測量力可控接觸式測頭的製作方法

2023-09-21 19:01:00 2

測量力可控接觸式測頭的製作方法
【專利摘要】本發明提供一種測量力可控接觸式測頭，包括空氣導軌模、導芯，所述導芯內部為空心，其穿過空氣導軌模，所述空氣導軌模含有進氣口，其內表面設有可形成空氣導軌導氣槽，所述導芯還設有連接至進氣口的供氣轉接管，用於嚮導芯內部充氣；所述導芯下端連接有彈簧，其設置在導芯和底板之間，所述彈簧下端連接有穿過底板的探針，所述導芯上端還連接有光柵尺，其與雷射位移傳感器平行連接。該測頭利用氣動控制技術，通過改變導芯內、外氣壓值而實現測量力的精確調節，其既可根據被測對象的材料特性選擇測量力，又能在選定後根據其表面形態變化實時調整，以保證測量力不變。該測頭對於被測對象的特徵具有更強的適應性，因此能夠提高測量精度。
【專利說明】測量力可控接觸式測頭

【技術領域】
[0001]本發明涉及精密測量設備【技術領域】，特別涉及一種測量力可控接觸式測頭。

【背景技術】
[0002]對於薄板材型器件(包括超精密零件、精密模具、光學模仁、平面薄壁件等)的形狀公差、表面粗糙度的測量，需要使用帶有測頭的精密測量設備。根據測量原理的不同，測頭可分為非接觸式、接觸式兩類，其中非接觸式測頭可通過光學掃描以獲取被測工件表面的形位誤差，但其結構複雜、成本高，且受機器視覺識別技術發展程度限制，目前仍不具備納米級的測量精度。接觸式測頭利用探針與被測工件的表面接觸，能夠獲得更精確的形位誤差信息，從而將測量精度提高到納米水平。
[0003]傳統的接觸式測頭為接觸觸髮式測頭，其通過探針與被測工件的接觸而產生相對作用力，迫使探針發生微量變形，從而觸發測頭內部機構並產生觸發信號，由測量系統讀取該信號後記錄信息，但這種測量方式只能實現「點」測量，且探針接觸與信號讀取無法同步進行。與之相比，接觸掃描式測頭在測頭自身和測量系統兩方面都有所改進，其實現了探針與工件表面的實時接觸與讀取，從而提高了測量精度和測量效率。然而相關的接觸掃描式測頭仍存在以下技術難點:(I)測頭的靈活度不足以實時反映被測工件表面信息的微小變化；(2)測頭無法根據被測工件的材質特點和表面形態隨時調整測量力數值；(3)測頭無法保證施加在被測工件表面的測量力始終保持恆定。


【發明內容】

[0004]針對現有接觸式測頭對於被測對象特徵的適應性差所導致的測量精度不足的上述缺陷和問題，本發明的目的是提供一種可根據被測對象的材料特性而調節測量力、能在表面形態變化過程中保持測量力恆定的測量力可控接觸式測頭。
[0005]為達到上述目的，本發明提供如下技術方案:一種測量力可控接觸式測頭，其特徵在於，包括:空氣導軌模、導芯，所述導芯的內部為空心，其穿過空氣導軌模，所述空氣導軌模含有進氣口，其內表面上設有導氣槽，充氣後可在空氣導軌模內表面與導芯外表面之間形成空氣導軌，所述導芯還設有連接至進氣口的供氣轉接管，其用於嚮導芯內部充氣；
[0006]所述導芯下端連接有彈簧，其設置在導芯和測頭底部的底板之間，所述彈簧下端連接有向下穿過底板的探針，所述導芯上端還連接有光柵尺，其與雷射位移傳感器平行連接。
[0007]作為上述技術方案的優選，所述測頭採用垂直立式安裝。
[0008]作為上述技術方案的優選，所述導芯在空氣導軌模內部只做垂直於水平面方向的上下往復運動。
[0009]作為上述技術方案的優選，所述導氣槽的截面形狀為U字形。
[0010]本發明還提供一種測量力可控接觸式測頭的使用方法，其特徵在於，含有以下步驟:
[0011]Ql:空氣導軌模通過進氣口嚮導氣槽充入壓縮氣體，在空氣導軌模與導芯之間形成氣膜層，使導芯處於懸浮狀態；
[0012]Q2:放置高度值為XO的標準參照物；
[0013]Q3:通過供氣轉接管嚮導芯中充入氣體，調整導芯的內、外部氣壓，使彈簧處於略微壓縮狀態，以確保探針在與物體表面接觸時具有適量的測量力；
[0014]Q4:測頭向下移動，使探針頂端與標準參照物發生接觸，所形成的作用力使探針向上運動，雷射位移傳感器讀取對應的數值H，記錄測頭此時所在的垂直高度Zl ；
[0015]Q5:移去標準參照物並換上被測物，使探針頂端與被測物接觸，調整測頭位置直至雷射位移傳感器讀數再次達到H，記錄測頭此時所在的垂直高度Z2 ；
[0016]Q6:計算標準參照物與被測物的厚度差Λ Z= I Ζ2-Ζ11 ；
[0017]Q7:計算被測物厚度L= IXO- Λ Z I。
[0018]本發明提供的測量力可控接觸式測頭，利用氣動控制技術，通過改變導芯內、外的氣壓值而實現了對測量力的精確調節。該測頭既可以根據被測對象的材料特性以選擇合適的測量力，又能在選定測量力後根據其表面形態的變化實時做出調整，以保證測量力數值不發生變化。因此，本發明所提供的測頭對於被測對象的特徵具有更強的適應性，能夠提高測量精度。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單的介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動性的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
[0020]圖1為本發明實施例的測量力可控接觸式測頭的結構示意圖。

【具體實施方式】
[0021]下面將結合本發明的附圖，對本發明的技術方案進行清楚、完整的描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明的一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。
[0022]如圖1所示，本發明實施例提供的一種測量力可控接觸式測頭，包括:空氣導軌模
1、導芯2，所述導芯2的內部為空心，其穿過空氣導軌模1，所述空氣導軌模I含有進氣口，其內表面上設有導氣槽，充氣後可在空氣導軌模I內表面與導芯2外表面之間形成空氣導軌，所述導芯2還設有連接至進氣口的供氣轉接管3，其用於嚮導芯2內部充氣；所述導芯2下端連接有彈簧4，其設置在導芯2和測頭底部的底板5之間，所述彈簧4下端連接有向下穿過底板5的探針6，所述導芯2上端還連接有光柵尺7，其與雷射位移傳感器8平行連接。
[0023]所述導芯2在空氣導軌模I內部只做垂直於水平面方向的上下往復運動。所述導氣槽的截面形狀為U字形。所述測頭採用垂直立式安裝。
[0024]本發明實施例還提供相關的使用方法，含有以下步驟:空氣導軌模通過進氣口嚮導氣槽充入壓縮氣體，在空氣導軌模與導芯之間形成氣膜層，使導芯處於懸浮狀態；放置高度值為XO的標準參照物；通過供氣轉接管嚮導芯中充入氣體，調整導芯的內、外部氣壓，使彈簧處於略微壓縮狀態，以確保探針在與物體表面接觸時具有適量的測量力；測頭向下移動，使探針頂端與標準參照物發生接觸，所形成的作用力使探針向上運動，雷射位移傳感器讀取對應的數值H，記錄測頭此時所在的垂直高度Zl ;移去標準參照物並換上被測物，使探針頂端與被測物接觸，調整測頭位置直至雷射位移傳感器讀數再次達到H，記錄測頭此時所在的垂直高度Z2 ;計算標準參照物與被測物的厚度差ΛΖ=|Ζ2-Ζ1| ;計算被測物厚度L= IXO- Λ Z I。
[0025]本發明所提供的測量力可控接觸式測頭具有以下有益效果:
[0026](I)結構簡單，可方便地安裝在現有設備上直接使用；
[0027](2)利用氣動控制技術，操作靈活，可控性強，移動精確；
[0028](3)提高測量精確性，降低成本，提高效率。
[0029]本發明所提供的測量力可控接觸式測頭，可以通過控制導芯內、外的氣壓變化，精確地調節其在垂直方向上的力學平衡關係；通過雷射位移傳感器實時讀取因被測物表面高低變化而引起光柵尺在垂直方向上的位移量，還可將測量數據傳輸至計算機，對計算結果進行分析和顯示。該測頭解決了傳統接觸式測頭無法針對具體被測對象而選擇合適的測量力，以及一旦選定測量力後無法保證其在被測對象表面各處所施加的作用力恆定不變的問題。
[0030]以上所述，僅為本發明的【具體實施方式】，但本發明的保護範圍並不局限於此，任何熟悉本【技術領域】的技術人員在本發明揭露的技術範圍內，可輕易想到變化或替換，都應涵蓋在本發明的保護範圍之內。因此，本發明的保護範圍應以所述權利要求的保護範圍為準。
【權利要求】
1.一種測量力可控接觸式測頭，其特徵在於，包括:空氣導軌模、導芯，所述導芯的內部為空心，其穿過空氣導軌模，所述空氣導軌模含有進氣口，其內表面上設有導氣槽，充氣後可在空氣導軌模內表面與導芯外表面之間形成空氣導軌，所述導芯還設有連接至進氣口的供氣轉接管，其用於嚮導芯內部充氣； 所述導芯下端連接有彈簧，其設置在導芯和測頭底部的底板之間，所述彈簧下端連接有向下穿過底板的探針，所述導芯上端還連接有光柵尺，其與雷射位移傳感器平行連接。
2.根據權利要求1所述的一種測量力可控接觸式測頭，其特徵在於，所述測頭採用垂直立式安裝。
3.根據權利要求1所述的一種測量力可控接觸式測頭，其特徵在於，所述導芯在空氣導軌模內部只做垂直於水平面方向的上下往復運動。
4.根據權利要求1所述的一種測量力可控接觸式測頭，其特徵在於，所述導氣槽的截面形狀為U字形。
5.一種測量力可控接觸式測頭的使用方法，其特徵在於，含有以下步驟: Ql:空氣導軌模通過進氣口嚮導氣槽充入壓縮氣體，在空氣導軌模與導芯之間形成氣膜層，使導芯處於懸浮狀態； Q2:放置高度值為XO的標準參照物； Q3:通過供氣轉接管嚮導芯中充入氣體，調整導芯的內、外部氣壓，使彈簧處於略微壓縮狀態，以確保探針在與物體表面接觸時具有適量的測量力； Q4:測頭向下移動，使探針頂端與標準參照物發生接觸，所形成的作用力使探針向上運動，雷射位移傳感器讀取對應的數值H，記錄測頭此時所在的垂直高度Zl ； Q5:移去標準參照物並換上被測物，使探針頂端與被測物接觸，調整測頭位置直至雷射位移傳感器讀數再次達到H，記錄測頭此時所在的垂直高度Z2 ； Q6:計算標準參照物與被測物的厚度差ΛΖ=|Ζ2-Ζ1| ； Q7:計算被測物厚度L= IXO- Λ ZI。
【文檔編號】G01B11/24GK104048611SQ201310077753
【公開日】2014年9月17日 申請日期:2013年3月12日 優先權日:2013年3月12日
【發明者】崔華 申請人:崑山允可精密工業技術有限公司