CN110595359A - 一种球铰链在线精度检测设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及铰链生产技术领域，特别涉及一种球铰链在线精度检测设备；本发明包括用于放置球铰链的放置装置、用于带动放置装置运动的传动装置及用于对球铰链进行位置测量的测量装置；放置装置包括工装及连接在工装上的待测球铰链机构、俯仰调节机构、自旋调节机构；本发明通过将球铰链放置在放置装置上的待测球铰链机构内，由俯仰调节机构调节球铰链在俯仰方向的位置和自旋调节机构调节球铰链在自旋方向的位置，传动装置带动放置装置运动，再由测量装置进行多个位置测量，测量完毕后将测量的所有的球铰链的靶球球心坐标拟合成一个球面，然后计算所有这些靶球球心坐标与拟合出来的球面之间的均方根值，该值便是该球铰链的精度值。

Description

一种球铰链在线精度检测设备

技术领域

本发明涉及铰链生产技术领域，特别涉及一种球铰链在线精度检测设备。

背景技术

并联机构是由多个并行链构成的闭环运动系统,即由多个运动链的一端同时与一个具有多个自由度的终端操作器相连而构成。并联机构的构想最早可追溯到1895年,数学家Cauchy就开始研究一种“用关节连接的八面体”，这是至今为止知道的最早的并联机构；1938年,Pollard采用并联机构设计汽车喷漆装置。1949年,V1E1Gough设计了一种类似的机构用来检测轮胎，这是真正得到运用的并联机构；1965年D1Stewart首次提出一种6条腿连接基础平台与动平台的六自由度并联机构,发表论文阐述了将此类机构用在飞行模拟器上。并联机构具有以下优点：1、具有较高的刚度重量比，刚度较大，结构稳定；2、具有较高的载荷重量比；3、误差小，精度高；4、容易实现高速运动；5、在位置求解上,正解困难反解却非常容易；6、结构简单，模块化程度高。

球铰链作为一种能够提供三个自由度的铰链机构，在各种形式的并联机构中得到了大量的应用；球铰链作为并联机构的重要组成部分，球型连接铰链是用于自动控制中的执行器与调节机构的连接附件，它采用了球型轴承结构具有控制灵活、准确、扭转角度大的优点，由于该铰链安装、调整方便、安全可靠，且球铰链由于选用了球型轴承结构，能灵活的承受来自各异面的压力。所以，它广泛地应用在电力、石油化工、冶金、矿山、轻纺等工业的自动控制系统中。

球铰链的精度对并联机构的整体运动精度有着较大的影响，而且球铰链的间隙在并联机构的运动学标定中难以被修正及补偿；现有公开的技术方案中针对球铰链的精度测试的案例较少，为了给并联机构的球铰链选型提供依据，并且提高检测的效率和精度，球铰链在线精度检测装置的研究势在必行。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是提供一种球铰链在线精度检测设备，通过将球铰链放置在放置装置上的待测球铰链机构内，由俯仰调节机构调节球铰链在俯仰方向的位置和自旋调节机构调节球铰链在自旋方向的位置，传动装置带动放置装置运动，再由测量装置进行多个位置测量，测量完毕后将测量的所有的球铰链的靶球球心坐标拟合成一个球面，然后计算所有这些靶球球心坐标与拟合出来的球面之间的均方根值，该值便是该球铰链的精度值。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种球铰链在线精度检测设备，其中，包括用于放置球铰链的放置装置、用于带动所述放置装置运动的传动装置及用于对所述球铰链进行位置测量的测量装置；所述放置装置包括工装及连接在所述工装上的用于放置所述球铰链的待测球铰链机构、用于控制调节所述球铰链在俯仰方向的位置的俯仰调节机构、用于调节所述球铰链在自旋方向的位置的自旋调节机构。

作为本发明的一种改进，所述俯仰调节机构包括互相垂直设置的均用于调节所述球铰链在俯仰方向的位置的俯仰调节组件和偏摆调节组件。

作为本发明的进一步改进，所述待测球铰链机构包括靶球座、过渡杆、球铰杆和球铰座，所述球铰座连接在所述工装上，所述球铰杆安装在所述球铰座上，所述过渡杆的一端与所述球铰杆连接，所述过渡杆的另一端与所述靶球座连接，所述靶球座上用于放置所述球铰链的靶球。

作为本发明的更进一步改进，所述俯仰调节组件包括俯仰电机、俯仰联轴器、俯仰传动轴、轴承座、摇臂和磁钢固定座，所述俯仰电机安装在俯仰电机座上，所述俯仰传动轴安装在所述轴承座上，所述俯仰电机通过所述俯仰联轴器与所述俯仰传动轴连接，所述俯仰传动轴与所述摇臂、磁钢固定座连接，所述摇臂的顶部设置有固定杆和滑槽，所述滑槽内活动连接有滑动杆，所述滑动杆通过限位螺帽固定在所述滑槽内，所述固定杆与所述滑动杆之间设置有间隙，所述摇臂上安装有用于感应所述摇臂的角度位置的霍尔传感器。

作为本发明的更进一步改进，所述固定杆通过弹簧与所述滑动杆连接。

作为本发明的更进一步改进，所述偏摆调节组件的结构与所述俯仰调节组件的结构相同。

作为本发明的更进一步改进，所述自旋调节机构包括自旋电机、自旋联轴器、蜗杆、蜗轮和自旋平台，所述自旋电机安装在自旋电机座上，所述蜗杆安装在蜗杆支撑座上，所述蜗轮安装在蜗轮支撑座上，所述自旋电机通过所述自旋联轴器与所述蜗杆连接，所述蜗杆与所述蜗轮啮合连接，所述蜗轮与所述自旋平台连接，编码器连接在所述蜗轮与所述自旋平台之间，所述编码器用于感应所述自旋平台的旋转位置，所述自旋平台上设置有接口，所述接口与所述球铰链的铰链连接。

作为本发明的更进一步改进，所述传动装置包括传送带及设置在所述传送带上的测试平台，所述工装连接在所述测试平台上。

作为本发明的更进一步改进，所述测试平台上设置有第一定位块、第二定位块和若干个螺孔，所述第一定位块与所述第二定位块互相垂直设置，所述工装的两个边沿分别抵在所述第一定位块和第二定位块上同时通过螺钉连接在所述螺孔内使所述工装固定连接在所述测试平台上。

作为本发明的更进一步改进，所述测量装置包括支座、三脚架和激光跟踪仪，所述三脚架连接在所述支座上，所述激光跟踪仪连接在所述三脚架上。

本发明的有益效果是：与现有技术相比，本发明通过将球铰链放置在放置装置上的待测球铰链机构内，由俯仰调节机构调节球铰链在俯仰方向的位置和自旋调节机构调节球铰链在自旋方向的位置，传动装置带动放置装置运动，再由测量装置进行多个位置测量，测量完毕后将测量的所有的球铰链的靶球球心坐标拟合成一个球面，然后计算所有这些靶球球心坐标与拟合出来的球面之间的均方根值，该值便是该球铰链的精度值。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的放置装置的结构示意图；

图3为本发明的待测球铰链机构的结构示意图；

图4为本发明的俯仰调节组件的结构示意图；

图5为本发明的磁钢固定座的结构示意图；

图6为本发明的自旋调节机构的结构示意图；

图7为本发明的传动装置的结构示意图；

附图标记：1-放置装置，11-工装，12-待测球铰链机构，121-靶球，122-靶球座，123-过渡杆，124-球铰杆，125-球铰座，13-俯仰调节机构，131-俯仰调节组件，132-俯仰电机，133-俯仰联轴器，134-俯仰传动轴，135-轴承座，136-摇臂，1361-固定杆，1362-滑槽，1363-滑动杆，1364-弹簧，1365-霍尔传感器，1366-限位螺帽，137-磁钢固定座，138-俯仰电机座，1381-端盖，1382-磁钢安装孔，1383-磁钢，139-制动器，14-自旋调节机构，141-自旋电机，142-自旋联轴器，143-蜗杆，144-蜗轮，145-自旋平台，146-编码器，147-自旋电机座，148-蜗杆支撑座，149-蜗轮支撑座，1410-接口，1411-自旋制动器，2-传动装置，21-传送带，22-测试平台，23-第一定位块，24-第二定位块，25-螺孔，3-测量装置，31-支座，32-三脚架，33-激光跟踪仪。

具体实施方式

如图1至图7所示，本发明提供一种球铰链在线精度检测设备，包括用于放置球铰链的放置装置1、用于带动放置装置1运动的传动装置2及用于对球铰链进行位置测量的测量装置3。

如图2所示，放置装置1包括工装11及连接在工装11上的用于放置球铰链的待测球铰链机构12、用于控制调节球铰链在俯仰方向的位置的俯仰调节机构13、用于调节球铰链在自旋方向的位置的自旋调节机构14。

在本发明内，如图3所示，待测球铰链机构12包括靶球座122、过渡杆123、球铰杆124和球铰座125，球铰座125连接在工装11上，球铰杆124安装在球铰座125上，过渡杆123的一端与球铰杆124连接，过渡杆123的另一端与靶球座122连接，靶球座122上用于放置球铰链的靶球121；具体地讲，在待测球铰链机构12内，球铰座125通过螺钉连接的方式固定在工装11上，球铰杆124通过螺纹连接的方式连接到过渡杆123上，靶球座122通过磁力的作用固定在过渡杆123的端部，靶球121通过磁力的作用固定在靶球座122上。

在本发明内，为了方便球铰链在俯仰方向的调节及固定，俯仰调节机构13包括互相垂直设置的均用于调节球铰链在俯仰方向的位置的俯仰调节组件131和偏摆调节组件1310。

如图4所示，俯仰调节组件131包括俯仰电机132、俯仰联轴器133、俯仰传动轴134、轴承座135、摇臂136和磁钢固定座137，俯仰电机132安装在俯仰电机座138上，俯仰传动轴134安装在轴承座135上，俯仰电机132通过俯仰联轴器133与俯仰传动轴134连接，俯仰传动轴134与摇臂136、磁钢固定座137连接，摇臂136的顶部设置有固定杆1361和滑槽1362，滑槽1362内活动连接有滑动杆1363，滑动杆1363通过限位螺帽1366固定在滑槽1362内，固定杆1361与滑动杆1363之间设置有间隙，过渡杆123卡在间隙内；摇臂136上安装有用于感应摇臂136的角度位置的霍尔传感器1365；固定杆1361通过弹簧1364与滑动杆1363连接。固定杆1361与滑动杆1363的两端均连接有一摇臂，一个摇臂与一个传动轴连接，另一个摇臂直接与一个轴承座连接。具体地讲，俯仰调节组件131用以调节球铰链在俯仰方向的位置，由俯仰电机132、俯仰制动器139、俯仰电机座138、俯仰联轴器133、俯仰传动轴134、端盖1381、轴承座135、摇臂136、弹簧1364、限位螺帽1366、固定杆1361、滑动杆1363、霍尔传感器1365、磁钢固定座137、磁钢1383组成；俯仰制动器139固定在俯仰电机132的后端，俯仰电机132通过螺钉连接的方式固定在俯仰电机座138上，俯仰传动轴134通过俯仰联轴器133与俯仰电机132相连接，端盖1381通过螺钉连接的方式固定在轴承座135上，俯仰传动轴134一端与摇臂136固定，摇臂136的顶端部位装设有固定杆1361和滑动杆1363，固定杆1361通过轴孔配合，限位螺帽1366限位的方式固定在摇臂136上，滑动杆1363通过限位螺帽1366限位，通过弹簧1364拉紧的方式安装在摇臂136的滑槽1362内；弹簧1364两端连接固定杆1361和滑动杆1363；霍尔传感器1365固定在摇臂136上，用以反馈摇臂136所处的角度位置；如图5所示，磁钢1383通过磁力的作用吸附到磁钢固定座137上，磁钢固定座137上均匀分布有若干磁钢安装孔1382，具体分度角需要根据被测铰链的行程而定。

在本发明内，偏摆调节组件1310的结构与俯仰调节组件131的结构相同，偏摆调节组件1310的组成和功能与俯仰调节组件131相同，只是摇臂136的尺寸和整个的装配方向与俯仰调节组件131不同。

如图6所示，自旋调节机构14包括自旋电机141、自旋联轴器142、蜗杆143、蜗轮144和自旋平台145，自旋电机141安装在自旋电机座147上，蜗杆143安装在蜗杆支撑座148上，蜗轮144安装在蜗轮支撑座149上，自旋电机141连接有自旋制动器1411，自旋电机141通过自旋联轴器142与蜗杆143连接，蜗杆143与蜗轮144啮合连接，蜗轮144与自旋平台145连接，编码器146连接在蜗轮144与自旋平台145之间，编码器146用于感应自旋平台145的旋转位置，自旋平台145上设置有接口1410，接口1410与球铰链的铰链连接；具体地讲，自旋调节机构14用以调节球铰链在自旋方向的位置，由自旋电机141、自旋制动器1411、自旋电机座147、自旋联轴器142、蜗杆支撑座148、蜗杆143、自旋平台145、编码器146、蜗轮144、蜗轮支撑座149组成，自旋制动器1411固定在自旋电机141的后端，自旋电机141通过螺钉连接的方式固定在自旋电机座147上，蜗杆143固定在蜗杆支撑座148上，然后通过自旋联轴器142与自旋电机141相连接，蜗轮144固定在蜗轮支撑座149上，然后与蜗杆143进行啮合，蜗杆支撑座148和蜗轮支撑座149通过螺钉连接的方式固定在工装11上；自旋平台145通过螺钉连接的方式固定在蜗轮144上，编码器146安装于蜗轮144和自旋平台145之间，用以反馈自旋平台145的旋转位置；自旋平台145留有相应的接口1410，用于连接被测球铰链的铰链。

如图7所示，为了进行批量进行检测，传动装置2包括传送带21及设置在传送带21上的测试平台22，工装11连接在测试平台22上；进一步，为了更好地固定工装11，从而使之不易晃动，方便进行测量，测试平台22上设置有第一定位块23、第二定位块24和若干个螺孔25，第一定位块23与第二定位块24互相垂直设置，工装11的两个边沿分别抵在第一定位块23和第二定位块24上同时通过螺钉连接在螺孔25内使工装11固定连接在测试平台22上；具体地讲，传动带21中央部位设置有测试平台22，测试平台22的侧端设置有第一定位块23和第二定位块24，并且在测试平台22的安装平面上设置有相应的螺孔25，当工装11通过传送带21传送到测试平台22上时，通过测试平台22的安装面，第一定位块23和第二定位块24进行三个正交方向的定位，然后通过螺钉进行锁紧。

在本发明内，测量装置3包括支座31、三脚架32和激光跟踪仪33，三脚架32连接在支座31上，激光跟踪仪33连接在三脚架32上；具体地讲，激光跟踪仪33架设在三脚架32上，三脚架32固定在支座31上，支座31放置在传送带21的一侧中央部位。

在本发明内，当被测的球铰链安装完毕之后，将俯仰调节组件131的滑动杆1363进行安装，保证过渡杆123被夹在俯仰调节组件131的滑动杆1363和固定杆1361之间，同理保证过渡杆123被夹在偏摆调节组件14的两杆之间；先将球铰链的自旋方向固定到某一特定位置，然后将球铰链的俯仰方向固定到某一特定位置，调节偏摆方向到达若干个特定位置，每到一个位置，激光跟踪仪33测量一次靶球121的球心位置坐标；偏摆方向所有位置测试完毕之后再调节俯仰方向到下一个指定方向，重复以上检测工作，直至所有俯仰方向的位置都被测试到；以上所述步骤为针对某个特定自旋位置的一个测试循环，继续调整球铰链到不同的自旋位置，重复以上测试循环，完成球铰链全部自旋位置的靶球121球心位置测试；测试完毕后将所有的靶球121球心坐标拟合成一个球面，然后计算所有这些靶球121球心坐标与拟合出来的球面之间的均方根值，该值便是该球铰链的精度值。

本发明结构简单，安装方便，自动化程度高，测试效率高；本发明还具有测试采样点固化且均匀的特点，避免因测试位置不同而带来的测试误差，测试精度高。此外，本发明还具有通用性，适用于不同规格型号的球铰链的在线精度检测，特别适用于批量化生产球铰链的厂家。

以上所述仅为本发明的实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种球铰链在线精度检测设备，其特征在于，包括用于放置球铰链的放置装置、用于带动所述放置装置运动的传动装置及用于对所述球铰链进行位置测量的测量装置；所述放置装置包括工装及连接在所述工装上的用于放置所述球铰链的待测球铰链机构、用于控制调节所述球铰链在俯仰方向的位置的俯仰调节机构、用于调节所述球铰链在自旋方向的位置的自旋调节机构。

2.根据权利要求1所述的一种球铰链在线精度检测设备，其特征在于，所述俯仰调节机构包括互相垂直设置的均用于调节所述球铰链在俯仰方向的位置的俯仰调节组件和偏摆调节组件。

3.根据权利要求1所述的一种球铰链在线精度检测设备，其特征在于，所述待测球铰链机构包括靶球座、过渡杆、球铰杆和球铰座，所述球铰座连接在所述工装上，所述球铰杆安装在所述球铰座上，所述过渡杆的一端与所述球铰杆连接，所述过渡杆的另一端与所述靶球座连接，所述靶球座上用于放置所述球铰链的靶球。

4.根据权利要求2所述的一种球铰链在线精度检测设备，其特征在于，所述俯仰调节组件包括俯仰电机、俯仰联轴器、俯仰传动轴、轴承座、摇臂和磁钢固定座，所述俯仰电机安装在俯仰电机座上，所述俯仰传动轴安装在所述轴承座上，所述俯仰电机通过所述俯仰联轴器与所述俯仰传动轴连接，所述俯仰传动轴与所述摇臂、磁钢固定座连接，所述摇臂的顶部设置有固定杆和滑槽，所述滑槽内活动连接有滑动杆，所述滑动杆通过限位螺帽固定在所述滑槽内，所述固定杆与所述滑动杆之间设置有间隙，所述摇臂上安装有用于感应所述摇臂的角度位置的霍尔传感器。

5.根据权利要求4所述的一种球铰链在线精度检测设备，其特征在于，所述固定杆通过弹簧与所述滑动杆连接。

6.根据权利要求5所述的一种球铰链在线精度检测设备，其特征在于，所述偏摆调节组件的结构与所述俯仰调节组件的结构相同。

7.根据权利要求1所述的一种球铰链在线精度检测设备，其特征在于，所述自旋调节机构包括自旋电机、自旋联轴器、蜗杆、蜗轮和自旋平台，所述自旋电机安装在自旋电机座上，所述蜗杆安装在蜗杆支撑座上，所述蜗轮安装在蜗轮支撑座上，所述自旋电机通过所述自旋联轴器与所述蜗杆连接，所述蜗杆与所述蜗轮啮合连接，所述蜗轮与所述自旋平台连接，编码器连接在所述蜗轮与所述自旋平台之间，所述编码器用于感应所述自旋平台的旋转位置，所述自旋平台上设置有接口，所述接口与所述球铰链的铰链连接。

8.根据权利要求1所述的一种球铰链在线精度检测设备，其特征在于，所述传动装置包括传送带及设置在所述传送带上的测试平台，所述工装连接在所述测试平台上。

9.根据权利要求8所述的一种球铰链在线精度检测设备，其特征在于，所述测试平台上设置有第一定位块、第二定位块和若干个螺孔，所述第一定位块与所述第二定位块互相垂直设置，所述工装的两个边沿分别抵在所述第一定位块和第二定位块上同时通过螺钉连接在所述螺孔内使所述工装固定连接在所述测试平台上。

10.根据权利要求1所述的一种球铰链在线精度检测设备，其特征在于，所述测量装置包括支座、三脚架和激光跟踪仪，所述三脚架连接在所述支座上，所述激光跟踪仪连接在所述三脚架上。