CN202780716U - 一种测量力恒定可控的接触式扫描测头 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种测量力恒定可控的接触式扫描测头，它涉及精密测量设备领域。测头(2)的顶部和底部分别设置有夹头柄(3)和探针(1)，数据线缆(4)和气管接头(5)设置在测头(2)的外侧，测头(2)的内部底端通过下固定板(6)固定有底板(17)，底板(17)上方中部设置有空气导轨安装板(10)，两根空气导轨(9)固定在空气导轨安装板(10)和底板(17)上，空气导轨(9)上穿设有空心管(11)，空心管(11)两端通过上连接件(81)、下连接件(82)分别固定有镭射尺(14)和探针(1)。它进一步提高了接触式扫描测量精度，提高了加工和测量效率。
Description
技术领域
本实用新型涉及的是精密测量设备领域，它涉及一种测量力恒定可控的接触式扫描测头。
背景技术
在超精密零件、精密模具、光学模仁等形状公差及表面粗糙度测量设备中使用的精密测头一般有非接触式扫描测头和接触式扫描测头两大类，非接触式扫描测头由于通过光学扫描的方法来获取被测工件表面形位误差而被大量采用，但由于其必须具有一套昂贵的光学系统，使其本身的结构变得复杂，且目前机器视觉技术所能识别的最小尺寸难以使该类测头具有纳米级的测量精度，并不能完全满足应用需求。而接触式扫描测头无需配备复杂昂贵的光学系统，且微小的探针头部（直径可小到0.5mm或以下）直接与被测工件表面接触，能更为精确地获取其表面形位误差等相关信息，使测量精度大为提高（能精确到50nm左右），从而实现真正的纳米级测量，通过设置较小的采样时间，该方法得到的测量数据近似连续，从而对工件表面进行连续扫描测量，将测量数据反馈给数控机床，从而对工件进行误差补正加工，进一步提高加工的精度，达到真正的超精密加工要求。
接触式测头一般分为两种，即接触触发式测头和接触扫描式测头。接触式测头主要是通过探针与工件接触（任意方向），彼此产生相对作用力，该力迫使探针发生微量变形而使测头内部的触发机构触发，从而产生一个触发信号，测量系统读取该触发信号后及时记下该点的形位误差等相关信息。这种测量方式决定了该测头只能实现“点“测量，且由于信号读取与探针接触工件表面不可能是同时进行的，所以影响其测量精度和测量效率。接触扫描式测头通过从测头本身和配套测量系统两方面作了改变，克服了接触触发式测头只能实现点测量的弊端，而且因为探针与工件表面实时接触，测头能实时读取所接触到各点的形位误差等相关信息，提高了测量精度和测量效率。但传统接触式扫描头在测量过程中需要满足如下技术难点：
1）测头必须足够灵活以实时反映被测工件表面形位误差等相关信息的微小变化；
2）该测头在测量过程中需要一个适当大小的测量力（过大则划伤工件表面；过小则不能确保探针与工件表面实时接触）以保证能够紧密跟随被测工件曲面的形状，又不能对被测物体造成损伤；
3）测头要保证在整个测量过程中不管被测表面形状如何变化，测量力都应该保持恒定。
由于需要克服如上技术难点，目前市场上基本上没有成熟的接触式扫描测头产品，在测量过程中如何根据不同被测对象选择合适的测量力以及选定测量力后如何能保持测量力恒定不变均没有标准及可行方法。
另外，传统测头一般单独安装在测量设备上使用，对加工件进行测量时需要将加工件从数控机床上取下，再放置在独立的检测设备上测量，之后再次装在数控机床上进行误差补偿加工，由于将加工件将数控机床上取下后再装回数控机床，导致对加工进行了二次装夹误差，从而对加工精度有重要影响，同时也使得整个加工效率降低。
实用新型内容
针对现有技术上存在的不足，本实用新型目的是在于提供一种测量力恒定可控的接触式扫描测头，它进一步提高了接触式扫描测量精度，并更好地避免因测量过程中无被测物表面接触导致被测对象表面损伤等问题；另外，避免了因加工件二次装夹误差对加工精度造成影响，提高了加工和测量效率。
本实用新型采用以下技术方案：它包括测头、设置在测头上的探针、夹头柄、数据线缆和气管接头，所述夹头柄和探针分别设置测头的顶部和底部，所述数据线缆和气管接头设置在测头的外侧，其特征在于，在所述测头的内部底端设置有空气导轨和设置在空气导轨上的空心管，所述空心管两端通过上连接件、下连接件分别固定有镭射尺和探针，在所述上连接件上设置有标准重量块，所述镭射尺上设置有激光位移传感器。
所述测头的内部底端通过固定板固定有底板，所述空气导轨通过空气导轨安装板安装在底板上。
所述测头的内部定端设置有上固定板，所述激光位移传感器通过上固定板固定在测头的内部，所述上连接件上通过连接螺钉固定所述的标准重量块。
所述的探针的下部设置有精密弹簧。
所述的连接螺钉平行于镭射尺设置，且标准重量块旋接在连接螺钉上。
另外，所述的连接螺钉垂直于镭射尺设置，且标准重量块旋接在连接螺钉上。
本实用新型的有益效果是：它克服了传统接触式测头所遇到的技术难点，提出了一种针对具体被测对象材料特性以选择合适测量力、以及一旦选定测量力保证测量力在被测对象表面各点恒定不变并对测量力大小进行精确控制的方法和具体实现方式，进一步提高了接触式扫描测量精度，并更好地避免因测量过程中无被测物表面接触导致被测对象表面损伤等问题。
另外，该测头通过配套数控机床上使用的标准夹头柄，可直接安装在数控机床上对加工工件进行在线式测量，避免了因加工件二次装夹误差对加工精度造成影响，提高了加工和测量效率，给精密加工领域提供了一款性能良好、成本低廉、使用方便的精密接触式扫描测头。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式来详细说明本实用新型；
图1为本实用新型的结构示意图；
图2为本实用新型的内部结构示意图；
图3为本实用新型的另一种内部结构示意图；
图4为图3中标准重量块和连接螺钉的装配示意图。
具体实施方式
为使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本实用新型。
参照图1-4，本具体实施方式采用以下技术方案：它包括测头2、设置在测头2上的探针1、夹头柄3、数据线缆4和气管接头5，所述夹头柄3和探针1分别设置测头2的顶部和底部，所述数据线缆4和气管接头5设置在测头2的外侧，其特征在于，在所述测头2的内部底端设置有空气导轨9和设置在空气导轨上的空心管11，所述空心管11两端通过上连接件81、下连接件82分别固定有镭射尺14和探针1，在所述上连接件81上设置有标准重量块12，所述镭射尺14上设置有激光位移传感器15。
本实施例中，连接螺钉13垂直于镭射尺14设置，且标准重量块12旋接在连接螺钉13上。值得一提的是，所述测头2的内部底端通过固定板6固定有底板17，所述空气导轨9通过空气导轨安装板10安装在底板17上；所述测头2的内部定端设置有上固定板16，所述激光位移传感器15通过上固定板固定在测头2的内部，所述上连接件81上通过连接螺钉13固定所述的标准重量块12。
而且，本具体实施方式中所述的探针1的下部设置有精密弹簧7，该连接螺钉13平行于镭射尺14设置，且标准重量块12旋接在连接螺钉13上。
另外，作为另一实施例，该连接螺钉13可垂直于镭射尺14设置，且标准重量块12旋接在连接螺钉13上。
本实施例使用时，通过将两个空气导轨9固定在底板17和空气导轨安装板10上，两根空心管11穿过空气导轨9，通过上连接件81、下连接件82分别固定探针中1和镭射尺14，在上连接件81上通过连接螺钉13安装标准重量块12，测头2工作时，通过气管接头5给两个空气导轨9供气，让安装有探针和镭射尺的机构整体在空气导轨中处于悬浮状态，此时整个机构仅具有一个上下移动的自由度，而在探针下放安装精密弹簧7抵消到整个机构的重量，通气后，该机构在垂直方向上处于力学平衡状态，探针1向下作用力为零；此时通过数控机床Z轴带动测头向下运动，以让探针端部接触测头正下方的工件表面。测量时，要让探针端布时刻保持与工件表面接触，需要有一定的测量力来维持这种接触状态。通过采用标准重量块来精确控制测量过程中的测量力，根据被测对象材料特性不同，增加或减少标准重量块，以打破安装探针及镭射尺整体机构在垂直方向的平衡关系，获取恒定、可控的测量力。而在镭射尺对应位置安装了激光位移传感器15，实时读取因工件表面高低变化导致镭射尺垂直上下运动的位移量，以实现对工件表面形状及光洁度等的精确测量，测量数据通过与激光位移传感器连接的数据线缆4从测头2中传出并反馈到数控机床的控制系统中，以让控制系统休整加工程序，对加工件进行二次补偿加工。
本具体实施方式具有以下优点：1)接触式扫描测头采用垂直结构布局，通过顶部与数控机床兼容的标准夹头柄可极为方便的安装在数控机床上对加工件进行在线加工误差测量，安装使用方便。
2)测头主要零部件采用铝合金制作，使整个测头轻巧，零部件加工简单，成本低。
3)测头中上下连接镭射尺和探针的机构主要由两个空心管、两对连接件、探针、镭射尺等组成，整个机构自重很小。而且该机构采用空气导轨导向及支撑，使其在上、下运动过程中处于无摩擦运动状态，一旦悬浮起来后，该机构受重力影响向下运动，而正下方的精密弹簧正好给其反方向作用力，以抵消掉其重力影响，在垂直方向上保持力学平衡。此时，可根据被测对象不同材料特性，通过在连接上增加或减少标准重量块，以获取合适的恒定、可控的测量力。测量力的大小完全依据给定多少标准重量块。
以上显示和描述了本实用新型的基本原理和主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (6)
1.一种测量力恒定可控的接触式扫描测头，它包括测头(2)、设置在测头(2)上的探针(1)、夹头柄(3)、数据线缆(4)和气管接头(5)，所述夹头柄(3)和探针(1)分别设置测头(2)的顶部和底部，所述数据线缆(4)和气管接头(5)设置在测头(2)的外侧，其特征在于，在所述测头(2)的内部底端设置有空气导轨(9)和设置在空气导轨上的空心管(11)，所述空心管(11)两端通过上连接件(81)、下连接件(82)分别固定有镭射尺(14)和探针(1)，在所述上连接件(81)上设置有标准重量块(12)，所述镭射尺(14)上设置有激光位移传感器(15)。
2.根据权利要求1所述的一种测量力恒定可控的接触式扫描测头，其特征在于，在所述测头(2)的内部底端通过固定板(6)固定有底板(17)，所述空气导轨(9)通过空气导轨安装板(10)安装在底板(17)上。
3.根据权利要求1或2所述的一种测量力恒定可控的接触式扫描测头，其特征在于，在所述测头(2)的内部定端设置有上固定板(16)，所述激光位移传感器(15)通过上固定板固定在测头(2)的内部，所述上连接件(81)上通过连接螺钉(13)固定所述的标准重量块(12)。
4.根据权利要求1所述的一种测量力恒定可控的接触式扫描测头，其特征在于，所述的探针(1)的下部设置有精密弹簧(7)。
5.根据权利要求3所述的一种测量力恒定可控的接触式扫描测头，其特征在于，所述的连接螺钉(13)平行于镭射尺(14)设置，且标准重量块(12)旋接在连接螺钉(13)上。
6.根据权利要求3所述的一种测量力恒定可控的接触式扫描测头，其特征在于，所述的连接螺钉(13)垂直于镭射尺(14)设置，且标准重量块(12)旋接在连接螺钉(13)上。
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