基于五维运动平台的测量装置.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)实用新型专利 (10)授权公告号 (45)授权公告日 (21)申请号 201922275384.9 (22)申请日 2019.12.18 (73)专利权人 纵横皆景 （武汉） 信息技术有限公 司 地址 430223 湖北省武汉市东湖新技术开 发区武大科技园武大园路4号巨成大 厦第7层 (72)发明人 王刚胡玮刘春 (74)专利代理机构 北京汇泽知识产权代理有限 公司 11228 代理人 吴静 (51)Int.Cl. G01B 11/00(2006.01) (54)实用新型名称 一种基于五维运动平台的测量装置 (57)摘要 本实用新型属于工件尺寸测量。

2、技术领域， 具 体提供了一种基于五维运动平台的测量装置， 包 括基座， 基座上设有XY二维移动平台， XY二维移 动平台包括X平移机构及Y平移机构， 基座上还设 有Z平移机构， Z平移机构上设有测量仪； XY二维 移动平台上可旋转地设有P旋转轴， P旋转轴与XY 二维移动平台的移动平面共面， P旋转轴上固设 有R旋转轴， R旋转轴上设有用于夹持待测工件的 夹具， 夹具的运动轨迹与测量仪的测量范围相 交。 该装置能实现五维激光测距的功能， 其中旋 转盘只承受扭矩不承受被测物的重力， 这样就保 护了内部的蜗轮蜗杆的结构， 提高了设备的钢性 和承载能力； 激光单独安装在Z轴上， 解决工件的 多维运动。

3、造成的不稳定性， 提高了整个系统的稳 定性。 权利要求书1页 说明书4页 附图3页 CN 211012840 U 2020.07.14 CN 211012840 U 1.一种基于五维运动平台的测量装置， 包括基座， 所述基座上设有XY二维移动平台， 所 述XY二维移动平台包括X平移机构及Y平移机构， 其特征在于： 所述基座上还设有Z平移机 构， 所述Z平移机构上设有测量仪； 所述XY二维移动平台上可旋转地设有P旋转轴， 所述P旋转轴与所述XY二维移动平台的 移动平面共面， 所述P旋转轴上固设有R旋转轴， 所述R旋转轴上设有用于夹持待测工件的夹 具， 所述夹具的运动轨迹与所述测量仪的测量范围相交。

4、。 2.根据权利要求1所述的基于五维运动平台的测量装置， 其特征在于： 所述P旋转轴与 所述R旋转轴垂直。 3.根据权利要求2所述的基于五维运动平台的测量装置， 其特征在于： 所述X平移机构 包括X轴旋转丝杆， 所述Y平移机构包括Y轴旋转丝杆， 所述Z平移机构包括Z轴旋转丝杆， 所 述X轴旋转丝杆、 Y轴旋转丝杆及Z轴旋转丝杆上均设有光栅尺。 4.根据权利要求1或3所述的基于五维运动平台的测量装置， 其特征在于： 所述P旋转轴 及所述R旋转轴上均设有编码器。 5.根据权利要求1所述的基于五维运动平台的测量装置， 其特征在于： 所述基座为铸铁 材料制成。 6.根据权利要求1所述的基于五维运动平台。

5、的测量装置， 其特征在于： 所述测量仪包括 激光测距仪， 所述夹具的运动轨迹与所述激光测距仪的激光发射光路相交。 7.根据权利要求1所述的基于五维运动平台的测量装置， 其特征在于： 所述P旋转轴及 所述R旋转轴分别通过对应的步进电机驱动。 8.根据权利要求7所述的基于五维运动平台的测量装置， 其特征在于： 所述P旋转轴及R 旋转轴上均设有极限开关。 9.根据权利要求1所述的基于五维运动平台的测量装置， 其特征在于： 所述Z平移机构 上还设有相机及补光灯。 10.根据权利要求1所述的基于五维运动平台的测量装置， 其特征在于： 所述Z平移机构 的运动轨迹与所述XY二维移动平台的运动轨迹垂直。 权利。

6、要求书 1/1 页 2 CN 211012840 U 2 一种基于五维运动平台的测量装置 技术领域 0001 本实用新型属于工件尺寸测量技术领域， 具体涉及一种基于五维运动平台的测量 装置。 背景技术 0002 传统的工件测量装置是三维运动平台基础， 但是三维运动平台的应用场景受限， 尤其无法保证工件的多角度多面的测量。 现有的更多维度的工件测量的做法是， 在传统的 运动平台上是X轴、 Y轴、 Z轴这三根轴是堆叠式的组合在一起， 再在这三根轴上添加R轴、 P轴 和旋转盘， 这种装置结构十分笨重且冗余， 还会破坏整个装置的钢性结构。 另一方面， 传统 的工件安装方式是直接装载， 这样力臂就承载了。

7、工件的重量， 而本身整个装置的刚性就比 较薄弱， 在工件安装上去之后会造成低抬头， 这就破坏了结构的稳定性， 进而影响到工件测 量的准确性。 发明内容 0003 本实用新型的目的是克服现有技术中多维工件测量精度低的问题。 0004 为此， 本实用新型提供了一种基于五维运动平台的测量装置， 包括基座， 所述基座 上设有XY二维移动平台， 所述XY二维移动平台包括X平移机构及Y平移机构， 所述基座上还 设有Z平移机构， 所述Z平移机构上设有测量仪； 0005 所述XY二维移动平台上可旋转地设有P旋转轴， 所述P旋转轴与所述XY二维移动平 台的移动平面共面， 所述P旋转轴上固设有R旋转轴， 所述R旋。

8、转轴上设有用于夹持待测工件 的夹具， 所述夹具的运动轨迹与所述测量仪的测量范围相交。 0006 优选地， 所述P旋转轴与所述R旋转轴垂直。 0007 优选地， 所述X平移机构包括X轴旋转丝杆， 所述Y平移机构包括Y轴旋转丝杆， 所述 Z平移机构包括Z轴旋转丝杆， 所述X轴旋转丝杆、 Y轴旋转丝杆及Z轴旋转丝杆上均设有光栅 尺。 0008 优选地， 所述P旋转轴及所述R旋转轴上均设有编码器。 0009 优选地， 所述基座为铸铁材料制成。 0010 优选地， 所述测量仪包括激光测距仪， 所述夹具的运动轨迹与所述激光测距仪的 激光发射光路相交。 0011 优选地， 所述P旋转轴及所述R旋转轴分别通过。

9、对应的步进电机驱动。 0012 优选地， 所述P旋转轴及R旋转轴上均设有极限开关。 0013 优选地， 所述Z平移机构上还设有相机及补光灯。 0014 优选地， 所述Z平移机构的运动轨迹与所述XY二维移动平台的运动轨迹垂直。 0015 本实用新型的有益效果： 本实用新型提供的这种基于五维运动平台的测量装置， 包括基座， 基座上设有XY二维移动平台， XY二维移动平台包括X平移机构及Y平移机构， 基座 上还设有Z平移机构， Z平移机构上设有测量仪； XY二维移动平台上可旋转地设有P旋转轴， P 说明书 1/4 页 3 CN 211012840 U 3 旋转轴与XY二维移动平台的移动平面共面， P。

10、旋转轴上固设有R旋转轴， R旋转轴上设有用于 夹持待测工件的夹具， 夹具的运动轨迹与测量仪的测量范围相交。 激光测距仪随着Z平移机 构在竖直方向移动， XY二维移动平台驱动夹具上的工件在水平面内平移， P旋转轴与R旋转 轴分别旋转使得工件可以分别绕着Y轴及X轴旋转， 从而实现了五维激光测距功能。 该测量 装置的旋转盘只承受扭矩不承受被测物的重力， 这样就保护了内部的蜗轮蜗杆的结构， 提 高了设备的钢性和承载能力； 另一方面， 激光单独安装在Z轴上， 解决工件的多维运动造成 的不稳定性， 提高了整个系统的稳定性。 0016 以下将结合附图对本实用新型做进一步详细说明。 附图说明 0017 图1是。

11、本实用新型基于五维运动平台的测量装置的立体结构示意图； 0018 图2是本实用新型基于五维运动平台的测量装置的主视示意图； 0019 图3是本实用新型基于五维运动平台的测量装置的右视示意图。 0020 附图标记说明： 基座1， X平移机构2， Y平移机构3， Z平移机构4， P旋转轴5， R旋转轴 6， 旋转盘7， 待测工件8， 激光测距仪9， 相机及补光灯10， 曲轴11。 具体实施方式 0021 下面将结合本实用新型实施例中的附图， 对本实用新型实施例中的技术方案进行 清楚、 完整地描述， 显然， 所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例， 而不是全部的 实施例。 基于本实用新型中的实施。

12、例， 本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下 所获得的所有其它实施例， 都属于本实用新型保护的范围。 0022 在本实用新型的描述中， 需要理解的是， 术语 “中心” 、“上” 、“下” 、“前” 、“后” 、 “左” 、“右” 、“竖直” 、“水平” 、“顶” 、“底” 、“内” 、“外” 等指示的方位或位置关系为基于附图所 示的方位或位置关系， 仅是为了便于描述本实用新型和简化描述， 而不是指示或暗示所指 的装置或元件必须具有特定的方位、 以特定的方位构造和操作， 因此不能理解为对本实用 新型的限制。 0023 术语 “第一” 、“第二” 仅用于描述目的， 而不能理解为指示或暗示相对。

13、重要性或者 隐含指明所指示的技术特征的数量。 由此， 限定有 “第一” 、“第二” 的特征可以明示或者隐含 地包括一个或者更多个该特征； 在本实用新型的描述中， 除非另有说明，“多个” 的含义是两 个或两个以上。 0024 本实用新型提供了一种基于五维运动平台的测量装置， 如图1至图3所示， 包括基 座， 所述基座1上设有XY二维移动平台， 所述XY二维移动平台包括X平移机构2及Y平移机构 3， 所述基座1上还设有Z平移机构4， 所述Z平移机构4上设有测量仪； 所述XY二维移动平台上 可旋转地设有P旋转轴5， 所述P旋转轴5与所述XY二维移动平台的移动平面共面， 所述P旋转 轴5上固设有R旋转。

14、轴6， 所述R旋转轴6上设有用于夹持待测工件8的夹具， 所述夹具的运动 轨迹与所述测量仪的测量范围相交。 0025 由此可知， 基座1上固定有Y平移机构3， Y平移机构3上再安装X平移机构2， Y平移机 构3驱动X平移机构2沿着Y轴移动。 X平移机构2上固定安装有P旋转轴5底座， P旋转底座上通 过轴承安装P旋转轴5， 通过电机来驱动P旋转轴5自转。 具体地， 在P旋转轴5的末端固定连接 说明书 2/4 页 4 CN 211012840 U 4 一个曲轴11， 曲轴11上连接R旋转轴6， 当P旋转轴5绕着Y轴旋转时便可带动曲轴11上的R旋 转轴6做摆动运动。 R旋转轴6上安装有旋转盘7， 旋转。

15、盘7上固定有夹具， R旋转轴6沿着X轴旋 转时驱动旋转盘7旋转， 进而带动夹具旋转。 夹具上安装有待测工件8， 进而可以带动工件跟 随旋转盘7一起运动。 最后通过沿着Z平移机构4带动测量仪沿着Z轴做竖直反向运动， 从而 便可完成五维加工。 0026 其中， 测量仪为激光测距仪9， 激光位移传感器和相机固定在五维运动平台的Z轴 上， 工件放在以X轴即Y轴为平面的夹具上， 通过X平移机构2、 Y的平移以及R、 P轴的旋转带动 工件的位姿发生改变， Z轴的上下移动带动激光测距仪9的位姿发生改变， 这样改变工件的 位姿及激光测距仪9的位姿从而采集工件各个面的数据， 使测量更加多角度化， 更加全面。 激。

16、光测距仪9单独安装在Z轴上， 解决工件的多维运动造成的不稳定性， 提高了整个系统的 稳定性。 0027 优选的方案， 所述P旋转轴5与所述R旋转轴6垂直。 如图1和图2所示， P旋转轴5与所 述R旋转轴6垂直交叉设置， 二者联动可以实现工件多个角度的旋转， 方便对奇异工件的不 同角度和位置进行测量。 0028 优选的方案， 所述X平移机构2包括X轴旋转丝杆， 所述Y平移机构3包括Y轴旋转丝 杆， 所述Z平移机构4包括Z轴旋转丝杆， 所述X轴旋转丝杆、 Y轴旋转丝杆及Z轴旋转丝杆上均 设有光栅尺。 通过丝杆螺纹连接传动实现平移， 这样驱动时平稳性高， 且结构稳定， 能实现 自锁。 0029 优选。

17、的方案， 所述P旋转轴5及所述R旋转轴6上均设有编码器。 在X、 Y、 Z轴上均装有 光栅尺， 在R、 P旋转轴5上装有编码器， 旋转编码器器性能可靠， 测量精度高， 并且不易发生 故障。 便于精确定位， 这就保证了读取工件坐标位置的准确性， 即保证了采取数据的精度。 0030 优选的方案， 所述基座1为铸铁材料制成。 基座1是运用的铸铁平台， 铸铁平台适用 于各种检验工作， 精度测量用的基准平面， 用于机床机械检验测量基准， 检查零件的尺寸精 度或行为偏差， 并作精密划线， 在机械制造中也是不可缺少的基本工具。 铸铁平台材质一般 是高强度铁加工而成， 它的工作面是采用的刮研工艺使其平面度达到。

18、要求的精度， 铸铁平 台的好处是它使用的年限比较长使用几百年是没有问题的， 只要每年维修其平面精度就 行。 0031 优选的方案， 所述测量仪包括激光测距仪9， 所述夹具的运动轨迹与所述激光测距 仪9的激光发射光路相交。 激光测距仪9发射激光与Z轴垂直， 便可以沿着Z轴上下运动调节 高度， 然后调节工件的位置和角度便可将工件的不同位置呈现于激光测距仪9的激光发射 光路上， 从而完成待测工件8不同位置的测量。 0032 优选的方案， 所述P旋转轴5及所述R旋转轴6分别通过对应的步进电机驱动。 步进 电机直接与P旋转轴5或R旋转轴6连接即可。 步进电机驱动精度高， 且价格低廉。 此外， 每根 轴上。

19、都装有步进电机， 分别驱动每个轴的运动。 0033 优选的方案， 所述P旋转轴5及R旋转轴6上均设有极限开关。 在每一个轴的极限位 置都安装有限位开关， 确保在机械运动过程中不会造成超过极限位置而发生碰撞， 并且有 利于机械在复位过程中寻找初始位置。 0034 优选的方案， 所述Z平移机构4上还设有相机及补光灯10。 相机和补光灯以及激光 则独立安装在Z轴上， 并且Z轴的动作会带动相机和补光灯以及激光的上下运动， 从而可以 说明书 3/4 页 5 CN 211012840 U 5 采集的工件的全尺寸。 0035 优选的方案， 所述Z平移机构4的运动轨迹与所述XY二维移动平台的运动轨迹垂 直。 。

20、0036 在一个具体的实施场景中的本测量装置的具体工作过程原理如图1至图3所示： 0037 工作平台使用的是铸铁平台， 以工作平台为基座1建立机械结构， 首先建立三维运 动平台X轴、 Y轴、 Z轴， 在X、 Y、 Z轴上都装有光栅尺便于精确定位， Y轴通过螺钉和预应力直接 安装固定在工作台平面上且Y轴的安装靠近工作台的一侧， 在Y轴上安装X轴并且保证X轴垂 直于Y轴， 平行于工作台； 而Z则直接安装在工作台上并有垂直立柱固定， 保证Z轴垂直于XOY 面所在的工作平台、 靠近工作台的另一侧。 在X轴上装配R轴、 P轴、 以及旋转盘7， 且保证R轴 与XOY所在平面垂直， P轴与XOY所在平面平行。

21、， 在R、 P旋转轴5上装有编码器。 R、 P轴的旋转带 动转盘的旋转从而带动工件的旋转， 以便测量工件每个面的尺寸， 并且每一个轴的极限位 置都装有限位开关。 相机和补光灯以及激光则独立安装在Z轴上， 并且Z轴的动作会带动相 机和补光灯以及激光的上下运动， 从而可以采集的工件的全尺寸。 每根轴上都装有步进电 机， 分别驱动每个轴的运动。 0038 本实用新型的有益效果： 本实用新型提供的这种基于五维运动平台的测量装置， 包括基座， 基座上设有XY二维移动平台， XY二维移动平台包括X平移机构及Y平移机构， 基座 上还设有Z平移机构， Z平移机构上设有测量仪； XY二维移动平台上可旋转地设有P。

22、旋转轴， P 旋转轴与XY二维移动平台的移动平面共面， P旋转轴上固设有R旋转轴， R旋转轴上设有用于 夹持待测工件的夹具， 夹具的运动轨迹与测量仪的测量范围相交。 激光测距仪随着Z平移机 构在竖直方向移动， XY二维移动平台驱动夹具上的工件在水平面内平移， P旋转轴与R旋转 轴分别旋转使得工件可以分别绕着Y轴及X轴旋转， 从而实现了五维激光测距功能。 该测量 装置的旋转盘只承受扭矩不承受被测物的重力， 这样就保护了内部的蜗轮蜗杆的结构， 提 高了设备的钢性和承载能力； 另一方面， 激光单独安装在Z轴上， 解决工件的多维运动造成 的不稳定性， 提高了整个系统的稳定性。 0039 以上例举仅仅是对本实用新型的举例说明， 并不构成对本实用新型的保护范围的 限制， 凡是与本实用新型相同或相似的设计均属于本发明的保护范围之内。 说明书 4/4 页 6 CN 211012840 U 6 图1 说明书附图 1/3 页 7 CN 211012840 U 7 图2 说明书附图 2/3 页 8 CN 211012840 U 8 图3 说明书附图 3/3 页 9 CN 211012840 U 9 。