一种测量力可控的电磁轴承自倾斜式微位移传感器系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及工件表面形貌质量检测技术领域，特别涉及一种测量力可控的电磁轴承自倾斜式微位移传感器系统。
【背景技术】
[0002]接触式位移传感器是形貌测量仪器的核心器件，广泛地用于工业在线和离线工件的表面形貌测量检测和表征。
[0003]对于实体探针接触式形貌测量仪器，实体探针与被测工件之间测量力将直接影响被测工件在检测过程中的损失程度以及实体探针的使用寿命。若测量力过大，探针尖端容易磨损和折断，降低测量精度和缩短探针的使用寿命，同时被测工件表面易被探针形成永久性损伤；若测量力较小，探针运动无法与被测工件保持良好接触，容易出现探针的跳动，粘滑失稳等现象，降低探针对被测工件表面变化的跟随能力和测量精度。因此针对不同材质和不同面型特征的被测工件，应该控制不同的测量力，以获得最佳的检测质量。
[0004]当前实体探针接触式形貌测量仪器的测量力实现方式主要有以下几种:①探针与弹性元件连接，利用弹性元件的弹力提供所需的测量力。在这种方式中，测量力会随着工件表面形貌的变化而改变，不能恒定保持和自主调节。②利用音圈电机与弹性元件结合的复合式结构提供和调节测量力。在这种方式中，通过电感线圈的反馈电压改变音圈电机的输入电压调节探针与被测工件之间的相对位置，从而改变测量力。虽然此种方式能够得到较小且相对恒定的测量力，但需要引入实时反馈控制系统，系统结构复杂且测量过程耗时。
【发明内容】
[0005]为解决以上实体探针接触式形貌测量仪器在测量力调节方面的技术难题，实现对测量力的灵活调控，发明人发明了一种测量力可控的电磁轴承自倾斜式微位移传感器系统。该传感器系统采用的技术方案如下:
[0006]本发明涉及一种测量力可控的电磁轴承自倾斜式微位移传感器系统，主要包括:测头模块、测头支撑模块、位移检测模块、测量力调节模块、轴承控制模块、位移信号采集模块、信号分析处理模块等。所述的测头模块包括用于接触工件表面并感知其表面凹凸变化的探针(I)和探杆(2)，探针(I)固定连接在探杆(2) —侧的端面上，探杆(2)设置在侧头支承模块内。
[0007]所述的测头支撑模块包括传感器基座(3)和电磁悬浮式轴承(4)，所述的传感器基座(3)固定在测量力调节模块(6)的微调平台(6-1)上，所述的电磁悬浮式轴承(4)固定安装在传感器基座(3)上，并通过轴承控制模块(8)与信号分析处理模块(10)连接。
[0008]所述的位移检测模块为一种精密光栅，包括读数头(5-1)和标尺光栅(5-2)，所述的标尺光栅嵌套在探杆(2)上，可跟随探杆移动；所述的读数头与标尺光栅(5-2)对应，安装在传感器基座(3)上，并通过位移信号采集模块(9)与信号分析处理模块(10)连接，用来读取探杆的位移量。
[0009]所述的测量力调节模块(6)为一种角度可调的倾斜平台，包括微调平台(6-1)，调节轴(6-2)和底座￠-3)，所述的底座(6-3)沿水平方向固定在测量设备上；所述的微调平台(6-1)通过所述的调节轴(6-2)与底座(6-3)连接，并与水平面成β角度设置，其中β角的大小可通过调节轴(6-2)进行调节；在所述的微调平台(6-1)的上端面，固定连接有所述的传感器基座(3)。
[0010]如上所述的一种测量力可控的电磁轴承自倾斜式微位移传感器系统，更近一步说明为:所述的探针(I)和探杆(2)同轴连接，其轴心与电磁悬浮式轴承(4)的轴心重合并与微调平台(6-1)平行，与水平面成β角度。所述的探杆(2)为磁性材质，与所述的电磁悬浮式轴承(4)之间存在径向支持力。通过将传感器基座(3)与微调平台￠-1)固定连接，可使传感器基座(3)、电磁悬浮式轴承(4)、探针⑴和探杆⑵一起跟随微调平台(6-1)的移动而移动。
[0011]如上所述的一种测量力可控的电磁轴承自倾斜式微位移传感器系统，更近一步说明为:所述的测头模块的径向支承力由测头支撑模块中的电磁悬浮式轴承(4)提供，所述的电磁悬浮式轴承由信号分析处理模块(10)经过轴承控制模块(8)控制，可产生一种较大且稳定的径向力，支承探针(I)和探杆(2)，保证测头模块及与其连接的标尺光栅(5-2)保持径向稳定。
[0012]如上所述的一种测量力可控的电磁轴承自倾斜式微位移传感器系统，更近一步说明为:所述的探针⑴与被测工件(7)之间的测量力F如图2所示，由探针(1)，探杆(2)和标尺光栅(5-2)的总重力G沿探杆轴线方向的分量产生:F = GXsinP。测量力调整模块
(6)调整传感器基座(3)与水平面之间的夹角β，实现对测量力F的调整。
[0013]如上所述的一种测量力可控的电磁轴承自倾斜式微位移传感器系统，更近一步说明为:当被测工件进行Y向或X向进行形貌测量时，由于传感器系统位移检测方向与水平面之间存在夹角β即传感器系统位移检测方向与X向之间的夹角为β，因此位移传感器输出中包含测量误差，此测量误差通过如下方式进行分离。如图2所示，测量被测工件表面某一点时，若探针和探杆沿其轴线方向的位移变化为A a，则被测点的X坐标变化和Z坐标变化分别为Ax= Δ aXcos β , Δ z = AaXsinP。所述的信号分析处理模块会根据基准点的坐标值和被测点的坐标变化值，重构出被测工件表面形貌。
[0014]本发明的有益效果
[0015]本发明采用倾斜平台，来调节接触式位移传感器的测量力，其带来的有益效果是:
[0016]改变了传统接触式位移传感器中测量力不可控的技术缺陷。在测量不同材质和不同面型特征工件表面形貌时，可通过测量力调节模块(6)改变传感器与水平面之间的夹角β来调整实体探针与被测工件表面的测量力，以保证探针对被测工件表面形貌变化的跟随性，保护被测工件表面不被划伤，并降低探针尖端的磨损和延长其工作寿命。
【附图说明】
[0017]图1是本发明一种测量力可控的电磁轴承自倾斜式微位移传感器系统的结构示意图。
[0018]图2是本发明一种测量力可控的电磁轴承自倾斜式微位移传感器系统的测量力计算及测量误差分离示意图。
【具体实施方式】
[0019]本发明涉及一种测量力可控的电磁轴承自倾斜式微