[發明專利]一種接觸式三維掃描測頭

有效

• 申請號: 201310296616.3
• 申請日: 2013-07-16
• 公開（公告）號: CN103344197A
• 公開（公告）日: 2013-10-09
• 發明（設計）人: 石照耀;胡洪平
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: G01B11/24
• 分類號: G01B11/24;G01B11/02
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 魏聿珠

技術領域：

本發明涉及屬于精密測量設備領域，具體涉及一種三維接觸式掃描測頭。

背景技術：

測頭是坐標測量機、齒輪測量中心等測量設備的關鍵部件，其性能直接影響著測量設備的測量精度和工作效率。掃描式測頭又稱線性測頭，與觸發式測頭不同的是，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，克服了各向異性和預行程誤差以及采樣點的限制等缺點，而且因為探針與工件表面保持接觸接觸，測頭能連續讀取所接觸點坐標值，提高測量效率。當測頭測針接觸到被測工件后，不僅發出瞄準信號，還要給出測端的微位移，即同時具有瞄準和微位移的功能。該類測頭的技術關鍵是能否提供一種無摩擦、無回程誤差、靈敏度高的微導軌系統。掃描式測頭的輸出量與測針的偏移量成正比關系，同時具有空間坐標點的位置探測以及曲線和曲面掃描的功能。

但傳統接觸式掃描頭在測量過程中無法滿足如下技術難點:1；測頭在各個測量方向上測量力恒定，測量力可調節，測頭在測量過程中需要一個適當大小的測量力，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，否則測量力過大則劃傷工件表面，測量力過小則不能確保探針與工件表面實時接觸；2、任意方向的測量靈敏度應一致；3、任意方向的動態特性一致。如RENISHAW生產的Renishaw?REVO^TM接觸式掃描測頭采用激光系統來準確地獲得測頭端部的確切位置，存在著z向靈敏度低的問題，且價格昂貴。德國Zeiss、德國Leitz、瑞士Mecartex以及國內的哈爾濱量具刃具集團有限公司目前生產的掃描式測頭裝置多采用電感傳感器，存在著由于頻率響應較低而不適合快速動態場合、轉換電路復雜且有電子誤差等缺點。ENISHAW公司的SP80嵌套結構存在其運動連接構件相對于所有坐標方向具有不同的運動質量，因而在所有方向的動態特性不一致，偏轉力不均勻，另外測頭制造時安裝和調試困難。Zeiss公司早期的三維電感測頭采用三層相互疊加的簧片導軌，軸向尺寸偏大，對阿貝誤差敏感等缺點。新一代VAST智能線性式測頭系統存在阿貝誤差較大，重力平衡機構存在阻尼等缺點，且價格昂貴。

發明內容

本發明的目的在于：針對上述現有的三維接觸式掃描測頭存在的缺點，提出了一種使用光柵位移傳感器和一對沿測針軸向平行簧片和一個彈性平行六面體結構作為導向機構的掃描式測頭測量裝置，適合水平安裝進行尺寸測量。

為了實現上述目的，本發明采取了如下技術方案：

本發明所述的一種掃描式測頭測量裝置，在所述的機械測頭部分中包括一個平行簧片結構和四個雙鉸鏈桿組成的測針的軸向、水平方向、豎直方向三個方向的彈性平行四邊形結構，沿測針軸向的彈性平行四邊形結構由一對簧片A5兩端分別于平動板A4和測針座7固連組成，水平方向和豎直方向彈性平行四邊形結構均由四個雙鉸鏈桿A10兩端分別與底板12和平動板A4固連組成；所述的四個雙鉸鏈桿A10相互平行，一端均垂直底板12的一側，并在底板12曾正方形分布于四個角上與底板12固連在一起，另一端垂直于平動板A4并固定連接，四個雙鉸鏈桿A10兩端分別與底板12和平動板A4固連組成的平行四邊形結構，四個雙鉸鏈桿A10提供回復力的彈性平行四邊形，平動板A4作為水平方向和豎直方向偏移導軌和；所述的由一對簧片A5兩端分別于平動板A4和測針座7固連組成的平行簧片結構，平動板A4作為沿測針軸向偏移導軌和這對簧片A5提供回復力的彈性平行四邊形，測針座7伸出端連接有一個雙鉸鏈桿B8和與雙鉸鏈桿B8另一端固連的一簧片導軌機構的平動板B9相連，測針座7在沿測針軸向的位移可通過雙鉸鏈桿B8傳遞給簧片導軌機構的平動板B9，所述的簧片導軌機構由一對平行簧片、固定端和平動端組成，雙鉸鏈桿B8也與所述的雙鉸鏈桿A10平行，與由一對平行簧片、固定端和平動端組成的簧片導軌機構的簧片B11垂直；在平動板A4上裝有矩形凹槽的永磁體1，凹槽內有一塊比所述矩形凹槽的永磁體1小的長方體形狀的電磁鐵芯3，電磁鐵芯3通過一個支撐架A2支撐，支撐架A2另一端固定在底板12上，電磁鐵芯3與永磁體1的通過調節電壓可使安裝不同重量的測針時平衡測頭的重量；讀數頭的輸出端和信號調理電路上的光柵信號處理部分的接口通過電纜線13連接。

x向光柵尺和z向光柵尺呈“T”型貼在平動板A4下側面，y向光柵尺貼在簧片導軌機構11的平動板B9下表面，x向光柵讀數頭16和z向光柵讀數頭18由支撐架A15支撐，y向光柵讀數頭14由支撐架17支撐。；所述的x向為水平方向，所述的z向為軸向，所述的y向為豎直方向。