一種平行雙關(guān)節(jié)坐標(biāo)測量機轉(zhuǎn)動臂變形綜合測量裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種平行雙關(guān)節(jié)坐標(biāo)測量機轉(zhuǎn)動臂變形綜合測量裝置，是一種對平行雙節(jié)坐標(biāo)測量機轉(zhuǎn)動臂在測量過程中產(chǎn)生的動態(tài)撓曲變形和扭轉(zhuǎn)變形進行實時、綜合測量的裝置。該裝置通過在轉(zhuǎn)動臂上下兩側(cè)對稱各安裝一套激光發(fā)射源和光學(xué)位置敏感探測器，實現(xiàn)轉(zhuǎn)動臂撓曲變形和扭轉(zhuǎn)變形的綜合測量。結(jié)合數(shù)據(jù)采集卡和編制的上位機軟件，可以實時測量轉(zhuǎn)動臂的變形誤差。本發(fā)明裝置結(jié)構(gòu)緊湊，安裝方便，對測量臂及平行雙節(jié)坐標(biāo)測量機本身的影響較小，可以實時、綜合測量平行雙關(guān)節(jié)坐標(biāo)測量機轉(zhuǎn)動臂變形誤差，通過誤差補償提高平行雙關(guān)節(jié)坐標(biāo)測量機的測量精度。
【專利說明】一種平行雙關(guān)節(jié)坐標(biāo)測量機轉(zhuǎn)動臂變形綜合測量裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及轉(zhuǎn)動臂測量裝置領(lǐng)域，具體為一種平行雙關(guān)節(jié)坐標(biāo)測量機轉(zhuǎn)動臂變形綜合測量裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]平行雙關(guān)節(jié)坐標(biāo)測量機屬于非正交系坐標(biāo)測量系統(tǒng)，與傳統(tǒng)正交系三坐標(biāo)測量機相比，具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小、重量輕、易于安裝和對環(huán)境條件要求低等優(yōu)點，可以在車間環(huán)境下使用。平行雙關(guān)節(jié)坐標(biāo)測量機的缺點在于其測量精度低于正交系坐標(biāo)測量機。為了提高平行雙關(guān)節(jié)坐標(biāo)測量機的測量精度，需要對其測量誤差進行檢測和補償。平行雙關(guān)節(jié)坐標(biāo)測量機的構(gòu)件變形誤差是阻礙平行雙關(guān)節(jié)坐標(biāo)測量機測量精度提高的一個重要誤差來源。對該坐標(biāo)測量機構(gòu)件變形誤差進行測量，可以通過誤差補償方式提高平行雙關(guān)節(jié)坐標(biāo)測量機的測量精度。
[0003]平行雙關(guān)節(jié)坐標(biāo)測量機轉(zhuǎn)動臂的其中一端通過轉(zhuǎn)動副聯(lián)接可轉(zhuǎn)動的關(guān)節(jié)臂和測頭，相鄰關(guān)節(jié)臂和測頭在測量過程中會對轉(zhuǎn)動臂施加重力和彎矩，使轉(zhuǎn)動臂產(chǎn)生撓曲和扭轉(zhuǎn)變形。由于轉(zhuǎn)動臂相鄰的關(guān)節(jié)臂和測頭在測量過程中會不斷轉(zhuǎn)動，即在測量過程中會對轉(zhuǎn)動臂施加不同的重力和彎矩，使轉(zhuǎn)動臂的撓曲和扭轉(zhuǎn)變形相應(yīng)不斷變化。因此，需要對轉(zhuǎn)動臂的動態(tài)撓曲變形和扭轉(zhuǎn)變形進行綜合、實時在線檢測以及補償。
[0004]轉(zhuǎn)動臂的撓曲變形和扭轉(zhuǎn)變形可以分別看成轉(zhuǎn)動臂本身的俯仰角誤差和滾轉(zhuǎn)角誤差，可以利用測量機構(gòu)俯仰角誤差和滾轉(zhuǎn)角誤差的方法對轉(zhuǎn)動臂的撓曲變形和扭轉(zhuǎn)變形進行測量?，F(xiàn)有的俯仰角誤差和滾轉(zhuǎn)角誤差測量方法主要針對機床或三坐標(biāo)測量機導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)誤差進行測。其中，導(dǎo)軌的俯仰角誤差主要采用激光干涉儀直接進行測量。導(dǎo)軌的滾轉(zhuǎn)角誤差測量較為復(fù)雜，多采用偏振激光測量法進行測量，該滾轉(zhuǎn)角誤差測量方法不僅光路復(fù)雜、測量元件多，而且對測量環(huán)境要求較高。由于平行雙關(guān)節(jié)坐標(biāo)測量機轉(zhuǎn)動臂本身結(jié)構(gòu)尺寸較小，要求測量裝置結(jié)構(gòu)簡單、重量輕、安裝方便。結(jié)合對測量裝置的變形誤差實時測量要求和綜合測量要求，目前還沒有一種很好的測量裝置或方法來實時、綜合測量平行雙關(guān)節(jié)坐標(biāo)測量機轉(zhuǎn)動臂的變形誤差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種平行雙關(guān)節(jié)坐標(biāo)測量機轉(zhuǎn)動臂變形綜合測量裝置，以滿足平行雙關(guān)節(jié)坐標(biāo)測量機轉(zhuǎn)動臂變形誤差測量需求。
[0006]為了達到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為:
[0007]—種平行雙關(guān)節(jié)坐標(biāo)測量機轉(zhuǎn)動臂變形綜合測量裝置，其特征在于:包括有轉(zhuǎn)動臂，所述轉(zhuǎn)動臂左端頂部安裝有上光學(xué)自準(zhǔn)直鏡頭，左端底部安裝有下光學(xué)自準(zhǔn)直鏡頭，轉(zhuǎn)動臂右端頂部安裝有上光學(xué)位置敏感探測器，右端底部安裝有下光學(xué)位置敏感探測器，所述上光學(xué)自準(zhǔn)直鏡頭與上光學(xué)位置敏感探測器位置對應(yīng)并處于同一水平線上，下光學(xué)自準(zhǔn)直鏡頭與下光學(xué)位置敏感探測器位置對應(yīng)并處于同一水平線上，還包括有激光二極管驅(qū)動電路、激光二極管、電流/電壓轉(zhuǎn)換電路、數(shù)據(jù)采集卡、上位機，所述激光二極管電接入激光二極管驅(qū)動電路，由激光二極管驅(qū)動電路驅(qū)動激光二極管發(fā)光，且激光二極管通過分別耦合至上、下光學(xué)自準(zhǔn)直鏡頭的光纖與上、下光學(xué)自準(zhǔn)直鏡頭光學(xué)連接，所述上、下光學(xué)位置敏感探測器分別接入電流/電壓轉(zhuǎn)換電路輸入端，電流/電壓轉(zhuǎn)換電路的輸出端與數(shù)據(jù)采集卡輸入端連接，數(shù)據(jù)采集卡輸出端與上位機連接；
[0008]激光二極管的出射光通過光纖分別傳輸至上、下光學(xué)自準(zhǔn)直鏡頭，經(jīng)過上、下光學(xué)自準(zhǔn)直鏡頭準(zhǔn)直后，對應(yīng)傳輸至上、下光學(xué)位置敏感探測器，上、下光學(xué)位置敏感探測器接收到光信號后分別產(chǎn)生電流位置信號，電流/電壓轉(zhuǎn)換電路分別采集上、下光學(xué)位置敏感探測器的電流位置信號并分別轉(zhuǎn)換成電壓位置信號后，將電壓位置信號傳輸至數(shù)據(jù)采集卡，數(shù)據(jù)采集卡對電流/電壓轉(zhuǎn)換電輸出的電壓位置信號進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，并將模擬電壓位置信號采集存儲到上位機，上位機通過對模擬電壓位置信號進行數(shù)據(jù)處理，計算得到轉(zhuǎn)動臂的撓曲變形量和扭轉(zhuǎn)變形量。
[0009]所述的一種平行雙關(guān)節(jié)坐標(biāo)測量機轉(zhuǎn)動臂變形綜合測量裝置，其特征在于:所述上、下光學(xué)自準(zhǔn)直鏡頭在轉(zhuǎn)動臂左端頂部、底部安裝位置為對稱關(guān)系。
[0010]所述的一種平行雙關(guān)節(jié)坐標(biāo)測量機轉(zhuǎn)動臂變形綜合測量裝置，其特征在于:所述上、下光學(xué)位置敏感探測器在轉(zhuǎn)動臂右端頂部、底部安裝位置為對稱關(guān)系。
[0011]本發(fā)明是為了對平行雙關(guān)節(jié)坐標(biāo)測量機轉(zhuǎn)動臂的撓曲變形誤差和扭轉(zhuǎn)變形誤差進行實時、綜合測量，通過測量得到的變形誤差值對測量機測量結(jié)果進行修正，可以提高平行雙關(guān)節(jié)坐標(biāo)測量機的測量精度。本發(fā)明通過在轉(zhuǎn)動臂上下兩側(cè)對稱位置各安裝一套激光發(fā)射源和光位置敏感探測器，能夠同時檢測轉(zhuǎn)動臂的撓曲變形和扭轉(zhuǎn)變形。本發(fā)明通過采用數(shù)據(jù)采集卡將光位置敏感探測器的輸出信號不斷的采集到上位機軟件內(nèi)進行處理，可以實時得到轉(zhuǎn)動臂的綜合變形誤差，并且對該綜合變形誤差進行實時補償，可以進一步提高平行雙關(guān)節(jié)坐標(biāo)測量機的測量精度。
[0012]本發(fā)明的有益效果體現(xiàn)在:
[0013]1、本發(fā)明通過在平行雙關(guān)節(jié)坐標(biāo)測量機轉(zhuǎn)動臂上下兩側(cè)分別安裝一套激光發(fā)射源和光位置敏感探測器位置探測器，能夠同時檢測轉(zhuǎn)動臂的撓曲變形和扭轉(zhuǎn)變形，實現(xiàn)了轉(zhuǎn)動臂變形的綜合測量。
[0014]2、本發(fā)明采用數(shù)據(jù)采集卡以及配套編制的上位機軟件對光位置敏感探測器的輸出信號進行實時采集處理，可以實時測量轉(zhuǎn)動臂變形量。利用測量得到的轉(zhuǎn)動臂變形誤差可以對平行雙關(guān)節(jié)坐標(biāo)測量機的測量結(jié)果進行實時補償，由此提高該測量機的測量精度。
[0015]3、本發(fā)明裝置結(jié)構(gòu)緊湊，對轉(zhuǎn)動臂以及平行雙關(guān)節(jié)坐標(biāo)測量機產(chǎn)生附加影響小，采用激光二極管、光纖、光學(xué)自準(zhǔn)直鏡頭和光位置敏感探測器作為主要檢測元件，其中僅有光學(xué)自準(zhǔn)直鏡頭和光位置敏感探測器是安裝在測量臂上的測量元件。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1為本發(fā)明裝置結(jié)構(gòu)組成示意圖。
[0017]圖2為平行雙關(guān)節(jié)坐標(biāo)測量機轉(zhuǎn)動臂受力變形示意圖。
[0018]圖3為光位置敏感探測器上激光光源入射點坐標(biāo)示意圖?！揪唧w實施方式】
[0019]如圖1所示。一種平行雙關(guān)節(jié)坐標(biāo)測量機轉(zhuǎn)動臂變形綜合測量裝置，包括有轉(zhuǎn)動臂1，轉(zhuǎn)動臂I左端頂部安裝有上光學(xué)自準(zhǔn)直鏡頭2，左端底部安裝有下光學(xué)自準(zhǔn)直鏡頭3，轉(zhuǎn)動臂I右端頂部安裝有上光學(xué)位置敏感探測器4，右端底部安裝有下光學(xué)位置敏感探測器5，上光學(xué)自準(zhǔn)直鏡頭2與上光學(xué)位置敏感探測器4位置對應(yīng)并處于同一水平線上，下光學(xué)自準(zhǔn)直鏡頭3與下光學(xué)位置敏感探測器5位置對應(yīng)并處于同一水平線上，還包括有激光二極管驅(qū)動電路6、激光二極管5、電流/電壓轉(zhuǎn)換電路9、數(shù)據(jù)采集卡10、上位機11，激光二極管7電接入激光二極管驅(qū)動電路6，由激光二極管驅(qū)動電路6驅(qū)動激光二極管發(fā)光7，且激光二極管7通過分別耦合至上、下光學(xué)自準(zhǔn)直鏡頭2、3的光纖與上、下光學(xué)自準(zhǔn)直鏡頭2、3光學(xué)連接，上、下光學(xué)位置敏感探測器4、5分別接入電流/電壓轉(zhuǎn)換電路9輸入端，電流/電壓轉(zhuǎn)換電路9的輸出端與數(shù)據(jù)采集卡10輸入端連接，數(shù)據(jù)采集卡10輸出端與上位機11連接；
[0020]激光二極管7的出射光通過光纖8分別傳輸至上、下光學(xué)自準(zhǔn)直鏡頭2、3，經(jīng)過上、下光學(xué)自準(zhǔn)直鏡頭2、3準(zhǔn)直后，對應(yīng)傳輸至上、下光學(xué)位置敏感探測器4、5，上、下光學(xué)位置敏感探測器4、5接收到光信號后分別產(chǎn)生電流位置信號，電流/電壓轉(zhuǎn)換電路9分別采集上、下光學(xué)位置敏感探測器4、5的電流位置信號并分別轉(zhuǎn)換成電壓位置信號后，將電壓位置信號傳輸至數(shù)據(jù)采集卡10，數(shù)據(jù)采集卡10對電流/電壓轉(zhuǎn)換電輸出的電壓位置信號進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，并將模擬電壓位置信號采集存儲到上位機11，上位機11通過對模擬電壓位置信號進行數(shù)據(jù)處理，計算得到轉(zhuǎn)動臂的撓曲變形量和扭轉(zhuǎn)變形量。
[0021]上、下光學(xué)自準(zhǔn)直鏡頭2、3在轉(zhuǎn)動臂I左端頂部、底部安裝位置為對稱關(guān)系。
[0022]上、下光學(xué)位置敏感探測器4、5在轉(zhuǎn)動臂I右端頂部、底部安裝位置為對稱關(guān)系。
[0023]如圖1所示，本發(fā)明包括有轉(zhuǎn)動臂1，安裝在轉(zhuǎn)動臂I上端兩側(cè)相互對應(yīng)的上光學(xué)自準(zhǔn)直鏡頭2和上光學(xué)位置敏感探測器4，安裝在轉(zhuǎn)動臂I下端兩側(cè)相互對應(yīng)的下光學(xué)自準(zhǔn)直鏡頭3和下光學(xué)位置敏感探測器5，上光學(xué)自準(zhǔn)直鏡頭2和上光學(xué)自準(zhǔn)直鏡頭3在轉(zhuǎn)動臂I 一端上下的位置對稱安裝，上光學(xué)位置敏感探測器4和下光學(xué)位置敏感探測器5在轉(zhuǎn)動臂I另一端上下的位置對稱安裝。
[0024]如圖1所示，本發(fā)明一種平行雙關(guān)節(jié)坐標(biāo)測量機轉(zhuǎn)動臂變形綜合測量裝置包括激光二極管驅(qū)動電路6、激光二極管7和光纖8，激光二極管驅(qū)動電路6控制激光二極管7產(chǎn)生兩路激光測量光束，兩路測量光束分別經(jīng)過光纖8耦合至上光學(xué)自準(zhǔn)直鏡頭2和下光學(xué)自準(zhǔn)直鏡頭3處，由上光學(xué)自準(zhǔn)直鏡頭2和下光學(xué)自準(zhǔn)直鏡頭3分別將調(diào)節(jié)后的激光測量光束出射到上光學(xué)位置敏感探測器4和下光學(xué)位置敏感探測器5上。
[0025]如圖1所示，本發(fā)明一種平行雙關(guān)節(jié)坐標(biāo)測量機轉(zhuǎn)動臂變形綜合測量裝置包括電流/電壓轉(zhuǎn)換電路9、數(shù)據(jù)采集卡10和上位機11，電流/電壓轉(zhuǎn)換電路9將上光學(xué)位置敏感探測器4和下光學(xué)位置敏感探測器5輸出的電流信號轉(zhuǎn)換為電壓信號，數(shù)據(jù)采集卡10將電流/電壓轉(zhuǎn)換電路9轉(zhuǎn)換后的多路電壓信號進行采集，數(shù)據(jù)采集卡10采集得到的信號數(shù)據(jù)送入上位機11內(nèi)編制的LabVIEW應(yīng)用進行處理，得到轉(zhuǎn)動臂I的撓曲變形和扭轉(zhuǎn)變形誤差量。
[0026]如圖2所示，是平行雙關(guān)節(jié)坐標(biāo)測量機轉(zhuǎn)動臂受力變形示意圖，受相鄰關(guān)節(jié)臂和測頭的影響，轉(zhuǎn)動臂I在測量過程中會產(chǎn)生撓曲和扭轉(zhuǎn)兩種基本變形。[0027]如圖3所示，是光位置敏感探測器上激光光源入射點坐標(biāo)示意圖，當(dāng)轉(zhuǎn)動臂I產(chǎn)生如圖2所示的變形時，上光位置敏感探測器4和下光學(xué)位置敏感探測器5上的激光入射點位置就會從零點位置偏移到圖3所示的位置，即P1U1, Z1) ,P2 (x2, Z2)位置，這時旋轉(zhuǎn)臂I的撓曲變形δ計算公式如下所示:
【權(quán)利要求】
1.一種平行雙關(guān)節(jié)坐標(biāo)測量機轉(zhuǎn)動臂變形綜合測量裝置，其特征在于:包括有轉(zhuǎn)動臂，所述轉(zhuǎn)動臂左端頂部安裝有上光學(xué)自準(zhǔn)直鏡頭，左端底部安裝有下光學(xué)自準(zhǔn)直鏡頭，轉(zhuǎn)動臂右端頂部安裝有上光學(xué)位置敏感探測器，右端底部安裝有下光學(xué)位置敏感探測器，所述上光學(xué)自準(zhǔn)直鏡頭與上光學(xué)位置敏感探測器位置對應(yīng)并處于同一水平線上，下光學(xué)自準(zhǔn)直鏡頭與下光學(xué)位置敏感探測器位置對應(yīng)并處于同一水平線上，還包括有激光二極管驅(qū)動電路、激光二極管、電流/電壓轉(zhuǎn)換電路、數(shù)據(jù)采集卡、上位機，所述激光二極管電接入激光二極管驅(qū)動電路，由激光二極管驅(qū)動電路驅(qū)動激光二極管發(fā)光，且激光二極管通過分別耦合至上、下光學(xué)自準(zhǔn)直鏡頭的光纖與上、下光學(xué)自準(zhǔn)直鏡頭光學(xué)連接，所述上、下光學(xué)位置敏感探測器分別接入電流/電壓轉(zhuǎn)換電路輸入端，電流/電壓轉(zhuǎn)換電路的輸出端與數(shù)據(jù)采集卡輸入端連接，數(shù)據(jù)采集卡輸出端與上位機連接； 激光二極管的出射光通過光纖分別傳輸至上、下光學(xué)自準(zhǔn)直鏡頭，經(jīng)過上、下光學(xué)自準(zhǔn)直鏡頭準(zhǔn)直后，對應(yīng)傳輸至上、下光學(xué)位置敏感探測器，上、下光學(xué)位置敏感探測器接收到光信號后分別產(chǎn)生電流位置信號，電流/電壓轉(zhuǎn)換電路分別采集上、下光學(xué)位置敏感探測器的電流位置信號并分別轉(zhuǎn)換成電壓位置信號后，將電壓位置信號傳輸至數(shù)據(jù)采集卡，數(shù)據(jù)采集卡對電流/電壓轉(zhuǎn)換電輸出的電壓位置信號進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，并將模擬電壓位置信號采集存儲到上位機，上位機通過對模擬電壓位置信號進行數(shù)據(jù)處理，計算得到轉(zhuǎn)動臂的撓曲變形量和扭轉(zhuǎn)變形量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種平行雙關(guān)節(jié)坐標(biāo)測量機轉(zhuǎn)動臂變形綜合測量裝置，其特征在于:所述上、下光學(xué)自準(zhǔn)直鏡頭在轉(zhuǎn)動臂左端頂部、底部安裝位置為對稱關(guān)系。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種平行雙關(guān)節(jié)坐標(biāo)測量機轉(zhuǎn)動臂變形綜合測量裝置，其特征在于:所述上、下光學(xué)位置敏感探測器在轉(zhuǎn)動臂右端頂部、底部安裝位置為對稱關(guān)系。
【文檔編號】G01B11/16GK103868466SQ201410045989
【公開日】2014年6月18日 申請日期:2014年2月8日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月8日
【發(fā)明者】于連棟, 張煒, 董釗, 鄭文興, 夏豪杰, 李鵬, 魯思穎, 張海燕 申請人:合肥工業(yè)大學(xué)