一种直接入射式光臂放大型二维线性测头的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种精密测量技术领域，特别涉及一种新型光臂放大式二维线测头。
【背景技术】
[0002] 测头是精密量仪的关键部件之一，作为传感器提供被测工件的几何位置信息，测 头的发展水平直接影响着精密量仪的测量精度与测量效率。精密测头通常分为接触式测头 与非接触式测头两种，其中接触式测头又分为机械式测头、触发式测头和扫描式测头；非接 触式测头分为激光测头和光学视频测头。
[0003] 机械式测头是精密量仪使用较早的一种测头。该测头通过测头测端与被测工件直 接接触进行位置测量，主要用于手动测量。该类测头结构简单、操作方便，其缺点在于精度 不高，测量效率低，目前很少用于工业测量领域。当前工业领域广泛使用的精密测头是触发 式测头。触发式测头的测量原理是当测头测端与被测工件接触时精密量仪发出采样脉冲信 号，并通过仪器的处理系统锁存此时测端球心的坐标值，以此来确定测端与被测工件接触 点的坐标。该类测头具有结构简单、使用方便、及较高触发精度等优点，是三维测头中应用 最广泛的测头。但该类测头的缺点在于：存在各向异性（三角效应），或者接触式测头在接 触被测工件时因为阻力而产生微小位移从而导致测头的位移偏差，限制了其测量精度的进 一步提高，最高精度只能达零点几微米。另一方面，由于触发式测头测量原理决定了其测量 过程为单点测量，测量效率低，限制了其推广使用。
[0004] 当前应用最广的测头类型为扫描式测头，该类测头输出量与测头偏移量成正比， 作为一种精度高、功能强、适应性广的测头，同时具备工件单点测量和连续扫描测量的功 能。该类测头的测量原理是测头测端在接触被测工件后，测头由于接触力的作用发生位移， 测头的转换装置输出与测杆的微小偏移成正比的信号，该信号和精密量仪的相应坐标值叠 加便可得到被测工件上点的精确坐标。若不考虑测杆的变形，扫描式测头是各向同性的，故 其精度远远高于触发式测头。但是该类测头的缺点是结构复杂，制造成本高，目前世界上只 有少数公司可以生产。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于克服现有技术中所存在的机械式测头和触发式测头精度不高， 以及扫描式测头结构复杂、成本较高的上述不足，提供一种结构简单、测量精度高的直接入 射式光臂放大型二维线性测头，该二维线性测头能够在已知平面内移动，补偿测球接触被 测工件时位移导致的被测工件定位时的测量偏差，获得被测工件更为准确的测量坐标。
[0006] 为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：
[0007] 技术方案一：
[0008] -种直接入射式光臂放大型二维线性测头，包括：
[0009] 两个激光源，用于发射两条激光束，即激光源一发射激光束一，激光源二发射激光 束二；
[0010] 测头基座，设有所述激光源一与激光源二，以及用于检测的测杆和测球；
[0011] 两个光电探测器，即光电探测器一、光电探测器二，分别用于接收激光束一、激光 束二；
[0012] 平移部件，用于使所述测头基座做直线运动；
[0013] 回复部件，用于将所述测头基座回复至初始位置；
[0014] 处理系统，根据所述光电探测器一、光电探测器二上分别接收到的激光束一、激光 束二入射位置变化值，计算得到所述测球的位移变化值。
[0015] 技术方案二：
[0016] -种直接入射式光臂放大型二维线性测头，包括：
[0017] 两个激光源，用于发射两条激光束，即激光源一发射激光束一，激光源二发射激光 束二；
[0018] 两个光电探测器，即光电探测器一、光电探测器二，分别用于接收所述激光束一、 激光束二；
[0019] 测头基座，所述测头基座上设有光电探测器一与光电探测器二以及用于检测的测 杆和测球；
[0020] 平移部件，用于使所述测头基座做直线运动；
[0021] 回复部件，用于将所述测头基座回复至初始位置；
[0022] 处理系统，根据所述光电探测器一、光电探测器二上分别接收到的激光束一、激光 束二入射位置变化值，计算得到所述测球的位移变化值。
[0023] 该直接入射式光臂放大型二维线性测头，利用两个激光源分别发射两束激光束， 每束激光束均为平行激光束，入射到两个光电探测器上，每个光电探测器能够感应对应激 光束的入射位置。当平移部件带动测头基座做直线运动，即平移部件能够直线平移测头基 座，则激光源与对应光电探测器距离发生变化，即两束激光束分别入射到对应光电探测器 上的位置也相应发生改变，根据几何关系，处理系统分别对每个激光束入射到对应光电探 测器上的入射位置变化值进行计算并分析，能够得到测头基座在位于其直线位移方向的位 移变化值，进而能够实现该测头基座在两个方向合成的二维位移测量，测头基座发生位移 后通过回复部件能够回复至初始位置，便于下一次的测量。
[0024] 使用时，将该二维线性测头安装在精密量仪上，由于测头基座上连接测杆和测球， 测球用于与被测工件直接接触进行定位而完成精密量仪测量，当测球与被测工件直接接触 时，受到阻力而产生位移，测球带动测头基座在平移部件上产生位移，通过两个激光源、两 个光电探测器、处理系统配合，能够计算得到测球的位移量，以补偿测球接触被测工件时位 移导致的被测工件定位时的测量偏差，由于每个光电探测器能够得到一个直线方向的位移 量，通过两个光电探测器即能够得到在两个不同直线方向的位移量，以获得被测工件在测 头基座的^维方向上更为准确的测量坐标，最尚精度能够达到纳米级别，该测头提尚了 ^- 维线性测头的测量精度。该测头简化了结构，降低了生产成本，易于批量加工制造。
[0025] 优选地，技术方案一或技术方案二中的两个所述光电探测器的入射面相互垂直设 置，所述平移部件用于将所述测头基座沿相对两个所述光电探测器的垂直平面做运动，实 现激光束入射到对应光电探测器上的位置发生变化，以实现测量。
[0026] 进一步优选地，所述平移部件包括两个相互平行的导向槽一，所述导向槽一之间 滑动设有至少一个导向槽二，所述导向槽一与导向槽二相互垂直，所述导向槽二上滑动连 接所述测头基座。
[0027] 平移部件通过相互垂直的导向槽一、导向槽二来完成不同方向的直线位移，导向 槽二可以沿着导向槽一的垂直方向滑动，测头基座可以沿着导向槽二滑动，实现二维移动。 当测球与被测工件直接接触时，受到阻力，测头基座相对导向槽二产生滑动，导向槽二又相 对导向槽一产生滑动，进而实现测头基座在两个方向的位移，这两个方向构成的平面，即为 测头基座的二维位移面。
[0028] 该测头包括用于固定在精密量仪上的壳体，该壳体内包括两个激光源、两个光电 探测器、测头基座、平移部件以及回复部件，便于安装和拆卸。
[0029] 优选地，上述技术方案一中的二维线性测头还包括壳体，两个所述光电探测器安 装在所述壳体上，所述回复部件为弹簧，其中一端连接在所述壳体上、另一端连接在所述测 头基座上。
[0030] 进一步优选地，光电探测器可旋转安装在所述壳体上，激光源安装在