[發明專利]一種光纖式三維觸發測頭裝置及測量方法

有效

• 申請號: 201611130277.1
• 申請日: 2016-12-09
• 公開（公告）號: CN106595479B
• 公開（公告）日: 2021-05-04
• 發明（設計）人: 劉厚德;梁斌;武萬多;陳艷華;王學謙
• 申請（專利權）人: 清華大學深圳研究生院
• 主分類號: G01B11/00
• 分類號: G01B11/00
• 代理公司: 深圳新創友知識產權代理有限公司 44223
• 代理人: 王震宇

1.一種光纖式三維觸發測頭裝置，其特征在于,包括光源、光纖測桿、彈性復位機構、鍍有反射膜的測球以及光電檢測單元，所述光纖測桿上具有一根中心光纖和在所述中心光纖周圍同軸均勻分布的4N根接收光纖，N為正整數，所述彈性復位機構設置在所述光纖測桿與所述測球之間，用于使所述測球復位到初始位置，所述光源發出恒定功率的光通過所述中心光纖傳輸到所述測球上，經過所述反射膜反射的光通過所述接收光纖傳輸到所述光電檢測單元，其中當所述測球與被測件接觸受力時，所述測球的位置發生的變化導致測球球面反射的光域面積及位置發生變化，所述接收光纖所接收的光強值相應地發生變化，基于光強值變化與測球空間位置變化的關系確定所述測球的空間位置變化信息；還包括設置在所述光纖測桿與彈性復位機構之間的調節保護結構，所述調節保護結構包括固定桿、轉接件、保護彈簧、下外殼和球座，其中所述光纖測桿與所述固定桿連接，所述固定桿和所述轉接件螺紋連接，所述螺紋連接的旋合長度可調節，所述固定桿端口與所述保護彈簧套合，所述轉接件與所述下外殼連接，所述球座安置在所述下外殼的定位槽內，所述球座的一端與所述保護彈簧套合，所述球座的另一端耦合到所述彈性復位機構，其中當進行正常探測時，所述球座位置保持不變，當出現異常的導致過行程的外力時，所述球座克服所述保護彈簧的力離開所述定位槽以提供保護性過行程，以避免測球部分結構撞壞，當導致過行程的外力撤除時，所述保護彈簧使所述球座復位到原始狀態。

2.如權利要求1所述的光纖式三維觸發測頭裝置，其特征在于,所述中心光纖與所述接收光纖的設置滿足下式：

其中r1為所述中心光纖的半徑，r2為所述接收光纖的半徑，r1小于r2，q為所述中心光纖與所述接收光纖的表面最短距離。

3.如權利要 求 1所述的光纖式三維觸發測頭裝置，其特征在于,所述光纖測桿與所述固定桿螺紋連接，所述螺紋連接的旋合長度可調節，以調節所述光纖測桿的端面與所述測球之間的距離。

4.如權利要求 1所述的光纖式三維觸發測頭裝置，其特征在于,所述定位槽為V型定位槽。

5.如權利要求1至4任一項所述的光纖式三維觸發測頭裝置，其特征在于,所述彈性復位機構為復位彈簧。

6.如權利要求1至4任一項所述的光纖式三維觸發測頭裝置，其特征在于,所述光電檢測單元包括對應于4N根接收光纖的4N個光電二極管。

7.一種光纖式三維觸發測量方法，特征在于,使用如權利要求1至6任一項所述的光纖式三維觸發測頭裝置進行觸發測量，由所述光電檢測單元采集光強轉換為4N路電信號，再由后級電路進行處理，所轉化的電信號與光強值成線性比例關系，后級處理得到的電壓信號通過標定技術可得到所述測球的空間幾何位置變化與處理后的電壓信號變化的函數關系，進而得到測頭的觸發值以及測量精度，測量時，基于光強值變化與測球空間位置變化的關系，確定所述測球的空間位置變化信息。

8.如權利要求7所述的光纖式三維觸發測量方法，其特征在于,包括水平方向的信號處理以及豎直方向上的信號處理，其中水平方向上的信號處理包括對4N路電信號分別進行兩兩對角差分放大處理，得到2N路電信號；豎直方向上的信號處理包括對4N路電信號進行求和放大處理，得到一路電壓信號；基于得到的2N+1路測量信號得到所需的觸發閾值。

9.如權利要求8所述的光纖式三維觸發測量方法，其特征在于,還包括對所述2N+1路進行消偏置和濾波處理。