本发明涉及测量臂自平衡控制领域，尤其是一种具有自平衡轴的测量臂。
背景技术：
测量臂作为一种精密三维尺寸测量工具广泛应用于模具和零件尺寸和装配检测测量，如逆向工程、造型设计、数模对比等应用中。其结构是由基座、多个运动轴（通常为6-7个）及测头组成，具有体积小，便携式使用，精度高，无限旋转，无死点测量的特点。而运动轴上相对运动的结构又主要包含旋转轴和固定轴两部分。测量臂在旋转测量时，除基座和第一运动轴（即A轴）以外,其他部分的重心位置随被测点位置变化发生相应变化，因而需要通过其平衡轴（即B轴）内的自平衡装置自动平衡重心力矩的变化，将位于测量臂末端的测头稳定定位于测量范围内空间任意位置之后，再用杠杆测头或激光测头进行接触式或非接触式精确测量，然后依据各个运动轴中的位置传感器的反馈位置信息计算获得被测点的精确位置信息。因此测量臂的自平衡装置是实现其精确测量功能的基础。测量臂平衡轴的主要结构包含自平衡装置、轴承机构和角度编码器。由于测量臂体积小的特点，其自平衡装置也是充分利平衡轴的旋转轴和固定轴两部分结构，通过平衡扭簧连接这两个部分来实现相对运动中的自平衡功能。自平衡装置功能的关键就是装置能根据测量臂除基座和第一运动轴以外其他部分的重心在空间位置的变化自动调节平衡扭簧的扭力，以实现旋转轴和固定轴在任意相对位置时平衡扭簧所产生的扭力扭矩与测量臂除基座和被测量轴以外其他部分的重力距之间达到力距平衡。测量臂然后通过同轴连接的位置传感器感应测量位置信息。这样就要求自平衡装置在安装过程中精确安装平衡扭簧才能达到力矩平衡。同时测量臂便携测量的特点要求其体积和重量尽量小。如果自平衡装置体积和重量过大的话，不仅在测量时会占据过大工位，不便移动，同时也不利于测量臂在测量时稳定测头重心位置。而且重量过大也会相应增加平衡扭簧尺寸和扭力规格，同时与平衡扭簧相配套的部件强度也需要得到相应增强。这样就会作为优选增大自平衡装置的体积和重量。传统测量臂（如图10-12）平衡轴解决方案是通过连接轴4依次水平串联自平衡装置1、轴承机构2和角度编码器3，平衡轴旋转轴5与连接轴4通过紧固件7固定连接，轴承机构2位于连接轴4和平衡轴固定轴6之间，通过轴承保证连接轴4与平衡轴固定轴6之间的相对转动。平衡扭簧8安装在平衡轴旋转轴5和平衡轴固定轴6之间。平衡扭簧8的两端分别卡在斜挡块9和平衡轴固定轴6的槽孔内。斜挡块9通过紧固件7与平衡轴旋转轴5固定连接。安装完成时连接轴4穿过平衡扭簧8内圈。由于平衡轴采用水平串联安装方式布置自平衡装置、轴承机构和角度编码器，这导致测量臂平衡轴水平长度较大，增大了平衡轴整体体积和重量，并且也不利于旋转测量时测量臂自身位置的稳定。同时，由于需要在安装过程中精确安装平衡扭簧，以保证旋转轴和固定轴在任意位置时的力矩平衡，而在传统的测量臂解决方案中卡住平衡扭簧的槽孔位置固定，只能通过调整斜挡块来调整平衡扭簧，而旋转轴和固定轴都是相对封闭的结构，这使得安装非常困难，需要经过不断循环拆卸，调整斜挡块位置，然后再安装测试，这样才能找到合适的平衡扭簧安装位置,同时这也造成巨大的人工和时间成本。
技术实现要素：
本发明为了克服上述中存在的问题，提供了能够实现自动力矩平衡，达到稳定重心，缩小体积和重量，降低平衡扭簧的安装难度的测量臂。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种具有自平衡轴的测量臂，包括：固定轴，所述的固定轴为中空结构，固定轴的后侧端面设置有轴向的固定轴环形槽；
转动套，所述的转动套包括与固定轴的后侧端面对应的转动侧盖以及与固定轴轴向平行的上盖弧板；所述的转动侧盖内侧面设置有转动套内凹槽，转动套内凹槽与固定轴环形槽对应；
连接轴，所述的连接轴通过轴承与固定轴旋转连接，连接轴一端部与转动侧盖连接；
平衡扭簧，所述平衡扭簧设置在固定轴环形槽内，平衡扭簧的一端部固定安装于转动套内凹槽内，另一端部与固定轴环形槽连接。
作为优选，所述的平衡扭簧的一端通过设置在转动套内凹槽上的可调扭簧卡箍安装于转动套内凹槽内，另一端通过设置在固定轴环形槽底部的固定扭簧卡箍安装于固定轴环形槽底部。
作为优选，所述的连接轴为中空结构，其外沿为四级同轴心圆柱轴结构，其第四级圆柱轴外沿套接有编码器。
作为优选，所述转动套内侧为三级同轴心中空圆柱，第一级为转动套内凹槽，第二级与第三级设置于上盖弧板内侧。
作为优选，所述的固定轴环形槽的环宽大于平衡扭簧的线径。
作为优选，所述的可调扭簧卡箍为耳形结构，可调扭簧卡箍的尺寸宽度与转动套内凹槽的中空圆柱结构相互匹配。
作为优选，所述固定轴环形槽的内壁面设置有轴承机构套筒，轴承机构套筒为两级中空圆柱孔结构，第一级中空圆柱孔结构与固定轴的中空结构相互匹配。
作为优选，所述的固定扭簧卡箍分为两级，第一级的外形与固定轴环形槽的外壁面相互匹配；第二级的外形与固定轴的外部弧形相互匹配。
作为优选，所述的轴承机构为两个轴承；所述固定轴的中空结构内壁面设置有凸环，两个轴承分别卡合在凸环两侧端。
作为优选，所述转动套与转动侧盖对立的一端设置有封盖；所述上盖弧板的顶部设置有贯穿的运动轴轴套；所述的固定轴底部设置有固定座。
本发明的有益效果是：一种具有自平衡轴的测量臂，连接轴直接串联轴承机构和角度编码器，将轴承机构安装于连接轴与固定轴内轴套之间。平衡扭簧安装在这样使固定轴内外轴套之间。这样可以将轴承机构安装位于平衡扭簧内圈之中，大大缩短了运动轴水平方向的长度，减小了体积和重量。转动套和固定轴在安装平衡扭簧的位置各有一个空槽，通过两个相对独立的扭簧卡箍固定平衡扭簧两端，可以从外部直接完成平衡扭簧的安装和调整，大大降低的安装难度。同时转动套上的条形空槽较长，给与了可调扭簧卡槽加大的调整空间，可以在较大方位内进行调整以达到精确安装平衡扭簧实现扭矩平衡的目的，同时也降低了对平衡扭簧的技术要求，及其制造难度。同时轴承机构套筒采用较软材料为平衡扭簧发生形变是为轴承机构提供保护和缓冲，可以有效保障测量臂在测量使用过程中的精度一致性。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明所述的具有自平衡装置的测量臂平衡轴的整体结构示意图；
图2是本发明所述的具有自平衡装置的测量臂平衡轴的侧部结构示意图；
图3是本发明所述的具有自平衡装置的测量臂平衡轴的正面结构示意图；
图4是本发明所述的具有自平衡装置的测量臂平衡轴的仰视结构示意图；
图5是本发明所述的具有自平衡装置的测量臂平衡轴的正视剖面结构示意图；
图6是本发明所述的具有自平衡装置的测量臂平衡轴的左视剖面结构示意图；
图7是本发明所述的具有自平衡装置的测量臂平衡轴的右视剖面结构示意图；
图8是本发明所述的具有自平衡装置的测量臂平衡轴的可调扭簧卡箍结构示意图；
图9是本发明所述的具有自平衡装置的测量臂平衡轴的固定扭簧卡箍结构示意图；
图10-12为传统测量臂平衡轴结构示意图。
具体实施方式
现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
实施例1
如图1-5所示的一种具有自平衡轴的测量臂，包括：固定轴6，所述的固定轴6为中空结构，固定轴6的后侧端面设置有轴向的固定轴环形槽61；
转动套5，所述的转动套5包括与固定轴6的后侧端面对应的转动侧盖51以及与固定轴6轴向平行的上盖弧板52；所述的转动侧盖51内侧面设置有转动套内凹槽53，转动套内凹槽53与固定轴环形槽61对应；
连接轴4，所述的连接轴4通过轴承机构2与固定轴6旋转连接，连接轴4一端部与转动侧盖51连接；
平衡扭簧8，所述平衡扭簧8设置在固定轴环形槽61内，平衡扭簧8的一端部固定安装于转动套内凹槽53内，另一端部与固定轴环形槽61连接。
所述的平衡扭簧8的一端通过设置在转动套内凹槽53上的可调扭簧卡箍11安装于转动套内凹槽53内，另一端通过设置在固定轴环形槽61底部的固定扭簧卡箍10安装于固定轴环形槽61底部
本实施例中，平衡扭簧的两端部分别与固定轴及转动套连接，通过平衡扭簧扭力变化以实现自动力矩平衡，达到稳定重心，缩小体积和重量，降低平衡扭簧的安装难度。
实施例2
如图1-9所示的一种具有自平衡轴的测量臂，包括：固定轴6，所述的固定轴6为中空结构，固定轴6的后侧端面设置有轴向的固定轴环形槽61；
转动套5，所述的转动套5包括与固定轴6的后侧端面对应的转动侧盖51以及与固定轴6轴向平行的上盖弧板52；所述的转动侧盖51内侧面设置有转动套内凹槽53，转动套内凹槽53与固定轴环形槽61对应；
连接轴4，所述的连接轴4通过轴承机构2与固定轴6旋转连接，连接轴4一端部与转动侧盖51连接；
平衡扭簧8，所述平衡扭簧8设置在固定轴环形槽61内，平衡扭簧8的一端部固定安装于转动套内凹槽53内，另一端部与固定轴环形槽61连接。
所述的平衡扭簧8的一端通过设置在转动套内凹槽53上的可调扭簧卡箍11安装于转动套内凹槽53内，另一端通过设置在固定轴环形槽61底部的固定扭簧卡箍10安装于固定轴环形槽61底部。
所述的连接轴4为中空结构，其外沿为四级同轴心圆柱轴结构，其第四级圆柱轴外沿套接有编码器3。中空4级同轴圆柱轴结构由左至右，从第一级圆柱轴结构至第四级圆柱轴结构的外圆直径大小依次减小，这样方便梯次安装。连接轴4第一级圆柱轴结构左端面具偶数个均匀分布相对轴心中心对称的螺孔（至少4个）。连接轴4第二级圆柱轴结构和第三级圆柱轴结构参与组成轴承机构2，第三级圆柱轴结构具螺纹，以方便安装轴承机构2时，通过螺纹紧固连接消除轴承游隙。本实施例中，轴承机构2为两个轴承。
所述转动套5内侧为三级同轴心中空圆柱，第一级为转动套内凹槽53，第二级与第三级设置于上盖弧板52内侧。从左至右第一级中空圆柱结构至第三级中空圆柱结构直径依次增大，直径都大于平衡扭簧8外径。平衡扭簧8安装在中空圆柱内。转动套5左端侧壁具偶数个均匀分布相对中空圆柱轴心中心对称的沉头孔（至少4个）。沉头孔数量和位置与连接轴4第一级中空圆柱左端面螺孔的数量和位置相一致。转动套5第一级中空圆柱结构侧面有一个空槽。空槽两侧各有1个以上的螺孔，可调扭簧卡箍11通过紧固件7与连接轴4第一级中空圆柱固定连接。转动套5第二级中空圆柱结构直径略大于固定轴6外轴套直径。
所述的固定轴环形槽61的环宽大于平衡扭簧8的线径。
所述的可调扭簧卡箍11为耳形结构，可调扭簧卡箍11的尺寸宽度与转动套内凹槽53的中空圆柱结构相互匹配。以便安装到转动套5第一级中空圆柱结构空槽中。可调扭簧卡箍11下端侧面为月尖形状，内侧弧形与转动套5外部弧形相匹配，可调扭簧卡箍11两端具各具两个贯穿沉头孔，位置与转动套5第一级中空圆柱结构空槽两端的螺孔位置一致。可调扭簧卡箍11内侧具一个开口朝向平衡扭簧8末端的空槽，空槽与下端之间具一个阶梯，方便安装定位到转动套5第一级中空圆柱结构侧面的空槽。空槽宽度略大于平衡扭簧8线径。空槽长度可依据实测测量臂除基座和固定轴以外其他部分的重力力矩进行精确加工，安装时将平衡扭簧8的一端卡在空槽内，直接用紧固件7拧紧固定即可实现平衡扭簧8形变产生的力矩与测量臂除基座和轴以外部分重力力矩间的平衡。
所述固定轴环形槽61的内壁面设置有轴承机构套筒12，轴承机构套筒12为两级中空圆柱孔结构，第一级中空圆柱孔结构与固定轴6的中空结构相互匹配。轴承机构套筒12的外径小于平衡扭簧8的内圆直径，较大直径中空圆柱孔的第一级内圆直径略大于固定轴6内轴套外圆直径，较小直径中空圆柱孔的第二级端面具有至少1个均匀分布、相对于轴心中心对称的贯穿沉头孔，位置和数量与固定轴6内轴套左端面的螺孔位置和数量一致。轴承机构套筒12采用较软的材料，表面光滑，在平衡扭簧8发生形变时为固定轴6内轴套提供缓冲保护，防止应平衡扭簧8发生形变时挤压固定轴6内轴套造成变形，同时减小平衡扭簧8与轴承机构套筒12接触时的摩擦力，从而保证测量臂旋转测量时的定位精度。
所述的固定扭簧卡箍10分为两级，第一级的外形与固定轴环形槽61的外壁面相互匹配；第二级的外形与固定轴6的外部弧形相互匹配。第一级具一个开口朝向平衡扭簧8末端的空槽，空槽宽度略大于平衡扭簧8线径。第二级为弧形结构，面积大于固定轴6外轴套的空槽。第二级内侧弧形与固定轴6外部弧形相匹配，固定扭簧卡箍10第二级边缘具三个贯穿沉头孔，位置与固定轴6空槽周围的螺孔位置和数量一致。安装时固定扭簧卡箍10通过紧固件7安装固定在固定轴6空槽处，通过第一级的空槽卡住平衡扭簧8的右端。
所述的轴承机构2为两个轴承；所述固定轴6的中空结构内壁面设置有凸环，两个轴承分别卡合在凸环两侧端。其中，固定轴6安装自平衡装置的部分为右端相连的两个同轴心的轴套，两个同轴心的轴套之间形成了固定轴环形槽61。内轴套参与组成轴承机构2。内轴套内圆面安装轴承部分为的三级中空同轴心圆柱孔结构，由左至右，第一级中空圆柱孔结构和第三级中空圆柱孔结构直径相等，略大于所用轴承的外圈外圆直径。两个轴承分别安装固定轴6内轴套第一级中空圆柱孔结构与连接轴4第二级圆柱轴结构之间，和第三级中空圆柱孔结构与连接轴4第二级圆柱轴结构之间。内轴套左端面具两个以上均匀分布相对轴心中心对称的螺孔。外轴套外圆直径略小于转动套5第二级中空圆柱结构直径，外轴套内圆直径等于转动套5第一级中空圆柱结构直径，大于平衡弹簧8外圆直径。平衡弹簧8安装在固定轴6内外轴套之间的固定轴环形槽61内。固定轴6外轴套在靠近平衡弹簧8右端位置有一个空槽，空槽周围具三个等腰三角分布的螺孔。
所述转动套5与转动侧盖51对立的一端设置有封盖54；所述上盖弧板52的顶部设置有贯穿的运动轴轴套55；所述的固定轴6底部设置有固定座62。
本发明中，连接轴直接串联轴承机构和角度编码器，将轴承机构安装于连接轴与固定轴内轴套之间。平衡扭簧安装在这样使固定轴内外轴套之间。这样可以将轴承机构安装位于平衡扭簧内圈之中，大大缩短了平衡轴水平方向的长度，减小了体积和重量。转动套和固定轴在安装平衡扭簧的位置各有一个空槽，通过两个相对独立的扭簧卡箍固定平衡扭簧两端，可以从外部直接完成平衡扭簧的安装和调整，大大降低的安装难度。同时转动套上的条形空槽较长，给与了可调扭簧卡槽加大的调整空间，可以在较大方位内进行调整以达到精确安装平衡扭簧实现扭矩平衡的目的，同时也降低了对平衡扭簧的技术要求，及其制造难度。同时轴承机构套筒采用较软材料为平衡扭簧发生形变是为轴承机构提供保护和缓冲，可以有效保障测量臂在测量使用过程中的精度一致性。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。