基於齒輪測量的單傳感器二維接觸式測頭的製作方法
2023-05-27 03:50:51 2
專利名稱：基於齒輪測量的單傳感器二維接觸式測頭的製作方法
技術領域：
本發明涉及測頭，具體涉及基於齒輪測量的單傳感器二維接觸式測頭。
背景技術：
測頭是「齒輪測量中心」等測量儀器的關鍵部件之一，作為傳感器提供被測工件的幾何信息，其發展水平直接影響著儀器的測量精度、工作性能和使用效率。測頭通常分為非接觸式測頭與接觸式測頭兩種，其中，非接觸式測頭分為雷射測頭和光學視頻測頭，而在接觸式測頭中，目前普遍使用的是接觸式軟測頭。接觸式軟測頭又可以分為一維、兩維和三維測頭。目前，測量儀器使用的三維測頭有些是採用「三層」平行簧片結構，而平行簧片結構屬於彈性導軌的一種，它的線性範圍一般是幾十微米到幾百微米，解析度可達亞微米級，無機械摩擦、不需潤滑、不產生熱量和噪聲、運動靈敏度高，是接觸式軟測頭的核心部件之一。 測頭的每層平行簧片結構一般都配有一個傳感器感受一個方向的位移量。當測球感受到位移量時，測頭便發出測微信號，經電路處理由計算機接收並存儲測量數據。在齒輪測量中，需要測頭在齒輪的切向及徑向兩個方向測量。單維測頭無法實現切向與徑向測量的轉換，必須更換測頭才能實現測量，而更換測頭不僅費時，而且測頭需重新定位，帶來新的安裝誤差。因此，重新安裝徑向或切向測頭一般需標定才能使用，給使用者帶來極大不便，影響測量效率。而採用片簧式雙層樓結構的二維測頭，由於每層平行簧片都有一個傳感器，不僅使測頭的成本增加，而且還存在著測頭體積大，結構複雜、技術要求高，在儀器上不易安裝等缺點。目前，還沒有針對齒輪測量的單傳感器二維測頭，而我國又是齒輪大國，單維測頭和多層樓結構的測頭無法更好的滿足齒輪測量的需要。因此，根據齒輪測量的實際需要，設計出一個體積小，適於安裝，可以實現切向與徑向轉換的二維測頭是十分必要的。
發明內容
本發明的目的在於克服現有技術的不足，提供一種在一個裝置中可以實現齒輪的切向與徑向測量，提高了測量效率的基於齒輪測量的單傳感器二維接觸式測頭。本發明的基於齒輪測量的單傳感器二維接觸式測頭，它包括由定板、動板和簧片組成的平行四邊形簧片結構，所述的定板固定在底板上，在所述的底板上固定連接有框架， 它還包括彈性鎖緊裝置和沿切向安裝在底板上的導軌，在所述的導軌上滑動連接有滑塊， 所述的滑塊能夠通過測杆定位裝置在底板上定位，在所述的滑塊中間固定連接有直線軸承，所述的彈性鎖緊裝置包括彼此之間平行設置的上夾板和下夾板，所述的上夾板和下夾板的一側與動板固定相連，所述的上夾板和下夾板的另一側彼此相對間隔設置並通過螺釘相連，測杆一端設置有測球並且其另一端為球形端，所述的測杆沿徑向依次與所述的直線軸承相滑動連接並能夠與上下夾板之間形成的卡緊孔相卡緊配合連接，所述的動板上固定連接帶有斜面的轉換斜面元件，所述的測杆的球形端能夠與所述的轉換斜面元件的斜面相頂緊配合，在所述的直線軸承的側端面和上、下夾板的側端面之間的測杆上套裝有漲緊元件，所述的漲緊元件包括套在測杆上的彈簧和定位件，所述的彈簧一端頂靠在上、下夾板的側端面上同時其另一端頂靠在定位件上，在所述的框架上連接有測微儀，所述的測微儀沿切向與所述的動板相頂緊設置。本發明的突出優點是1.測頭採用斜面轉換結構，實現齒輪的切向與徑向測量，節省了一個方向的傳感器，結構簡單小巧，適合安裝。2.在齒輪測量中，由於本測頭可實現切向測量與徑向測量的互相轉換，從而避免了更換切向或徑向測頭後的重新標定，提高了測量效率。3.本測頭應用在切向測量時，能保證左右兩方向的測量力基本一致，保持了雙片簧結構的優點。4.本測頭不僅可以使用在齒輪測量儀器上，還可以在坐標測量機等其它測量儀器中，作為雙向測微測頭使用。本測頭可實現對齒輪的切向與徑向測量，提高齒輪測量的效率，有效解決國內在該領域遇到的問題。
圖1是本發明的基於齒輪測量的單傳感器二維接觸式測頭的結構示意圖；圖2是圖1所示的測頭的導軌滑塊結構示意圖；圖3是圖1所示的測頭的測杆定位裝置的結構示意圖；圖4是圖1所示的測頭的彈性鎖緊裝置的結構示意圖；圖5是圖1所示的測頭的漲緊元件的結構示意圖。
具體實施例方式下面結合具體的實施例，並參照附圖，對本發明做進一步的說明如圖所示的本發明的基於齒輪測量的單傳感器二維接觸式測頭，它包括由定板 12、動板9和簧片11組成的平行四邊形簧片結構，關於平行四邊形簧片的具體結構與應用請參考楊海軍.平行簧片導軌的性能研究[J].西安工業學院學報，2004(1) :15-18。所述的定板12固定在底板上，在所述的底板上固定連接有框架13，它還包括彈性鎖緊裝置8和沿切向安裝在底板上的導軌14，在所述的導軌14上滑動連接有滑塊3，所述的滑塊能夠通過測杆定位裝置在底板上定位，在所述的滑塊3中間固定連接有直線軸承4，所述的彈性鎖緊裝置8包括彼此之間平行設置的上夾板8-1和下夾板8-2，所述的上夾板和下夾板的一側與動板固定相連，所述的上夾板和下夾板的另一側彼此相對間隔設置並通過螺釘相連，測杆2 —端設置有測球1並且其另一端為球形端，所述的測杆2沿徑向依次與所述的直線軸承4相滑動連接並能夠與上下夾板之間形成的卡緊孔相卡緊配合連接，所述的動板9上固定連接帶有斜面的轉換斜面元件，所述的測杆2的球形端能夠與所述的轉換斜面元件10的斜面相頂緊配合，在所述的直線軸承4的側端面和上、下夾板的側端面之間的測杆上套裝有漲緊元件6，所述的漲緊元件包括套在測杆上的彈簧6-2和定位件，所述的彈簧一端頂靠在上、下夾板的側端面上同時其另一端頂靠在定位件上。所述的定位件可以包括套在測杆上的夾套6-1，夾緊螺釘通過所述的夾套6-1頂緊在測杆2上使夾套的位置固定。在所述的框架13上連接有測微儀7，所述的測微儀7沿切向與所述的動板相頂緊設置。切向和徑向方向如圖1所示。所述的測杆定位裝置5可以包括沿豎直方向設置的定位螺釘5-1，所述的定位螺釘5-1穿過滑塊使滑塊定位且與連接在底板上的定位板5-2相卡緊設置。在本裝置中平行四邊形簧片結構作為測頭的切嚮導軌，可使動板9和測球1在運動過程中基本保持平動，減少了由於測球1與工件接觸點的變化而產生的測量誤差。直線軸承4作為測頭的徑嚮導軌，可保證測球1的徑向運動精度，轉換斜面元件10將徑向位移傳遞到動板9，實現徑向與切向的轉換。測杆定位裝置5可保證切向測量與徑向測量轉換時測杆位置不變，保證測球起始測量點的位置精度。在切向與徑向轉換時，採用了滑塊通過沿豎直方向設置的定位螺釘5-1與連接在底板上的定位板5-2相卡緊設置的測杆定位裝置 5，保證了測頭切向與徑向轉換時測球的位置不變。測杆定位裝置5的結構如圖3所示。通常採用高精度直線軸承作為徑嚮導軌保證了測頭的徑向測量精度。測頭採用現有的平行四邊形簧片結構，將切向與徑向轉換斜面元件10固定在動板9上。滑塊導軌組件安裝在動板9的前方，直線軸承4和測杆定位裝置5安裝在滑塊3 上隨滑塊一起移動。一端為球形的測杆穿過直線軸承，與動板9上安裝的轉換斜面元件10 接觸。為使測杆2與斜面無間隙接觸，測杆上有漲緊元件6。另外，為防止平行四邊形簧片結構中的動板與直線導軌上的滑塊在切向運動時互相產生幹涉，採用了有配合間隙的滑塊導軌副以消除幹涉的影響，滑塊導軌副不起導向定位作用。測量時將二維接觸式測頭安裝在齒輪測量儀器上，將測頭的測杆定位裝置5及彈性鎖緊裝置8鎖緊使測杆2固定，測球1位於測量原點位置。此時，調整測微儀7與平行四邊形簧片結構的動板9接觸並使測微儀7示值為零。切向測量時，鬆開測杆定位裝置5，由於滑塊與導軌存在配合間隙，此時，滑塊與導軌無支撐作用，切向運動導軌為無摩擦的平行簧片導軌。測球1感受到的切向偏移量可以直接由動板9傳遞給測微儀7，實現了測頭切向測量的功能。鎖緊機構採用彈性夾緊方式， 不僅防止了測杆的轉動，同時由於上下夾板同時夾緊測杆，減小了測杆在垂直方向的撓度變形。彈性鎖緊裝置8的結構如圖4所示。徑向測量時(如測量擺線齒輪的齒形誤差)。鬆開彈性鎖緊裝置8，而測杆定位裝置5處於鎖緊狀態，此時，可進行徑向方向的測量，測杆2感受到徑向偏移量時將沿徑向運動，通過轉換斜面元件10推動動板9傳遞偏移量至測微儀7，實現測頭徑向測量的功能。根據轉換斜面的角度值可以標定、計算出測量值與實際值的比例關係，而得到齒輪的誤差。採用以下步驟對齒輪切向與徑向進行切換測量1)將測頭安裝在齒輪測量儀器上，將測杆定位裝置5及彈性鎖緊裝置8鎖緊使測杆2固定，調整測微儀7與平行四邊形簧片結構的動板9接觸並使測微儀7的示值為零，此時測球1位於測量原點位置。2)鬆開滑塊3上測杆定位裝置5使測球1在切向自由運動，此時測頭為切向測頭， 感受齒輪的切向誤差。如測量漸開線齒輪的齒形偏差，齒距偏差等。3)將測杆定位裝置5鎖緊，然後鬆開彈性鎖緊裝置8，測杆2感受到徑向偏移量時將徑向運動，通過轉換斜面元件10推動動板9傳遞偏移量至測微儀7。此時，測頭為徑向測頭，可進行徑向方向的測量。如測量齒輪的徑向跳動，擺線齒輪的齒形偏差等。
4)針對不同的齒輪，步驟2，3可以互換實現測頭的切向與徑向轉換。根據上述步驟，可實現單傳感器二維測量的功能。
權利要求
1.基於齒輪測量的單傳感器二維接觸式測頭，它包括由定板、動板和簧片組成的平行四邊形簧片結構，所述的定板固定在底板上，在所述的底板上固定連接有框架，其特徵在於它還包括彈性鎖緊裝置和沿切向安裝在底板上的導軌，在所述的導軌上滑動連接有滑塊，所述的滑塊能夠通過測杆定位裝置在底板上定位，在所述的滑塊中間固定連接有直線軸承，所述的彈性鎖緊裝置包括彼此之間平行設置的上夾板和下夾板，所述的上夾板和下夾板的一側與動板固定相連，所述的上夾板和下夾板的另一側彼此相對間隔設置並通過螺釘相連，測杆一端設置有測球並且其另一端為球形端，所述的測杆沿徑向依次與所述的直線軸承相滑動連接並能夠與上下夾板之間形成的卡緊孔相卡緊配合連接，所述的動板上固定連接帶有斜面的轉換斜面元件，所述的測杆的球形端能夠與所述的轉換斜面元件的斜面相頂緊配合，在所述的直線軸承的側端面和上、下夾板的側端面之間的測杆上套裝有漲緊元件，所述的漲緊元件包括套在測杆上的彈簧和定位件，所述的彈簧一端頂靠在上、下夾板的側端面上同時其另一端頂靠在定位件上，在所述的框架上連接有測微儀，所述的測微儀沿切向與所述的動板相頂緊設置。
2.根據權利要求1所述的基於齒輪測量的單傳感器二維接觸式測頭，其特徵在於所述的測杆定位裝置包括沿豎直方向設置的定位螺釘，所述的定位螺釘穿過滑塊使滑塊定位且與連接在底板上的定位板相卡緊設置。
全文摘要
本發明公開了基於齒輪測量的單傳感器二維接觸式測頭，它包括由定板、動板和簧片組成的平行四邊形簧片結構，定板固定在底板上，它還包括彈性鎖緊裝置和沿切向安裝在底板上的導軌，在導軌上連接有滑塊，滑塊能夠通過測杆定位裝置在底板上定位，在滑塊中間固定連接有直線軸承，測杆一端設置有測球並且其另一端為球形端，測杆沿徑向依次與所述的直線軸承相滑動連接並能夠與彈性鎖緊裝置的上下夾板之間形成的卡緊孔相卡緊配合連接，動板上固定連接帶有斜面的轉換斜面元件，所述的測杆的球形端能夠與所述的轉換斜面元件的斜面相頂緊配合，在框架上連接有沿切向與動板相頂緊設置的測微儀。本測頭可實現對齒輪的切向與徑向測量，提高齒輪測量的效率。
文檔編號G01B5/00GK102155896SQ20111005932
公開日2011年8月17日 申請日期2011年3月11日 優先權日2011年3月11日
發明者張繼承, 郭敬濱 申請人:天津大學