专利名称：光磁结合的全角度三维探测系统的制作方法
技术领域：
本发明属于机械设备检测装置。确切地说，是一种全角度三维探测系统。
背景技术：
探测系统，一般有触发测头、触发信号采集系统、测头座、控制系统等部分组成。目前的探测系统，其工作流程是测头和工件触碰而产生角度变化时，发生一个开关信号，这个信号传送到控制系统后，控制系统对此处的光栅计数器中的数据锁存，经处理后传送给测量软件，表示测量了一个点。其主要原理是触碰力引起弹性变形，利用弹性变形所引起的距离和电阻变化来获取数据信号。其缺点是利用机械机构和力学原理的探测系统不但无法做到结构很小、也无法做到测量精度很高；而且材料的变形会随着使用时间的延续而产生变化，使测量精度降低，使用寿命有限。另外，传统的探测系统无法从三维立体的全角度感知测头和工件产生触碰时两者触碰力的矢量方向，这就无法真实的对触头半径进行有效的补偿，也就是存在着理论上不可避免的误差(只有当机器沿着被测量矢量方向的反方向进行触测，才可以补偿，但测量中基本上无法做到完全沿着矢量方向进行测量)，提高了探测系统的系统误差。
发明内容
为了克服探测系统体积大、弹性变形精度低、弹性变形带来的不确定性及不可避免的补偿误差引起的测量误差的不足，本发明提供一种体积较小、精度高、有效减少测量误差的光磁结合的全角度三维探测系统。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是一种光磁结合的全角度三维探测系统，包括可以进行万向转动的测头系统、定位机构和光学测量系统，所述测头系统包括测头座、万向转动机构和带有测头的测针，所述带有测头的测针安装在所述万向转动机构上，所述万向转动机构安装在测头座上；所述定位机构包括固定于所述万向转动机构的磁棒和固定于所述测头座的磁性体，所述磁棒和所述磁性体相互磁力配合，所述光学测量系统包括光线路转换器、光源和感光元件，所述光线路转换器固定于所述磁棒上，所述光源的光线经过光线路转换器后进入所述感光元件，所述感光元件与用于将光信号转变为三维坐标信号并进行数据计算的智能测量模块连接。进一步，所述万向转动机构包括万向转动的转动球、上约束环、下约束环和弹性件，所述带有测头的测针安装在所述转动球上，所述转动球位于所述上约束环、下约束环内；所述下约束环和所述测头座连接，所述上约束环通过所述弹性件和所述测头座连接。或者是所述万向转动机构包括万向转动的转动球和下约束环，所述下约束环和所述测头座连接，所述转动球位于所述下约束环内，所述带有测头的测针安装在所述转动球上。再或者是所述万向转动机构为万向节。更进一步，所述磁体位于所述磁棒的上方。
或者是所述磁棒穿过磁体的中部并位于所述磁体的上方。更进一步，所述光线路转换器垂直于所述磁棒的轴线。或者是所述光线路转换器为和所述磁棒有设定角度的平面。再或者是所述光线路转换器为和所述磁棒有设定角度的多面体。所述多面体为凹面或凸面。所述光源是多光源，所述感光元件是多感光元件，一个光源与一个感光元件匹配。本发明的技术构思为光磁结合的全角度三维探测系统有可以进行万向转动的测头机构、定位机构、光学测量机构和控制系统组成。所述测头机构整体移动，当所述测针I 上的测头接触到工件后，根据工件相对于测头的位置，对测头产生作用力，所产生的作用力使所述可以进行万向转动的转动球4进行相应方向的旋转和直线移动。所述转动球4的位置改变带动所述光线路转换器8的位置改变。所述光线路转换器8的位置改变带动所述光源10进入光线路转换器的光线方向改变，致使所述感光元件11接受到不同方向的光线，所述感光元件通过光线的变化锁存数据，通过接受到不同方向的光线，判断所述测针I上测头和工件产生触碰时两者触碰力的三维矢量方向，对触头半径进行无系统误差的补偿，同时探测系统发出整体移动停止的命令。所述感光元件把光信号转变为三维坐标信号，并进行相应数据计算，完成一个点的测量。当测量命令停止后，探测系统以微小距离回退，所述磁棒7和所述磁性体9相互作用，使所述磁棒7随着所述测针系统转动偏移后能回到原位，实现定位。本发明的有益效果主要表现在1、测头系统体积可以做的很小，有利于小尺寸测量。2、测头系统能获得测头和工件作用力的三维方向，进行无理论误差的补偿后可以精确的后的工件的三维坐标。3、光学测量可以提高测量精度。4、磁性定位保证精度和耐久性。
图I是一种光磁结合的全角度三维探测系统的示意图。图2是另一种优选的光磁结合的全角度三维探测系统的示意图。图3是再一种优选的光磁结合的全角度三维探测系统的示意图。图4是一种优选的光学测量机构的示意图。图5是另一种优选的光学测量机构的示意图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明作进一步描述。参照图f图5，一种光磁结合的全角度三维探测系统，包括可以进行万向转动的测头机构、定位机构、光学测量机构和控制系统。所述测头机构包括带有测头的测针I、万向转动机构和测头座2，所述万向转动机构包括可以进行万向转动的转动球4、上约束环6、下约束环3和弹性件5，所述下约束环3和所述测头座2连接，所述上约束环6通过所述弹性件5和所述测头座2连接，所述带有测头的测针I安装在所述可以进行万向转动的转动球4上，所述可以进行万向转动的转动球4受所述上约束环6、所述下约束环3约束。所述定位机构包括固定于所述转动球4的磁棒7和固定于所述测头座的磁性体9，所述磁棒4和所述磁性体7相互作用。所述光学测量系统包括光线路转换器8、光源10和感光元件11，所述光线路转换器8固定于所述磁棒7上，所述光源10的光线经过光线路转换器8后进入所述感光元件11。所述感光元件11把光信号转变为三维坐标信号，并进行相应数据计算，完成一个点的测量。本实施例，所述测头机构在控制系统的控制下可以整体移动，当所述测针I上的测头触碰到工件后，根据工件相对于测头的位置，工件通过三维矢量方向对测头产生作用力，所产生的作用力使所述可以进行万向转动的转动球4进行相应方向的旋转和直线移动。所述转动球4的位置改变带动所述光线路转换器8的位置改变。所述光线路转换器8的位置改变带动所述光源10进入光线路转换器的光线方向改变，致使所述感光元件11接受到不同方向的光线，所述感光元件通过光线的变化锁存数据，通过接受到不同方向的光线，判断所述测针I上测头和工件产生触碰时两者触碰力的三维矢量方向，对触头半径进行无系统误差的补偿，同时探测系统发出整体移动停止的命令。所述感光元件把光信号转变为三维坐标信号，并进行相应数据计算，完成一个点的测量。当测量命令停止后，探测系统以微小距离回退，所述磁棒7和所述磁性体9相互作用，使所述磁棒7随着所述测针系统转动偏移后能回到原位，实现定位。 作为光磁结合的全角度三维探测系统的一种衍生，参照图2，调整所述磁棒7和所述磁性体9的相对位置，并撤销所述上约束环6和所述弹性件5。使带有测头的测针I、所述磁棒7和所述光线路转换器8在所述磁棒7和所述磁性体9的共同磁性力的作用下以微力接触所述下约束环3。这样既能使所述测头机构(除测头座和约束环外)进行复原定位，也能使所述测头机构(除测头座和约束环外)在约束环中旋转和直线移动，实现三维矢量的探测。作为一种光磁结合的全角度三维探测系统的另一种衍生，参照图I和图3，图I中所述可以进行万向转动的转动球4、上约束环6、下约束环3、弹性件5可以有图3为例的万向节等实现全方位旋转的其他机构代替。参照图4和图5，所述光线路转换器8可以是垂直于所述磁棒7，也可以是和所述磁棒7有一定角度的平面和多面体，多面体可以是凸形的，也可以是凹形的。光线经过所述光线路转换器8可以是反射也可以是折射。所述光源10可以是多光源和所述感光元件11也可以是多感光元件。本光磁结合的全角度三维探测系统具有体积小、精度高和耐久性好等优点，可以广泛应用于三坐标测量机、轮廓仪等其他多种探测设备中，实现高精密测量。
权利要求
1.一种光磁结合的全角度三维探测系统，其特征在于包括可以进行万向转动的测头系统、定位机构和光学测量系统，所述测头系统包括测头座、万向转动机构和带有测头的测针，所述带有测头的测针安装在所述万向转动机构上，所述万向转动机构安装在测头座上；所述定位机构包括固定于所述万向转动机构的磁棒和固定于所述测头座的磁性体，所述磁棒和所述磁性体相互磁力配合，所述光学测量系统包括光线路转换器、光源和感光元件，所述光线路转换器固定于所述磁棒上，所述光源的光线经过光线路转换器后进入所述感光元件，所述感光元件与用于将光信号转变为三维坐标信号并进行数据计算的智能测量模块连接。
2.如权利要求I所述的光磁结合的全角度三维探测系统，其特征在于所述万向转动机构包括万向转动的转动球、上约束环、下约束环和弹性件，所述带有测头的测针安装在所述转动球上，所述转动球位于所述上约束环、下约束环内；所述下约束环和所述测头座连接，所述上约束环通过所述弹性件和所述测头座连接。
3.如权利要求I所述的光磁结合的全角度三维探测系统，其特征在于所述万向转动机构包括万向转动的转动球和下约束环，所述下约束环和所述测头座连接，所述转动球位于所述下约束环内，所述带有测头的测针安装在所述转动球上。
4.如权利要求I所述的光磁结合的全角度三维探测系统，其特征在于所述万向转动机构为万向节。
5.如如权利要求f4之一所述的光磁结合的全角度三维探测系统，其特征在于所述磁体位于所述磁棒的上方。
6.如权利要求f4之一所述的光磁结合的全角度三维探测系统，其特征在于所述磁棒穿过磁体的中部并位于所述磁体的上方。
7.如权利要求f4之一所述的光磁结合的全角度三维探测系统，其特征在于所述光线路转换器垂直于所述磁棒的轴线。
8.如权利要求f4之一所述的光磁结合的全角度三维探测系统，其特征在于所述光线路转换器为和所述磁棒有设定角度的平面。
9.如权利要求广4之一所述的光磁结合的全角度三维探测系统，其特征在于所述光线路转换器为和所述磁棒有设定角度的多面体，所述多面体为凹面或凸面。
10.如权利要求f4之一所述的光磁结合的全角度三维探测系统，其特征在于所述光源是多光源，所述感光元件是多感光元件，一个光源与一个感光元件匹配。
全文摘要
一种光磁结合的全角度三维探测系统，其特征在于包括可以进行万向转动的测头系统、定位机构和光学测量系统，所述测头系统包括测头座、万向转动机构和带有测头的测针，所述带有测头的测针安装在所述万向转动机构上，所述万向转动机构安装在测头座上；所述定位机构包括固定于所述万向转动机构的磁棒和固定于所述测头座的磁性体，所述磁棒和所述磁性体相互磁力配合，所述光学测量系统包括光线路转换器、光源和感光元件，所述光线路转换器固定于所述磁棒上，所述光源的光线经过光线路转换器后进入所述感光元件，所述感光元件与用于将光信号转变为三维坐标信号并进行数据计算的智能测量模块连接。本发明体积较小、精度高、有效减少测量误差。
文档编号G01B11/24GK102749032SQ201210213920
公开日2012年10月24日 申请日期2012年6月26日 优先权日2012年6月26日
发明者吴哲, 张治权, 李尚会, 杨翊, 程力, 邴智刚, 陈佳, 陈锋 申请人:浙江省质量检测科学研究院