专利名称：基于3-pss机构的坐标测量机的制作方法
技术领域：
本发明涉及应用于汽车、航空、航天、船舶、机床等以机械精密制造中的测量 机，更具体地说是一种机械零部件空间三维尺寸和形貌的精密检测机械。
背景技术：
三坐标测量机已广泛应用于三维复杂零件的尺寸、形状和相互位置的高精度测 量，以及实物模型数字化和在线质量控制等领域。目前常用三坐标测量机主要包括两 种类型，即笛卡儿坐标系坐标测量机和球面坐标系测量机，也称柔性关节臂三坐标测量 机。此外德国ZEISS公司还推出唯一一款的柱面坐标测量机(也称平行关节三坐标测量 机)。传统的笛卡儿坐标测量机通用性强、测量范围大、精度高、效率高、性能好、能 与柔性制造系统相连接，有“测量中心”之称，但该仪器不便携带，且被测工件尺寸必 须小于测量机的测量空间，价格也十分昂贵。柔性关节臂三坐标测量机虽然是一种便携 式坐标测量系统，部分地弥补了传统测量机的不足和缺陷，但其结构本质上类似于串联 机器人、具有多个关节臂，不可避免地存在较大的传递性的累积误差，为了保证测量精 度，必须严格控制轴系回转精度和选择高精度角度编码器，因此导致加工难度大、制造 成本高，同时，采用串联结构后系统刚度比较差，整体上表现为系统精度难以控制，在 测量空间上表现出精度的不均勻性。并联机构具有刚度好、运动惯量轻、天然的误差平均效应等独特的优点，在并 联机器人、并联机床和MEMS执行器件上已得到非常成熟的应用，但是在坐标测量领 域，并联机构还没有得到很好的应用。
发明内容
本发明是为避免上述现有技术所存在的不足之处，提供一种刚度高、结构简 单、加工装配性好、成本低的基于3-PSS机构的坐标测量机，以实现对零件快速和精确 的三维空间尺寸、形状和相互位置的测量。本发明采用如下技术方案本发明基于3-PSS机构的坐标测量机的结构特点是设置三对移动副_球铰_球铰的并联机构，所述并联机构是在平行设置的一对滚 珠导轨上独立设置三个运动滑块，三个运动滑块分别可沿滚珠导轨自由滑动；所述三个 运动滑块分别通过一端万向节与三对联杆的一端相连，三对联杆的另一端分别通过另一 端万向节与测量动平台共同相连，在所述测量动平台的下平面上安装测头；三个指示光栅分别固连在三个运动滑块上，一根标尺光栅与一对滚珠导轨平行 设置并共同安装在导轨横梁的导轨安装面上；所述导轨横梁呈悬置固连在一对支架上；测量工作平台为一可调整为与滚珠导轨平行的平板。本发明基于3-PSS机构的坐标测量机的结构特点也在于
所述测头采用触发式触头。
所述一端万向节和另一端万向节均采用十字万向节。所述导轨底座横梁上的导轨安装面呈向斜上方45°倾斜。本发明采用手动测量，三个运动滑块为被动构件，操作人员牵引测量动平台和 测头运动，三个运动滑块随动。当测头靠近工件上不同的测量位置时，测量力达到设定 值则测头发出触发信号，由配套设置的计算机系统同步采集位于运动滑块上三个光栅读 数头的水平坐标X1,依据三个水平坐标值(X1X2X3)通过数学模型计算出测头的空间三维坐 标(χ，y，ζ) ο本发明测量模型简单，影响测量精度的误差因素少，且X水平方向可根据测量 需要接长。本发明误差源主要包括滚珠导轨的直线度误差、光栅读数误差、各并联杆 件和万向节加工与装配误差等，这些误差通过标定和高精度测试是可以减小甚至消除， 极大地有利于提高测量精度。本发明有效地体现了并联结构的优点，比如测头运动中惯量轻、系统刚度大、 杆件变形小、测头空间位姿灵活等，并联结构的误差平均效应使得并联结构中构件误差 可互相抵消、补偿。图3所示为并联结构运动学模型的简图，由于每个运动滑块上的两根联杆是完 全相同的，故从数学上可以简化一杆。图3中的Μ、N、P表示的是三个运动滑块的位 置，图中点P(x，y，ζ)为测头的位置，Α(0，0，b)，B(0, a, 0)两点所决定的直线 AB沿X方向伸展出一个倾斜的平面，三个运动滑块共面安装在该倾斜的平面上，其中第 一运动滑块和第三运动滑块的位置坐标分别为M(Xl，0，b) ； N(x2, 0，b)，第二运动滑 块的位置坐标为Q(x3，a, 0)。MP, NP分别为第一杆和第三杆，长度为I1; QP为第二 杆，长度为12。测量中三个光栅读数头同步采集出M，N，Q的位置(即Xl、x2> x3), 测头的三维坐标P(x，y，ζ)可由下面简单的方程组联立求解。将方程式(1)减式(2)可
以得出P点坐标中，X= ^ix1 + x2)，也就是说测头的χ坐标是两个光栅读数头的平均值，
与在精密测角中用圆光栅对径布置两个读数头取平均值有相同的效果，这就是并联系统 具有天然的误差平均效应的体现，球铰链间隙误差和杆长误差对测量精度的影响从理论 上都表现出类似的平均效应的特点。
权利要求
1.基于3-PSS机构的坐标测量机，其特征是设置三对移动副-球铰-球铰的并联机构，所述并联机构是在平行设置的一对滚珠导 轨(9)上独立设置三个运动滑块(12)，三个运动滑块(12)分别可沿滚珠导轨(9)自由滑 动；所述三个运动滑块(12)分别通过一端万向节(13a)与三对联杆(8)的一端相连，三 对联杆(8)的另一端分别通过另一端万向节(13b)与测量动平台(7)共同相连，在所述测 量动平台(7)的下平面上安装触发式测头(6)；三个指示光栅(11)分别固连在三个运动滑块(12)上，一根标尺光栅(10)与一对滚 珠导轨(9)平行设置并共同安装在导轨横梁(14)的导轨安装面上；所述导轨横梁(14)呈 悬置固连在一对支架(5)上；测量工作平台(4)为一可调整为与滚珠导轨(9)平行的平板。
2.根据权利要求1所述的基于3-PSS机构的坐标测量机，其特征是所述测头(6)采用 触发式触头。
3.根据权利要求1所述的基于3-PSS机构的坐标测量机，其特征是所述一端万向节 (13a)和另一端万向节(13b)均采用十字万向节。
4.根据权利要求1所述的基于3-PSS机构的坐标测量机，其特征是所述导轨底座横梁 (14)上的导轨安装面呈向斜上方45°倾斜。
全文摘要
本发明公开了一种基于3-PSS机构的坐标测量机，其特征是设置三对移动副-球铰-球铰的并联机构，是在平行设置的一对滚珠导轨上独立设置三个运动滑块，三个运动滑块分别可沿滚珠导轨自由滑动；三个运动滑块分别通过一端万向节与三对联杆的一端相连，三对联杆的另一端分别通过另一端万向节与测量动平台共同相连，在测量动平台的下平面上安装测头；三个指示光栅分别固连在三个运动滑块上，一根标尺光栅与一对滚珠导轨平行设置并共同安装在导轨横梁的导轨安装面上；导轨横梁呈悬置固连在一对支架上。本发明刚度高、结构简单、加工装配性好、成本低，可实现对零件快速和精确的三维空间尺寸、形状和相互位置的测量。
文档编号G01B11/00GK102012211SQ20101054181
公开日2011年4月13日 申请日期2010年11月12日 优先权日2010年11月12日
发明者何小辉, 杨佳辉, 胡鹏浩 申请人:合肥工业大学科教开发部