[实用新型]一种球铰链空间转角检测装置

说明书

本实用新型公开了一种球铰链空间转角检测装置。目前，光学测角装置有限。本实用新型的半球形壳体固定在球头输出杆上；半球形壳体与球头同心，且半球形壳体朝向球头；激光发射器固定在球窝上；半球形壳体内球面布置有沿经线方向排布的n个四象限光电探测器组，四象限光电探测器组由沿纬线方向均布固定在半球形壳体内球面的N个四象限光电探测器组成；相邻四象限光电探测器组的四象限光电探测器沿经线方向一一对齐；在一根经线上对齐的所有四象限光电探测器的经线方向对称中心线均为该经线的内切正多边形的边。本实用新型通过布置一个激光发射器和若干四象限光电探测器，实现球铰链偏转角和方位角的测量，且分辨率和测量精度高。

技术领域

本实用新型属于测量技术领域，具体涉及一种基于四象限光电探测器的球铰链空间转角检测装置。

背景技术

球铰链是一种普遍采用的三自由度机械关节，具有结构紧凑、运动灵活和承载力强等优点，成为并联机构、工业机器人(机械臂)和汽车零部件等机械设备中的关键构件。例如，并联机床作为新型的数控加工装备，其中每一个支链均通过铰链与动、静平台相连，系统的准静态误差对机床精度的影响约占70％，而球铰链误差对准静态误差有着重要影响。由于球铰链的运动受制于铰链的关节间隙和结构刚性等，引起的运动误差影响系统的传动精度，因此球铰空间回转角度的检测对系统误差预测分析、反馈和补偿十分必要，有利于运动机构控制的优化。

传统的角度测量以单自由度运动对象为主，通常有机械式测角、电磁式测角和光学测角等。其中，光学测量技术的研究与应用得到较快发展，检测仪器种类多样，如采用光电编码器法、圆光栅法、激光干涉法、环形激光法等的检测仪器，大多数应用于小角度的精密测量中，可以获得较高的分辨率和测量精度，然而对于360°整周角度测量还需作适当的改进。例如，日本多摩川精机株式会社滨信治提出采用球体绝对角度测量方法的检测仪器，其中球体由透明材料或能够透射可被图像识别装置识别的电磁波材料制成，可在球体表面上喷涂图案为QR 二维或一维条形码，在编码中记录位置等信息。通过球体外部设置图像识别装置，对于检测到的图案进行处理后获得球体角度信息，然而该检测仪器在实际应用场合中尚未发现，其实际效果还有待商榷。

发明内容

本实用新型的目的是针对现有技术的不足，提出一种基于四象限光电探测器的球铰链空间转角检测装置，实现球铰链偏转角和方位角的测量。

本实用新型包括激光发射器、半球形壳体、球头、球头输出杆、球窝和四象限光电探测器组；所述的半球形壳体固定在球头输出杆上；半球形壳体与球头同心，且半球形壳体朝向球头。所述的激光发射器固定在球窝上。半球形壳体内球面布置有沿经线方向排布的n个四象限光电探测器组，n≥8，四象限光电探测器组由沿纬线方向均布固定在半球形壳体内球面的N个四象限光电探测器组成，N≥20；相邻四象限光电探测器组的四象限光电探测器沿经线方向一一对齐；各个四象限光电探测器组中沿同一经线对齐的相邻两个四象限光电探测器的重合边边长相等；在一根经线上对齐的所有四象限光电探测器的经线方向对称中心线均为该经线的内切正多边形的边。

进一步，纬度最低的四象限光电探测器组中各四象限光电探测器的编号顺序依次为1至N，n个四象限光电探测器组的编号顺序根据纬度由低到高依次为1至n，第i个四象限光电探测器组中与纬度最低的第一个四象限光电探测器组中第j个四象限光电探测器沿经线方向对齐的四象限光电探测器编号为j+(i-1)N，1≤j≤N，2≤i≤n。

进一步，同一个四象限光电探测器组的四象限光电探测器尺寸完全相同。

进一步，同一个四象限光电探测器组中相邻的四象限光电探测器间距小于0.05mm。

进一步，四象限光电探测器组未布满整个半球形壳体内球面。

本实用新型具有的有益效果是：

1、本实用新型通过布置一个激光发射器和若干四象限光电探测器，可检测球头的空间二维转角，即偏转角和方位角，并且对激光发射器的安装位置要求不高，实现方式较为简单。