专利名称：一种大量程及高精度轮廓测量位移传感器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种位移传感器。
背景技术：
随着我国制造业的飞速发展，研制大量程、高精度及低成本的测量位移传感器变 得至关重要。现阶段国内使用的电感式测量位移传感器存在测量范围小、精度低、线性误 差大，环境温度变化对测量精度影响较大，电路随温度变化漂移较大，仪器的残余轮廓较大 等缺陷，实现不了对工件轮廓的高精度测量。目前国内生产的表面轮廓测量仪只能进行低 端的轮廓测量，而高精度的轮廓测量仪全部依靠进口，每年国家要花费大量外汇从英国、德 国、日本等国家购买高精度轮廓测量仪，来满足各行业高精度轮廓测量的检测需求。

实用新型内容本实用新型的目的是提供一种大量程及高精度轮廓测量位移传感器，以解决现有 电感式测量位移传感器存在测量范围小、精度低、线性误差大、温度漂移大、仪器的残余轮 廓大，实现不了对工件轮廓精确测量的问题。
本实用新型为解决上述技术问题采用的技术方案是本实用新型的位移传感器由
测杆组件、零位支架、零位块、光栅尺、光栅头、连接板、回转轴系、测力机构、限位结构、连接
机构、罩和前挡板组成；所述回转轴系包括主体和测量杠杆，所述测杆组件由测针、测杆和
防转杆组成；所述回转轴系还包括两个锁紧螺母、两个顶尖、多个钢球和回转轴；所述测针
和防转杆均固装在测杆上且靠近测杆的两端设置，所述测量杠杆的一端设有轴向中心孔，
测杆靠近防转杆的一端紧固在测量杠杆的轴向中心孔内，测量杠杆的另一端设置在主体的
内腔中，主体装在罩内，所述前挡板装在主体上且与主体的一端可拆卸连接，设置在主体内
腔中的测量杠杆上设有回转轴孔，所述回转轴穿过所述回转轴孔紧固在测量杠杆上，回转
轴的两端各设有一个滚道孔，主体的侧壁上与两个所述滚道孔相对应位置处各设置有一个
沉孔，每个滚道孔中放置有多个钢球，两个顶尖分别穿过相对应的沉孔顶在钢球上并通过
装在其上的锁紧螺母与主体紧固连接，所述测力机构的一端与测量杠杆固接，测力机构的
另一端与主体连接，测量杠杆的另一端上固装有零位支架，测量杠杆的另一端端面为向外
突出的圆弧面，所述圆弧面的圆心与测量杠杆上的回转轴孔的中心同心，所述光栅尺固装
在所述圆弧面上，所述零位块固装在零位支架上，零位块与光栅头的零位相对应设置，所述
光栅头通过连接板紧固在主体上，光栅头与光栅尺相对应设置，所述限位机构固定在靠近
防转杆一端的主体上，光栅尺为金属光栅尺。 本实用新型具有以下有益效果本实用新型采用独特的整体结构，高精度的回转 轴系，并与光栅尺和光栅头配合使用，大大简化了传感器的结构，其特点是结构简单，测量 范围大，精度高，长时间使用稳定性好，线性误差小，成本低，可实现对工件轮廓的精确测 量。本实用新型的传感器可用于工件的轮廓尺寸、表面形状误差、表面波度及表面粗糙度的 测量。本实用新型的传感器对工件的轮廓测量的测量范围为10mm，分辨率可以达到5. 0nm ;对工件的形状测量的测量范围可以达到士10mm、 士20mm、 士30mm或者更大，分辨率可以达 至lj 0. 1 ii m。

图1是本实用新型的整体结构主视图，图2是图1的A-A剖视图，图3是图2的B 向视图(测量杠杆7拆去零位支架5后的)，图4是回转轴系的局部主剖视图，图5是图1 的C向视图(为了表示清楚，只画出了限位机构、主体1和罩31)。
具体实施方式具体实施方式
一 结合图1-图5说明本实施方式，本实施方式的位移传感器由测 杆组件、零位支架5、零位块6、光栅尺2、光栅头3、连接板4、回转轴系、测力机构、限位结构、 连接机构、罩31和前挡板29组成；所述回转轴系包括主体1和测量杠杆7，所述测杆组件 由测针12、测杆13和防转杆10组成；所述回转轴系还包括两个锁紧螺母19、两个顶尖16、 多个钢球17和回转轴18 ;所述测针12和防转杆10均固装在测杆13上且靠近测杆13的 两端设置(本实施方式中的防转杆10和测针12与测杆13采用胶粘接方式固定，防转杆10 的作用是防止测杆13转动)，所述测量杠杆7的一端设有轴向中心孔，测杆13靠近防转杆 10的一端紧固在测量杠杆7的轴向中心孔内(本实施方式通过锁紧螺钉28将测杆13紧固 在测量杠杆7的轴向中心孔内，使测杆13和测量杠杆7成为一体，松开紧固螺钉28，即可 更换测杆组件)，测量杠杆7的另一端设置在主体1的内腔中(主体1是该传感器零件的 支承主体)，主体1装在罩31内，所述前挡板29装在主体1上且与主体1的一端可拆卸连 接，设置在主体1内腔中的测量杠杆7上设有回转轴孔22，所述回转轴18穿过所述回转轴 孔22紧固在测量杠杆7上(本实施方式通过紧固螺钉固定)，回转轴18的两端各设有一 个滚道孔，主体1的侧壁上与两个所述滚道孔相对应位置处各设置有一个沉孔，每个滚道 孔中放置有多个钢球17，两个顶尖16分别穿过相对应的沉孔顶在钢球17上并通过装在其 上的锁紧螺母19与主体1紧固连接(通过调整顶尖16上的螺纹扣，可使顶尖16的锥面压 在钢球17上，形成一个封闭的精密轴系，为防止顶尖16调整后在工作中松动，使用锁紧螺 母19备紧后，可提高轴系的刚度。此回转轴系的最大特点是工艺简单，轴系摩擦阻力小， 运动灵活，是表面轮廓测量仪的理想轴系)，所述测力机构的一端与测量杠杆7固接，测力 机构的另一端与主体1连接，测量杠杆7的另一端上固装有零位支架5，测量杠杆7的另一 端端面为向外突出的圆弧面21(圆弧面21的曲率大小由传感器的杠杆比大小确定)，所述 圆弧面21的圆心与测量杠杆7上的回转轴孔22的中心同心，所述光栅尺2固装在所述圆 弧面21上(本实施方式中二者采用粘接的方式固接)，所述零位块6固装在零位支架5上 (本实施方式中采用胶粘接的方式二者固定在一起，零位块6的作用是保证测针12的尖点、 回转轴18的轴心、测量杠杆7的圆弧面21的中心成一水平线，此位置为传感器测量的起始 零位)，零位块6与光栅头3的零位相对应设置，所述光栅头3通过连接板4紧固在主体1 上，光栅头3与光栅尺2相对应设置，所述限位机构固定在靠近防转杆10 —端的主体1上， 所述连接机构固定在主体1上，光栅尺2为金属光栅尺，便于与测量杠杆7的圆弧面21粘 接。本实施方式的光栅尺2和光栅头3为外购件。
具体实施方式
二 结合图1说明本实施方式，本实施方式的测力机构由测力弹簧固定螺钉30、测力弹簧14和测力弹簧调整螺钉15组成；所述测力弹簧固定螺钉30拧在测 量杠杆7上，所述测力弹簧调整螺钉15拧在主体1上，测力弹簧14的两端分别挂在测力弹 簧固定螺钉30和测力弹簧调整螺钉15上。如此设置，通过拧测力弹簧调整螺钉15，调整测 针12的测力大小。其它与具体实施方式
一相同。
具体实施方式
三结合图1说明本实施方式，本实施方式的连接机构由连接块26 和连接杆27组成；所述连接块26固定在主体1上，连接杆27的一端与连接块26固接。如 此设置，测量传感器通过连接杆27与驱动器连接，连接方便。其它与具体实施方式
一或二 相同。
具体实施方式
四结合图1和图5说明本实施方式，本实施方式的限位机构由限位 支架9和两个限位螺钉11组成；所述限位支架9固定在靠近防转杆10 —端的主体1上，所 述两个限位螺钉11中的一个固定在限位支架9上，两个限位螺钉11中的剩余一个固定在 主体1上。如此设置，通过调整两个限位螺钉ll，可保证传感器具有适当的测量范围。其它 与具体实施方式
三相同。 测量时，将传感器上的测针12与被测工件的表面接触，传感器被驱动箱带动沿工 件的测量方向滑行。当测针12沿工件表面滑行时，测针12的上下位移带动测杆13和测量 杠杆7，光栅尺2绕回转轴18的回转中心旋转，即光栅尺2相对于光栅头3做圆角运动。当 光栅尺2绕回转轴18的中心旋转时，在光栅头3中，一个红外的发光二极管将光线发射到 带刻度的光栅尺2的表面，反射光通过一个透明的相位光栅返回读数头，在读数头内的检 测面上生成正弦干涉条纹信号，该信号经电路进行数字化处理，输出方波的数字信号，该信 号经处理后得到测针12的位移尺寸。
权利要求一种大量程及高精度轮廓测量位移传感器，所述位移传感器由测杆组件、零位支架(5)、零位块(6)、光栅尺(2)、光栅头(3)、连接板(4)、回转轴系、测力机构、限位结构、连接机构、罩(31)和前挡板(29)组成；所述回转轴系包括主体(1)和测量杠杆(7)，所述测杆组件由测针(12)、测杆(13)和防转杆(10)组成；其特征在于所述回转轴系还包括两个锁紧螺母(19)、两个顶尖(16)、多个钢球(17)和回转轴(18)；所述测针(12)和防转杆(10)均固装在测杆(13)上且靠近测杆(13)的两端设置，所述测量杠杆(7)的一端设有轴向中心孔，测杆(13)靠近防转杆(10)的一端紧固在测量杠杆(7)的轴向中心孔内，测量杠杆(7)的另一端设置在主体(1)的内腔中，主体(1)装在罩(31)内，所述前挡板(29)装在主体(1)上且与主体(1)的一端可拆卸连接，设置在主体(1)内腔中的测量杠杆(7)上设有回转轴孔(22)，所述回转轴(18)穿过所述回转轴孔(22)紧固在测量杠杆(7)上，回转轴(18)的两端各设有一个滚道孔，主体(1)的侧壁上与两个所述滚道孔相对应位置处各设置有一个沉孔，每个滚道孔中放置有多个钢球(17)，两个顶尖(16)分别穿过相对应的沉孔顶在钢球(17)上并通过装在其上的锁紧螺母(19)与主体(1)紧固连接，所述测力机构的一端与测量杠杆(7)固接，测力机构的另一端与主体(1)连接，测量杠杆(7)的另一端上固装有零位支架(5)，测量杠杆(7)的另一端端面为向外突出的圆弧面(21)，所述圆弧面(21)的圆心与测量杠杆(7)上的回转轴孔(22)的中心同心，所述光栅尺(2)固装在所述圆弧面(21)上，所述零位块(6)固装在零位支架(5)上，零位块(6)与光栅头(3)的零位相对应设置，所述光栅头(3)通过连接板(4)紧固在主体(1)上，光栅头(3)与光栅尺(2)相对应设置，所述限位机构固定在靠近防转杆(10)一端的主体(1)上，光栅尺(2)为金属光栅尺。
2. 根据权利要求1所述的一种大量程及高精度轮廓测量位移传感器，其特征在于所 述测力机构由测力弹簧固定螺钉(30)、测力弹簧(14)和测力弹簧调整螺钉(15)组成；所 述测力弹簧固定螺钉(30)拧在测量杠杆(7)上，所述测力弹簧调整螺钉(15)拧在主体(1) 上，测力弹簧(14)的两端分别挂在测力弹簧固定螺钉(30)和测力弹簧调整螺钉(15)上。
3. 根据权利要求1或2所述的一种大量程及高精度轮廓测量位移传感器，其特征在于 所述连接机构由连接块(26)和连接杆(27)组成；所述连接块(26)固定在主体(1)上，连 接杆(27)的一端与连接块(26)固接。
4. 根据权利要求3所述的一种大量程及高精度轮廓测量位移传感器，其特征在于所 述限位机构由限位支架(9)和两个限位螺钉(11)组成；所述限位支架(9)固定在靠近防转 杆(10) —端的主体(1)上，所述两个限位螺钉(11)中的一个固定在限位支架(9)上，两个 限位螺钉(11)中的剩余一个固定在主体(1)上。
专利摘要一种大量程及高精度轮廓测量位移传感器，它涉及一种位移传感器。针对电感式测量位移传感器测量范围小、精度低、线性误差大、温度漂移大、仪器的残余轮廓大问题。测针和防转杆均固装在测杆上，测量杠杆一端与测杆固接，另一端设置在主体内，回转轴紧固在测量杠杆上，回转轴的滚道孔中放置有多个钢球，顶尖顶在钢球上，测力机构的两端与测量杠杆和主体连接，测量杠杆上固装有零位支架，光栅尺固装在测量杠杆的圆弧面上，零位块固装在零位支架上且与光栅头的零位相对应，光栅头通过连接板紧固在主体上且与光栅尺相对应设置，主体上装有限位机构和连接机构。本实用新型用于测量工件的轮廓尺寸、表面形状误差及表面粗糙度，分辨率可以达到5.0nm。
文档编号G01B11/02GK201508164SQ20092031439
公开日2010年6月16日 申请日期2009年11月9日 优先权日2009年11月9日
发明者于德海, 于淼, 吴东明 申请人:于淼;于德海;吴东明