[發明專利]一種測量力恒定可控的接觸式掃描測頭

無效

• 申請號: 201210360750.0
• 申請日: 2012-09-25
• 公開（公告）號: CN102873588A
• 公開（公告）日: 2013-01-16
• 發明（設計）人: 亢建兵
• 申請（專利權）人: 昆山市浩坤機械有限公司
• 主分類號: B23Q17/20
• 分類號: B23Q17/20
• 代理公司: 上海碩力知識產權代理事務所 31251
• 代理人: 王建國

技術領域

本發明涉及的是精密測量設備領域，它涉及一種測量力恒定可控的接觸式掃描測頭。

背景技術

在超精密零件、精密模具、光學模仁等形狀公差及表面粗糙度測量設備中使用的精密測頭一般有非接觸式掃描測頭和接觸式掃描測頭兩大類，非接觸式掃描測頭由于通過光學掃描的方法來獲取被測工件表面形位誤差而被大量采用，但由于其必須具有一套昂貴的光學系統，使其本身的結構變得復雜，且目前機器視覺技術所能識別的最小尺寸難以使該類測頭具有納米級的測量精度，并不能完全滿足應用需求。而接觸式掃描測頭無需配備復雜昂貴的光學系統，且微小的探針頭部（直徑可小到0.5mm或以下）直接與被測工件表面接觸，能更為精確地獲取其表面形位誤差等相關信息，使測量精度大為提高（能精確到50nm左右），從而實現真正的納米級測量，通過設置較小的采樣時間，該方法得到的測量數據近似連續，從而對工件表面進行連續掃描測量，將測量數據反饋給數控機床，從而對工件進行誤差補正加工，進一步提高加工的精度，達到真正的超精密加工要求。

接觸式測頭一般分為兩種，即接觸觸發式測頭和接觸掃描式測頭。接觸式測頭主要是通過探針與工件接觸（任意方向），彼此產生相對作用力，該力迫使探針發生微量變形而使測頭內部的觸發機構觸發，從而產生一個觸發信號，測量系統讀取該觸發信號后及時記下該點的形位誤差等相關信息。這種測量方式決定了該測頭只能實現“點“測量，且由于信號讀取與探針接觸工件表面不可能是同時進行的，所以影響其測量精度和測量效率。接觸掃描式測頭通過從測頭本身和配套測量系統兩方面作了改變，克服了接觸觸發式測頭只能實現點測量的弊端，而且因為探針與工件表面實時接觸，測頭能實時讀取所接觸到各點的形位誤差等相關信息，提高了測量精度和測量效率。但傳統接觸式掃描頭在測量過程中需要滿足如下技術難點：

1）測頭必須足夠靈活以實時反映被測工件表面形位誤差等相關信息的微小變化；

2）該測頭在測量過程中需要一個適當大小的測量力（過大則劃傷工件表面；過小則不能確保探針與工件表面實時接觸）以保證能夠緊密跟隨被測工件曲面的形狀，又不能對被測物體造成損傷；

3）測頭要保證在整個測量過程中不管被測表面形狀如何變化，測量力都應該保持恒定。

由于需要克服如上技術難點，目前市場上基本上沒有成熟的接觸式掃描測頭產品，在測量過程中如何根據不同被測對象選擇合適的測量力以及選定測量力后如何能保持測量力恒定不變均沒有標準及可行方法。

另外，傳統測頭一般單獨安裝在測量設備上使用，對加工件進行測量時需要將加工件從數控機床上取下，再放置在獨立的檢測設備上測量，之后再次裝在數控機床上進行誤差補償加工，由于將加工件將數控機床上取下后再裝回數控機床，導致對加工進行了二次裝夾誤差，從而對加工精度有重要影響，同時也使得整個加工效率降低。

發明內容

針對現有技術上存在的不足，本發明目的是在于提供一種測量力恒定可控的接觸式掃描測頭，它進一步提高了接觸式掃描測量精度，并更好地避免因測量過程中無被測物表面接觸導致被測對象表面損傷等問題；另外，避免了因加工件二次裝夾誤差對加工精度造成影響，提高了加工和測量效率。

本發明采用以下技術方案：它包括測頭、設置在測頭上的探針、夾頭柄、數據線纜和氣管接頭，所述夾頭柄和探針分別設置測頭的頂部和底部，所述數據線纜和氣管接頭設置在測頭的外側，其特征在于，在所述測頭的內部底端設置有空氣導軌和設置在空氣導軌上的空心管，所述空心管兩端通過上連接件、下連接件分別固定有鐳射尺和探針，在所述上連接件上設置有標準重量塊，所述鐳射尺上設置有激光位移傳感器。

所述測頭的內部底端通過固定板固定有底板，所述空氣導軌通過空氣導軌安裝板安裝在底板上。

所述測頭的內部定端設置有上固定板，所述激光位移傳感器通過上固定板固定在測頭的內部，所述上連接件上通過連接螺釘固定所述的標準重量塊。

所述的探針的下部設置有精密彈簧。

所述的連接螺釘平行于鐳射尺設置，且標準重量塊旋接在連接螺釘上。

另外，所述的連接螺釘垂直于鐳射尺設置，且標準重量塊旋接在連接螺釘上。

本發明的有益效果是：它克服了傳統接觸式測頭所遇到的技術難點，提出了一種針對具體被測對象材料特性以選擇合適測量力、以及一旦選定測量力保證測量力在被測對象表面各點恒定不變并對測量力大小進行精確控制的方法和具體實現方式，進一步提高了接觸式掃描測量精度，并更好地避免因測量過程中無被測物表面接觸導致被測對象表面損傷等問題。