专利名称：基于齿轮测量的单传感器二维接触式测头的制作方法
技术领域：
本发明涉及测头，具体涉及基于齿轮测量的单传感器二维接触式测头。
背景技术：
测头是“齿轮测量中心”等测量仪器的关键部件之一，作为传感器提供被测工件的几何信息，其发展水平直接影响着仪器的测量精度、工作性能和使用效率。测头通常分为非接触式测头与接触式测头两种，其中，非接触式测头分为激光测头和光学视频测头，而在接触式测头中，目前普遍使用的是接触式软测头。接触式软测头又可以分为一维、两维和三维测头。目前，测量仪器使用的三维测头有些是采用“三层”平行簧片结构，而平行簧片结构属于弹性导轨的一种，它的线性范围一般是几十微米到几百微米，分辨率可达亚微米级，无机械摩擦、不需润滑、不产生热量和噪声、运动灵敏度高，是接触式软测头的核心部件之一。 测头的每层平行簧片结构一般都配有一个传感器感受一个方向的位移量。当测球感受到位移量时，测头便发出测微信号，经电路处理由计算机接收并存储测量数据。在齿轮测量中，需要测头在齿轮的切向及径向两个方向测量。单维测头无法实现切向与径向测量的转换，必须更换测头才能实现测量，而更换测头不仅费时，而且测头需重新定位，带来新的安装误差。因此，重新安装径向或切向测头一般需标定才能使用，给使用者带来极大不便，影响测量效率。而采用片簧式双层楼结构的二维测头，由于每层平行簧片都有一个传感器，不仅使测头的成本增加，而且还存在着测头体积大，结构复杂、技术要求高，在仪器上不易安装等缺点。目前，还没有针对齿轮测量的单传感器二维测头，而我国又是齿轮大国，单维测头和多层楼结构的测头无法更好的满足齿轮测量的需要。因此，根据齿轮测量的实际需要，设计出一个体积小，适于安装，可以实现切向与径向转换的二维测头是十分必要的。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种在一个装置中可以实现齿轮的切向与径向测量，提高了测量效率的基于齿轮测量的单传感器二维接触式测头。本发明的基于齿轮测量的单传感器二维接触式测头，它包括由定板、动板和簧片组成的平行四边形簧片结构，所述的定板固定在底板上，在所述的底板上固定连接有框架， 它还包括弹性锁紧装置和沿切向安装在底板上的导轨，在所述的导轨上滑动连接有滑块， 所述的滑块能够通过测杆定位装置在底板上定位，在所述的滑块中间固定连接有直线轴承，所述的弹性锁紧装置包括彼此之间平行设置的上夹板和下夹板，所述的上夹板和下夹板的一侧与动板固定相连，所述的上夹板和下夹板的另一侧彼此相对间隔设置并通过螺钉相连，测杆一端设置有测球并且其另一端为球形端，所述的测杆沿径向依次与所述的直线轴承相滑动连接并能够与上下夹板之间形成的卡紧孔相卡紧配合连接，所述的动板上固定连接带有斜面的转换斜面元件，所述的测杆的球形端能够与所述的转换斜面元件的斜面相顶紧配合，在所述的直线轴承的侧端面和上、下夹板的侧端面之间的测杆上套装有涨紧元件，所述的涨紧元件包括套在测杆上的弹簧和定位件，所述的弹簧一端顶靠在上、下夹板的侧端面上同时其另一端顶靠在定位件上，在所述的框架上连接有测微仪，所述的测微仪沿切向与所述的动板相顶紧设置。本发明的突出优点是1.测头采用斜面转换结构，实现齿轮的切向与径向测量，节省了一个方向的传感器，结构简单小巧，适合安装。2.在齿轮测量中，由于本测头可实现切向测量与径向测量的互相转换，从而避免了更换切向或径向测头后的重新标定，提高了测量效率。3.本测头应用在切向测量时，能保证左右两方向的测量力基本一致，保持了双片簧结构的优点。4.本测头不仅可以使用在齿轮测量仪器上，还可以在坐标测量机等其它测量仪器中，作为双向测微测头使用。本测头可实现对齿轮的切向与径向测量，提高齿轮测量的效率，有效解决国内在该领域遇到的问题。
图1是本发明的基于齿轮测量的单传感器二维接触式测头的结构示意图；图2是图1所示的测头的导轨滑块结构示意图；图3是图1所示的测头的测杆定位装置的结构示意图；图4是图1所示的测头的弹性锁紧装置的结构示意图；图5是图1所示的测头的涨紧元件的结构示意图。
具体实施例方式下面结合具体的实施例，并参照附图，对本发明做进一步的说明如图所示的本发明的基于齿轮测量的单传感器二维接触式测头，它包括由定板 12、动板9和簧片11组成的平行四边形簧片结构，关于平行四边形簧片的具体结构与应用请参考杨海军.平行簧片导轨的性能研究[J].西安工业学院学报，2004(1) :15-18。所述的定板12固定在底板上，在所述的底板上固定连接有框架13，它还包括弹性锁紧装置8和沿切向安装在底板上的导轨14，在所述的导轨14上滑动连接有滑块3，所述的滑块能够通过测杆定位装置在底板上定位，在所述的滑块3中间固定连接有直线轴承4，所述的弹性锁紧装置8包括彼此之间平行设置的上夹板8-1和下夹板8-2，所述的上夹板和下夹板的一侧与动板固定相连，所述的上夹板和下夹板的另一侧彼此相对间隔设置并通过螺钉相连，测杆2 —端设置有测球1并且其另一端为球形端，所述的测杆2沿径向依次与所述的直线轴承4相滑动连接并能够与上下夹板之间形成的卡紧孔相卡紧配合连接，所述的动板9上固定连接带有斜面的转换斜面元件，所述的测杆2的球形端能够与所述的转换斜面元件10的斜面相顶紧配合，在所述的直线轴承4的侧端面和上、下夹板的侧端面之间的测杆上套装有涨紧元件6，所述的涨紧元件包括套在测杆上的弹簧6-2和定位件，所述的弹簧一端顶靠在上、下夹板的侧端面上同时其另一端顶靠在定位件上。所述的定位件可以包括套在测杆上的夹套6-1，夹紧螺钉通过所述的夹套6-1顶紧在测杆2上使夹套的位置固定。在所述的框架13上连接有测微仪7，所述的测微仪7沿切向与所述的动板相顶紧设置。切向和径向方向如图1所示。所述的测杆定位装置5可以包括沿竖直方向设置的定位螺钉5-1，所述的定位螺钉5-1穿过滑块使滑块定位且与连接在底板上的定位板5-2相卡紧设置。在本装置中平行四边形簧片结构作为测头的切向导轨，可使动板9和测球1在运动过程中基本保持平动，减少了由于测球1与工件接触点的变化而产生的测量误差。直线轴承4作为测头的径向导轨，可保证测球1的径向运动精度，转换斜面元件10将径向位移传递到动板9，实现径向与切向的转换。测杆定位装置5可保证切向测量与径向测量转换时测杆位置不变，保证测球起始测量点的位置精度。在切向与径向转换时，采用了滑块通过沿竖直方向设置的定位螺钉5-1与连接在底板上的定位板5-2相卡紧设置的测杆定位装置 5，保证了测头切向与径向转换时测球的位置不变。测杆定位装置5的结构如图3所示。通常采用高精度直线轴承作为径向导轨保证了测头的径向测量精度。测头采用现有的平行四边形簧片结构，将切向与径向转换斜面元件10固定在动板9上。滑块导轨组件安装在动板9的前方，直线轴承4和测杆定位装置5安装在滑块3 上随滑块一起移动。一端为球形的测杆穿过直线轴承，与动板9上安装的转换斜面元件10 接触。为使测杆2与斜面无间隙接触，测杆上有涨紧元件6。另外，为防止平行四边形簧片结构中的动板与直线导轨上的滑块在切向运动时互相产生干涉，采用了有配合间隙的滑块导轨副以消除干涉的影响，滑块导轨副不起导向定位作用。测量时将二维接触式测头安装在齿轮测量仪器上，将测头的测杆定位装置5及弹性锁紧装置8锁紧使测杆2固定，测球1位于测量原点位置。此时，调整测微仪7与平行四边形簧片结构的动板9接触并使测微仪7示值为零。切向测量时，松开测杆定位装置5，由于滑块与导轨存在配合间隙，此时，滑块与导轨无支撑作用，切向运动导轨为无摩擦的平行簧片导轨。测球1感受到的切向偏移量可以直接由动板9传递给测微仪7，实现了测头切向测量的功能。锁紧机构采用弹性夹紧方式， 不仅防止了测杆的转动，同时由于上下夹板同时夹紧测杆，减小了测杆在垂直方向的挠度变形。弹性锁紧装置8的结构如图4所示。径向测量时(如测量摆线齿轮的齿形误差)。松开弹性锁紧装置8，而测杆定位装置5处于锁紧状态，此时，可进行径向方向的测量，测杆2感受到径向偏移量时将沿径向运动，通过转换斜面元件10推动动板9传递偏移量至测微仪7，实现测头径向测量的功能。根据转换斜面的角度值可以标定、计算出测量值与实际值的比例关系，而得到齿轮的误差。采用以下步骤对齿轮切向与径向进行切换测量1)将测头安装在齿轮测量仪器上，将测杆定位装置5及弹性锁紧装置8锁紧使测杆2固定，调整测微仪7与平行四边形簧片结构的动板9接触并使测微仪7的示值为零，此时测球1位于测量原点位置。2)松开滑块3上测杆定位装置5使测球1在切向自由运动，此时测头为切向测头， 感受齿轮的切向误差。如测量渐开线齿轮的齿形偏差，齿距偏差等。3)将测杆定位装置5锁紧，然后松开弹性锁紧装置8，测杆2感受到径向偏移量时将径向运动，通过转换斜面元件10推动动板9传递偏移量至测微仪7。此时，测头为径向测头，可进行径向方向的测量。如测量齿轮的径向跳动，摆线齿轮的齿形偏差等。
4)针对不同的齿轮，步骤2，3可以互换实现测头的切向与径向转换。根据上述步骤，可实现单传感器二维测量的功能。
权利要求
1.基于齿轮测量的单传感器二维接触式测头，它包括由定板、动板和簧片组成的平行四边形簧片结构，所述的定板固定在底板上，在所述的底板上固定连接有框架，其特征在于它还包括弹性锁紧装置和沿切向安装在底板上的导轨，在所述的导轨上滑动连接有滑块，所述的滑块能够通过测杆定位装置在底板上定位，在所述的滑块中间固定连接有直线轴承，所述的弹性锁紧装置包括彼此之间平行设置的上夹板和下夹板，所述的上夹板和下夹板的一侧与动板固定相连，所述的上夹板和下夹板的另一侧彼此相对间隔设置并通过螺钉相连，测杆一端设置有测球并且其另一端为球形端，所述的测杆沿径向依次与所述的直线轴承相滑动连接并能够与上下夹板之间形成的卡紧孔相卡紧配合连接，所述的动板上固定连接带有斜面的转换斜面元件，所述的测杆的球形端能够与所述的转换斜面元件的斜面相顶紧配合，在所述的直线轴承的侧端面和上、下夹板的侧端面之间的测杆上套装有涨紧元件，所述的涨紧元件包括套在测杆上的弹簧和定位件，所述的弹簧一端顶靠在上、下夹板的侧端面上同时其另一端顶靠在定位件上，在所述的框架上连接有测微仪，所述的测微仪沿切向与所述的动板相顶紧设置。
2.根据权利要求1所述的基于齿轮测量的单传感器二维接触式测头，其特征在于所述的测杆定位装置包括沿竖直方向设置的定位螺钉，所述的定位螺钉穿过滑块使滑块定位且与连接在底板上的定位板相卡紧设置。
全文摘要
本发明公开了基于齿轮测量的单传感器二维接触式测头，它包括由定板、动板和簧片组成的平行四边形簧片结构，定板固定在底板上，它还包括弹性锁紧装置和沿切向安装在底板上的导轨，在导轨上连接有滑块，滑块能够通过测杆定位装置在底板上定位，在滑块中间固定连接有直线轴承，测杆一端设置有测球并且其另一端为球形端，测杆沿径向依次与所述的直线轴承相滑动连接并能够与弹性锁紧装置的上下夹板之间形成的卡紧孔相卡紧配合连接，动板上固定连接带有斜面的转换斜面元件，所述的测杆的球形端能够与所述的转换斜面元件的斜面相顶紧配合，在框架上连接有沿切向与动板相顶紧设置的测微仪。本测头可实现对齿轮的切向与径向测量，提高齿轮测量的效率。
文档编号G01B5/00GK102155896SQ20111005932
公开日2011年8月17日 申请日期2011年3月11日 优先权日2011年3月11日
发明者张继承, 郭敬滨 申请人:天津大学