[發(fā)明專利]基于流體力學(xué)原理的三坐標測頭系統(tǒng)及三坐標測量方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410012756.8
• 申請日: 2014-01-10
• 公開（公告）號: CN103776399A
• 公開（公告）日: 2014-05-07
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 于德弘;張旭超;莊健;王立忠;汪翔宇;張凡
• 申請（專利權(quán)）人: 西安交通大學(xué)
• 主分類號: G01B13/00
• 分類號: G01B13/00
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 陸萬壽

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于測量技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于流體力學(xué)原理的三坐標測頭系統(tǒng)及三坐標測量方法。

背景技術(shù)

三坐標測量機（Coordinate?Measuring?Machining，簡稱CMM）是20世紀60年代發(fā)展起來的一種新型高效的精密測量儀器。它的出現(xiàn)，一方面是由于自動機床、數(shù)控機床高效率加工以及越來越多復(fù)雜形狀零件加工需要有快速可靠的測量設(shè)備與之配套；另一方面是由于電子技術(shù)、計算機技術(shù)、數(shù)字控制技術(shù)以及精密加工技術(shù)的發(fā)展為三坐標測量機的產(chǎn)生提供了技術(shù)基礎(chǔ)。1960年，英國FERRANTI公司研制成功世界上第一臺三坐標測量機，到20世紀60年代末，已有近十個國家的三十多家公司在生產(chǎn)CMM，不過這一時期的CMM尚處于初級階段。進入20世紀80年代后，以ZEISS、LEITZ、DEA、LK、三豐、SIP、FERRANTI、MOORE等為代表的眾多公司不斷推出新產(chǎn)品，使得CMM的發(fā)展速度加快。現(xiàn)代CMM不僅能在計算機控制下完成各種復(fù)雜測量，而且可以通過與數(shù)控機床交換信息，實現(xiàn)對加工的控制，并且還可以根據(jù)測量數(shù)據(jù)，實現(xiàn)反求工程。目前，CMM已廣泛用于機械制造業(yè)、汽車工業(yè)、電子工業(yè)、航空航天工業(yè)和國防工業(yè)等各部門，成為現(xiàn)代工業(yè)檢測和質(zhì)量控制不可缺少的萬能測量設(shè)備。

三坐標測量機是用測頭來拾取信號的，因而測頭的性能直接影響測量精度和測量效率，沒有先進的測頭就無法充分發(fā)揮測量機的功能。在三坐標測量機上使用的測頭，按結(jié)構(gòu)原理可分為機械式、光學(xué)式和電氣式等；而按測量方法又可分為接觸式和非接觸式兩類。

1.機械接觸式測頭

機械接觸式測頭為剛性測頭，根據(jù)其觸測部位的形狀，可以分為圓錐形測頭、圓柱形測頭、球形測頭、半圓形測頭、點測頭、V型塊測頭等。這類測頭的形狀簡單，制造容易，但是測量力的大小取決于操作者的經(jīng)驗和技能，因此測量精度差、效率低。目前除少數(shù)手動測量機還采用此種測頭外，絕大多數(shù)測量機已不再使用這類測頭。

2.電氣接觸式測頭

電氣接觸式測頭目前已為絕大部分坐標測量機所采用，按其工作原理可分為動態(tài)測頭和靜態(tài)測頭。

3.光學(xué)非接觸式測頭

在多數(shù)情況下，光學(xué)測頭與被測物體沒有機械接觸，這種非接觸式測量具有一些突出優(yōu)點，主要體現(xiàn)在：1）由于不存在測量力，因而適合于測量各種軟的和薄的工件；2）由于是非接觸測量，可以對工件表面進行快速掃描測量；3）多數(shù)光學(xué)測頭具有比較大的量程，這是一般接觸式測頭難以達到的；4）可以探測工件上一般機械測頭難以探測到的部位。近年來，光學(xué)測頭發(fā)展較快，目前在坐標測量機上應(yīng)用的光學(xué)測頭的種類也較多，如三角法測頭、激光聚集測頭、光纖測頭、體視式三維測頭、接觸式光柵測頭等。

雖然光學(xué)測頭的出現(xiàn)在一定程度克服了機械式和電氣式測頭的缺點，但自身仍存在一些不足，特別是在被測物體表面光學(xué)特性不均勻情況下，需要對表面進行處理，這就改變了被測物原始表面，使得測量精度降低，而且增加了工作量。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種基于流體力學(xué)原理的三坐標測頭系統(tǒng)及三坐標測量方法。

為達到上述目的，本發(fā)明采用了以下技術(shù)方案。

一種基于流體力學(xué)原理的三坐標測頭系統(tǒng)，該三坐標測頭系統(tǒng)包括氣管以及與氣管的一端相連的空氣探針，所述氣管與空氣探針形成的氣路中設(shè)置有用于檢測所述氣路不同兩點空氣壓力的壓力傳感器，或者所述氣管與空氣探針形成的氣路中設(shè)置有用于檢測所述氣路空氣流量的流量傳感器。

所述三坐標測頭系統(tǒng)還包括計算機以及壓力室，所述壓力傳感器或者流量傳感器與計算機相連，所述氣管的另一端以及計算機分別與壓力室相連。

所述空氣探針為管狀，空氣探針的一端設(shè)置有用于吸入空氣或排出空氣的微孔，空氣探針的另一端與氣管相連。

所述空氣探針設(shè)置于三坐標空間內(nèi)對應(yīng)的任意一維坐標方向上，可在對應(yīng)方向上受控移動，例如在龍門橋式三坐標測量儀的Z軸方向上。

上述基于流體力學(xué)原理的三坐標測頭系統(tǒng)的三坐標測量方法，包括以下步驟：