专利名称：水平臂式三坐标测量机的制作方法
技术领域：
本发明涉及三坐标测量机，更明确地说，是用于精密测量零件的几何尺寸、形位公差的水平臂式三坐标测量机。
迄今为止的水平臂式三坐标测量机，有一根水平放置在支架上的矩形截面的导轨做为三坐标测量机X向运动的导轨。“ㄇ”形滑座通过主向静压式空气止推轴承和侧向静压式空气止推轴承装在X向导轨上。主立柱固定连接在滑座上，做为三坐标测量机Z向运动导轨。滑架通过静压式空气止推轴承套装在主立柱上。能水平运动(三坐标测量机的Y向)的水平臂通过静压式空气止推轴承装在滑架中。辅助立柱沿Y向与主立柱并列固定在滑座上。中空辅助立柱中装有配重。配重用两根钢丝绳绕过主立柱和辅助立柱上方的滑轮与滑架连接。
X、Y、Z三个方向的运动分别由用伺服电机、减速装置、摩擦轮或钢带传动装置驱动。在X向导轨、主立柱和水平臂上分别装有光栅尺。在水平臂的前端装有测头。
当测头触测零件时，安装在滑座上的X向光栅尺读数头和安装在滑架上的Y向、Z向光栅尺读数头读取光栅位置信号，通过计算机系统处理，得出被测零件的几何尺寸或形状、位置误差结果。
由于滑座为“ㄇ”形结构，只有主向和侧向静压式空气止推轴承，即其X向导轨支承系统不是封闭的。因此，三坐标测量机运动过程中俯仰误差较大。特别是对于大型三坐标测量机，其运动部件的惯量大，对测量精度影响更大。
由于水平臂为悬臂结构，从其支点(静压式空气止推轴承)到水平臂端部的测头为其悬臂长度。此悬臂长度在测量过程中是可变的，因此，在测头端由于水平臂自重和测头重量引起的挠度变形也是可变的，从而影响测量精度。
滑座上的主立柱和辅助立柱沿Y向排列，虽然有利于立柱门架Y向的刚性，但沿X向刚性不好，特别是对于大型三坐标测量机。
水平臂和配重之间由两根钢丝绳绕过立柱门架顶部的滑轮连接。由于两根钢丝绳的张力很难调得一致，水平臂受力不均，也会影响测量精度。
以上诸种原因，造成水平臂式三坐标测量机测量精度不高。
本发明的目的，在于克服上述缺点和不足，提供一种X向采用封闭导轨结构形式，水平臂采用直线导轨形式，测杆长度固定，主立柱与辅助立柱沿X向布置，配重与水平臂之间用一根钢丝绳连接的，从而可较大提高测量精度，同时便于安装、运输的水平臂式三坐标测量机。
为了达到上述目的，本发明水平臂式三坐标测量机由支架，安装在支架上的X向导轨，以静压式空气轴承支承安装在X向导轨上的滑座，安装在滑座上的主立柱和空心的辅助立柱，连接主立柱和辅助立柱顶部使之构成框架结构的金属板，以静压式空气轴承支承安装在主立柱上的水平臂，安装在主立柱和辅助立柱顶部的金属板上的两个滑轮，安装在空心的辅助立柱内用钢丝绳绕过滑轮与水平臂连接的配重，紧固在水平臂上的测杆，装在测杆前端的测头，分别驱动滑座、水平臂、测杆使之分别沿X、Z、Y向运动的伺服电机、减速装置、摩擦轮或钢带传动装置及其电气控制系统，分别安装在X向导轨、主立柱和水平臂上以配合读取X、Z、Y三个方向的位置座标的光栅尺和读数头，与测头和读数头连结以处理测量数据的计算机系统所构成。
X向导轨的横截面为“T”形。安装在X向导轨上的滑座由“ㄇ”形的滑座上体、两块平板形的下板、连接并紧固上体与下板的螺栓和定位销分体构成。把滑座支承安装在X向导轨上的静压式空气轴承由主向静压式空气止推轴承、侧向静压式空气止推轴承和底部静压式空气止推轴承在X向导轨的“T”形横截面的上、下、左、右四个方向构成封闭式导轨支承系统。这种封闭式导轨支承系统有利于减小俯仰误差、提高滑座的运动精度。另外，由滑座上体、下板、螺栓和定位销构成的分体式滑座，便于安装与拆卸、运输。
安装在滑座上的辅助立柱沿X向位于主立柱的后方，主立柱的横截面为“ㄇ”形或“工”字形，其横截面的宽度高度比为2～3。辅助立柱沿X向布置在主立柱的后方，这一X向的框架结构有利于提高其沿X向的刚性。主立柱沿Y向的刚性靠加大主立柱的宽度高度比解决。即使主立柱的宽度(沿Y向的尺寸)大于其高度(沿X向的尺寸)。宽度高度比为2～3时效果最好，其刚性大。主立柱宽度尺寸的加大将增加惯量，为此，将主立柱的横截面设计成“ㄇ”形或“工”字形。
本发明的水平臂由安装在主立柱上并可以沿主立柱上下运动的滑架，以紧固件紧固在滑架上的横梁，连结滑架和横梁的4块腹板，安装在横梁上的两根直线导轨，安装在每根直线导轨上的两个滑块，连接两根直线导轨上的4个滑块并且可以将测杆安装其上的滑板所构成。本发明在Y向采用了两根直线导轨和固定长度的测杆的结构形式，解决了测头处挠度变形不断变化的问题，提高了测量精度。水平臂也采用分体组合式结构，便于安装和运输。
测杆由薄壁金属圆管、将其固定在滑板上的管夹和紧固件构成。薄壁金属圆管搭接在滑板上的部分带有一个平面，或者铣扁，以防止测杆转动。测杆也可由薄壁金属方管或薄壁金属矩形管以及管夹和紧固件构成。方管或矩形管紧固后不会转动。由于测杆的长度在测量过程中是固定不变的，测头处的挠度变形也是固定值，便于计算机修正。
水平臂的配重上侧紧固着两个滑轮。配重用一根钢丝绳绕过主立柱与辅助立柱顶部的金属板上的两个滑轮和配重上的两个滑轮与水平臂连接。单根钢丝绳结构可使水平臂受力均匀，从而可以提高测量精度。
本发明水平臂式三坐标测量机的任务就是这样完成的。
本发明在X向采用了封闭式导轨支承系统和分体式结构滑座，在Y向采用了直线导轨结构和固定长度测杆，在Z向采用了大宽度高度比的主立柱、单根钢丝绳配重和X向辅助立柱等结构，从而提高了X向运动的运动稳定性，减小了测头处挠度变形在测量过程中的改变量，增强了运动部件的刚性，进而提高了水平臂式三坐标测量机的测量精度。和过去的水平臂式三坐标测量机相比，本发明的测量误差减小了5～15%。本发明的滑座、水平臂等部件采用了分体式组合结构，便于安装、调整、拆卸、运输。对于大型三坐标测量机，尤为方便。它可广泛应用于机械零部件的几何尺寸、形位公差的精密测量中。
以下结合实施例及其附图对本发明作更进一步的说明。
图1为本发明实施例1的主视图。
图2为实施例1的左视图。
图3为实施例1X向导轨及滑座的示意图。
图4为实施例1主立柱和辅助立柱的结构示意图。
图5为图4沿A-A的剖视图。
图6为图4的左视图。
图7为实施例1水平臂的主视图。
图8为水平臂的俯视图。
图9为实施例1的测杆及滑板的结构示意图。
图10为实施例2的主立柱的横截面的结构示意图。
图1和图2描述了本发明实施例1的总体结构。支架1、X向导轨2、滑座3、主立柱4、辅助立柱5、金属板6、水平臂7、滑轮11、测杆8、测头9以及配重10、伺服电机、减速装置、摩擦轮或钢带传动装置、电气控制系统、光栅尺、读数头、计算机系统等构成了本发明实施例1。
图3中，实施例1的X向导轨2的横截面为“T”形，滑座3由“ㄇ”形的滑座上体15、两块下板16、螺栓17、定位销18构成。主向静压式空气止推轴承12、侧向静压式空气止推轴承13、底部静压式空气止推轴承14构成封闭式导轨支承系统。
图4中，辅助立柱5沿X向位于主立柱4的后方。
图5中，实施例1的主立柱4的横截面为“ㄇ”形，其宽度B与高度H之比为2。
图6中可以看出，配重10上侧紧固着两个滑轮25，一根钢丝绳24绕过金属板6上的两个滑轮11和两个滑轮25与水平臂7连接。
图7和图8中，实施例1的水平臂7由滑架26、横梁27、4块腹板28、两根直线导轨19、4个滑块20、滑板21构成。测杆8安装在滑板21上。
图9中，实施例1的测杆8由薄壁金属圆管29、将其固定在滑板21上的管夹22和紧固件23构成。薄壁金属圆管29被铣出一个平面30。
图10中，实施例2的主立柱4的横截面为“工”字形。其宽度B和高度H之比为3。
本发明实施例1和实施例2安装、拆卸、运输十分方便。其部件的运动稳定性好，测量精度有较大提高。和过去的水平臂式三坐标测量机比较，误差分别减小了5%和7%。它可广泛应用于机械零部件的几何尺寸、形位公差的精密测量中。
权利要求
1.一种由支架，安装在支架上的X向导轨，以静压式空气轴承支承安装在X向导轨上的滑座，安装在滑座上的主立柱和空心的辅助立柱，连接主立柱和辅助立柱顶部的金属板，以静压式空气轴承支承安装在主立柱上的水平臂，安装在主立柱和辅助立柱顶部的金属板上的两个滑轮，安装在空心的辅助立柱内用钢丝绳绕过滑轮与水平臂连接的配重，紧固在水平臂上的测杆，装在测杆前端的测头，分别驱动滑座、水平臂、测杆使之沿X、Z、Y向运动的伺服电机、减速装置、摩擦轮或钢带传动装置及其电气控制系统，分别安装在X向导轨、主立柱和水平臂上以读取X、Z、Y三个方向的位置座标的光栅尺和读数头，与测头和读数头连结以处理测量数据的计算机系统所构成的水平臂式三坐标测量机，其特征在于所说的X向导轨的横截面为“T”形，安装在X向导轨上的滑座由“ㄇ”形的滑座上体、两块平板形的下板、连接并紧固上体与下板的螺栓和定位销构成，把滑座支承安装在X向导轨上的静压式空气轴承由主向静压式空气止推轴承、侧向静压式空气止推轴承和底部静压式空气止推轴承在X向导轨的“T”形横截面的上、下、左、右四个方向构成封闭式导轨支承系统。
2.按照权利要求1所述的水平臂式三坐标测量机，其特征在于所说的安装在滑座上的辅助立柱沿X向位于主立柱的后方，主立柱的横截面为“ㄇ”形或“工”字形，其横截面的宽度、高度比为2～3。
3.按照权利要求1或2所述的水平臂式三坐标测量机，其特征在于所说的水平臂由安装在主立柱上并可以沿主立柱上下运动的滑架，以紧固件紧固在滑架上的横梁，连结滑架和横梁的4块腹板，安装在横梁上的两根直线导轨，安装在每根直线导轨上的两个滑块，连接两根直线导轨上的4个滑块并且可以将测杆安装其上的滑板所构成。
4.按照权利要求3所述的水平臂式三坐标测量机，其特征在于所说的测杆由薄壁金属圆管、将其固定在滑板上的管夹和紧固件构成，薄壁金属圆管搭接在滑板上的部分带有一个平面。
5.按照权利要求3所述的水平臂式三坐标测量机，其特征在于所说的测杆由薄壁金属方管或薄壁金属矩形管、将其固定在滑板上的管夹和紧固件构成。
6.按照权利要求1或2所述的水平臂式三坐标测量机，其特征在于所说的配重上侧紧固着两个滑轮，配重用一根钢丝绳绕过主立柱与辅助立柱顶部的金属板上的两个滑轮和配重上的两个滑轮与水平臂连接。
7.按照权利要求3所述的水平臂式三坐标测量机，其特征在于所说的配重上侧紧固着两个滑轮，配重用一根钢丝绳绕过主立柱与辅助立柱顶部的金属板上的两个滑轮和配重上的两个滑轮与水平臂连接。
全文摘要
一种水平臂式三坐标测量机。X向导轨为“T”形，滑座为分体式，主向、侧向、底部静压式空气止推轴承构成封闭式导轨支承。辅助立柱位于主立柱X向的后方。主立柱为“”形或“工”字形，宽高比为2-3，水平臂采用了直线导轨。采用单根钢丝绳配重。定长测杆由薄壁金属管构成。其运动稳定性好。刚性强，测量误差减小5-15％，它安装、拆卸、运输方便，可广泛应用于零部件几何尺寸、形位公差的精密测量中。
文档编号G01B11/02GK1067502SQ92106499
公开日1992年12月30日 申请日期1992年5月3日 优先权日1992年5月3日
发明者宋延善, 诸锡荆, 吉永良, 李洪泉, 邹建园 申请人:国营青岛前哨机械厂