[發明專利]三維測量頭

有效

• 申請號: 201310135331.1
• 申請日: 2013-04-18
• 公開（公告）號: CN103234440A
• 公開（公告）日: 2013-08-07
• 發明（設計）人: 趙飚;趙志強
• 申請（專利權）人: 趙飚;趙志強
• 主分類號: G01B7/012
• 分類號: G01B7/012
• 代理公司: 桂林市持衡專利商標事務所有限公司 45107
• 代理人: 廖世傳

(一）技術領域：

本發明涉及一種用于三坐標測量機和數控機床的三維測量頭。

（二）背景技術：

現用的三維測頭分為觸發式測頭和掃描式測頭兩大類，其中掃描式測頭大多數采用雙彈片層疊式結構，只有英國Renishaw公司等少數發達國家才能生產。

其缺點是：

1、結構和制作工藝極其復雜，生產成本高。

2、大多數采用電感式位移傳感器作為測量元件。

3、電感式位移傳感器的線性精度差，制作工藝復雜，生產成本高。

(三）發明內容：

針對現有技術的不足之處，本發明的目的是提供一種高精度低成本的三維測量頭。

能夠實現上述目的的三維測量頭，包括測桿、測桿在X向和Y向的擺動檢測機構和測桿在Z向的位移檢測機構。所述測桿在X向和Y向的擺動檢測機構是由基體和由交叉彈片組成的柔性鉸鏈構成，所述柔性鉸鏈分別設于基體的上、下兩端，兩者的回轉中心軸線分別為X向和Y向，上、下端柔性鉸鏈與基體之間分別設置檢測X向和Y向轉動量的測量元件，所述測桿連接于基體下端的柔性鉸鏈上；所述測桿在Z向的位移檢測機構包括于導向機構內沿Z向上、下運動的移動桿，所述移動桿的下端連接基體上端的柔性鉸鏈，移動桿與導向機構之間設置檢測Z向位移量的測量元件和使移動桿復位的回位彈簧。

經過有限元數學分析所述柔性鉸鏈交叉彈片的其交叉點具有穩定的回轉軸線，測量精度高測量線性好，調節柔性鉸鏈的杠杠比還可以進一步提高測量精度，該柔性鉸鏈結構的技術已經成熟，已由本申請人申報并取得了中國發明專利授權（ZL20070048220.1）和美國專利授權（US8130003B2），并完成了科技部中小企業創新基金項目鑒定（立項代碼：07C2621441789）。

本發明結構的工作原理：將測桿對工件的空間三維測量量轉化為柔性鉸鏈的X向、Y向轉動量和移動桿的Z向移動量，通過分別檢測三者的變量而合成得到被測量工件實際的坐標位置，測桿的連續測量過程則是X向、Y向轉動量和Z向移動量不斷合成的過程。

柔性鉸鏈連接方式為：上端柔性鉸鏈的回轉中心軸線上位（向外張開）彈片與移動桿連接，下位（向外張開）彈片與基體上端連接；下端柔性鉸鏈的回轉中心軸線上位（向外張開）彈片與基體下端連接，下位（向外張開）彈片與測桿連接。

為實現穩定連接，所述各柔性鉸鏈分別為前、后或左、右設置的兩組交叉彈片。

所述測量元件可采用電容傳感器、或采用電感傳感器、或采用光柵傳感器、或采用磁柵傳感器、或采用容柵傳感器。

所述測量元件優選由相互配合感應的主柵和副柵構成的容柵傳感器，分別為容柵角位移傳感器和容柵直線位移傳感器。

本發明的有益效果：

本發明三維測量頭線性精度高，測量分辨率可以達到0.1微米，制作工藝簡單，生產成本低，可替代進口產品，應用于三坐標測量機和數控機床上的工件高精度檢測。

（四）附圖說明：

圖1是本發明一種實施方式的結構示意圖。

圖2是圖1實施方式的側視圖。

圖3是圖2實施方式的剖視圖。

圖4是圖1實施方式的外形圖。

圖號標識：1、測桿；2、基體；3、柔性鉸鏈；4、移動桿；5、回位彈簧；6、導向套；7、彈簧座；8、測桿座；9、觸頭；10、測桿擺條；11、基體座；12、基體擺條；13、容柵直線位移傳感器；14、連接板；15、錐套；16、護套。

（五）具體實施方式：

下面結合附圖對本發明的技術方案進一步說明。

本發明三維測量頭主要由測桿1、測桿擺動檢測機構和測桿位移檢測機構構成。

所述測桿擺動檢測機構的主體為基體2和柔性鉸鏈3，所述基體2豎直放置，所述柔性鉸鏈3設于基體2的上、下端，柔性鉸鏈3由十字交叉的兩彈片構成，其交叉點為柔性鉸鏈3的回轉軸心，柔性鉸鏈3由平行的兩副交叉彈片組成，上、下端柔性鉸鏈3的回轉軸心線互為90°，分別對應于空間的X向和Y向。