一种坐标测量机及其Z轴模组结构的制作方法

本实用新型涉及坐标测量机床技术领域，具体涉及一种坐标测量机及其z轴模组结构。

背景技术：

目前，市面上的坐标测量机往往使用杆式平衡气缸对z轴(垂直轴)进行平衡，以配合闭环伺服驱动系统进行高精度、高随动性的运动定位，同时配合使用带式传动对负载进行拖动。但是在z轴运动过程中，容易分别受到气缸、传动带连接偏转力的影响，并且传统气缸与带式传动的运动路径难以精确调整至与z轴运动同步，对在高精度设备修正时易产生不利且难以消除的影响。

针对上述已有技术状况，本实用新型申请人做了大量反复而有益的探索，最终产品取得了有效的成果，并且形成了下面将要介绍的技术方案。

技术实现要素：

为此，本实用新型提供了一种坐标测量机及其z轴模组结构，以解决现有技术中测量机z轴的平衡气缸、传动带结构作用时容易产生的z轴所受外力成非固定态势，以及不同外力叠合时精确度不可控的问题。

为了实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种用于坐标测量机的z轴模组结构，包括安装架体以及分别固接在安装架体上的伺服电机、减速机构和平衡气缸，所述减速机构与伺服电机相传动连接，且减速机构上设有同步齿形带，所述平衡气缸的两端分别固接有导向轮组，所述导向轮组上绕设有导向绳索，所述导向绳索上分别设有滑架连接板和预紧机构，所述滑架连接板与滑动设置在安装架体外部的气浮滑架相固接，所述同步齿形带和导向绳索之间设有传动连接板。

进一步地，所述安装架体的顶端一侧设有相传动连接的伺服电机和减速机构，所述安装架体底端一侧设有减速机构，分别位于安装架体顶端和底端的两个减速机构相垂直对应，所述同步齿形带设置在两个减速机构的输出端之间。

进一步地，所述导向轮组上分别设有至少两个带槽的导向轮体，所述导向绳索分别绕设在两组导向轮体上，所述平衡气缸的内部滑动设有气缸活塞，所述气缸活塞上固接有绳索夹套。

进一步地，所述安装架体上在对应同步齿形带和导向绳索的位置设有容置槽，所述同步齿形带和导向绳索设置在容置槽内。

进一步地，所述预紧机构包括预紧螺套和预紧螺纹轴，所述导向绳索的一端穿过预紧螺套外壁延伸至预紧螺套内部，导向绳索的另一端穿过预紧螺纹轴延伸至预紧螺套内部，所述导向绳索的两端分别设有绳索夹头，所述预紧螺套与预紧螺纹轴相螺合。

进一步地，所述导向绳索的两端分别设有卸力轴承，位于导向绳索一端的卸力轴承外圈与预紧螺套内壁固接，位于导向绳索另一端的卸力轴承外圈与预紧螺纹轴固接。

一种具有所述z轴模组结构的坐标测量机。

本实用新型具有如下优点：

1、该装置通过在同步齿形带和平衡气缸之间设置了导向绳索，并利用传动连接板使导向绳索可与同步齿形带实时同步运动，通过对平衡气缸的气压调节可有效平衡z轴悬挂结构的重量，以确保导向绳索的稳定线性运动，使导向绳索上的滑架连接板可带动z轴模组移动部件平稳运行；可通过预紧机构拉紧后的导向绳索的自身刚性可有效克服皮带传动易受偏转力倾斜的问题，以及传统皮带驱动机构易打滑造成测量精确度降低的问题。

2、利用绳索类传动可以有效解皮带类传动，由皮带连接安装不当造成的各种问题，也可以方便的解决由于皮带外形及厚度变化所导致的安装精度受限的问题。可通过增大导向绳索的预紧力提高刚性以减小滑移量。并且通过同步齿形带与导向绳索的连接，实际仍采用同步齿形带对气浮滑架(z轴移动部件)进行驱动，同步带-导向绳复合传动可获得较良好的跟随性，提高测量精度。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。

图1为本实用新型实施例的整体结构示意图；

图2为本实用新型实施例中平衡气缸的外部结构示意图；

图3为本实用新型实施例中平衡气缸与预紧机构的连接结构示意图；

图4为本实用新型实施例中安装架体在位于预紧机构一侧的结构示意图；

图5为本实用新型实施例在图4中a-a处的剖视结构图；

图6为本实用新型实施例在图5中b处的结构放大图；

图7为本实用新型实施例的安装结构示意图；

图8为传统单一带式传动发生偏转时的示意图；

图9为传统单一绳索传动累积误差值的折线图；

图10为同步齿形带-导向绳索复合传动累积误差值的折线图。

图中：安装架体1、容置槽11、伺服电机2、减速机构3、同步齿形带31、平衡气缸4、导向轮组41、导向绳索42、滑架连接板43、导向轮体44、气缸活塞45、绳索夹套46、预紧机构5、预紧螺套51、预紧螺纹轴52、卸力轴承53、绳索夹头54、传动连接板6、气浮滑架7、工作负载71。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本实用新型的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点及功效，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1所示，本实用新型实施例提供了一种用于坐标测量机的z轴模组结构，包括安装架体1、分别固接在安装架体1上的伺服电机2、减速机构3和平衡气缸4，所述减速机构3与伺服电机2相传动连接，且减速机构3上设有同步齿形带31，所述平衡气缸4上设有沿线性运动的导向绳索42，所述导向绳索42上设有用于连接z轴模组移动部件的滑架连接板43，所述同步齿形带31和导向绳索42之间设有传动连接板6，用以利用传动连接板6使导向绳索42可与同步齿形带31实时同步运动，通过对平衡气缸4的气压调节可有效平衡z轴悬挂结构的重量，以确保导向绳索42的稳定线性运动，使导向绳索42上的滑架连接板43可带动z轴模组移动部件平稳运行。还可利用导向绳索42的自身刚性克服皮带传动易受偏转力倾斜的问题，以及传统皮带驱动机构易打滑造成测量精确度降低的问题。具体设置如下：

所述安装架体1的顶端一侧设有相传动连接的伺服电机2和减速机构3，所述安装架体1的底端一侧设有减速机构3，分别位于安装架体1顶端和底端的两个减速机构3相垂直对应，且两个减速机构3的输出端之间设有同步齿形带31，用以通过伺服电机2驱动，并经过两个减速机构3的定向和减速后，使同步齿形带31可适速垂直运行。

如图1-3所示，所述安装架体1的内部设有平衡气缸4，所述平衡气缸4的上下两端分别固接有导向轮组41，所述导向轮组41上分别设有若干带有限位槽的导向轮体44，所述限位槽的宽度与导向绳索42的外径相同，所述导向绳索42分别绕设在两组导向轮体44上，用以使导向绳索42可在导向轮体44的约束作用下始终保持稳定线性运动。所述平衡气缸4的内部滑动设有气缸活塞45，所述气缸活塞45上固接有用于固定导向绳索42的绳索夹套46，使导向绳索42与平衡气缸4内的气缸活塞45相同步，进而实现通过调节平衡气缸4的气压平衡z轴悬挂结构的重量。

所述安装架体1上对应同步齿形带31和导向绳索42位置设有容置槽11，所述同步齿形带31和导向绳索42设置在容置槽11内，所述安装架体1的外部滑动设有气浮滑架7，所述气浮滑架7上固接有工作负载71，通过将同步齿形带31和导向绳索42设置在容置槽11内可不阻碍气浮滑架7在安装架体1上的运动，使整体结构更协调。

如图4-6所示，所述同步齿形带31与导向绳索42之间设有传动连接板6，用以通过同步齿形带31来带动导向绳索42同步运行，所述导向绳索42上还分别固接有滑架连接板43和预紧机构5，所述滑架连接板43与气浮滑架7相固接，用以通过同步齿形带31驱动传动连接板6运动，进而由传动连接板6带动导向绳索42以及导向绳索42上的气浮滑架7运动，利用导向绳索42自身的刚性克服单一同步齿形带31传动带来的偏转外力、打滑问题。

具体地，参考图3，所述预紧机构5包括预紧螺套51和预紧螺纹轴52，所述导向绳索42的一端穿过预紧螺套51外壁延伸至预紧螺套51内部，导向绳索42的另一端穿过预紧螺纹轴52延伸至预紧螺套51内部，所述导向绳索42的两端分别设有绳索夹头54，用以更好地限位导向绳索42的端头，所述预紧螺套51与预紧螺纹轴52相螺合，用以通过旋转调整预紧螺套51与预紧螺纹轴52之间的相对位置，以调节导向绳索42的松紧度和约束力，进而达到导向绳索42的刚度要求与安装要求的平衡。

优选地，所述导向绳索42的两端还分别设有卸力轴承53，位于导向绳索42一端的卸力轴承53外圈与预紧螺套51内壁相固接，位于导向绳索42另一端的卸力轴承53外圈与预紧螺纹轴52相固接，用以通过卸力轴承53实时抵消导向绳索42受到的偏转力，提高导向绳索42带动气浮滑架7时的运动精度。

需要说明的是，所述导向绳索4使用的材质包括但不限于收缩比极小的合金钢质、玻璃纤维绳，所述伺服电机2采用型号为hc-h102t的闭环伺服电机。

参考图8，常用同步齿形带理论的连接及位置形式其运动长轴虚拟轴线应与垂直轴运动轴线平行，其自身运动时的偏移和偏角均应尽量小。但实际使用过程中，其安装往往容易出现图8所示的角度偏移，影响运动精度。

参考图9，绳索类传动可以有效解决由皮带连接安装不当造成的各种问题，也可方便地解决由于皮带外形及厚度变化所导致的安装精度受限的问题。但其自身存在打滑的问题，较难用于高精密传动。其滑移量与预紧力大小成反比，因此可通过增大预紧力减小滑移量。但受结构特性、绳索自身刚性问题，预紧力不可能无限大，则其在实际运动中，绳索传动累积误差如图9所示，随着移动距离的增加，正反向运动的切换，速度增加，其累积误差会不断增大。虽然可通过闭环伺服系统进行改良，但瞬时速度(跟随性)不良，容易造成测量的误差增大。

参考图10，为解决单同步齿形带传动或单绳索传动所带来的问题，按照本实用新型所示方式进行结构连接，则可通过导向绳索42的预紧力提供的刚度，对同步齿形带31的位移和偏角进行限制，有效避免同步齿形带31动作对运动精度造成影响。并且通过同步齿形带31与导向绳索42的连接，同步带导向绳复合传动积累误差值如图10所示，可获得较好的跟随性，提高测量精度。

该z轴模组结构的使用过程如下：

使用时，首先根据所需的导向绳索42刚性调整预紧机构5上预紧螺套51和预紧螺纹轴52之间的相对位置，以调节导向绳索42的预紧力至适中；

其次启动坐标测量机上闭环驱动的伺服电机2系统，由伺服电机2带动减速机构3工作，由减速机构3带动同步齿形带31运动；

最后同步齿形带31通过传动连接板6带动导向绳索42，导向绳索42绕导向轮组41运动实现与同步齿形带31的同步运行，进而导向绳索42通过滑架连接板43带动气浮滑架7以及工作负载71实现高精度运行，即可。

对于本领域的普通技术人员而言，根据本实用新型的教导，在不脱离本实用新型的原理与精神的情况下，对实施方式所进行的改变、修改、替换和变型仍落入本实用新型的保护范围之内。