专利名称：具有恒定测量力的一维扫描测头机构的制作方法
技术领域：
本发明涉及测量仪器技术领域，具体涉及一种具有恒定测量力的一维扫描测头机构。
背景技术：
测头是精密量仪的关键部件之一，它作为传感器提供被测工件的几何信息，其发展水平和精密量仪的测量精度、工作性能、使用效率有很大的关系。电感测微仪是最早的精密测头，产生于上世纪20年代。至上世纪50年代末，随着三坐标测量机出现，精密测头得到了快速发展。目前，精密测头可分为接触式测头与非接触式测头两大类，其中接触式测头又可以细分为机械式测头、触发式测头和扫描式测头三种。机械式测头，也称为接触式硬测头，其工作原理是通过测头测端与被测工件直接接触定位扫描而完成测量，主要用于手动测量。机械式测头结构简单、操作方便，但精度不高，已无法满足当前数控精密量仪的要求。触发式测头由英国Renishaw公司于1972年研制成功。当测头测端与被测工件接触时，触发式测头机构会发出电平信号，通过量仪的定位系统锁存此时刻测端球心的坐标值。触发式测头具有较高触发精度，是三维测头中应用最为广泛的测头。但触发式测头存在各向异性(三角效应)、预行程等误差，限制了其测量精度的进一步提高，最高精度只能达到亚微米级。扫描式测头，也称量化测头，是一种精度高、功能强、适应性广的测头。扫描式测头的测量原理是测头测端在接触被测工件后，连续测得接触位移，测头转换装置的输出信号与测杆的微小偏移成正比，该偏移量和精密量仪的相应坐标值叠加可得到被测工件上各个测量点的精确坐标。由于扫描式测头能够连续获得测量位置信息，因而具备了空间坐标点的位置探测和曲线曲面的扫描测量功能。如果不考虑测杆的变形，扫描式测头是各向同性的，故其精度远远高于触发式测头。扫描式测头是结构较为复杂，制造成本高，目前世界上只有少数公司可以生产。目前，触发式测头和扫描式测头并存于国内市场，触发式测头在加工设备中用的较多，而在精密量仪设备中多采用精度更高的扫描式测头。由于技术条件上的限制，国内还不能自主设计、生产该类精密测头，但相应的研究工作一直在不断深入。西安工业大学的牟新明、王建华、杨密三位老师，运用材料力学理论方法，对一平行簧片机构进行了精确的受力分析，建立力学模型。在论文“平行簧片机构力学分析与计算”中，推导了平行簧片机构在外力作用下变形和位移的关系，得到了工作过程中平行簧片机构的各参数对其导向精度的影响程度。通过分析导向误差计算公式，得到两簧片之间的距离、簧片长度和有效长度等因素均会影响其导向精度。通过合理调节以上各因素的大小，能有效地减小该机构的导向误差。目前常见的扫描式测头机构，其基本结构均包括动板3、固定板8和传感器，动板3 上设置有测针1、测头座2和动杆13，在动板3和固定板8的两端之间垂直设置有一对支撑簧片4，在支撑簧片4上固定有相对设置的加强板5。当测针去接触被测对象时，测针的微位移量会通过传感器11传递给后续的采样系统。在测量各种形面时，为了保证测头能够可靠的连续接触被测形面，通常在测量运动开始前，会使测针带上较大的压入位移量。在测量运动过程中，由于形面的变化以及测量形面误差的存在，测针的受力情况会不断变化。对于不同直径和不同长度的测针，其变形量会随着受力情况的变化而变化。尤其在测量一些小的形面，如小模数的齿轮，要求测针的直径很细，刚度降低，导致测量过程中测针形变较大，测头示值不能准确反映测针的形变值，影响测量精度。在扫描式测头机构中，通常只标注测头的直径值和测针长度，测头的直径与测针长度是成比例，测头直径越小，相应测针越细。表 1中以测头直径代替测针直径，枚举了测头直径与测针形变系数的关系值。
表1测头直径与测杆变形系数的关系
权利要求
1. 一种具有恒定测量力的一维扫描测头机构，包括动板(3)和固定板(8)，动板(3)上设置有测针(1)、测头座(2)、动杆(13)和传感器(11)，在动板(3)和固定板(8)之间相对设置有一对加强板(5)，其特征在于所述固定板(8)的上部设置有限位座(14)，限位座(14) 的中部设置有限摆杆，动杆(13)的下端部与限摆杆的上端部相对设置，限位座(14)上安装有对称于动杆(13)设置的一对复位簧片(7)和一对传感器支架(9)，复位簧片(7)的上端压合于动杆(13)下端部的两侧，一对传感器支架(9 )中的一个上设置有传感器(11)的固定部，传感器(11)的运动部设置于动杆(13)上，位于复位簧片(7)的上端和传感器之间的动杆(13)上设置有衔铁(10)，与之对应的一对传感器支架(9)上分别设置有永磁铁(6)，一对传感器支架(9)的上端部内侧相对设置有限位块(12)。
全文摘要
本发明涉及一种具有恒定测量力的一维扫描测头机构。本发明包括动板和固定板，所述固定板的上部设置有限位座，限位座的中部设置有限摆杆，动杆的下端部与限摆杆的上端部相对设置，限位座上安装有对称于动杆设置的一对复位簧片和一对传感器支架，复位簧片的上端压合于动杆下端部的两侧，一对传感器支架中的一个上设置有传感器的固定部，传感器的运动部设置于动杆上，位于复位簧片的上端和传感器之间的动杆上设置有衔铁，与之对应的一对传感器支架上分别设置有永磁铁，一对传感器支架的上端部内侧相对设置有限位块。本发明通过负刚度弹性支撑机构的设计，以磁力来平衡随位移增加而不断变大的平行簧片和预压簧片的反作用力，实现测量力的基本恒定。
文档编号G01B7/012GK102155902SQ20111005620
公开日2011年8月17日 申请日期2011年3月9日 优先权日2011年3月9日
发明者卢春霞, 强怀博, 彭宁, 樊利军, 王俊岭, 王建华, 王洪喜, 祝强 申请人:西安工业大学, 陕西秦川机械发展股份有限公司