一种平行双关节坐标测量机转动臂变形综合测量装置制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种平行双关节坐标测量机转动臂变形综合测量装置，是一种对平行双节坐标测量机转动臂在测量过程中产生的动态挠曲变形和扭转变形进行实时、综合测量的装置。该装置通过在转动臂上下两侧对称各安装一套激光发射源和光学位置敏感探测器，实现转动臂挠曲变形和扭转变形的综合测量。结合数据采集卡和编制的上位机软件，可以实时测量转动臂的变形误差。本发明装置结构紧凑，安装方便，对测量臂及平行双节坐标测量机本身的影响较小，可以实时、综合测量平行双关节坐标测量机转动臂变形误差，通过误差补偿提高平行双关节坐标测量机的测量精度。
【专利说明】一种平行双关节坐标测量机转动臂变形综合测量装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及转动臂测量装置领域，具体为一种平行双关节坐标测量机转动臂变形综合测量装置。
【背景技术】
[0002]平行双关节坐标测量机属于非正交系坐标测量系统，与传统正交系三坐标测量机相比，具有结构简单、体积小、重量轻、易于安装和对环境条件要求低等优点，可以在车间环境下使用。平行双关节坐标测量机的缺点在于其测量精度低于正交系坐标测量机。为了提高平行双关节坐标测量机的测量精度，需要对其测量误差进行检测和补偿。平行双关节坐标测量机的构件变形误差是阻碍平行双关节坐标测量机测量精度提高的一个重要误差来源。对该坐标测量机构件变形误差进行测量，可以通过误差补偿方式提高平行双关节坐标测量机的测量精度。
[0003]平行双关节坐标测量机转动臂的其中一端通过转动副联接可转动的关节臂和测头，相邻关节臂和测头在测量过程中会对转动臂施加重力和弯矩，使转动臂产生挠曲和扭转变形。由于转动臂相邻的关节臂和测头在测量过程中会不断转动，即在测量过程中会对转动臂施加不同的重力和弯矩，使转动臂的挠曲和扭转变形相应不断变化。因此，需要对转动臂的动态挠曲变形和扭转变形进行综合、实时在线检测以及补偿。
[0004]转动臂的挠曲变形和扭转变形可以分别看成转动臂本身的俯仰角误差和滚转角误差，可以利用测量机构俯仰角误差和滚转角误差的方法对转动臂的挠曲变形和扭转变形进行测量。现有的俯仰角误差和滚转角误差测量方法主要针对机床或三坐标测量机导轨的结构误差进行测。其中，导轨的俯仰角误差主要采用激光干涉仪直接进行测量。导轨的滚转角误差测量较为复杂，多采用偏振激光测量法进行测量，该滚转角误差测量方法不仅光路复杂、测量元件多，而且对测量环境要求较高。由于平行双关节坐标测量机转动臂本身结构尺寸较小，要求测量装置结构简单、重量轻、安装方便。结合对测量装置的变形误差实时测量要求和综合测量要求，目前还没有一种很好的测量装置或方法来实时、综合测量平行双关节坐标测量机转动臂的变形误差。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是提供一种平行双关节坐标测量机转动臂变形综合测量装置，以满足平行双关节坐标测量机转动臂变形误差测量需求。
[0006]为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为:
[0007]—种平行双关节坐标测量机转动臂变形综合测量装置，其特征在于:包括有转动臂，所述转动臂左端顶部安装有上光学自准直镜头，左端底部安装有下光学自准直镜头，转动臂右端顶部安装有上光学位置敏感探测器，右端底部安装有下光学位置敏感探测器，所述上光学自准直镜头与上光学位置敏感探测器位置对应并处于同一水平线上，下光学自准直镜头与下光学位置敏感探测器位置对应并处于同一水平线上，还包括有激光二极管驱动电路、激光二极管、电流/电压转换电路、数据采集卡、上位机，所述激光二极管电接入激光二极管驱动电路，由激光二极管驱动电路驱动激光二极管发光，且激光二极管通过分别耦合至上、下光学自准直镜头的光纤与上、下光学自准直镜头光学连接，所述上、下光学位置敏感探测器分别接入电流/电压转换电路输入端，电流/电压转换电路的输出端与数据采集卡输入端连接，数据采集卡输出端与上位机连接；
[0008]激光二极管的出射光通过光纤分别传输至上、下光学自准直镜头，经过上、下光学自准直镜头准直后，对应传输至上、下光学位置敏感探测器，上、下光学位置敏感探测器接收到光信号后分别产生电流位置信号，电流/电压转换电路分别采集上、下光学位置敏感探测器的电流位置信号并分别转换成电压位置信号后，将电压位置信号传输至数据采集卡，数据采集卡对电流/电压转换电输出的电压位置信号进行模数转换，并将模拟电压位置信号采集存储到上位机，上位机通过对模拟电压位置信号进行数据处理，计算得到转动臂的挠曲变形量和扭转变形量。
[0009]所述的一种平行双关节坐标测量机转动臂变形综合测量装置，其特征在于:所述上、下光学自准直镜头在转动臂左端顶部、底部安装位置为对称关系。
[0010]所述的一种平行双关节坐标测量机转动臂变形综合测量装置，其特征在于:所述上、下光学位置敏感探测器在转动臂右端顶部、底部安装位置为对称关系。
[0011]本发明是为了对平行双关节坐标测量机转动臂的挠曲变形误差和扭转变形误差进行实时、综合测量，通过测量得到的变形误差值对测量机测量结果进行修正，可以提高平行双关节坐标测量机的测量精度。本发明通过在转动臂上下两侧对称位置各安装一套激光发射源和光位置敏感探测器，能够同时检测转动臂的挠曲变形和扭转变形。本发明通过采用数据采集卡将光位置敏感探测器的输出信号不断的采集到上位机软件内进行处理，可以实时得到转动臂的综合变形误差，并且对该综合变形误差进行实时补偿，可以进一步提高平行双关节坐标测量机的测量精度。
[0012]本发明的有益效果体现在:
[0013]1、本发明通过在平行双关节坐标测量机转动臂上下两侧分别安装一套激光发射源和光位置敏感探测器位置探测器，能够同时检测转动臂的挠曲变形和扭转变形，实现了转动臂变形的综合测量。
[0014]2、本发明采用数据采集卡以及配套编制的上位机软件对光位置敏感探测器的输出信号进行实时采集处理，可以实时测量转动臂变形量。利用测量得到的转动臂变形误差可以对平行双关节坐标测量机的测量结果进行实时补偿，由此提高该测量机的测量精度。
[0015]3、本发明装置结构紧凑，对转动臂以及平行双关节坐标测量机产生附加影响小，采用激光二极管、光纤、光学自准直镜头和光位置敏感探测器作为主要检测元件，其中仅有光学自准直镜头和光位置敏感探测器是安装在测量臂上的测量元件。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1为本发明装置结构组成示意图。
[0017]图2为平行双关节坐标测量机转动臂受力变形示意图。
[0018]图3为光位置敏感探测器上激光光源入射点坐标示意图。【具体实施方式】
[0019]如图1所示。一种平行双关节坐标测量机转动臂变形综合测量装置，包括有转动臂1，转动臂I左端顶部安装有上光学自准直镜头2，左端底部安装有下光学自准直镜头3，转动臂I右端顶部安装有上光学位置敏感探测器4，右端底部安装有下光学位置敏感探测器5，上光学自准直镜头2与上光学位置敏感探测器4位置对应并处于同一水平线上，下光学自准直镜头3与下光学位置敏感探测器5位置对应并处于同一水平线上，还包括有激光二极管驱动电路6、激光二极管5、电流/电压转换电路9、数据采集卡10、上位机11，激光二极管7电接入激光二极管驱动电路6，由激光二极管驱动电路6驱动激光二极管发光7，且激光二极管7通过分别耦合至上、下光学自准直镜头2、3的光纤与上、下光学自准直镜头2、3光学连接，上、下光学位置敏感探测器4、5分别接入电流/电压转换电路9输入端，电流/电压转换电路9的输出端与数据采集卡10输入端连接，数据采集卡10输出端与上位机11连接；
[0020]激光二极管7的出射光通过光纤8分别传输至上、下光学自准直镜头2、3，经过上、下光学自准直镜头2、3准直后，对应传输至上、下光学位置敏感探测器4、5，上、下光学位置敏感探测器4、5接收到光信号后分别产生电流位置信号，电流/电压转换电路9分别采集上、下光学位置敏感探测器4、5的电流位置信号并分别转换成电压位置信号后，将电压位置信号传输至数据采集卡10，数据采集卡10对电流/电压转换电输出的电压位置信号进行模数转换，并将模拟电压位置信号采集存储到上位机11，上位机11通过对模拟电压位置信号进行数据处理，计算得到转动臂的挠曲变形量和扭转变形量。
[0021]上、下光学自准直镜头2、3在转动臂I左端顶部、底部安装位置为对称关系。
[0022]上、下光学位置敏感探测器4、5在转动臂I右端顶部、底部安装位置为对称关系。
[0023]如图1所示，本发明包括有转动臂1，安装在转动臂I上端两侧相互对应的上光学自准直镜头2和上光学位置敏感探测器4，安装在转动臂I下端两侧相互对应的下光学自准直镜头3和下光学位置敏感探测器5，上光学自准直镜头2和上光学自准直镜头3在转动臂I 一端上下的位置对称安装，上光学位置敏感探测器4和下光学位置敏感探测器5在转动臂I另一端上下的位置对称安装。
[0024]如图1所示，本发明一种平行双关节坐标测量机转动臂变形综合测量装置包括激光二极管驱动电路6、激光二极管7和光纤8，激光二极管驱动电路6控制激光二极管7产生两路激光测量光束，两路测量光束分别经过光纤8耦合至上光学自准直镜头2和下光学自准直镜头3处，由上光学自准直镜头2和下光学自准直镜头3分别将调节后的激光测量光束出射到上光学位置敏感探测器4和下光学位置敏感探测器5上。
[0025]如图1所示，本发明一种平行双关节坐标测量机转动臂变形综合测量装置包括电流/电压转换电路9、数据采集卡10和上位机11，电流/电压转换电路9将上光学位置敏感探测器4和下光学位置敏感探测器5输出的电流信号转换为电压信号，数据采集卡10将电流/电压转换电路9转换后的多路电压信号进行采集，数据采集卡10采集得到的信号数据送入上位机11内编制的LabVIEW应用进行处理，得到转动臂I的挠曲变形和扭转变形误差量。
[0026]如图2所示，是平行双关节坐标测量机转动臂受力变形示意图，受相邻关节臂和测头的影响，转动臂I在测量过程中会产生挠曲和扭转两种基本变形。[0027]如图3所示，是光位置敏感探测器上激光光源入射点坐标示意图，当转动臂I产生如图2所示的变形时，上光位置敏感探测器4和下光学位置敏感探测器5上的激光入射点位置就会从零点位置偏移到图3所示的位置，即P1U1, Z1) ,P2 (x2, Z2)位置，这时旋转臂I的挠曲变形δ计算公式如下所示:
【权利要求】
1.一种平行双关节坐标测量机转动臂变形综合测量装置，其特征在于:包括有转动臂，所述转动臂左端顶部安装有上光学自准直镜头，左端底部安装有下光学自准直镜头，转动臂右端顶部安装有上光学位置敏感探测器，右端底部安装有下光学位置敏感探测器，所述上光学自准直镜头与上光学位置敏感探测器位置对应并处于同一水平线上，下光学自准直镜头与下光学位置敏感探测器位置对应并处于同一水平线上，还包括有激光二极管驱动电路、激光二极管、电流/电压转换电路、数据采集卡、上位机，所述激光二极管电接入激光二极管驱动电路，由激光二极管驱动电路驱动激光二极管发光，且激光二极管通过分别耦合至上、下光学自准直镜头的光纤与上、下光学自准直镜头光学连接，所述上、下光学位置敏感探测器分别接入电流/电压转换电路输入端，电流/电压转换电路的输出端与数据采集卡输入端连接，数据采集卡输出端与上位机连接； 激光二极管的出射光通过光纤分别传输至上、下光学自准直镜头，经过上、下光学自准直镜头准直后，对应传输至上、下光学位置敏感探测器，上、下光学位置敏感探测器接收到光信号后分别产生电流位置信号，电流/电压转换电路分别采集上、下光学位置敏感探测器的电流位置信号并分别转换成电压位置信号后，将电压位置信号传输至数据采集卡，数据采集卡对电流/电压转换电输出的电压位置信号进行模数转换，并将模拟电压位置信号采集存储到上位机，上位机通过对模拟电压位置信号进行数据处理，计算得到转动臂的挠曲变形量和扭转变形量。
2.根据权利要求1所述的一种平行双关节坐标测量机转动臂变形综合测量装置，其特征在于:所述上、下光学自准直镜头在转动臂左端顶部、底部安装位置为对称关系。
3.根据权利要求1所述的一种平行双关节坐标测量机转动臂变形综合测量装置，其特征在于:所述上、下光学位置敏感探测器在转动臂右端顶部、底部安装位置为对称关系。
【文档编号】G01B11/16GK103868466SQ201410045989
【公开日】2014年6月18日 申请日期:2014年2月8日 优先权日:2014年2月8日
【发明者】于连栋, 张炜, 董钊, 郑文兴, 夏豪杰, 李鹏, 鲁思颖, 张海燕 申请人:合肥工业大学