專利名稱：光柵式杠桿結(jié)構(gòu)觸針位移傳感器及測量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種量儀領(lǐng)域，具體涉及一種光柵式杠桿結(jié)構(gòu)觸針位移傳感器及測量 方法。
背景技術(shù)：
觸針式表面輪廓測量儀和表面形狀測量儀是用觸針掃描法測量工件表面二維形 狀的距離、角度、圓弧半徑等參數(shù)的儀器，觸針式傳感器是表面輪廓測量儀和表面形狀測量 儀用來采集被測表面輪廓信息的重要部件。表面輪廓測量儀的傳感器多為杠桿結(jié)構(gòu)，傳感器前端的觸針感知被測表面被測點(diǎn) 幾何位置，通過杠桿結(jié)構(gòu)將觸針針尖位移傳遞給傳感器中信號(hào)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，由 儀器的信號(hào)處理電路轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，輸入計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，計(jì)算被測表面的輪廓參數(shù)。傳統(tǒng)的傳感器多采用電感式信號(hào)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，即將觸針位移經(jīng)杠桿結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換為電感 傳感器的磁芯移動(dòng)，再由信號(hào)處理電路將電感元件由于磁芯位移產(chǎn)生的電感量的變化轉(zhuǎn)換 為電信號(hào)，最后轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，由計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和計(jì)算。表面輪廓測量儀在測量工 件表面宏觀形狀參數(shù)時(shí)，觸針位移通常要達(dá)到20mm以上，而測量信號(hào)的分辨力則應(yīng)達(dá)到 O-Ium0采用電感式原理的傳感器在大量程范圍內(nèi)將出現(xiàn)線性誤差大，信號(hào)靈敏度低的問 題，使儀器很難在大量程范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)對(duì)被測表面的高分辨力精密測量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了實(shí)現(xiàn)表面輪廓測量儀對(duì)工件的高精度、高分辨力測量，光柵 系統(tǒng)作為傳感器的信號(hào)轉(zhuǎn)換部件，將觸針位移轉(zhuǎn)換為光柵信號(hào)輸出；本產(chǎn)品能夠在幾十毫 米的全量程測量范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)分辨力0. 1微米的高精度測量。上述的目的通過以下的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)
一種光柵式杠桿結(jié)構(gòu)觸針位移傳感器，其組成包括傳感器基體，所述的傳感器基體裝 有回轉(zhuǎn)軸、傳感器杠桿、光柵讀數(shù)頭和抬筆機(jī)構(gòu)，所述的傳感器杠桿前端連接測針架，所述 的傳感器杠桿的尾部圓弧面粘貼光柵尺，所述的傳感器杠桿后端通過連接片連接阻尼器， 所述的測針架通過測桿連接測針，所述的測桿裝有測力調(diào)整砝碼。所述的光柵式杠桿結(jié)構(gòu)觸針位移傳感器，所述的抬筆機(jī)構(gòu)包括電機(jī)，所述的電機(jī) 連接轉(zhuǎn)軸，所述的轉(zhuǎn)軸連接抬筆架。所述的光柵式杠桿結(jié)構(gòu)觸針位移傳感器，所述的光柵讀數(shù)頭與所述的光柵尺組成 光柵系統(tǒng)。所述的光柵式杠桿結(jié)構(gòu)觸針位移傳感器，所述的測桿架結(jié)構(gòu)為“之”字形，測針的 針尖、回轉(zhuǎn)軸的中心、光柵尺的中點(diǎn)在一條直線上，測力大小靠移動(dòng)測桿上的測力調(diào)整砝碼 調(diào)節(jié)。一種利用上述的的傳感器進(jìn)行測量的方法，測針產(chǎn)生位移量變化時(shí)，光柵系統(tǒng)的 光柵尺與光柵讀數(shù)頭之間產(chǎn)生相對(duì)位移，從而將測針位移量轉(zhuǎn)換為光柵讀數(shù)頭發(fā)出的電信號(hào)；傳感器面板上安裝有一個(gè)自動(dòng)開關(guān)或手動(dòng)開關(guān)，光柵系統(tǒng)發(fā)出的電信號(hào)決定抬筆動(dòng)作 的控制信號(hào)；電機(jī)在抬筆信號(hào)控制下轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)抬筆架繞轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)；當(dāng)開關(guān)置于手動(dòng)狀態(tài) 時(shí)，傳感器在測量返回過程中不做抬筆動(dòng)作，且不執(zhí)行計(jì)算機(jī)發(fā)出的抬筆、落筆命令；當(dāng)開 關(guān)置于自動(dòng)狀態(tài)時(shí)，傳感器在計(jì)算機(jī)的控制下可以完成抬筆、落筆動(dòng)作，在得到測量返回命 令時(shí)，自動(dòng)做出抬筆動(dòng)作，并在返回過程結(jié)束時(shí)，自動(dòng)落筆。有益效果
1.本發(fā)明全量程線性誤差小，可以實(shí)現(xiàn)大量程的高分辨力測量；測量示值穩(wěn)定，無時(shí) 間漂移和溫度漂移現(xiàn)象。2.本發(fā)明的光柵系統(tǒng)發(fā)出的信號(hào)穩(wěn)定，電噪聲幅度和頻率極低；后續(xù)電路較電感 信號(hào)調(diào)理電路大大簡化，且穩(wěn)定性極高。3.本發(fā)明的測針掃描被測表面，隨被測表面的起伏變化帶動(dòng)測桿和傳感器杠桿 繞回轉(zhuǎn)中心旋轉(zhuǎn)；光柵系統(tǒng)的金屬光柵尺固定在傳感器杠桿另一端，隨傳感器杠桿旋轉(zhuǎn)； 光柵系統(tǒng)的讀數(shù)頭固定在傳感器主體上，讀數(shù)窗口與粘貼在傳感器杠桿圓弧面上的金屬光 柵尺保持恒定的距離，使光柵尺的移動(dòng)可以轉(zhuǎn)換為讀數(shù)頭的電信號(hào)輸出，信號(hào)輸出準(zhǔn)確。4.本發(fā)明的傳感器抬筆功能由直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)的抬筆架完成，能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)抬筆、 落筆的動(dòng)作。


附圖1是本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1
一種光柵式杠桿結(jié)構(gòu)觸針位移傳感器，其組成包括傳感器基體1，所述的傳感器基體 裝有回轉(zhuǎn)軸2、傳感器杠桿3、光柵讀數(shù)頭4和抬筆機(jī)構(gòu)5，所述的傳感器杠桿前端連接測針 架7，所述的傳感器杠桿的尾部圓弧面粘貼光柵尺6，所述的傳感器杠桿后端通過連接片連 接阻尼器8，所述的測針架通過測桿9連接測針10，所述的測桿裝有測力調(diào)整砝碼11。其圓 弧面的半徑等于傳感器杠桿圓弧面在中心線上的一點(diǎn)與回轉(zhuǎn)軸的回轉(zhuǎn)中心的距離。所述的光柵式杠桿結(jié)構(gòu)觸針位移傳感器，所述的抬筆機(jī)構(gòu)包括電機(jī)，所述的電機(jī) 連接轉(zhuǎn)軸12，所述的轉(zhuǎn)軸12連接抬筆架13。所述的光柵式杠桿結(jié)構(gòu)觸針位移傳感器，所述的光柵讀數(shù)頭與所述的光柵尺組成 光柵系統(tǒng)。所述的光柵式杠桿結(jié)構(gòu)觸針位移傳感器，所述的測桿架結(jié)構(gòu)為“之”字形，測針的 針尖、回轉(zhuǎn)軸的中心、光柵尺的中點(diǎn)在一條直線上，測力大小靠移動(dòng)測桿上的測力調(diào)整砝碼 調(diào)節(jié)。實(shí)施例2
一種利用上述的的傳感器進(jìn)行測量的方法，測針產(chǎn)生位移量變化時(shí)，光柵系統(tǒng)的光柵 尺與光柵讀數(shù)頭之間產(chǎn)生相對(duì)位移，從而將測針位移量轉(zhuǎn)換為光柵讀數(shù)頭發(fā)出的電信號(hào)； 傳感器面板上安裝有一個(gè)自動(dòng)開關(guān)或手動(dòng)開關(guān)，光柵系統(tǒng)發(fā)出的電信號(hào)決定抬筆動(dòng)作的控 制信號(hào)；電機(jī)在抬筆信號(hào)控制下轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)抬筆架繞轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)；當(dāng)開關(guān)置于手動(dòng)狀態(tài)時(shí)，傳 感器在測量返回過程中不做抬筆動(dòng)作，且不執(zhí)行計(jì)算機(jī)發(fā)出的抬筆、落筆命令；當(dāng)開關(guān)置于 自動(dòng)狀態(tài)時(shí)，傳感器在計(jì)算機(jī)的控制下可以完成抬筆、落筆動(dòng)作，在得到測量返回命令時(shí)，自動(dòng)做出抬筆動(dòng)作，并在返回過程結(jié)束時(shí)，自動(dòng)落筆。實(shí)施例3:
實(shí)施例1或2所述的光柵式杠桿結(jié)構(gòu)觸針位移傳感器，光柵式杠桿結(jié)構(gòu)觸針位移傳感 器，由測針、測桿、測桿架、傳感器杠桿、回轉(zhuǎn)軸、光柵尺及讀數(shù)頭、抬筆機(jī)構(gòu)、阻尼器組成，用 光柵尺和讀數(shù)頭組成的光柵系統(tǒng)作為信號(hào)轉(zhuǎn)換元件。傳感器測針固定在測桿前端，測桿后端通過測桿架與傳感器杠桿前端剛性連接； 傳感器杠桿的后端加工成圓弧型并粘貼光柵尺，光柵讀數(shù)頭固定在傳感器基體上，讀數(shù)頭 的讀數(shù)窗口與粘貼在傳感器杠桿圓弧面上的金屬光柵尺保持恒定的距離；測針產(chǎn)生位移變 化時(shí)，傳感器杠桿以回轉(zhuǎn)軸為中心轉(zhuǎn)動(dòng)，光柵尺與光柵讀數(shù)頭之間產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，其位移量 與測針的位移量成正比，從而將測針位移量轉(zhuǎn)換為光柵讀數(shù)頭發(fā)出的電信號(hào)。由微型電機(jī)控制的抬筆機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)傳感器抬筆動(dòng)作，傳感器杠桿的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)受到阻 尼器的作用，限制其回轉(zhuǎn)速度，從而限制測針上升和下降的速度。傳感器測力大小靠移動(dòng)測 桿上的測力調(diào)整砝碼調(diào)節(jié)。實(shí)施例4
實(shí)施例1或2所述的光柵式杠桿結(jié)構(gòu)觸針位移傳感器，由微型電機(jī)控制的抬筆機(jī)構(gòu)實(shí) 現(xiàn)傳感器抬筆動(dòng)作；電機(jī)在抬筆信號(hào)控制下轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)抬筆架繞轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)；抬筆架作用在 傳感器杠桿的后端，使杠桿轉(zhuǎn)動(dòng)，測針和測桿抬起。傳感器杠桿的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)受到阻尼器的作用，限制其回轉(zhuǎn)速度；阻尼器通過連接片 與傳感器杠桿后端連接，當(dāng)傳感器杠桿發(fā)生回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，阻尼器產(chǎn)生一定的阻力，限制測針 上升和下降的速度。用光柵尺和讀數(shù)頭組成的光柵系統(tǒng)作為信號(hào)轉(zhuǎn)換元件，測針與光柵尺 分別固定在傳感器杠桿結(jié)構(gòu)的兩端，測針產(chǎn)生位移量變化時(shí)，光柵尺與光柵讀數(shù)頭之間產(chǎn) 生相對(duì)位移，從而將測針位移量轉(zhuǎn)換為光柵讀數(shù)頭發(fā)出的電信號(hào)。讀數(shù)頭的讀數(shù)窗口與粘貼在傳感器杠桿圓弧面上的金屬光柵尺保持恒定的距離； 測針產(chǎn)生位移變化時(shí)，傳感器杠桿以回轉(zhuǎn)軸為中心轉(zhuǎn)動(dòng)，光柵尺與光柵讀數(shù)頭之間產(chǎn)生相 對(duì)運(yùn)動(dòng)，其位移量與測針的位移量成正比。
權(quán)利要求
1.種光柵式杠桿結(jié)構(gòu)觸針位移傳感器，其組成包括傳感器基體，其特征是所述的傳 感器基體裝有回轉(zhuǎn)軸、傳感器杠桿、光柵讀數(shù)頭和抬筆機(jī)構(gòu)，所述的傳感器杠桿前端連接測 針架，所述的傳感器杠桿的尾部圓弧面粘貼光柵尺，所述的傳感器杠桿后端通過連接片連 接阻尼器，所述的測針架通過測桿連接測針，所述的測桿裝有測力調(diào)整砝碼。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光柵式杠桿結(jié)構(gòu)觸針位移傳感器，其特征是所述的抬筆機(jī) 構(gòu)包括電機(jī)，所述的電機(jī)連接轉(zhuǎn)軸，所述的轉(zhuǎn)軸連接抬筆架。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的光柵式杠桿結(jié)構(gòu)觸針位移傳感器，其特征是所述的光 柵讀數(shù)頭與所述的光柵尺組成光柵系統(tǒng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的光柵式杠桿結(jié)構(gòu)觸針位移傳感器，其特征是所述的測 桿架結(jié)構(gòu)為“之”字形，測針的針尖、回轉(zhuǎn)軸的中心、光柵尺的中點(diǎn)在一條直線上，測力大小 靠移動(dòng)測桿上的測力調(diào)整砝碼調(diào)節(jié)。
5.一種利用權(quán)利要求1的傳感器的測量方法，其特征是測針產(chǎn)生位移量變化時(shí)，光 柵系統(tǒng)的光柵尺與光柵讀數(shù)頭之間產(chǎn)生相對(duì)位移，從而將測針位移量轉(zhuǎn)換為光柵讀數(shù)頭發(fā) 出的電信號(hào)；傳感器面板上安裝有一個(gè)自動(dòng)開關(guān)或手動(dòng)開關(guān)，光柵系統(tǒng)發(fā)出的電信號(hào)決定 抬筆動(dòng)作的控制信號(hào)；電機(jī)在抬筆信號(hào)控制下轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)抬筆架繞轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)；當(dāng)開關(guān)置于 手動(dòng)狀態(tài)時(shí)，傳感器在測量返回過程中不做抬筆動(dòng)作，且不執(zhí)行計(jì)算機(jī)發(fā)出的抬筆、落筆命 令；當(dāng)開關(guān)置于自動(dòng)狀態(tài)時(shí)，傳感器在計(jì)算機(jī)的控制下可以完成抬筆、落筆動(dòng)作，在得到測 量返回命令時(shí)，自動(dòng)做出抬筆動(dòng)作，并在返回過程結(jié)束時(shí)，自動(dòng)落筆。
全文摘要
光柵式杠桿結(jié)構(gòu)觸針位移傳感器及測量方法。觸針式表面輪廓測量儀和表面形狀測量儀是用觸針掃描法測量工件表面二維形狀的距離、角度、圓弧半徑等參數(shù)的儀器，觸針式傳感器是表面輪廓測量儀和表面形狀測量儀用來采集被測表面輪廓信息的重要部件。本產(chǎn)品其組成包括傳感器基體(1)，所述的傳感器基體裝有回轉(zhuǎn)軸(2)、傳感器杠桿(3)、光柵讀數(shù)頭(4)和抬筆機(jī)構(gòu)(5)，所述的傳感器杠桿前端連接測針架(7)，所述的傳感器杠桿的尾部圓弧面粘貼光柵尺(6)，所述的傳感器杠桿后端通過連接片連接阻尼器(8)，所述的測針架通過測桿(9)連接測針(10)，所述的測桿裝有測力調(diào)整砝碼(11)。本發(fā)明用于測量工件。
文檔編號(hào)G01B11/02GK102128594SQ20101060967
公開日2011年7月20日 申請(qǐng)日期2010年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月29日
發(fā)明者方成根, 曹鵬, 郎巖梅 申請(qǐng)人:哈爾濱量具刃具集團(tuán)有限責(zé)任公司