專利名稱：便攜式柔性坐標(biāo)測(cè)量?jī)x旋轉(zhuǎn)副的關(guān)節(jié)平衡保護(hù)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及精密測(cè)量?jī)x器領(lǐng)域，特別涉及一種用于便攜式柔性坐標(biāo)測(cè)量?jī)x旋轉(zhuǎn)副的關(guān)節(jié)自平衡保護(hù)裝置。
背景技術(shù)：
便攜式柔性坐標(biāo)測(cè)量?jī)x是一種精密的手動(dòng)坐標(biāo)測(cè)量?jī)x器，它采用級(jí)聯(lián)的旋轉(zhuǎn)副結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)空間的坐標(biāo)掃描，其末端連接精密的測(cè)頭裝置。工作狀態(tài)下，由于旋轉(zhuǎn)副自身的重力和人工操作力等外力因素，會(huì)影響儀器的測(cè)量精度；而在非工作狀態(tài)下，儀器應(yīng)該保持穩(wěn)定狀態(tài)，保障儀器的安全。因此，用于保護(hù)旋轉(zhuǎn)副關(guān)節(jié)的平衡保護(hù)裝置也是十分必要的，它通過力矩平衡的原理實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)副的自平衡，從而保證儀器的測(cè)量精度和安全。目前市場(chǎng)上，應(yīng)用于便攜式柔性坐標(biāo)測(cè)量?jī)x旋轉(zhuǎn)副的關(guān)節(jié)自平衡保護(hù)裝置，主要存在兩種結(jié)構(gòu)形式——加配重和空氣彈簧支撐，兩種結(jié)構(gòu)各有特點(diǎn)，但又存在一定的不足。 采用加配重的結(jié)構(gòu)方式類似杠桿的原理，它以旋轉(zhuǎn)心軸為支點(diǎn)，在關(guān)節(jié)臂的反方向增加配重并使二者達(dá)到力矩平衡，該結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單且可實(shí)現(xiàn)完全的自平衡，但是大大增加了儀器的自身重量(約2/3的儀器重量)，影響了儀器的便攜性和美觀。采用空氣彈簧支撐的結(jié)構(gòu)方式，其原理為在關(guān)節(jié)臂上施加一個(gè)與重力方向相反的彈簧力，并使二者相對(duì)應(yīng)旋轉(zhuǎn)心軸達(dá)到力矩平衡，該結(jié)構(gòu)不會(huì)過多增加儀器重量，但由于空氣彈簧的存在，外形尺寸相對(duì)較大，且結(jié)構(gòu)的安裝和調(diào)整不太方便，同時(shí)由于關(guān)節(jié)臂產(chǎn)生的力矩會(huì)隨著旋轉(zhuǎn)角度的不同而發(fā)生變化，該結(jié)構(gòu)不能實(shí)現(xiàn)裝置的完全自平衡，通常只需滿足最大力矩時(shí)的平衡。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足而提供的一種結(jié)構(gòu)尺寸緊湊、重量輕巧的旋轉(zhuǎn)副關(guān)節(jié)自平衡保護(hù)裝置。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是綜合現(xiàn)有便攜式柔性坐標(biāo)測(cè)量?jī)x旋轉(zhuǎn)副的兩種自平衡結(jié)構(gòu)形式——采用配重的思想原理和彈簧的結(jié)構(gòu)形式，以彈簧力替代配重，即根據(jù)杠桿原理，以旋轉(zhuǎn)心軸為支點(diǎn)，在關(guān)節(jié)臂的反方向增加彈簧力并使二者達(dá)到力矩平衡，由于彈簧力矩為線性力矩，而重力力矩為正弦力矩，因此該機(jī)構(gòu)為近似平衡機(jī)構(gòu)，但二者相差不大。該關(guān)節(jié)平衡保護(hù)裝置的旋轉(zhuǎn)副結(jié)構(gòu)主要由裝有齒輪的旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)臂和裝有雙向彈簧、齒條的旋轉(zhuǎn)支座組成。所述的旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)臂由關(guān)節(jié)臂體、齒輪、旋轉(zhuǎn)心軸、套筒和軸承組成。其中，關(guān)節(jié)臂體、齒輪、套筒和軸承均依次安裝在旋轉(zhuǎn)心軸上。所述的旋轉(zhuǎn)支座包括軸承支座、齒條、右彈簧、左彈簧、彈簧支撐板、滑塊、滑塊導(dǎo)軌、支座體和軸承端蓋。其中，齒條左右兩端分別與左、右彈簧相連，底座與滑塊相連。滑塊在彈簧力的作用下可在滑塊導(dǎo)軌內(nèi)左右運(yùn)動(dòng)。左、右彈簧分別與彈簧支撐板相接觸但不連接，使彈簧單向受力。軸承支座安裝在支座體上，用以支撐所述的旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)臂上的軸承的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。軸承端蓋安裝在軸承支座上，用以壓緊所述的軸承。滑塊導(dǎo)軌安裝在支座體上，用以導(dǎo)向安裝滑塊的齒條的左右運(yùn)動(dòng)。彈簧支撐板安裝在支座體上，用以支撐彈簧受力。本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)由于平衡裝置設(shè)置在關(guān)節(jié)內(nèi)部，同時(shí)采用彈簧力替代配重，結(jié)構(gòu)尺寸大大降低，重量大大減??；該裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝方便，便于調(diào)整。

附圖1為本發(fā)明關(guān)節(jié)平衡保護(hù)裝置的結(jié)構(gòu)原理；附圖2為本發(fā)明關(guān)節(jié)平衡保護(hù)裝置的主視圖；附圖3為本發(fā)明關(guān)節(jié)平衡保護(hù)裝置的側(cè)視圖；附圖4為本發(fā)明關(guān)節(jié)平衡保護(hù)裝置旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)臂的主視圖；附圖5為本發(fā)明關(guān)節(jié)平衡保護(hù)裝置旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)臂的側(cè)視圖；附圖6為本發(fā)明關(guān)節(jié)平衡保護(hù)裝置旋轉(zhuǎn)支座的主視圖；附圖7為本發(fā)明關(guān)節(jié)平衡保護(hù)裝置旋轉(zhuǎn)支座的側(cè)視圖；其中1、旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)臂11、關(guān)節(jié)臂體；12、齒輪；13、旋轉(zhuǎn)心軸14、套筒；15、軸承；2、旋轉(zhuǎn)支座21、軸承支座；22、齒條；23、右彈簧；24、滑塊導(dǎo)軌；25、彈簧支撐板； 沈、滑塊；27、支座體；28、左彈簧；四軸承端蓋；
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式作詳細(xì)的介紹參照附圖1所示的關(guān)節(jié)平衡保護(hù)裝置的結(jié)構(gòu)原理是通過杠桿力實(shí)現(xiàn)力矩近似平衡的對(duì)比圖。參照附圖2、附圖3所示的關(guān)節(jié)平衡保護(hù)裝置，包括旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)臂1和旋轉(zhuǎn)支座2。其中，如附圖4、附圖5所示的旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)臂1，它包括關(guān)節(jié)臂體11、齒輪12、旋轉(zhuǎn)心軸13、套筒14和軸承15。其中節(jié)臂體11、齒輪12、套筒14和軸承15均安裝在旋轉(zhuǎn)心軸13 上，并通過齒輪12與齒條22的嚙合作用，將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)臂1的正弦重力矩轉(zhuǎn)化為水平運(yùn)動(dòng)的線性彈簧力矩。如附圖6、附圖7所示的旋轉(zhuǎn)支座，它包括軸承支座21、齒條22、右彈簧23、滑塊導(dǎo)軌M、彈簧支撐板25、滑塊沈、支座體27、左彈簧觀和軸承端蓋四。齒條22左右兩端分別與左彈簧觀、右彈簧23相連，并與滑塊沈通過螺釘相連。齒條22與齒輪12相嚙合，通過滑塊26在彈簧力的作用下可在滑塊導(dǎo)軌M內(nèi)左右運(yùn)動(dòng)，將齒輪12的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為齒條 22的直線運(yùn)動(dòng)。左彈簧觀和右彈簧23分別與彈簧支撐板25相接觸但不連接，使彈簧單向受力。軸承支座21安裝在支座體27上，用以支撐所述的旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)臂1上的軸承15的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。軸承端蓋四安裝在軸承支座21上，用以壓緊所述的軸承15?；瑝K導(dǎo)軌M安裝在支座體27上，用以導(dǎo)向滑塊26。彈簧支撐板25安裝在支座體27上，用以支撐彈簧受力。本實(shí)施例的變位機(jī)工作原理如下非工作狀態(tài)下，旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)臂1處于垂直狀態(tài)，此時(shí)旋轉(zhuǎn)角度為0°，重力力矩也為 0，彈簧處于自然狀態(tài)，彈簧力矩也為0，此時(shí)處于平衡狀態(tài)。當(dāng)旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)臂1上出現(xiàn)輕微的外力時(shí)，由于彈簧的阻尼，不會(huì)出現(xiàn)瞬間傾翻的現(xiàn)象。在工作狀態(tài)下，人工用手操作旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)臂1旋轉(zhuǎn)，當(dāng)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)，旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)臂1通過旋轉(zhuǎn)心軸13帶動(dòng)齒輪12順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，重力產(chǎn)生重力力矩，齒輪12嚙合齒條22，帶動(dòng)滑塊沈沿滑塊導(dǎo)軌M向左運(yùn)動(dòng)，同時(shí)壓縮左彈簧觀，而右彈簧23不拉伸只隨動(dòng)，左彈簧觀在彈簧支撐板25的反作用力下使齒條22產(chǎn)生阻尼力矩，反作用于齒輪12，使之抵消旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)臂1的重力力矩，以減少重力引起的測(cè)量誤差。當(dāng)旋轉(zhuǎn)角度為90°時(shí)，旋轉(zhuǎn)力矩完全抵消。反之，當(dāng)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)，同時(shí)壓縮右彈簧 23，而左彈簧觀不拉伸只隨動(dòng)，起到阻尼力矩的作用。使該裝置起到在工作狀態(tài)下保障精度和非工作狀態(tài)下保護(hù)儀器的作用。 上述實(shí)施例只為說明本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思及特點(diǎn)，其目的在于讓熟悉此項(xiàng)技術(shù)的人士能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并據(jù)以實(shí)施，并不能以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡根據(jù)本發(fā)明精神實(shí)質(zhì)所做的等效變化或修飾，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.便攜式柔性坐標(biāo)測(cè)量?jī)x旋轉(zhuǎn)副的關(guān)節(jié)平衡保護(hù)裝置，包括裝有齒輪的旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)臂和裝有雙向彈簧、齒條的旋轉(zhuǎn)支座，其特征在于齒輪安裝在旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)臂上，含有雙向彈簧和齒條的裝置安裝在旋轉(zhuǎn)支座上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的便攜式柔性坐標(biāo)測(cè)量?jī)x旋轉(zhuǎn)副的關(guān)節(jié)平衡保護(hù)裝置，其特征在于所述的旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)臂包括關(guān)節(jié)臂體、齒輪、旋轉(zhuǎn)心軸、套筒和軸承，其中，關(guān)節(jié)臂體、齒輪、套筒和軸承均依次安裝在旋轉(zhuǎn)心軸上，并通過齒輪實(shí)現(xiàn)與齒條和雙向彈簧裝置的連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的便攜式柔性坐標(biāo)測(cè)量?jī)x旋轉(zhuǎn)副的關(guān)節(jié)平衡保護(hù)裝置，其特征在于所述的旋轉(zhuǎn)支座包括軸承支座、齒條、右彈簧、左彈簧、彈簧支撐板、滑塊、滑塊導(dǎo)軌、 支座體和軸承端蓋，其中齒條左右兩端分別與左、右彈簧相連，底座與滑塊相連，滑塊在彈簧力的作用下可在滑塊導(dǎo)軌內(nèi)左右運(yùn)動(dòng)，左、右彈簧分別與彈簧支撐板相接觸但不連接，使彈簧單向受力，軸承支座安裝在支座體上，用以支撐所述的旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)臂上的軸承的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，軸承端蓋安裝在軸承支座上，用以壓緊所述的軸承，滑塊導(dǎo)軌安裝在支座體上，用以導(dǎo)向安裝滑塊的齒條的左右運(yùn)動(dòng)，彈簧支撐板安裝在支座體上，用以支撐彈簧受力。
專利摘要本實(shí)用新型提供一種用于便攜式柔性坐標(biāo)測(cè)量?jī)x旋轉(zhuǎn)副的關(guān)節(jié)自平衡保護(hù)裝置，包括裝有齒輪的旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)臂和裝有雙向彈簧和齒條的旋轉(zhuǎn)支座。當(dāng)所述的旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)臂順時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)，旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)臂通過旋轉(zhuǎn)心軸帶動(dòng)齒輪順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，此時(shí)重力產(chǎn)生重力力矩，齒輪嚙合齒條，帶動(dòng)滑塊沿滑塊導(dǎo)軌向左運(yùn)動(dòng)，同時(shí)壓縮左彈簧，而右彈簧不拉伸只隨動(dòng)，彈簧在彈簧支撐板的反作用力下使齒條產(chǎn)生阻尼力矩，反作用于齒輪，使之抵消旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)臂的重力力矩，以減少重力引起的測(cè)量誤差，當(dāng)旋轉(zhuǎn)角度為90°時(shí)，旋轉(zhuǎn)力矩完全抵消。旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)臂逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)，原理相同。該平衡裝置設(shè)置在關(guān)節(jié)內(nèi)部，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于實(shí)現(xiàn)和調(diào)整；同時(shí)利用杠桿原理，采用彈簧力替代配重，尺寸和重量大大減小。
文檔編號(hào)G01B5/008GK202048864SQ20102024249
公開日2011年11月23日 申請(qǐng)日期2010年6月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月30日
發(fā)明者劉紅旗, 南光熙, 楊超, 王寶超 申請(qǐng)人:中機(jī)生產(chǎn)力促進(jìn)中心