[发明专利]一种测量关节类装备杆件变形的高精度测量装置

说明书

技术领域

本发明涉及平行双关节坐标测量机的误差测量装置领域，具体为一种测量关节类装备杆件变形的高精度测量装置。

背景技术

平行双关节坐标测量机基于非正交坐标系统，主要由在竖直方向上的移动平台和位移标尺以及可以在X-Y平面内自由旋转的测量臂组成。其中Z轴系统主要由电机、丝杠、双平行导轨、长光栅等零件组成，电机通过丝杠带动测量臂沿导轨在竖直方向移动，长光栅记录其移动距离；XY平面内的测量需要仪器在水平面内有2个自由度，这就靠测量臂内的2个旋转关节来实现。整个测量臂是由2个旋转关节、力传感器、手持件、测头等部分组成，其中关节1和关节2可以分别绕自身的竖直轴线旋转，在其顶部安装高精度角度编码器，分别用来测量关节1和关节2的组成部件之间的相对旋转角度。底座固定到移动设备上，可实现测量车间内小范围移动，体现坐标测量机应用的灵活性。在实际测量操作时，测量人的手握住手持件，力传感器感应到人手传来的向下的拉力或者向上的推力，给后续电路发出信号，控制电机的正反转，从而控制整个测量臂向上或向下位移。然而由于其灵活的运动结构，误差控制复杂、精度较难保证，CMM在测量过程中会产生运动误差、编码器误差、弹性变形、热误差、关节误差等。其中，弹性变形的问题尤为重要，因为CMM采用手持操作，设计时重量达到最轻，敏感的机械系统也会受到操作力的影响，而其位置、大小和方向、摩擦甚至加速度等都很难预测，因此不能轻易补偿。

目前平行双关节坐标测量机的误差补偿方法分为离线补偿和在线补偿。离线补偿即通过建立误差模型或已测量的校准数据来提高精度，如关节轴向和径向窜动，而随机误差等则需要一种实时的补偿方法即在线补偿。

现今，弹性变形的补偿主要有两种方法。一种是传统的应力分析法，即先由应力仪（计）测得局部应力的数据，在此数据的基础上计算挠度。这种方法很复杂而且精度不够。另一种是传感器建模法，即利用传感装置，通过三个位敏探测器（PSD）分析变形点，在线计算修正误差。其缺点是采样率和带宽受制于PSD的规格、末端效应器的位置误差，而三维偏转模型同样是非常复杂的。因此，截止目前，尚不能有一种很好的方法来修正平行双关节坐标测量机在测量过程中产生的弹性变形引起的误差。

发明内容

本发明的目的是提供一种测量关节类装备杆件变形的高精度测量装置，以解决现有技术存在的问题。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：

一种测量关节类装备杆件变形的高精度测量装置，其特征在于：包括有设置在平行双关节坐标测量机杆件一端顶部的光学头，以及设置在平行双关节坐标测量机杆件另一端顶部的光敏面，所述光学头与光敏面位置相对，还包括主控电路、激光驱动单元、激光二极管、信号检测电路，所述信号检测电路、激光驱动单元分别采用IIC总线的方式接入主控电路，所述光敏面接入信号检测电路输入端，激光二极管输入端接入激光驱动单元输出端，激光二极管输出端的出射光束经过光纤耦合至光学头，由光学头将激光二极管的出射光束照射至光敏面上。

所述的一种测量关节类装备杆件变形的高精度测量装置，其特征在于：所述激光驱动单元为激光二极管的驱动电路，包括功率驱动电路和信号转换电路，其中信号转换电路接收主控电路的控制信号后输出给功率驱动电路产生大功率信号，再送入激光二极管。

所述的一种测量关节类装备杆件变形的高精度测量装置，其特征在于：所述光学头与光敏面处于同一水平高度。

所述的一种测量关节类装备杆件变形的高精度测量装置，其特征在于：所述光学头为光学纤维材质制成，光学头中设置有光学自准直镜头，激光二极管的激光光束经过光学头中光学自准直镜头准直后从光学头出射。

所述的一种测量关节类装备杆件变形的高精度测量装置，其特征在于：所述光敏面为一个二维PSD器件。

本发明是针对平行双关节坐标测量机测量时产生的弹性变形误差进行补偿，修正测量误差，提高测量精度。本发明基于激光检测技术，能够对平行双关节坐标测量机测量时杆件由于重力、手持操作力、摩擦、加速度等产生的弹性变形进行实时在线测量并补偿，更好的修正其测量误差，在提高CMM精度方面取得突破性进展。

本发明的有益效果体现在：

1、本发明通过光学元器件结合相关电子电路，设计了一种机械臂杆件弹性变形的实时测量装置。利用检测电路检测杆件相对于参考光束的弹性变形，修正误差。

2、本发明装置自给自足、易于集成、重量轻、结构小巧、具有快速的实时的高分辨率。