一种一维光栅扫描测头的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种一维光栅扫描测头：该测头包括下基板、测针安装转轮、拉紧转轮、测针、柔性钢带、拉紧弹簧、光栅尺以及光栅尺读数头，通过测针带动测针安装转轮进行适度转动，进而引起柔性钢带及其上的光栅尺相对于光栅尺读数头运动，从而将测针的位置变化量转变为光栅尺读数的变化量，实现测头的检测目的；本发明通过拉紧弹簧的牵引以及变形恢复能力实现测针的连续、灵敏动作，不依赖于自感互感的检测原理，而是依靠机械传动原理以及光栅的光学原理完成检测，不仅检测灵敏度高而且抗干扰能力强，结构简单，容易实现，可以实现较大范围内测头位置变化量的测量。
【专利说明】一种一维光栅扫描测头
【技术领域】
[0001]本发明属于精密扫描测量领域，具体涉及一种一维光栅扫描测头。
【背景技术】
[0002]目前比较常用的测头为电感测头，电感测头是利用线圈的自感互感的变化来实现测量的一种装置，该类测头结构简单可靠，对工作环境要求不高，分辨力较高，但是它的缺点是响应频率低，不宜用于快速动态测量，输出信号为模拟量信号，易受到干扰，且电感测头量程小，一般小于0.1厘米，难以满足大变化量的检测需求。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在于提供一种一维光栅扫描测头。
[0004]为达到上述目的，本发明采用了以下技术方案:
[0005]该测头包括下基板、测针安装转轮、拉紧转轮、测针、柔性钢带、拉紧弹簧、光栅尺以及光栅尺读数头，所述测针安装转轮和拉紧转轮分别设置于下基板上的两端，测针与测针安装转轮的外侧端相连，测针安装转轮的内侧端与拉紧弹簧的一端相连，拉紧弹簧的另一端与拉紧转轮的内侧端相连，柔性钢带的一端固定于测针安装转轮外侧端的圆周上，另一端固定于拉紧转轮外侧端的圆周上，光栅尺设置于柔性钢带上，光栅尺读数头设置于测针安装转轮和拉紧转轮之间，光栅尺读数头与光栅尺相对。
[0006]所述柔性钢带为两条，两条柔性钢带形成围绕测针安装转轮和拉紧转轮各自外侧端圆周的环形结构，两条柔性钢带上分别设置有光栅尺，光栅尺与各自的光栅尺读数头相对。
[0007]所述下基板上设置有条形孔，光栅尺读数头与条形孔相连。
[0008]所述测针安装转轮和拉紧转轮之间的距离通过平移拉紧转轮进行调整。
[0009]所述测头还包括用于限制测针安装转轮转动角度的限位机构。
[0010]所述限位机构包括设置于下基板上的限位块以及设置于测针安装转轮上的与限位块配合的限位螺钉。
[0011]所述限位块为两个，两个限位块以测针摆动中心位置为对称轴分别布置于测针安装转轮两侧，两个限位块分别与设置于测针安装转轮上的两个限位螺钉对应配合。
[0012]所述测头还包括上基板，上基板与下基板相对设置，上、下基板之间设置有第一转轴和第二转轴，第一转轴和第二转轴上分别设置有精密轴承，测针安装转轮通过对应的精密轴承与第一转轴相连，拉紧转轮通过对应的精密轴承与第二转轴相连。
[0013]所述上基板和下基板上分别开设有条形槽孔，第二转轴的两端分别位于对应的条形槽孔内，条形槽孔内设置有两个用于夹持第二转轴的弧形垫板，弧形垫板的内凹弧面通过设置于上基板以及下基板上的调整螺栓顶压在第二转轴的圆周上。
[0014]所述上基板和下基板为回字形中空基板，同一个条形槽孔内的一个弧形垫板与从回字形中空基板内边沿向外延伸入条形槽孔的调整螺栓相连，同一个条形槽孔内的另一个弧形垫板与从回字形中空基板外边沿向内延伸入条形槽孔的调整螺栓相连。
[0015]本发明的有益效果体现在:
[0016]本发明通过测针带动测针安装转轮进行适度转动，进而引起柔性钢带及其上的光栅尺相对于光栅尺读数头运动，从而将测针的位置变化量转变为光栅尺读数的变化量，实现测头的检测目的；本发明通过拉紧弹簧的变形恢复能力实现测针的连续、灵敏动作，不依赖于自感互感的的检测原理，而是依靠机械传动原理以及光栅的光学原理完成检测，不仅检测灵敏度高而且抗干扰能力强，结构简单，容易实现，并可以实现大范围内测头位置变化量的测量，其量程可达数厘米。
[0017]本发明通过两套光栅尺读数头与对应的光栅尺分别读取测头位置的变化，可以通过求均值的方式进一步提高检测的准确性和可靠性。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]图1为本发明的结构示意图之一；
[0019]图2为本发明的结构示意图之二；
[0020]图3为本发明所述第二转轴的连接示意图；
[0021]图4为测针运动到正向(X+)限位时的示意图；
[0022]图5为测针运动到负向(X-)限位时的示意图；
[0023]图中:1为下基板、2-1为第一转轴、2-2为第二转轴、3为柔性钢带、4为光栅尺读数头、5为限位块、6为光栅尺、7为拉紧弹簧、8为精密轴承、9为测针安装转轮、10为调整螺栓、11为测针、12为拉紧转轮、13为上基板、14为弧形垫板、15为限位螺钉、16为安装立柱。
【具体实施方式】
[0024]下面结合附图和实施例对发明做详细说明。
[0025]参见图1，本发明所述一维光栅扫描测头包括下基板1、测针安装转轮9、拉紧转轮12、测针11、柔性钢带3、拉紧弹簧7、光栅尺6以及光栅尺读数头4，所述测针安装转轮9和拉紧转轮12分别设置于下基板I上的两端，测针11与测针安装转轮9的外侧端相连，测针安装转轮9的内侧端与拉紧弹簧7的一端相连，拉紧弹簧7的另一端与拉紧转轮12的内侧端相连，柔性钢带3的一端固定于测针安装转轮9外侧端的圆周上，另一端固定于拉紧转轮12外侧端的圆周上，光栅尺6设置于柔性钢带3上，光栅尺读数头4设置于测针安装转轮9和拉紧转轮12之间，光栅尺读数头4与光栅尺6相对。所述柔性钢带3为两条，两条柔性钢带形成围绕测针安装转轮9和拉紧转轮12各自外侧端圆周的环形结构，两条柔性钢带上分别设置有光栅尺6，光栅尺6与各自的光栅尺读数头4相对。所述下基板I上设置有条形孔，光栅尺读数头4与条形孔相连，沿条形孔调整光栅尺读数头的定位位置，实现调整光栅尺读数头与对应光栅尺的间距的目的。所述测头还包括用于限制测针安装转轮转动角度的限位机构。所述限位机构包括设置于下基板I上的限位块5以及设置于测针安装转轮9上的与限位块5配合的限位螺钉15。所述限位块5为两个，两个限位块以测针摆动中心位置为对称轴分别布置于测针安装转轮9两侧，两个限位块分别与设置于测针安装转轮9上的两个限位螺钉15对应配合。在测针安装转轮转动中，限位块与对应限位螺钉的接触位置(限位位置)可通过调整限位块的位置进行改变。
[0026]参见图2以及图3，所述测头还包括上基板13，上基板13与下基板I相对设置，上、下基板之间设置有第一转轴2-1和第二转轴2-2，第一转轴2-1和第二转轴2-2上分别设置有精密轴承8，测针安装转轮9通过对应的精密轴承与第一转轴2-1相连，拉紧转轮12通过对应的精密轴承与第二转轴2-2相连。所述上基板13和下基板I上分别开设有条形槽孔，第二转轴2-2的两端分别位于对应的条形槽孔内(第二转轴的一端位于上基板上的条形槽孔内，另一端位于下基板上的条形槽孔内)，每个条形槽孔内设置有两个用于夹持第二转轴的弧形垫板14，弧形垫板的内凹弧面通过设置于上基板13以及下基板I上的调整螺栓10顶压在第二转轴2-2的圆周上。所述上基板13和下基板I为回字形中空基板，同一个条形槽孔内的一个弧形垫板14与从回字形中空基板内边沿向外延伸入条形槽孔的调整螺栓10相连，同一个条形槽孔内的另一个弧形垫板14与从该回字形中空基板外边沿向内延伸入条形槽孔的调整螺栓10相连。
[0027]本发明的工作原理如下:
[0028]在使用之前，先通过调整测针安装转轮9和拉紧转轮12之间的距离张紧柔性钢带3，保证检测的准确性和可靠性，所述测针安装转轮9和拉紧转轮12之间的距离通过平移拉紧转轮12进行调整。具体调整方法为:调整位于上、下基板上的调整螺栓10，使调整螺栓同时向外或向内运动，实现第二转轴2-2的平移，从而达到平移拉紧转轮12的目的。
[0029]测头在使用时，测针11可以在一定范围内沿中心位置摆动，若测针正向摆动，参见图4，则带动测针安装转轮9顺时针转动，进而通过柔性钢带3带动拉紧转轮12顺时针转动，导致拉紧弹簧7发生一定的拉伸形变，当测针接触被测对象的位置发生变化时，测针可以进一步动作:或使测针安装转轮9进一步顺时针运动，或者在拉紧弹簧的收缩复位作用下使测针安装转轮逆时针转动，从而引起光栅尺6相对于光栅尺读数头4的相对位置变化，并由光栅尺读数头输出变化量检测结果，当测针运动到正向摆动极限位置时，测针安装转轮上的一个限位螺钉15与下基板I上的一个限位块5接触，使测针安装转轮无法进一步顺时针转动，达到限位目的，实现量程控制。若测针负向摆动，参见图5，则带动测针安装转轮9逆时针转动，进而通过柔性钢带3带动拉紧转轮12逆时针转动，导致拉紧弹簧7发生一定的拉伸形变，当测针接触被测对象的位置发生变化时，测针可以进一步动作:或使测针安装转轮9进一步逆时针运动，或者在拉紧弹簧的收缩复位作用下使测针安装转轮顺时针转动，从而引起光栅尺相对于光栅尺读数头的相对位置变化，并由光栅尺读数头输出变化量检测结果，当测针运动到负向摆动极限位置时，测针安装转轮上的另一个限位螺钉15与下基板上的另一个限位块5接触，使测针安装转轮无法进一步逆时针转动，达到限位目的，实现量程控制。
[0030]实施例
[0031]一种一维光栅扫描测头，包括下基板、测针、精密轴承、测针安装转轮、拉紧转轮、柔性钢带、高精度光栅尺、光栅尺读数头、拉紧弹簧、限位块、转轴、上基板。精密轴承安装于转轴上，转轴安装于上基板与下基板之间，测针安装转轮与拉紧转轮分别安装于对应精密轴承上，测针安装于测针安装转轮上，柔性钢带通过螺钉安装于测针安装转轮与拉紧转轮之间，分辨率为0.05 μ m的高精度光栅尺安装于柔性钢带上，光栅尺读数头安装于下基板上，拉紧弹簧安装于测针安装转轮与拉紧转轮之间，两个限位块安装于下基板上，并分别位于测针安装转轮的两侧，上基板安装于下基板上的安装立柱上，保护测头内部结构。
[0032]所述一维光栅扫描测头中，柔性钢带有两条，分别置于测针安装转轮与拉紧转轮的两侧，两件分辨率为0.05 μ m的高精度光栅尺分别置于两条柔性钢带上，两件光栅尺读数头分别通过长条孔安装于下基板上，使光栅尺读数头与高精度光栅尺之间的距离可以调节，光栅尺读数头通过光栅尺读取测头位置的变化信息，可以通过调整螺栓对安装拉紧转轮的转轴位置进行调整，进而实现安装测针安装转轮的轴承与安装拉紧转轮的轴承之间距离的调整，调整螺栓与转轴之间安装有弧形垫板，以增加接触面积。下基板上安装有左右两个位置可调的限位块(相对于测针摆动中心位置对称)，通过限位块与限位螺钉接触来实现测头(测针)的限位，以避免测头超过量程，造成测头损坏。
【权利要求】
1.一种一维光栅扫描测头，其特征在于:该测头包括下基板(I)、测针安装转轮(9)、拉紧转轮(12)、测针(11)、柔性钢带(3)、拉紧弹簧(7)、光栅尺(6)以及光栅尺读数头(4)，所述测针安装转轮(9)和拉紧转轮(12)分别设置于下基板(I)上的两端，测针(11)与测针安装转轮(9)的外侧端相连，测针安装转轮(9)的内侧端与拉紧弹簧(7)的一端相连，拉紧弹簧(7)的另一端与拉紧转轮(12)的内侧端相连，柔性钢带(3)的一端固定于测针安装转轮(9)外侧端的圆周上，另一端固定于拉紧转轮(12)外侧端的圆周上，光栅尺(6)设置于柔性钢带⑶上，光栅尺读数头⑷设置于测针安装转轮(9)和拉紧转轮(12)之间，光栅尺读数头(4)与光栅尺(6)相对。
2.根据权利要求1所述一种一维光栅扫描测头，其特征在于:所述柔性钢带(3)为两条，两条柔性钢带形成围绕测针安装转轮(9)和拉紧转轮(12)各自外侧端圆周的环形结构，两条柔性钢带上分别设置有光栅尺(6)，光栅尺(6)与各自的光栅尺读数头⑷相对。
3.根据权利要求1所述一种一维光栅扫描测头，其特征在于:所述下基板(I)上设置有条形孔，光栅尺读数头(4)与条形孔相连。
4.根据权利要求1所述一种一维光栅扫描测头，其特征在于:所述测针安装转轮(9)和拉紧转轮(12)之间的距离通过平移拉紧转轮(12)进行调整。
5.根据权利要求1所述一种一维光栅扫描测头，其特征在于:所述测头还包括用于限制测针安装转轮转动角度的限位机构。
6.根据权利要求5所述一种一维光栅扫描测头，其特征在于:所述限位机构包括设置于下基板(I)上的限位块(5)以及设置于测针安装转轮(9)上的与限位块(5)配合的限位螺钉(15)。
7.根据权利要求6所述一种一维光栅扫描测头，其特征在于:所述限位块(5)为两个，两个限位块以测针摆动中心位置为对称轴分别布置于测针安装转轮(9)两侧，两个限位块分别与设置于测针安装转轮(9)上的两个限位螺钉(15)对应配合。
8.根据权利要求1所述一种一维光栅扫描测头，其特征在于:所述测头还包括上基板(13)，上基板(13)与下基板(I)相对设置，上、下基板之间设置有第一转轴(2-1)和第二转轴(2-2)，第一转轴(2-1)和第二转轴(2-2)上分别设置有精密轴承(8)，测针安装转轮(9)通过对应的精密轴承与第一转轴(2-1)相连，拉紧转轮(12)通过对应的精密轴承与第二转轴(2-2)相连。
9.根据权利要求8所述一种一维光栅扫描测头，其特征在于:所述上基板(13)和下基板(I)上分别开设有条形槽孔，第二转轴(2-2)的两端分别位于对应的条形槽孔内，条形槽孔内设置有两个用于夹持第二转轴的弧形垫板(14)，弧形垫板的内凹弧面通过设置于上基板(13)以及下基板(I)上的调整螺栓(10)顶压在第二转轴(2-2)的圆周上。
10.根据权利要求9所述一种一维光栅扫描测头，其特征在于:所述上基板(13)和下基板(I)为回字形中空基板，同一个条形槽孔内的一个弧形垫板(14)与从回字形中空基板内边沿向外延伸入条形槽孔的调整螺栓(10)相连，同一个条形槽孔内的另一个弧形垫板(14)与从回字形中空基板外边沿向内延伸入条形槽孔的调整螺栓(10)相连。
【文档编号】G01D5/26GK104236599SQ201410482344
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2014年9月19日 优先权日:2014年9月19日
【发明者】丁建军, 王丰东, 刘阳鹏, 李兵, 蒋庄德 申请人:西安交通大学