测量力可控接触式测头的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种测量力可控接触式测头，包括空气导轨模、导芯，所述导芯内部为空心，其穿过空气导轨模，所述空气导轨模含有进气口，其内表面设有可形成空气导轨导气槽，所述导芯还设有连接至进气口的供气转接管，用于向导芯内部充气；所述导芯下端连接有弹簧，其设置在导芯和底板之间，所述弹簧下端连接有穿过底板的探针，所述导芯上端还连接有光栅尺，其与激光位移传感器平行连接。该测头利用气动控制技术，通过改变导芯内、外气压值而实现测量力的精确调节，其既可根据被测对象的材料特性选择测量力，又能在选定后根据其表面形态变化实时调整，以保证测量力不变。该测头对于被测对象的特征具有更强的适应性，因此能够提高测量精度。
【专利说明】测量力可控接触式测头
【技术领域】
[0001]本发明涉及精密测量设备【技术领域】，特别涉及一种测量力可控接触式测头。
【背景技术】
[0002]对于薄板材型器件(包括超精密零件、精密模具、光学模仁、平面薄壁件等)的形状公差、表面粗糙度的测量，需要使用带有测头的精密测量设备。根据测量原理的不同，测头可分为非接触式、接触式两类，其中非接触式测头可通过光学扫描以获取被测工件表面的形位误差，但其结构复杂、成本高，且受机器视觉识别技术发展程度限制，目前仍不具备纳米级的测量精度。接触式测头利用探针与被测工件的表面接触，能够获得更精确的形位误差信息，从而将测量精度提高到纳米水平。
[0003]传统的接触式测头为接触触发式测头，其通过探针与被测工件的接触而产生相对作用力，迫使探针发生微量变形，从而触发测头内部机构并产生触发信号，由测量系统读取该信号后记录信息，但这种测量方式只能实现“点”测量，且探针接触与信号读取无法同步进行。与之相比，接触扫描式测头在测头自身和测量系统两方面都有所改进，其实现了探针与工件表面的实时接触与读取，从而提高了测量精度和测量效率。然而相关的接触扫描式测头仍存在以下技术难点:(I)测头的灵活度不足以实时反映被测工件表面信息的微小变化；(2)测头无法根据被测工件的材质特点和表面形态随时调整测量力数值；(3)测头无法保证施加在被测工件表面的测量力始终保持恒定。
【发明内容】
[0004]针对现有接触式测头对于被测对象特征的适应性差所导致的测量精度不足的上述缺陷和问题，本发明的目的是提供一种可根据被测对象的材料特性而调节测量力、能在表面形态变化过程中保持测量力恒定的测量力可控接触式测头。
[0005]为达到上述目的，本发明提供如下技术方案:一种测量力可控接触式测头，其特征在于，包括:空气导轨模、导芯，所述导芯的内部为空心，其穿过空气导轨模，所述空气导轨模含有进气口，其内表面上设有导气槽，充气后可在空气导轨模内表面与导芯外表面之间形成空气导轨，所述导芯还设有连接至进气口的供气转接管，其用于向导芯内部充气；
[0006]所述导芯下端连接有弹簧，其设置在导芯和测头底部的底板之间，所述弹簧下端连接有向下穿过底板的探针，所述导芯上端还连接有光栅尺，其与激光位移传感器平行连接。
[0007]作为上述技术方案的优选，所述测头采用垂直立式安装。
[0008]作为上述技术方案的优选，所述导芯在空气导轨模内部只做垂直于水平面方向的上下往复运动。
[0009]作为上述技术方案的优选，所述导气槽的截面形状为U字形。
[0010]本发明还提供一种测量力可控接触式测头的使用方法，其特征在于，含有以下步骤:
[0011]Ql:空气导轨模通过进气口向导气槽充入压缩气体，在空气导轨模与导芯之间形成气膜层，使导芯处于悬浮状态；
[0012]Q2:放置高度值为XO的标准参照物；
[0013]Q3:通过供气转接管向导芯中充入气体，调整导芯的内、外部气压，使弹簧处于略微压缩状态，以确保探针在与物体表面接触时具有适量的测量力；
[0014]Q4:测头向下移动，使探针顶端与标准参照物发生接触，所形成的作用力使探针向上运动，激光位移传感器读取对应的数值H，记录测头此时所在的垂直高度Zl ；
[0015]Q5:移去标准参照物并换上被测物，使探针顶端与被测物接触，调整测头位置直至激光位移传感器读数再次达到H，记录测头此时所在的垂直高度Z2 ；
[0016]Q6:计算标准参照物与被测物的厚度差Λ Z= I Ζ2-Ζ11 ；
[0017]Q7:计算被测物厚度L= IXO- Λ Z I。
[0018]本发明提供的测量力可控接触式测头，利用气动控制技术，通过改变导芯内、外的气压值而实现了对测量力的精确调节。该测头既可以根据被测对象的材料特性以选择合适的测量力，又能在选定测量力后根据其表面形态的变化实时做出调整，以保证测量力数值不发生变化。因此，本发明所提供的测头对于被测对象的特征具有更强的适应性，能够提高测量精度。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0020]图1为本发明实施例的测量力可控接触式测头的结构示意图。
【具体实施方式】
[0021]下面将结合本发明的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0022]如图1所示，本发明实施例提供的一种测量力可控接触式测头，包括:空气导轨模
1、导芯2，所述导芯2的内部为空心，其穿过空气导轨模1，所述空气导轨模I含有进气口，其内表面上设有导气槽，充气后可在空气导轨模I内表面与导芯2外表面之间形成空气导轨，所述导芯2还设有连接至进气口的供气转接管3，其用于向导芯2内部充气；所述导芯2下端连接有弹簧4，其设置在导芯2和测头底部的底板5之间，所述弹簧4下端连接有向下穿过底板5的探针6，所述导芯2上端还连接有光栅尺7，其与激光位移传感器8平行连接。
[0023]所述导芯2在空气导轨模I内部只做垂直于水平面方向的上下往复运动。所述导气槽的截面形状为U字形。所述测头采用垂直立式安装。
[0024]本发明实施例还提供相关的使用方法，含有以下步骤:空气导轨模通过进气口向导气槽充入压缩气体，在空气导轨模与导芯之间形成气膜层，使导芯处于悬浮状态；放置高度值为XO的标准参照物；通过供气转接管向导芯中充入气体，调整导芯的内、外部气压，使弹簧处于略微压缩状态，以确保探针在与物体表面接触时具有适量的测量力；测头向下移动，使探针顶端与标准参照物发生接触，所形成的作用力使探针向上运动，激光位移传感器读取对应的数值H，记录测头此时所在的垂直高度Zl ;移去标准参照物并换上被测物，使探针顶端与被测物接触，调整测头位置直至激光位移传感器读数再次达到H，记录测头此时所在的垂直高度Z2 ;计算标准参照物与被测物的厚度差ΛΖ=|Ζ2-Ζ1| ;计算被测物厚度L= IXO- Λ Z I。
[0025]本发明所提供的测量力可控接触式测头具有以下有益效果:
[0026](I)结构简单，可方便地安装在现有设备上直接使用；
[0027](2)利用气动控制技术，操作灵活，可控性强，移动精确；
[0028](3)提高测量精确性，降低成本，提高效率。
[0029]本发明所提供的测量力可控接触式测头，可以通过控制导芯内、外的气压变化，精确地调节其在垂直方向上的力学平衡关系；通过激光位移传感器实时读取因被测物表面高低变化而引起光栅尺在垂直方向上的位移量，还可将测量数据传输至计算机，对计算结果进行分析和显示。该测头解决了传统接触式测头无法针对具体被测对象而选择合适的测量力，以及一旦选定测量力后无法保证其在被测对象表面各处所施加的作用力恒定不变的问题。
[0030]以上所述，仅为本发明的【具体实施方式】，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本【技术领域】的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
【权利要求】
1.一种测量力可控接触式测头，其特征在于，包括:空气导轨模、导芯，所述导芯的内部为空心，其穿过空气导轨模，所述空气导轨模含有进气口，其内表面上设有导气槽，充气后可在空气导轨模内表面与导芯外表面之间形成空气导轨，所述导芯还设有连接至进气口的供气转接管，其用于向导芯内部充气； 所述导芯下端连接有弹簧，其设置在导芯和测头底部的底板之间，所述弹簧下端连接有向下穿过底板的探针，所述导芯上端还连接有光栅尺，其与激光位移传感器平行连接。
2.根据权利要求1所述的一种测量力可控接触式测头，其特征在于，所述测头采用垂直立式安装。
3.根据权利要求1所述的一种测量力可控接触式测头，其特征在于，所述导芯在空气导轨模内部只做垂直于水平面方向的上下往复运动。
4.根据权利要求1所述的一种测量力可控接触式测头，其特征在于，所述导气槽的截面形状为U字形。
5.一种测量力可控接触式测头的使用方法，其特征在于，含有以下步骤: Ql:空气导轨模通过进气口向导气槽充入压缩气体，在空气导轨模与导芯之间形成气膜层，使导芯处于悬浮状态； Q2:放置高度值为XO的标准参照物； Q3:通过供气转接管向导芯中充入气体，调整导芯的内、外部气压，使弹簧处于略微压缩状态，以确保探针在与物体表面接触时具有适量的测量力； Q4:测头向下移动，使探针顶端与标准参照物发生接触，所形成的作用力使探针向上运动，激光位移传感器读取对应的数值H，记录测头此时所在的垂直高度Zl ； Q5:移去标准参照物并换上被测物，使探针顶端与被测物接触，调整测头位置直至激光位移传感器读数再次达到H，记录测头此时所在的垂直高度Z2 ； Q6:计算标准参照物与被测物的厚度差ΛΖ=|Ζ2-Ζ1| ； Q7:计算被测物厚度L= IXO- Λ ZI。
【文档编号】G01B11/24GK104048611SQ201310077753
【公开日】2014年9月17日 申请日期:2013年3月12日 优先权日:2013年3月12日
【发明者】崔华 申请人:昆山允可精密工业技术有限公司