[发明专利]一种基于球铰链的空间二连杆式球杆仪

摘要

本发明公开了一种基于球铰链的空间二连杆式球杆仪。现有球杆仪测量时杆长变化范围很小，无法覆盖机床工作行程内的所有区域。本发明的第一精密小球固定在第一连杆的外端，并以三点机械定位方式固定在第一精密磁力碗座上；第二精密小球固定在第二连杆的外端，并以三点机械定位方式固定在第二精密磁力碗座上；精密球铰链的球头和支撑球窝分别固定在第二连杆和第一连杆的内端；第一球冠形电容电极设在精密球铰链的球头底部，第二球冠形电容电极设在支撑球窝的底部。本发明用球铰链实现球杆仪的三维运动，并用球面电容传感器检测两连杆轴线间夹角，根据角度值和两连杆长度，计算主轴做空间圆弧运动时的圆轨迹，评定数控机床的动态精度。

主权项

一种基于球铰链的空间二连杆式球杆仪，主要由第一连杆、第二连杆、精密球铰链、第一精密磁力碗座、第二精密磁力碗座、球面电容传感器、第一精密小球和第二精密小球组成，其特征在于：所述的第一精密小球固定在第一连杆的外端，并以三点机械定位的方式固定在第一精密磁力碗座上；所述的第二精密小球固定在第二连杆的外端，并以三点机械定位的方式固定在第二精密磁力碗座上；所述精密球铰链的球头固定在第二连杆的内端，精密球铰链的支撑球窝固定在第一连杆的内端；所述的球面电容传感器包括第一球冠形电容电极和第二球冠形电容电极；所述的第一球冠形电容电极设置在精密球铰链的球头底部，第二球冠形电容电极设置在支撑球窝的底部；所述精密球铰链的球头半径和支撑球窝的内半径均为R2，球头和支撑球窝的球心重合，记为点C；第一精密小球的球心到C的距离记为L1，第二精密小球的球心到C的距离记为L2；将第一精密小球与第二精密小球的球心距离等效为一根连杆，因此等效杆长L表示为：L2＝L12+L22‑2L1L2cos(π‑θ)其中，θ为球面电容传感器检测得到的第一连杆与第二连杆轴线间的夹角；当θ＝0时，对应的等效杆长L取得最大值Lmax＝L1+L2；当θ＝θmax时，对应的等效杆长L取得最小值Lmin；θmax＝90°‑arcsin(h/R2)‑arcsin(r/R2)为精密球铰链的极限摆角，其中，r为第二连杆的外圆面半径，h为采用横向剖分式结构的支撑球窝端盖高度；因此，等效杆长的变化范围是Lmax‑Lmin。