基于空间二维柔性铰链结构的精密测头姿态调整架的制作方法
【专利摘要】基于空间二维柔性铰链结构的精密测头姿态调整架属于超精密测量领域，调整装置的大L板与小L板之间、小L板与前调姿板之间均采用弹性片进行柔性连接，且均留有一定的间隙用于调节倾角，通过调节旋配在细牙螺母中的螺钉可以分别对测头装卡件的二维倾角进行精密调节；本发明具有二维倾角精密调节的特性，可有效解决超精密测量仪器对测头垂直度的要求。
【专利说明】基于空间二维柔性铰链结构的精密测头姿态调整架
【技术领域】
[0001]本发明属于测量仪器辅助装置，特别涉及一种基于空间二维柔性铰链结构的精密测头姿态调整架。
【背景技术】
[0002]随着坐标测量的测量精度的不断提高，作为坐标测量技术中最关键的零部件在之一的测头的装卡精度也成为了影响测量精度的重要因素之一。尤其是以超高精度三坐标测量机为代表的坐标测量装备，测量范围大致达到IOOOmmX IOOOmmX 1000mm,而其示值不确定度能达到零点几微米，这对测头的装卡精度提出了新的要求，特别是测头的垂直度。当测头与Z轴有夹角时，除了夹角本身引起的测量误差外当测头与被测件接触时，由于测头的倾斜，测头与被测件之间会产生运动方向直线上以外的分力，从而影响测量的精度，甚至导致测头或者被测件的损坏。
[0003]目前，现有的技术中=Zeiss公司有产品通过使用一个简单的转接头实现测头在竖直平面内单方向的旋转，但是调整过程中需要专用的旋转关节调节装置，调节精度仅为1° ;海克斯康公司和Renishaw公司均有多轴旋转测座，能在测量过程中通过控制电机实现测头在X-Y平面内的旋转和与Z轴夹角的调节，但都是增量式调节，每次的调节量为一度或几度的固定值，不能实现连续调整，并且由于是动态调节，旋转副没有锁紧装置，导致测头在测量过程中容易产生不必要的振动和位移。现有技术中还有一种基于柔性铰链的三维测头，具有相应的平衡调整机构，这种测头机构紧凑、体积小，但是对设计和加工的要求极其高，成本也高，本身调节范围有限。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是提供了一种结构简单、使用方便的安装在测量仪器设备上，用于装卡测头并能精密调整测头二维空间倾角的装置。
[0005]本发明的目的是这样实现的:一种基于空间二维柔性铰链结构的精密测头姿态调整架，所述调整架由X-Z平面内倾角调整机构、Y-Z平面内倾角调整机构和测头装卡件构成；所述的Y-Z平面内倾角调整机构配置在X-Z平面内倾角调整机构的内侧；所述的X-Z平面内倾角调整机构包括大L板、小L板、侧面弹性片，其中小L板配置在大L板内侧，相互之间留有间隙，侧面弹性片固装在大、小L板侧壁下端面上，在大、小L板侧壁上分别固装X向第一螺母和X向第二螺母，X-Z平面内倾角角度放大螺钉旋配在X向第一螺母上，其里端部与小L板侧壁接触配合，X-Z平面内倾角角度缩小螺钉穿过大L版侧壁与X向第二螺母螺纹连接；所述的Y-Z平面内倾角调整机构由小L板、调姿板和正面弹性片组成，其中调姿板配置在小L板内侧，相互之间留有间隙，正面弹性片固装在调姿板下端面和小L板正壁下端面上，在小L板的正壁上和调姿板上分别固装Y向第二螺母和Y向第一螺母，Y-Z平面内倾角角度放大螺钉旋配在Y向第一螺母上，其里端部与小L版正壁接触配合，Y-Z平面内倾角角度缩小螺钉穿过调姿板与Y向第二螺母螺纹连接；测头装卡件固装在调姿板表面上。[0006]所述固装在大L板上的X向第一螺母、固装在小L板上的X向第二螺母和Y向第二螺母、固装在调姿板上的Y向第一螺母可采用分别在大L板、小L板和调姿板上设置螺纹孔构成，且螺纹为细牙螺纹。
[0007]所述的大L板与小L板之间的间隙、小L板与调姿板之间的间隙为I?5mm。
[0008]所述的大L板、小L板、调姿板、测头装卡件均采用铝、铝合金、钢或铜质材料制作。
[0009]本发明采用多个分立的零件组合而成，能够对测头的二维空间倾角进行有效的进行调整，从设计、加工、使用的角度都具创新性。本发明的调整机构基于杠杆原理，并采用弹性片自动复位。当调整螺钉距离弹性片50mm，并采用0.25mm螺距的精密调整螺钉时，手动每调整螺钉旋转5°时，相应的倾角改变了约15秒，具有极高的调节精度和便利性，同时调整装置还具有锁紧机构能保证测头倾角经调整后在测量过程中不会发生改变，并且加工简易、成本低廉。
[0010]本发明的技术创新性及产生的良好效果在于:
[0011](I)本发明采用双层L型结构实现了对测杆在两个平面内的倾角进行精密控制是的角度解耦。这是本发明区别于现有技术的创新点之一。
[0012](2)本发明采用精密螺纹作为调整驱动，对测杆两个维度的倾角进行精密控制，解决了现有测头位置调整装置中或只能对测头在X-Y平面内的偏移调整而不能对测头的垂直度进行调整、或调节精度低的问题。这是本发明区别于现有技术的创新点之二。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1为基于空间二维柔性铰链结构的精密测头姿态调整架的总体结构三维示意图；
[0014]图2为基于空间二维柔性铰链结构的精密测头姿态调整架的X-Z平面内倾角调整机构三维示意图；
[0015]图3为基于空间二维柔性铰链结构的精密测头姿态调整架的Y-Z平面内倾角调整机构三维示意图；
[0016]图中件号说明:1大L板、2小L板、3侧面弹性片、4正面弹性片、5调姿板、6测头装卡件、7Y-Z平面内倾角角度放大螺钉、8Y-Z平面内倾角角度缩小螺钉、9X-Z平面内倾角调整机构、10Y-Z平面内倾角调整机构、IlY向第一螺母、12Y向第二螺母、13X-Z平面内倾角角度缩小螺钉、14X-Z平面内倾角角度放大螺钉、15X向第一螺母、16X向第二螺母。
【具体实施方式】
[0017]下面结合附图给出本发明的【具体实施方式】与实施例:一种基于空间二维柔性铰链结构的精密测头姿态调整架，所述调整架由X-Z平面内倾角调整机构9、Y-Z平面内倾角调整机构10和测头装卡件6构成；所述的Y-Z平面内倾角调整机构10配置在X-Z平面内倾角调整机构9的内侧；所述的X-Z平面内倾角调整机构9包括大L板1、小L板2、侧面弹性片3，其中小L板2配置在大L板I内侧，相互之间留有间隙，侧面弹性片3固装在大、小L板1、2侧壁下端面上，在大、小L板1、2的侧壁上分别固装X向第一螺母15和X向第二螺母16，X-Z平面内倾角角度放大螺钉14旋配在X向第一螺母15上，其里端部与小L板2侧壁接触配合，X-Z平面内倾角角度缩小螺钉13穿过大L版I侧壁与X向第二螺母16螺纹连接；所述的Y-Z平面内倾角调整机构10由小L板2、调姿板5和正面弹性片4组成，其中调姿板5配置在小L板2内侧，相互之间留有间隙，正面弹性片4固装在调姿板5下端面和小L板2正壁下端面上，在小L板2的正壁上和调姿板5上分别固装Y向第二螺母12和Y向第一螺母11，Y-Z平面内倾角角度放大螺钉7旋配在Y向第一螺母11上，其里端部与小L版2正壁接触配合，Y-Z平面内倾角角度缩小螺钉8穿过调姿板5与Y向第二螺母12螺纹连接；测头装卡件6固装在调姿板5表面上。
[0018]所述固装在大L板I上的X向第一螺母15、固装在小L板2上的X向第二螺母16和Y向第二螺母12、固装在调姿板5上的Y向第一螺母11可采用分别在大L板1、小L板2和调姿板5上设置螺纹孔构成，且螺纹为细牙螺纹。
[0019]所述的大L板I与小L板2之间的间隙、小L板2与调姿板5之间的间隙为I?5mm ο
[0020]所述的大L板1、小L板2、调姿板5、测头装卡件6均采用铝、铝合金、钢或铜质材料制作。
[0021]调整作业使用时，I用于调节X-Z平面内倾角时，A、角度放大时，先松开X-Z平面内倾角角度缩小螺钉13使其螺帽脱离与大L板I侧壁面接触，转动X-Z平面内倾角角度放大螺钉14使其向内侧移动，推动小L板2运动，使侧面弹性片3发生弹性变形，完成测头装卡件6在X-Z平面内倾角角度放大调节；B、角度缩小时，反向转动X-Z平面内倾角角度放大螺钉14使其从X向第一螺母15内退出，并脱离与小L板2侧壁的接触，反向转动X-Z平面内倾角角度缩小螺钉13，在大L板I配合下，将小L板2拉回，完成测头装卡件6在X-Z平面内倾角角度缩小调节；2同于调节Y-Z平面内倾角时，对Y-Z平面内倾角角度放大螺钉7和Y-Z平面内倾角角度缩小螺钉8的操作与上述I相同，区别在于调节移动部件为调姿板5，发生弹性变形的是正面弹性片4。
【权利要求】
1.一种基于空间二维柔性铰链结构的精密测头姿态调整架，其特征在于所述调整架由X-Z平面内倾角调整机构(9)、y-ζ平面内倾角调整机构(10)和测头装卡件(6)构成；所述的Y-Z平面内倾角调整机构(10)配置在X-Z平面内倾角调整机构(9)的内侧；所述的X-Z平面内倾角调整机构(9)包括大L板(I)、小L板(2)、侧面弹性片(3)，其中小L板(2)配置在大L板(I)内侧，相互之间留有间隙，侧面弹性片(3)固装在大、小L板(1、2)侧壁下端面上，在大、小L板(1、2)的侧壁上分别固装X向第一螺母(15)和X向第二螺母(16)，Χ-Ζ平面内倾角角度放大螺钉(14)旋配在X向第一螺母(15)上，其里端部与小L板(2)侧壁接触配合，X-Z平面内倾角角度缩小螺钉(13)穿过大L版(I)侧壁与X向第二螺母(16)螺纹连接；所述的Y-Z平面内倾角调整机构(10)由小L板(2)、调姿板(5)和正面弹性片(4)组成，其中调姿板(5)配置在小L板(2)内侧，相互之间留有间隙，正面弹性片(4)固装在调姿板(5)下端面和小L板(2)正壁下端面上，在小L板(2)的正壁上和调姿板(5)上分别固装Y向第二螺母(12)和Y向第一螺母(11)，Y-Z平面内倾角角度放大螺钉(7)旋配在Y向第一螺母(11)上，其里端部与小L版(2)正壁接触配合，Y-Z平面内倾角角度缩小螺钉(8)穿过调姿板(5)与Y向第二螺母(12)螺纹连接；测头装卡件￠)固装在调姿板(5)表面上。
2.根据权利要求1所述的基于空间二维柔性铰链结构的精密测头姿态调整架，其特征在于所述固装在大L板(I)上的X向第一螺母(15)、固装在小L板⑵上的X向第二螺母(16)和Y.向第二螺母(12)、固装在调姿板(5)上的Y向第一螺母(11)可采用分别在大L板(I)、小L板(2)和调姿板(5)上设置螺纹孔构成，且螺纹为细牙螺纹。
3.根据权利要求1所述的基于空间二维柔性铰链结构的精密测头姿态调整架，其特征在于所述的大L板⑴与小L板⑵之间的间隙、小L板⑵与调姿板(5)之间的间隙为1 -5mm。
4.根据权利要求1所述的基于空间二维柔性铰链结构的精密测头姿态调整架，其特征在于所述的大L板(1)、小L板(2)、调姿板(5)、测头装卡件(6)均采用铝、铝合金、钢或铜质材料制作。
【文档编号】G05D3/00GK103438840SQ201310112783
【公开日】2013年12月11日 申请日期:2013年3月18日 优先权日:2013年3月18日
【发明者】谭久彬, 陆叶盛, 崔俊宁, 何张强 申请人:哈尔滨工业大学