包括前后调整机构、左右移动调节机构和针式测头筒式微调机构，固定轴连接前后调整机构的轴承套耳架，针式测头筒式微调机构的滑动轴的前端与针式测头固定连接，针式测头装有测针。左右调节座与轴承套耳架转动连接达到针式测头的前后调节；当转动左右调整座上的左右调整螺栓时，推动紧配在滑动轴套固定座上的调整螺栓支撑轴移动，滑动轴套固定座转动，从而使连接在滑动轴套固定座的测针左右移动；通过朝内或朝外旋动前后调整螺栓从而拉动滑动轴朝内或朝外移动，而使测针朝后调节或朝前调节。测头架绕固定轴转动，测针尖均在旋转轴线上，调向灵活精确。
文档编号G01B7/016GK2879115SQ20062009501
公开日2007年3月14日 申请日期2006年1月10日 优先权日2006年1月10日
发明者翁清铿 申请人:翁清铿