一種接觸式掃描測頭的製作方法
2023-07-05 13:45:01
專利名稱：一種接觸式掃描測頭的製作方法
技術領域：
本發明涉及屬於精密測量設備領域，具體涉及一種接觸式掃描測頭。
背景技術：
在超精密零件、精密模具、光學模仁等形狀公差及表面粗糙度測量設備中，使用的精密測頭一般有非接觸式掃描測頭和接觸式掃描測頭兩大類。接觸式掃描測頭無需配備複雜昂貴的光學系統，且微小的探針頭部直接與被測工件表面接觸，能更為精確地獲取其表面形位誤差等相關信息，測量精度能精確到50nm左右，從而實現真正的納米級測量，通過設置較小的採樣時間，該方法得到的測量數據近似連續，從而對工件表面進行連續掃描測量，將測量數據反饋給數控工具機，從而對工件進行誤差補正加工，進一步提高加工的精度，達到真正的超精密加工要求。
接觸式測頭一般分為兩種，即接觸觸髮式測頭和接觸掃描式測頭。接觸觸髮式測頭主要是通過探針與工件接觸，彼此產生相對作用力，該力迫使探針發生微量變形而使測頭內部的觸發機構觸發，從而產生一個觸發信號，測量系統讀取該觸發信號後及時記下該點的形位誤差等相關信息。這種測量方式決定了該測頭只能實現「點「測量，且由於信號讀取與探針接觸工件表面不可能是同時進行的，所以影響其測量精度和測量效率。接觸掃描式測頭通過從測頭本身和配套測量系統兩方面作了改變，克服了接觸觸髮式測頭只能實現點測量的弊端，而且因為探針與工件表面實時接觸，測頭能實時讀取所接觸到各點的形位誤差等相關信息，提高了測量精度和測量效率。但傳統接觸式掃描頭在測量過程中需要滿足如下技術難點1、測頭必須足夠靈活以實時反映被測工件表面形位誤差等相關信息的微小變化；2、測頭在測量過程中需要一個適當大小的測量力，以保證能夠緊密跟隨被測工件曲面的形狀，又不能對被測物體造成損傷，否則測量力過大則劃傷工件表面，測量力過小則不能確保探針與工件表面實時接觸；3、測頭要保證在整個測量過程中不管被測表面形狀如何變化，測量力都應該保持恆定。由於需要克服如上技術難點，目前市場上基本上沒有能夠克服以上技術難點，在測量過程中根據不同被測對象選擇合適的測量力，以及選定測量力後能保持測量力恆定不變均的接觸式掃描測頭。另外，傳統測頭一般單獨安裝在測量設備上使用，對加工件進行測量時需要將加工件從數控工具機上取下，再放置在獨立的檢測設備上測量，之後再次裝在數控工具機上進行誤差補償加工，該由於將加工件將數控工具機上取下後再裝回數控工具機，導致對加工進行了二次裝夾誤差，從而對加工精度有重要影響，同時也使得整個加工效率降低。
發明內容
針對上述面臨的問題，本發明要解決的技術問題是，能針對具體被測對象選擇合適測量力、以及保持選定的測量力在被測對象表面各點恆定不變精確控制的問題，並可直接安裝在數控工具機上對加工工件進行在線式測量的一種接觸式掃描測頭。
本發明採用如下技術方案本發明所述的一種接觸式掃描測頭，測頭頂部為夾頭柄，氣管接頭連接空氣導軌，空氣導軌固定在底板和空氣導軌安裝板上，空心管穿過空氣導軌，位於上部的連接件連接標準重量塊並連接鐳射尺，位於下部的連接件固定探針，鐳射尺上部位置安裝連接雷射位移傳感器，數據線纜與雷射位移傳感器連接。本發明的有益效果是本發明採用垂直結構布局，通過夾頭柄可極為方便的安裝在數控工具機上，對加工件進行在加工過程對加工件進行誤差測量，安裝使用方便，避免了因加工件二次裝夾誤差對加工精度造成影響，提高了加工和測量效率；本發明根據具體被測對象材料特性以選擇合適測量力並保持該測量力恆定不變在保證掃描測量精度同時，更好地避免因測量過程中無被測物表面接觸導致被測對象表面損傷等問題；且測頭主要零部件採用鋁合金製作，測頭結構簡單，自重輕巧，零部件加工簡單，成本低。
圖I是接觸式掃描測頭外部機構示意圖；圖2是本發明實施例I的內部結構示意圖；圖3是接觸式掃描測頭內部結構示意圖。其中1.探針；2.測頭；3.夾頭柄；4.數據線纜；5.氣管接頭；6.下固定板；7.精密彈簧；8.連接件；9.空氣導軌；10.空氣導軌安裝板；11.空心管；12.標準重量塊A;13.連接螺釘A;14.鐳射尺；15.雷射位移傳感器；16.上固定板；17.底板；18.標準重量塊B ;19.連接螺釘B。
具體實施例方式下面結合附圖及實施例對本發明作進一步描述根據圖I所示，測頭2頂部為夾頭柄3，夾頭柄3為可以與數控工具機連接的標準件，側頭下部為與被測物表面接觸的探針1，數據線纜4與氣管接頭5位於側頭2的側面。根據圖2所示，氣管接頭5連接空氣導軌9，兩個空氣導軌9固定在底板17和空氣導軌安裝板10上，兩根空心管11穿過空氣導軌9，位於上部的連接件8通過連接螺釘A13連接標準重量塊A12並連接鐳射尺14，位於下部的連接件8固定探針1，鐳射尺14上部位置安裝連接雷射位移傳感器15，數據線纜4與雷射位移傳感器15連接。鐳射尺14連接的雷射位移傳感器15，能實時讀取因工件表面高低變化導致鐳射尺垂直上下運動的位移量，使測頭2實現對工件表面形狀及光潔度等的精確測量。作為實施例I，連接螺釘A13標準重量塊A12的連接方式為連接螺釘A13將標準重量塊A12固定在連接件8上。底板17中開孔安裝精密彈簧7，探針I穿過精密彈簧7與下部連接件8連接。上固定板6與下固定板16分別位於側頭內部上下部位，起固定、加強探頭結構的作用。使用時，測頭立式垂直安裝，測頭2頂部夾頭柄3連接數控工具機，下部探針I與被測物表面接觸。根據圖3所示，為本發明的實施例2，連接螺釘B19和標準重量塊B18的連接方式為標準重量塊B18安裝連接在連接螺釘B19的四周。
測頭工作時，通過氣管接頭5給兩個空氣導軌9供氣，空心管11、連接件8、標準重量塊A12、鐳射尺14以及雷射位移傳感器15組成的測試機構處於懸浮狀態，整個測試機構在上、下運動過程中處於無摩擦運動狀態，一旦懸浮起來後，該機構受重力影響向下運動，而正下方的精密彈簧正好給其反方向作用力，以抵消掉其重力影響，在垂直方向上保持力學平衡，探針向下作用力為零，此時通過數控工具機Z軸帶動測頭向下運動，以讓探針端部接觸測頭正下方的工件表面。根據被測對象不同材料特性，通過在連接上增加或減少標準重量塊，以獲取合適的恆定、可控的測量力。測量力的大小完全依據給定多少標準重量塊。當探針發生位移量時，鐳射尺產生垂直上下運動的位移量，通過雷射位移傳感器實時讀取因工件表面高低變化導致鐳射尺垂直上下運動的位移量，以實現對工件表面形狀及光潔度等的精確測量，測量數據通過與雷射位移傳感器連接的數據線從測頭中傳出並反饋到數控工具機的控制系統中，以讓控制系統修正加工程序，對加工件進行二次補償加工。
上述說明僅是本發明技術方案的概述，為了能夠更清楚了解本發明的技術手段，並可依照說明書的內容予以實施，以下以本發明的較佳實施例並配合附圖詳細說明如後。
權利要求
1.一種接觸式掃描測頭，其特徵在於測頭頂部為夾頭柄，氣管接頭連接空氣導軌，空氣導軌固定在底板和空氣導軌安裝板上，空心管穿過空氣導軌，位於上部的連接件連接標準重量塊並連接鐳射尺，位於下部的連接件固定探針，鐳射尺上部位置安裝連接雷射位移傳感器，數據線纜與雷射位移傳感器連接。
2.根據權利要求I所述的一種接觸式掃描測頭，其特徵在於所述空氣導軌為兩個。
3.根據權利要求I所述的一種接觸式掃描測頭，其特徵在於所述空心管為兩根。
4.根據權利要求I所述的一種接觸式掃描測頭，其特徵在於所述位於上部的連接件通過連接螺釘連接標準重量塊並連接鐳射尺。
5.根據權利要求I所述的一種接觸式掃描測頭，其特徵在於所述底板中開孔安裝精密彈簧，探針穿過精密彈簧與下部連接件連接。
6.根據權利要求I所述的一種接觸式掃描測頭，其特徵在於上固定板6與下固定板16分別位於側頭內部上下部位。
7.根據權利要求2所述的一種接觸式掃描測頭，其特徵在於所述的連接螺釘將標準重量塊固定在連接件上。
8.根據權利要求7所述的一種接觸式掃描測頭，其特徵在於標準重量塊安裝連接在連接螺釘的四周。
全文摘要
本發明涉及一種接觸式掃描測頭，測頭頂部為夾頭柄，氣管接頭連接空氣導軌，空氣導軌固定在底板和空氣導軌安裝板上，空心管穿過空氣導軌，位於上部的連接件連接標準重量塊並連接鐳射尺，位於下部的連接件固定探針，鐳射尺上部位置安裝連接雷射位移傳感器，數據線纜與雷射位移傳感器連接，本發明的有益效果是安裝使用方便，根據具體被測對象材料特性以選擇合適測量力並保持該測量力恆定不變在保證掃描測量精度同時，更好地避免因測量過程中無被測物表面接觸導致被測對象表面損傷等問題；且測頭主要零部件採用鋁合金製作，測頭結構簡單，自重輕巧，零部件加工簡單，成本低。
文檔編號B23Q17/20GK102773767SQ201210236928
公開日2012年11月14日 申請日期2012年7月10日 優先權日2012年7月10日
發明者夏發平 申請人:崑山騰宇鑫金屬製品有限公司