測(cè)量力可控接觸式測(cè)頭的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種測(cè)量力可控接觸式測(cè)頭，包括空氣導(dǎo)軌模、導(dǎo)芯，所述導(dǎo)芯內(nèi)部為空心，其穿過空氣導(dǎo)軌模，所述空氣導(dǎo)軌模含有進(jìn)氣口，其內(nèi)表面設(shè)有可形成空氣導(dǎo)軌導(dǎo)氣槽，所述導(dǎo)芯還設(shè)有連接至進(jìn)氣口的供氣轉(zhuǎn)接管，用于向?qū)緝?nèi)部充氣；所述導(dǎo)芯下端連接有彈簧，其設(shè)置在導(dǎo)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(dǎo)芯上端還連接有光柵尺，其與激光位移傳感器平行連接。該測(cè)頭利用氣動(dòng)控制技術(shù)，通過改變導(dǎo)芯內(nèi)、外氣壓值而實(shí)現(xiàn)測(cè)量力的精確調(diào)節(jié)，其既可根據(jù)被測(cè)對(duì)象的材料特性選擇測(cè)量力，又能在選定后根據(jù)其表面形態(tài)變化實(shí)時(shí)調(diào)整，以保證測(cè)量力不變。該測(cè)頭對(duì)于被測(cè)對(duì)象的特征具有更強(qiáng)的適應(yīng)性，因此能夠提高測(cè)量精度。
【專利說明】測(cè)量力可控接觸式測(cè)頭

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及精密測(cè)量設(shè)備【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種測(cè)量力可控接觸式測(cè)頭。

【背景技術(shù)】
[0002]對(duì)于薄板材型器件(包括超精密零件、精密模具、光學(xué)模仁、平面薄壁件等)的形狀公差、表面粗糙度的測(cè)量，需要使用帶有測(cè)頭的精密測(cè)量設(shè)備。根據(jù)測(cè)量原理的不同，測(cè)頭可分為非接觸式、接觸式兩類，其中非接觸式測(cè)頭可通過光學(xué)掃描以獲取被測(cè)工件表面的形位誤差，但其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高，且受機(jī)器視覺識(shí)別技術(shù)發(fā)展程度限制，目前仍不具備納米級(jí)的測(cè)量精度。接觸式測(cè)頭利用探針與被測(cè)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(cè)量精度提高到納米水平。
[0003]傳統(tǒng)的接觸式測(cè)頭為接觸觸發(fā)式測(cè)頭，其通過探針與被測(cè)工件的接觸而產(chǎn)生相對(duì)作用力，迫使探針發(fā)生微量變形，從而觸發(fā)測(cè)頭內(nèi)部機(jī)構(gòu)并產(chǎn)生觸發(fā)信號(hào)，由測(cè)量系統(tǒng)讀取該信號(hào)后記錄信息，但這種測(cè)量方式只能實(shí)現(xiàn)“點(diǎn)”測(cè)量，且探針接觸與信號(hào)讀取無法同步進(jìn)行。與之相比，接觸掃描式測(cè)頭在測(cè)頭自身和測(cè)量系統(tǒng)兩方面都有所改進(jìn)，其實(shí)現(xiàn)了探針與工件表面的實(shí)時(shí)接觸與讀取，從而提高了測(cè)量精度和測(cè)量效率。然而相關(guān)的接觸掃描式測(cè)頭仍存在以下技術(shù)難點(diǎn):(I)測(cè)頭的靈活度不足以實(shí)時(shí)反映被測(cè)工件表面信息的微小變化；(2)測(cè)頭無法根據(jù)被測(cè)工件的材質(zhì)特點(diǎn)和表面形態(tài)隨時(shí)調(diào)整測(cè)量力數(shù)值；(3)測(cè)頭無法保證施加在被測(cè)工件表面的測(cè)量力始終保持恒定。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對(duì)現(xiàn)有接觸式測(cè)頭對(duì)于被測(cè)對(duì)象特征的適應(yīng)性差所導(dǎo)致的測(cè)量精度不足的上述缺陷和問題，本發(fā)明的目的是提供一種可根據(jù)被測(cè)對(duì)象的材料特性而調(diào)節(jié)測(cè)量力、能在表面形態(tài)變化過程中保持測(cè)量力恒定的測(cè)量力可控接觸式測(cè)頭。
[0005]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案:一種測(cè)量力可控接觸式測(cè)頭，其特征在于，包括:空氣導(dǎo)軌模、導(dǎo)芯，所述導(dǎo)芯的內(nèi)部為空心，其穿過空氣導(dǎo)軌模，所述空氣導(dǎo)軌模含有進(jìn)氣口，其內(nèi)表面上設(shè)有導(dǎo)氣槽，充氣后可在空氣導(dǎo)軌模內(nèi)表面與導(dǎo)芯外表面之間形成空氣導(dǎo)軌，所述導(dǎo)芯還設(shè)有連接至進(jìn)氣口的供氣轉(zhuǎn)接管，其用于向?qū)緝?nèi)部充氣；
[0006]所述導(dǎo)芯下端連接有彈簧，其設(shè)置在導(dǎo)芯和測(cè)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(dǎo)芯上端還連接有光柵尺，其與激光位移傳感器平行連接。
[0007]作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，所述測(cè)頭采用垂直立式安裝。
[0008]作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，所述導(dǎo)芯在空氣導(dǎo)軌模內(nèi)部只做垂直于水平面方向的上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)。
[0009]作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，所述導(dǎo)氣槽的截面形狀為U字形。
[0010]本發(fā)明還提供一種測(cè)量力可控接觸式測(cè)頭的使用方法，其特征在于，含有以下步驟:
[0011]Ql:空氣導(dǎo)軌模通過進(jìn)氣口向?qū)獠鄢淙雺嚎s氣體，在空氣導(dǎo)軌模與導(dǎo)芯之間形成氣膜層，使導(dǎo)芯處于懸浮狀態(tài)；
[0012]Q2:放置高度值為XO的標(biāo)準(zhǔn)參照物；
[0013]Q3:通過供氣轉(zhuǎn)接管向?qū)局谐淙霘怏w，調(diào)整導(dǎo)芯的內(nèi)、外部氣壓，使彈簧處于略微壓縮狀態(tài)，以確保探針在與物體表面接觸時(shí)具有適量的測(cè)量力；
[0014]Q4:測(cè)頭向下移動(dòng)，使探針頂端與標(biāo)準(zhǔn)參照物發(fā)生接觸，所形成的作用力使探針向上運(yùn)動(dòng)，激光位移傳感器讀取對(duì)應(yīng)的數(shù)值H，記錄測(cè)頭此時(shí)所在的垂直高度Zl ；
[0015]Q5:移去標(biāo)準(zhǔn)參照物并換上被測(cè)物，使探針頂端與被測(cè)物接觸，調(diào)整測(cè)頭位置直至激光位移傳感器讀數(shù)再次達(dá)到H，記錄測(cè)頭此時(shí)所在的垂直高度Z2 ；
[0016]Q6:計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)參照物與被測(cè)物的厚度差Λ Z= I Ζ2-Ζ11 ；
[0017]Q7:計(jì)算被測(cè)物厚度L= IXO- Λ Z I。
[0018]本發(fā)明提供的測(cè)量力可控接觸式測(cè)頭，利用氣動(dòng)控制技術(shù)，通過改變導(dǎo)芯內(nèi)、外的氣壓值而實(shí)現(xiàn)了對(duì)測(cè)量力的精確調(diào)節(jié)。該測(cè)頭既可以根據(jù)被測(cè)對(duì)象的材料特性以選擇合適的測(cè)量力，又能在選定測(cè)量力后根據(jù)其表面形態(tài)的變化實(shí)時(shí)做出調(diào)整，以保證測(cè)量力數(shù)值不發(fā)生變化。因此，本發(fā)明所提供的測(cè)頭對(duì)于被測(cè)對(duì)象的特征具有更強(qiáng)的適應(yīng)性，能夠提高測(cè)量精度。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單的介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0020]圖1為本發(fā)明實(shí)施例的測(cè)量力可控接觸式測(cè)頭的結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0021]下面將結(jié)合本發(fā)明的附圖，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整的描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明的一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0022]如圖1所示，本發(fā)明實(shí)施例提供的一種測(cè)量力可控接觸式測(cè)頭，包括:空氣導(dǎo)軌模
1、導(dǎo)芯2，所述導(dǎo)芯2的內(nèi)部為空心，其穿過空氣導(dǎo)軌模1，所述空氣導(dǎo)軌模I含有進(jìn)氣口，其內(nèi)表面上設(shè)有導(dǎo)氣槽，充氣后可在空氣導(dǎo)軌模I內(nèi)表面與導(dǎo)芯2外表面之間形成空氣導(dǎo)軌，所述導(dǎo)芯2還設(shè)有連接至進(jìn)氣口的供氣轉(zhuǎn)接管3，其用于向?qū)?內(nèi)部充氣；所述導(dǎo)芯2下端連接有彈簧4，其設(shè)置在導(dǎo)芯2和測(cè)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(dǎo)芯2上端還連接有光柵尺7，其與激光位移傳感器8平行連接。
[0023]所述導(dǎo)芯2在空氣導(dǎo)軌模I內(nèi)部只做垂直于水平面方向的上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)。所述導(dǎo)氣槽的截面形狀為U字形。所述測(cè)頭采用垂直立式安裝。
[0024]本發(fā)明實(shí)施例還提供相關(guān)的使用方法，含有以下步驟:空氣導(dǎo)軌模通過進(jìn)氣口向?qū)獠鄢淙雺嚎s氣體，在空氣導(dǎo)軌模與導(dǎo)芯之間形成氣膜層，使導(dǎo)芯處于懸浮狀態(tài)；放置高度值為XO的標(biāo)準(zhǔn)參照物；通過供氣轉(zhuǎn)接管向?qū)局谐淙霘怏w，調(diào)整導(dǎo)芯的內(nèi)、外部氣壓，使彈簧處于略微壓縮狀態(tài)，以確保探針在與物體表面接觸時(shí)具有適量的測(cè)量力；測(cè)頭向下移動(dòng)，使探針頂端與標(biāo)準(zhǔn)參照物發(fā)生接觸，所形成的作用力使探針向上運(yùn)動(dòng)，激光位移傳感器讀取對(duì)應(yīng)的數(shù)值H，記錄測(cè)頭此時(shí)所在的垂直高度Zl ;移去標(biāo)準(zhǔn)參照物并換上被測(cè)物，使探針頂端與被測(cè)物接觸，調(diào)整測(cè)頭位置直至激光位移傳感器讀數(shù)再次達(dá)到H，記錄測(cè)頭此時(shí)所在的垂直高度Z2 ;計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)參照物與被測(cè)物的厚度差ΛΖ=|Ζ2-Ζ1| ;計(jì)算被測(cè)物厚度L= IXO- Λ Z I。
[0025]本發(fā)明所提供的測(cè)量力可控接觸式測(cè)頭具有以下有益效果:
[0026](I)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可方便地安裝在現(xiàn)有設(shè)備上直接使用；
[0027](2)利用氣動(dòng)控制技術(shù)，操作靈活，可控性強(qiáng)，移動(dòng)精確；
[0028](3)提高測(cè)量精確性，降低成本，提高效率。
[0029]本發(fā)明所提供的測(cè)量力可控接觸式測(cè)頭，可以通過控制導(dǎo)芯內(nèi)、外的氣壓變化，精確地調(diào)節(jié)其在垂直方向上的力學(xué)平衡關(guān)系；通過激光位移傳感器實(shí)時(shí)讀取因被測(cè)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(cè)量數(shù)據(jù)傳輸至計(jì)算機(jī)，對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行分析和顯示。該測(cè)頭解決了傳統(tǒng)接觸式測(cè)頭無法針對(duì)具體被測(cè)對(duì)象而選擇合適的測(cè)量力，以及一旦選定測(cè)量力后無法保證其在被測(cè)對(duì)象表面各處所施加的作用力恒定不變的問題。
[0030]以上所述，僅為本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)以所述權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
【權(quán)利要求】
1.一種測(cè)量力可控接觸式測(cè)頭，其特征在于，包括:空氣導(dǎo)軌模、導(dǎo)芯，所述導(dǎo)芯的內(nèi)部為空心，其穿過空氣導(dǎo)軌模，所述空氣導(dǎo)軌模含有進(jìn)氣口，其內(nèi)表面上設(shè)有導(dǎo)氣槽，充氣后可在空氣導(dǎo)軌模內(nèi)表面與導(dǎo)芯外表面之間形成空氣導(dǎo)軌，所述導(dǎo)芯還設(shè)有連接至進(jìn)氣口的供氣轉(zhuǎn)接管，其用于向?qū)緝?nèi)部充氣； 所述導(dǎo)芯下端連接有彈簧，其設(shè)置在導(dǎo)芯和測(cè)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(dǎo)芯上端還連接有光柵尺，其與激光位移傳感器平行連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種測(cè)量力可控接觸式測(cè)頭，其特征在于，所述測(cè)頭采用垂直立式安裝。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種測(cè)量力可控接觸式測(cè)頭，其特征在于，所述導(dǎo)芯在空氣導(dǎo)軌模內(nèi)部只做垂直于水平面方向的上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種測(cè)量力可控接觸式測(cè)頭，其特征在于，所述導(dǎo)氣槽的截面形狀為U字形。
5.一種測(cè)量力可控接觸式測(cè)頭的使用方法，其特征在于，含有以下步驟: Ql:空氣導(dǎo)軌模通過進(jìn)氣口向?qū)獠鄢淙雺嚎s氣體，在空氣導(dǎo)軌模與導(dǎo)芯之間形成氣膜層，使導(dǎo)芯處于懸浮狀態(tài)； Q2:放置高度值為XO的標(biāo)準(zhǔn)參照物； Q3:通過供氣轉(zhuǎn)接管向?qū)局谐淙霘怏w，調(diào)整導(dǎo)芯的內(nèi)、外部氣壓，使彈簧處于略微壓縮狀態(tài)，以確保探針在與物體表面接觸時(shí)具有適量的測(cè)量力； Q4:測(cè)頭向下移動(dòng)，使探針頂端與標(biāo)準(zhǔn)參照物發(fā)生接觸，所形成的作用力使探針向上運(yùn)動(dòng)，激光位移傳感器讀取對(duì)應(yīng)的數(shù)值H，記錄測(cè)頭此時(shí)所在的垂直高度Zl ； Q5:移去標(biāo)準(zhǔn)參照物并換上被測(cè)物，使探針頂端與被測(cè)物接觸，調(diào)整測(cè)頭位置直至激光位移傳感器讀數(shù)再次達(dá)到H，記錄測(cè)頭此時(shí)所在的垂直高度Z2 ； Q6:計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)參照物與被測(cè)物的厚度差ΛΖ=|Ζ2-Ζ1| ； Q7:計(jì)算被測(cè)物厚度L= IXO- Λ ZI。
【文檔編號(hào)】G01B11/24GK104048611SQ201310077753
【公開日】2014年9月17日 申請(qǐng)日期:2013年3月12日 優(yōu)先權(quán)日:2013年3月12日
【發(fā)明者】崔華 申請(qǐng)人:昆山允可精密工業(yè)技術(shù)有限公司