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专利名称：交点外露两串联相邻相交回转轴线共面度检测装置及方法
技术领域：
本发明属于具有回转运动机器的几何精度检测技术领域，涉及一种交点外露两串联相邻相交回转轴轴线共面度检测装置，本发明还涉及一种交点外露两串联相邻相交回转轴轴线共面度检测方法。
背景技术：
机器中具有两个串联、相邻、相交的回转运动轴的情况很多，如五轴数控机床及坐标测量机中的串联相邻相交的A轴和C轴、A轴和B轴、B轴和电主轴、A轴和电主轴，机器人中的串联相邻相交的回转关节等都属于两个串联、相邻、相交的回转运动轴。串联相邻相交的两个回转运动轴的轴线共面度精度对机器整机的几何精度有重要影响。当两个串联相邻相交回转运动轴的轴线交点外露在空间时，称为交点外露两串联相邻相交回转轴。目前尚缺乏两个串联相邻相交回转轴轴线共面度高精度检测装置及检测方法。

发明内容
本发明的目的是提供一种交点外露两串联相邻相交回转轴轴线共面度检测装置， 解决了现有技术中尚缺乏直接检测交点外露两个串联相邻相交回转轴轴线共面度设备，导致相关检测结果精度较低的问题。本发明的另一目的是提供一种交点外露两串联相邻相交回转轴轴线共面度检测方法。本发明所采用的技术方案是，一种交点外露两串联相邻相交回转轴轴线共面度检测装置，包括检测组件和位移传感器，所述的检测组件由连接件、三维移动微调机构，弯板、标准球组成，被测对象的后回转轴组件回转体向下与连接件、三维移动微调机构、弯板依次固定连接，弯板与标准球固定连接；所述的位移传感器包括有X向位移传感器a、Z向位移传感器b、Y向位移传感器 c，X向位移传感器a固定安装在X向移动三维微调机构上，Z向位移传感器b固定安装在Z 向移动三维微调机构上，Y向位移传感器c固定安装在Y向移动三维微调机构上，X向移动三维微调机构、Z向移动三维微调机构、Y向移动三维微调机构分别固定安装在机座上，X向位移传感器a、Z向位移传感器b、Y向位移传感器c分别沿标准球的X、Z、Y坐标方向的法向布置，三个位移传感器的测头沿球面法线对准标准球的球体。本发明所采用的另一技术方案是，一种交点外露两个串联相邻相交回转轴轴线共面度检测方法，利用一套检测装置，其结构是，包括检测组件和位移传感器，所述的检测组件由连接件、三维移动微调机构，弯板、标准球组成，被测对象的后回转轴组件回转体向下与连接件、三维移动微调机构、弯板依次固定连接，弯板与标准球固定连接；所述的位移传感器包括有X向位移传感器a、Z向位移传感器b、Y向位移传感器c，X向位移传感器a固定安装在X向移动三维微调机构上，Z向位移传感器b固定安装在Z 向移动三维微调机构上，Y向位移传感器c固定安装在Y向移动三维微调机构上，X向移动三维微调机构、Z向移动三维微调机构、Y向移动三维微调机构分别固定安装在机座上，X向位移传感器a、Z向位移传感器b、Y向位移传感器c分别沿标准球的X、Z、Y坐标方向的法向布置，三个位移传感器的测头沿球面法线对准标准球的球体，本方法利用上述的检测装置，按照以下步骤具体实施(1)将检测组件固定安装在后回转轴组件回转体上，并初步使标准球的球心位置在后回转轴组件回转轴线n2与前回转轴组件回转轴线Ii1的理论交点位置；(2)精确调整使标准球的球心位置准确落在后回转轴组件回转轴线n2上安装X 向位移传感器a，转动后回转轴组件回转体回转360°，同时调整检测组件的三维移动微调机构和X向移动三维微调机构，使X向位移传感器a的测头对准标准球球体的最大直径，且使标准球的球心位置在后回转轴组件回转轴轴线上；C3)精确调整使标准球的球心位置准确落在后回转轴组件回转轴线n2和前回转轴组回转轴线Ii1的公垂线上①安装Z向位移传感器b，调整Z向移动三维微调机构，使Z向位移传感器b的测头对准标准球球体的最大直径；②转动前回转轴组件回转体2回转180°， 根据Z向位移传感器b在0°时和180°时的读数，分别调整检测组件中的三维移动微调机构、X向移动三维微调机构、Z向移动三维微调机构，直至Z向位移传感器b在前回转轴组件回转体回转0°时和180°时的读数相同，则标准球的球心位置准确落在后回转轴组件回转轴线 与前回转轴组件回转轴线Ii1的公垂线上；(4)后回转轴组件回转轴线 与前回转轴组件回转轴线Ii1的共面度检测①安装 Y向位移传感器C，调整Y向移动三维微调机构，使Y向位移传感器C的测头对准标准球球体的最大直径；②转动前回转轴组件回转体回转180°，测得Y向位移传感器C在0°时和 180°时的读数δ。2，则可求出后回转轴组件回转轴线η2与前回转轴组回转轴线！^ 的共面度误差S = (δε1-δε2)/20本发明的有益效果是，该检测装置及检测方法可以直接进行交点外露两串联相邻相交回转轴轴线共面度检测，实现被检测组件夹角θ为任意值的两个串联相邻相交回转轴轴线的共面度检测，检测结果精度高。


图1是本发明检测装置的结构示意图；图2是图1中的K向结构示意图；图3是本发明方法在检测夹角θ为任意值的两个串联相邻相交回转轴轴线共面度时，三个位移传感器(a、b、c)的安装位置示意图；图4是本发明三维移动微调机构中的χ向微调机构的结构示意图。图中，1.前回转轴组件壳体，2.前回转轴组件回转体，3.后回转轴组件壳体，4.后回转轴组件回转体，5.连接件，6.三维移动微调机构，7.弯板，8.标准球，9. X向移动三维微调机构，10. Z向移动三维微调机构，11. Y向移动三维微调机构，a. X向位移传感器，b. Z向位移传感器，c. Y向位移传感器，X-1.精密螺杆，x-2.滑台，x-3.滑座，Ii1.前回转轴组件回转轴线，n2.后回转轴组件回转轴线。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施方式
对本发明进行详细说明。如图1、图2所示，本发明是一种交点外露两串联相邻相交回转轴轴线共面度检测装置(图中以θ =45°为例)，其结构是，包括检测组件、位移传感器，图中还画出了被测对象。检测组件包括连接件5、三维移动微调机构6，弯板7、标准球8组成；位移传感器包括X向位移传感器a、Z向位移传感器b、Y向位移传感器c，X向位移传感器a固定安装在X 向移动三维微调机构9上，Z向位移传感器b固定安装在Z向移动三维微调机构10上，Y向位移传感器c固定安装在Y向移动三维微调机构11上；被测对象为交点外露的两个串联相邻相交的回转轴组件，其中的前回转轴组件由前回转轴组件壳体1和前回转轴组件回转体 2组成，其中的后回转轴组件由后回转轴组件壳体3和后回转轴组件回转体4组成，后回转轴组件壳体3与前回转轴组件回转体2固定连接。检测组件沿后回转轴组件回转体4的轴线方向向下依次设置，后回转轴组件回转体4与连接件5固定连接，连接件5与三维移动微调机构6固定连接，三维移动微调机构6与弯板7固定连接，弯板7与标准球8固定连接。 三个位移传感器(a、b、c)分别沿标准球8的X、Z、Y坐标方向的法向布置，三个位移传感器的测头沿球面法线对准标准球8的球体，该三个移动三维微调机构(9、10、11)分别固定安装在机座上(图中未示出)，检测过程中前回转轴组件壳体1相对机座保持静止不动。三维移动微调机构6与三个移动三维微调机构(9、10、11)的结构原理均相同，各自包括X向微调机构、y向微调机构、Z向微调机构串联组成，并且其中的χ向微调机构、y 向微调机构、ζ向微调机构的结构原理相同，均包括精密螺杆、滑台、滑座组成，其中的χ向微调机构如图4所示，包括精密螺杆χ-1、滑台χ-2、滑座x-3组成，精密螺杆χ-1与滑台x-2 通过螺纹连接，滑台x-2与滑座x-3通过精密燕尾导轨连接，实现了精密螺杆χ-1带动滑台 x-2相对滑座x-3沿χ方向移动。本发明方法利用上述的检测装置，参照图3、图4，进行交点外露两个串联相邻相交回转轴轴线共面度的检测，按照以下具体步骤实施(1)将检测组件固定安装在后回转轴组件回转体4上，并初步使标准球8的球心位置在后回转轴组件回转轴线n2与前回转轴组件回转轴线H1的理论交点位置；(2)精确调整使标准球8的球心位置准确落在后回转轴组件回转轴线n2上安装 X向位移传感器a，转动后回转轴组件回转体4回转360°，同时调整检测组件的三维移动微调机构6和安装X向位移传感器a的X向移动三维微调机构9，使X向位移传感器a的测头对准标准球8球体的最大直径，且使标准球8的球心位置在后回转轴组件回转轴轴线上；(3)精确调整使标准球8的球心位置准确落在后回转轴组件回转轴线n2和前回转轴组回转轴线Ii1的公垂线上①安装Z向位移传感器b，调整安装Z向位移传感器b的Z向移动三维微调机构10，使Z向位移传感器b的测头对准标准球8球体的最大直径；②转动前回转轴组件回转体2回转180°，根据Z向位移传感器b在0°时和180°时的读数，分别调整检测组件中的三维移动微调机构6、X向移动三维微调机构9、Z向移动三维微调机构10， 直至Z向位移传感器b在前回转轴组件回转体2回转0°时和180°时的读数相同，则标准球8的球心位置准确落在后回转轴组件回转轴线和前回转轴组回转轴线的公垂线上；(4)后回转轴组件回转轴线n2与前回转轴组件回转轴线Ii1的共面度检测①安装Y向位移传感器C，调整安装Y向位移传感器C的Y向移动三维微调机构11，使Y向位移传感器C的测头对准标准球8球体的最大直径；②转动前回转轴组件回转体2回转180°，测得Y向位移传感器c在0°时和180°时的读数δ。2，则可求出后回转轴组件回转轴线 与前回转轴组回转轴线Ii1的共面度误差δ = ( δ cl- δ。2)/2。采用本发明方法，检测分辨率可达到0. 01 μ m，检测精度可达到0. 1 μ m(扣除后回转轴组件和前回转轴组的径跳误差)。上述对于θ =45°情况，Y向位移传感器b与X向位移传感器a的夹角为90° (即 2 θ )，对于θ乒45°情况，Y向位移传感器b与X向位移传感器a的夹角为180° -2 θ。
权利要求
1.一种交点外露两串联相邻相交回转轴轴线共面度检测装置，其特征在于，包括检测组件和位移传感器，所述的检测组件由连接件( 、三维移动微调机构(6)，弯板(7)、标准球(8)组成，被测对象的后回转轴组件回转体向下与连接件(5)、三维移动微调机构(6)、弯板(7)依次固定连接，弯板(7)与标准球(8)固定连接；所述的位移传感器包括有X向位移传感器a、Z向位移传感器b、Y向位移传感器c，X向位移传感器a固定安装在X向移动三维微调机构(9)上，Z向位移传感器b固定安装在Z向移动三维微调机构(10)上，Y向位移传感器c固定安装在Y向移动三维微调机构(11)上， X向移动三维微调机构(9)、Z向移动三维微调机构(10)、Y向移动三维微调机构(11)分别固定安装在机座上，X向位移传感器a、Z向位移传感器b、Y向位移传感器c分别沿标准球 (8)的X、Z、Y坐标方向的法向布置，三个位移传感器的测头沿球面法线对准标准球(8)的球体。
2.根据权利要求1所述的交点外露两串联相邻相交回转轴轴线共面度检测装置，其特征在于，所述的三维移动微调机构(6)、X向移动三维微调机构(9)、Z向移动三维微调机构 (10) ,Y向移动三维微调机构(11)的结构均相同，包括χ向微调机构、y向微调机构、ζ向微调机构串联组成，并且χ向微调机构、y向微调机构、ζ向微调机构的结构原理相同，均包括精密螺杆、滑台、滑座组成，另外，其中的χ向微调机构包括精密螺杆(χ-1)、滑台(χ-2)、滑座(χ-3)组成，精密螺杆(χ-1)与滑台(χ-幻通过螺纹连接，滑台(χ-幻与滑座Gd)通过燕尾导轨连接。
3.一种交点外露两个串联相邻相交回转轴轴线共面度检测方法，其特征在于，利用一套检测装置，其结构是，包括检测组件和位移传感器，所述的检测组件由连接件( 、三维移动微调机构(6)，弯板(7)、标准球(8)组成，被测对象的后回转轴组件回转体向下与连接件(5)、三维移动微调机构(6)、弯板(7)依次固定连接，弯板(7)与标准球(8)固定连接；所述的位移传感器包括有X向位移传感器a、Z向位移传感器b、Y向位移传感器c，X向位移传感器a固定安装在X向移动三维微调机构(9)上，Z向位移传感器b固定安装在Z向移动三维微调机构(10)上，Y向位移传感器c固定安装在Y向移动三维微调机构(11)上， X向移动三维微调机构(9)、Z向移动三维微调机构(10)、Y向移动三维微调机构(11)分别固定安装在机座上，X向位移传感器a、Z向位移传感器b、Y向位移传感器c分别沿标准球 (8)的X、Z、Y坐标方向的法向布置，三个位移传感器的测头沿球面法线对准标准球(8)的球体，本方法利用上述的检测装置，按照以下步骤具体实施(1)将检测组件固定安装在后回转轴组件回转体⑷上，并初步使标准球⑶的球心位置在后回转轴组件回转轴线n2与前回转轴组件回转轴线H1的理论交点位置；(2)精确调整使标准球(8)的球心位置准确落在后回转轴组件回转轴线 上安装X 向位移传感器a，转动后回转轴组件回转体回转360°，同时调整检测组件的三维移动微调机构(6)和X向移动三维微调机构(9)，使X向位移传感器a的测头对准标准球(8)球体的最大直径，且使标准球(8)的球心位置在后回转轴组件回转轴轴线上；(3)精确调整使标准球(8)的球心位置准确落在后回转轴组件回转轴线 和前回转轴组回转轴线Ii1的公垂线上①安装Z向位移传感器b，调整Z向移动三维微调机构(10)，使 Z向位移传感器b的测头对准标准球(8)球体的最大直径；②转动前回转轴组件回转体2回转180°，根据Z向位移传感器b在0°时和180°时的读数，分别调整检测组件中的三维移动微调机构(6)、X向移动三维微调机构(9)、Z向移动三维微调机构(10)，直至Z向位移传感器b在前回转轴组件回转体O)回转0°时和180°时的读数相同，则标准球(8)的球心位置准确落在后回转轴组件回转轴线n2与前回转轴组件回转轴线H1的公垂线上；(4)后回转轴组件回转轴线1!2与前回转轴组件回转轴线Ill的共面度检测①安装Y向位移传感器c，调整Y向移动三维微调机构(11)，使Y向位移传感器c的测头对准标准球 (8)球体的最大直径；②转动前回转轴组件回转体O)回转180°，测得Y向位移传感器c 在0°时和180°时的读数Sca和δ。2，则可求出后回转轴组件回转轴线 与前回转轴组回转轴线H1的共面度误差δ = ( δ cl- δ c2"2。
4.根据权利要求3所述的检测方法，其特征在于，所述的三维移动微调机构(6)、X向移动三维微调机构(9)、Z向移动三维微调机构(10)、Y向移动三维微调机构(11)结构原理均相同，包括χ向微调机构、y向微调机构、ζ向微调机构串联组成，χ向微调机构、y向微调机构、ζ向微调机构的结构原理相同，均包括精密螺杆、滑台、滑座组成，其中的χ向微调机构包括精密螺杆(χ-1)、滑台(χ-2)、滑座(χ-3)组成，精密螺杆 (χ-1)与滑台(χ-幻通过螺纹连接，滑台(χ-幻与滑座Gd)通过精密燕尾导轨连接。
5.根据权利要求3所述的检测方法，其特征在于，对于θ兴45°情况，Y向位移传感器b与X向位移传感器a的夹角为180° -2Θ。
全文摘要
本发明的一种交点外露两串联相邻相交回转轴轴线共面度检测装置，包括检测组件和位移传感器，所述的检测组件包括安装在被测对象的后回转轴组件回转体下表面的连接件、三维移动微调机构、弯板和标准球；所述的位移传感器包括有X向位移传感器、Z向位移传感器、Y向位移传感器，该三个位移传感器分别沿标准球的X、Z、Y坐标方向的法向布置，三个位移传感器的测头沿球面法线对准标准球的球体。本发明还公开了一种交点外露两个串联相邻相交回转轴轴线共面度检测方法，利用前述的检测装置，实现被检测组件夹角θ为任意值的两个串联相邻相交回转轴轴线的共面度检测，检测结果精度明显提高。
文档编号G01B21/00GK102426000SQ20111025318
公开日2012年4月25日 申请日期2011年8月30日 优先权日2011年8月30日
发明者吕维刚, 杨新刚, 黄玉美 申请人:西安理工大学