[發明專利]一種杠桿式表面輪廓測量傳感器

有效

• 申請號: 202110441050.3
• 申請日: 2021-04-23
• 公開（公告）號: CN112902826B
• 公開（公告）日: 2023-01-06
• 發明（設計）人: 施玉書;張樹;馬英瀚;余茜茜;皮磊
• 申請（專利權）人: 中國計量科學研究院
• 主分類號: G01B7/28
• 分類號: G01B7/28
• 代理公司: 北京高沃律師事務所 11569
• 代理人: 張德才

本發明公開一種杠桿式表面輪廓測量傳感器，涉及零件幾何輪廓測量技術領域，包括杠桿測量模塊、測量力恒定控制模塊、測量范圍調整模塊和數據處理模塊；杠桿測量模塊包括觸針、杠桿和支點，杠桿轉動安裝于支點上，觸針安裝于杠桿的第一端，用于與被測樣品接觸，被測樣品放置在載物臺上；測量力恒定控制模塊包括力傳感器、力補償裝置和連接桿，力傳感器以及力補償裝置均與數據處理模塊連接，力傳感器安裝于載物臺的下方，連接桿與杠桿的第二端連接，力補償裝置與連接桿連接；測量范圍調整模塊與數據處理模塊連接，實現測量范圍的調整。本發明在測量過程中控制測量力恒定，增加測量結果的真實性與可信度，并且實現對不同范圍的輪廓進行高精度測量。

技術領域

本發明涉及零件幾何輪廓測量技術領域，特別是涉及一種杠桿式表面輪廓測量傳感器。

背景技術

一直以來，零件的幾何輪廓尺寸的測量是精密工程領域所關注的熱點。零件的幾何尺寸反映了零件加工的誤差，是評定機械加工工藝水平的重要參數。在精密機械、儀器儀表、超精密加工、智能制造等高端領域中，零件幾何尺寸的測量理論研究與測量儀器研發一直是人們所關心的重點。

表面輪廓測量儀根據測量原理可分為接觸式與非接觸式。非接觸式表面形貌測量儀主要采用白光干涉原理，具有測量速度快、精度高范圍大等優點，但是其對測量環境要求比較苛刻，容易受到外界環境因素的干擾而產生漂移，引入大量的非線性誤差，并且光學儀器成本比價高，不適合工業應用；接觸式表面形貌測量儀的測量原理是通過觸針與待測工件表面物理接觸后而發生相對運動，使觸針在垂直方向上隨著被測工件的表面輪廓發生起伏，再利用傳感器測量這種微小起伏變化，將零件的輪廓尺寸信息調制到傳感器的輸出信號中，經過解調、濾波等信號處理，最終得到被測工件的表面輪廓信息。與非接觸式表面形貌測量儀器相比，雖然接觸式表面形貌測量存在測量速度慢、橫向分辨率受針尖半徑影響、測量過程中測量力隨位置變化、測量過程中存在摩擦磨損等問題，但是其成本低、可測樣品類型廣泛、抗干擾能力強、測量結果可靠，使其在實際工業應用中具有廣闊的前景與空間。

接觸式表面輪廓測量儀根據測量結構又包括垂直式與杠桿式，其中垂直式測量結構理論上使位移作用線與測量線二者共線，滿足阿貝原則，在原理上具有更小的系統誤差，更低的結構噪聲，但是其測量精度與測量范圍受限于傳感器，如果要同時兼顧高分辨與大量程，將對傳感器提出十分苛刻的要求，使儀器整體成本大大增加；杠桿式測量結構可利用其作用臂與測量臂的比例關系，實現對輸入位移不同比例的放大，最終測量的精度由傳感器保證，在一定程度上可以緩和測量精度與測量范圍之間的矛盾。雖然因其測量結構特性，導致其測量表面輪廓起伏變化時存在著不可避免的余弦誤差，最終影響測量的整體精度，但是這種誤差是可以通過角度傳感器等一些手段補償，因此，相較于直線測量結構，杠桿測量結構更加具有普適性。測頭作為接觸式表面輪廓測量儀器的核心部件，其測量能力的高低直接決定整臺儀器性能指標的好壞。

因此，亟待提供一種新的杠桿式表面輪廓測量傳感器，以解決現有技術中所存在的上述問題。

發明內容

本發明的目的是提供一種杠桿式表面輪廓測量傳感器，以解決上述現有技術存在的問題，在測量過程中控制測量力恒定，增加測量結果的真實性與可信度，并且實現對不同范圍的輪廓進行高精度測量。

為實現上述目的，本發明提供了如下方案：本發明提供一種杠桿式表面輪廓測量傳感器，包括杠桿測量模塊、測量力恒定控制模塊、測量范圍調整模塊和數據處理模塊；所述杠桿測量模塊包括觸針、杠桿和支點，所述杠桿轉動安裝于所述支點上，所述觸針安裝于所述杠桿的第一端，用于與被測樣品接觸，所述被測樣品放置在載物臺上；所述測量力恒定控制模塊包括力傳感器、力補償裝置和連接桿，所述力傳感器以及所述力補償裝置均與所述數據處理模塊連接，所述力傳感器安裝于所述載物臺的下方，所述連接桿與所述杠桿的第二端連接，所述力補償裝置與所述連接桿連接；所述測量范圍調整模塊與所述數據處理模塊連接，用于實現測量范圍的調整。