專利名稱：三維測量頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于三坐標測量機和數(shù)控機床的三維測量頭。
背景技術(shù)：
:現(xiàn)用的三維測頭分為觸發(fā)式測頭和掃描式測頭兩大類，其中掃描式測頭大多數(shù)采用雙彈片層疊式結(jié)構(gòu)，只有英國Renishaw公司等少數(shù)發(fā)達國家才能生產(chǎn)。其缺點是:1、結(jié)構(gòu)和制作工藝極其復雜，生產(chǎn)成本高。2、大多數(shù)采用電感式位移傳感器作為測量元件。3、電感式位移傳感器的線性精度差，制作工藝復雜，生產(chǎn)成本高。

發(fā)明內(nèi)容:針對現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，本發(fā)明的目的是提供一種高精度低成本的三維測量頭。能夠?qū)崿F(xiàn)上述目的的三維測量頭，包括測桿、測桿在X向和Y向的擺動檢測機構(gòu)和測桿在Z向的位移檢測機構(gòu)。所述測桿在X向和Y向的擺動檢測機構(gòu)是由基體和由交叉彈片組成的柔性鉸鏈構(gòu)成， 所述柔性鉸鏈分別設(shè)于基體的上、下兩端，兩者的回轉(zhuǎn)中心軸線分別為X向和Y向，上、下端柔性鉸鏈與基體之間分別設(shè)置檢測X向和Y向轉(zhuǎn)動量的測量元件，所述測桿連接于基體下端的柔性鉸鏈上；所述測桿在Z向的位移檢測機構(gòu)包括于導向機構(gòu)內(nèi)沿Z向上、下運動的移動桿，所述移動桿的下端連接基體上端的柔性鉸鏈，移動桿與導向機構(gòu)之間設(shè)置檢測Z向位移量的測量元件和使移動桿復位的回位彈簧。經(jīng)過有限元數(shù)學分析所述柔性鉸鏈交叉彈片的其交叉點具有穩(wěn)定的回轉(zhuǎn)軸線，測量精度高測量線性好，調(diào)節(jié)柔性鉸鏈的杠杠比還可以進一步提高測量精度，該柔性鉸鏈結(jié)構(gòu)的技術(shù)已經(jīng)成熟，已由本申請人申報并取得了中國發(fā)明專利授權(quán)(ZL20070048220.1)和美國專利授權(quán)(US8130003B2)，并完成了科技部中小企業(yè)創(chuàng)新基金項目鑒定(立項代碼:07C2621441789)。本發(fā)明結(jié)構(gòu)的工作原理:將測桿對工件的空間三維測量量轉(zhuǎn)化為柔性鉸鏈的X向、Y向轉(zhuǎn)動量和移動桿的Z向移動量，通過分別檢測三者的變量而合成得到被測量工件實際的坐標位置，測桿的連續(xù)測量過程則是X向、Y向轉(zhuǎn)動量和Z向移動量不斷合成的過程。柔性鉸鏈連接方式為:上端柔性鉸鏈的回轉(zhuǎn)中心軸線上位(向外張開)彈片與移動桿連接，下位(向外張開)彈片與基體上端連接；下端柔性鉸鏈的回轉(zhuǎn)中心軸線上位(向外張開)彈片與基體下端連接，下位(向外張開)彈片與測桿連接。為實現(xiàn)穩(wěn)定連接，所述各柔性鉸鏈分別為前、后或左、右設(shè)置的兩組交叉彈片。所述測量元件可采用電容傳感器、或采用電感傳感器、或采用光柵傳感器、或采用磁柵傳感器、或采用容柵傳感器。所述測量元件優(yōu)選由相互配合感應(yīng)的主柵和副柵構(gòu)成的容柵傳感器，分別為容柵角位移傳感器和容柵直線位移傳感器。本發(fā)明的有益效果:本發(fā)明三維測量頭線性精度高，測量分辨率可以達到0.1微米，制作工藝簡單，生產(chǎn)成本低，可替代進口產(chǎn)品，應(yīng)用于三坐標測量機和數(shù)控機床上的工件高精度檢測。


:圖1是本發(fā)明一種實施方式的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是圖1實施方式的側(cè)視圖。圖3是圖2實施方式的剖視圖。

圖4是圖1實施方式的外形圖。圖號標識:1、測桿；2、基體；3、柔性鉸鏈；4、移動桿；5、回位彈簧；6、導向套；7、彈簧座；8、測桿座；9、觸頭；10、測桿擺條；11、基體座；12、基體擺條；13、容柵直線位移傳感器；14、連接板；15、錐套；16、護套。
具體實施方式
:下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案進一步說明。本發(fā)明三維測量頭主要由測桿1、測桿擺動檢測機構(gòu)和測桿位移檢測機構(gòu)構(gòu)成。所述測桿擺動檢測機構(gòu)的主體為基體2和柔性鉸鏈3，所述基體2豎直放置，所述柔性鉸鏈3設(shè)于基體2的上、下端，柔性鉸鏈3由十字交叉的兩彈片構(gòu)成，其交叉點為柔性鉸鏈3的回轉(zhuǎn)軸心，柔性鉸鏈3由平行的兩副交叉彈片組成，上、下端柔性鉸鏈3的回轉(zhuǎn)軸心線互為90°，分別對應(yīng)于空間的X向和Y向。上端柔性鉸鏈3回轉(zhuǎn)軸心上位的交叉彈片(張開的彈片)之間安裝基體座11，所述基體座11上設(shè)有與基體2方向一致的基體擺條12，所述基體擺條12面向基體2 —側(cè)面，上端柔性鉸鏈3回轉(zhuǎn)軸心下位的交叉彈片(張開的彈片)與基體2上端的斜面配合固裝；下端柔性鉸鏈3回轉(zhuǎn)軸心上位的交叉彈片(張開的彈片)與基體2下端的斜面配合固裝，下端柔性鉸鏈3回轉(zhuǎn)軸心下位的交叉彈片(張開的彈片)通過與測桿座8與測桿I的上端固裝，測桿I的下端安裝觸頭9，所述測桿座8上設(shè)有與測桿I方向一致的測桿擺條10，所述測桿擺條10面向基體2另一側(cè)面；上、下端柔性鉸鏈3與基體2之間分別設(shè)置檢測X向和Y向轉(zhuǎn)動量的容柵角位移傳感器，所述容柵角位移傳感器的主柵和副柵分別設(shè)于基體擺條12與基體2 —側(cè)面之間、測桿擺條10與基體2另一側(cè)面之間，如圖1、圖2、圖3所示。所述測桿位移檢測機構(gòu)設(shè)于基體2上方，包括移動桿4和導向套6，所述移動桿4的運動方向為Z向，移動桿4的上段桿體由上、下導向套6定位，移動桿4的下段桿體套裝彈簧座7，所述彈簧座7限位于基體座11，移動桿4的下端連接基體2上端的柔性鉸鏈3，下位導向套6與彈簧座7壓裝回位彈簧5 ;移動桿4頂部安裝檢測Z向移動量的容柵直線位移傳感器13 (由主柵和副柵構(gòu)成)，如圖1、圖2、圖3所示。于彈簧座7位置設(shè)置連接板14，所述連接板14上安裝包容移動桿4上段和容柵直線位移傳感器13的錐套15，連接板14下安裝包容基體2的護套16，使本發(fā)明成為一個整體，所述護套16上設(shè)置顯示器，所述顯示器內(nèi)部的計算器通過相關(guān)電路連接容柵角位移傳感器和容柵直線位移傳感器13，如圖4所示。
本發(fā)明使用時，上部錐套15連接于 三坐標測量機的主軸錐孔就位，三坐標測量機運行通過測桿I的觸頭9對工件進行接觸測量，工件的空間位置點分解為X、Y、Z三向坐標，分別由上、下方柔性鉸鏈3的擺動量和移動桿4的位移量檢測，由計算機計算并于顯示器上顯不O檢測完畢，測桿I的觸頭9離開工件，回位彈簧5復位測桿1，顯示器上顯示X、Y、Z三向坐標值為零。
權(quán)利要求
1.三維測量頭，其特征在于:包括測桿(I)、測桿在X向和Y向的擺動檢測機構(gòu)和測桿在Z向的位移檢測機構(gòu)，所述測桿在X向和Y向的擺動檢測機構(gòu)由基體(2)和由交叉彈片組成的柔性鉸鏈(3)構(gòu)成，所述柔性鉸鏈(3)分別設(shè)于基體(2)的上、下兩端，兩者的回轉(zhuǎn)中心軸線分別為X向和Y向，上、下端柔性鉸鏈(3)與基體(2)之間分別設(shè)置檢測X向和Y向轉(zhuǎn)動量的測量元件，所述測桿(I)連接于基體(2)下端的柔性鉸鏈(3)上；所述測桿在Z向的位移檢測機構(gòu)包括于導向機構(gòu)內(nèi)沿Z向上、下運動的移動桿(4)，所述移動桿(4)的下端連接基體(2)上端的柔性鉸鏈(3)，移動桿(4)與導向機構(gòu)之間設(shè)置檢測Z向位移量的測量元件和使移動桿(4)復位的回位彈簧(5)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維測量頭，其特征在于:上端柔性鉸鏈(3)的回轉(zhuǎn)中心軸線上位彈片與移動桿(4)連接，下位彈片與基體(2)上端連接；下端柔性鉸鏈(3)的回轉(zhuǎn)中心軸線上位彈片與基體(2)下端連接 ，下位彈片與測桿(I)連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的三維測量頭，其特征在于:所述各柔性鉸鏈(3)分別為前、后或左、右設(shè)置的兩組交叉彈片。
4.根據(jù)權(quán)利要求1 3中任意一項所述的三維測量頭，其特征在于:所述測量元件為電容傳感器、或為電感傳感器、或為光柵傳感器、或為磁柵傳感器、或為容柵傳感器。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的三維測量頭，其特征在于:所述測量元件為包括由相互配合感應(yīng)的主柵和副柵構(gòu)成的容柵傳感器，分別為容柵角位移傳感器和容柵直線位移傳感器(13)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種三維測量頭，包括測桿、測桿擺動檢測機構(gòu)和測桿位移檢測機構(gòu)，所述測桿擺動檢測機構(gòu)包括基體和由交叉彈片構(gòu)成的柔性鉸鏈，所述柔性鉸鏈分別設(shè)于基體的上、下兩端，兩者的回轉(zhuǎn)中心軸線分別為X向和Y向，上、下端柔性鉸鏈與基體之間分別設(shè)置檢測X向和Y向轉(zhuǎn)動量的測量元件，所述測桿連接于基體下端的柔性鉸鏈上；所述測桿位移檢測機構(gòu)包括于導向機構(gòu)內(nèi)沿Z向上、下運動的移動桿，所述移動桿的下端連接基體上端的柔性鉸鏈，移動桿與導向機構(gòu)之間設(shè)置檢測Z向位移量的測量元件和使移動桿復位的回位彈簧。本發(fā)明線性精度高，制作工藝簡單，生產(chǎn)成本低，可替代進口產(chǎn)品，應(yīng)用于三坐標測量機和數(shù)控機床上的工件高精度檢測。
文檔編號G01B7/012GK103234440SQ20131013533
公開日2013年8月7日 申請日期2013年4月18日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月18日
發(fā)明者趙飚, 趙志強 申請人:趙飚, 趙志強