CN108895953B - 接触式测头、三坐标测量机及对刀仪 - Google Patents

接触式测头、三坐标测量机及对刀仪 Download PDF

Info

Publication number
CN108895953B
CN108895953B CN201810449696.4A CN201810449696A CN108895953B CN 108895953 B CN108895953 B CN 108895953B CN 201810449696 A CN201810449696 A CN 201810449696A CN 108895953 B CN108895953 B CN 108895953B
Authority
CN
China
Prior art keywords
support
measuring
contact probe
shell
probe according
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201810449696.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN108895953A (zh
Inventor
陈艳华
梁斌
刘伟强
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shenzhen Research Institute Tsinghua University
Original Assignee
Shenzhen Research Institute Tsinghua University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shenzhen Research Institute Tsinghua University filed Critical Shenzhen Research Institute Tsinghua University
Priority to CN201810449696.4A priority Critical patent/CN108895953B/zh
Publication of CN108895953A publication Critical patent/CN108895953A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN108895953B publication Critical patent/CN108895953B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B7/00—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques
    • G01B7/001—Constructional details of gauge heads
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23Q—DETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
    • B23Q15/00—Automatic control or regulation of feed movement, cutting velocity or position of tool or work
    • B23Q15/20—Automatic control or regulation of feed movement, cutting velocity or position of tool or work before or after the tool acts upon the workpiece
    • B23Q15/22—Control or regulation of position of tool or workpiece
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/002—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring two or more coordinates
    • G01B11/005—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring two or more coordinates coordinate measuring machines
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/02—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B7/00—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques
    • G01B7/004—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring coordinates of points
    • G01B7/008—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring coordinates of points using coordinate measuring machines
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B7/00—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques
    • G01B7/02—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring length, width or thickness
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P13/00—Indicating or recording presence, absence, or direction, of movement
    • G01P13/02—Indicating direction only, e.g. by weather vane

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • A Measuring Device Byusing Mechanical Method (AREA)

Abstract

本发明提供的接触式测头以球柱结构或弹簧片为支撑复位方式，以光栅或霍尔器件为位移信息的检测装置(包括检测测端位移的方向和大小)，克服现有触发式测头无法获取接触方向的缺陷，可以更准确地进行误差补偿，改善触发式测头的各向异性，提高测量精度。本发明的接触式测头结构简单、质量小、体积小，动态性能好，适合高精度的快速测量。

Description

接触式测头、三坐标测量机及对刀仪
技术领域
本发明涉及检测加工技术领域，特别是指一种接触式触头、应用该触头的三坐标测量机及对刀仪。
背景技术
本部分旨在为权利要求书中陈述的本发明的实施方式提供背景或上下文。此处的描述不因为包括在本部分中就承认是现有技术。
当下三坐标测量机不仅能在计算机控制下完成各种复杂测量，而且可以通过与数控机床交换信息，实现对加工的控制，而且还可以根据测量数据实现反求工程，是现代工业检测和质量控制不可缺少的通用型几何量测量仪器。三坐标测量机通过测头来拾取信号，现有触发式和模拟式两种工作方式，触发式测头主要用于接触判断，当测端接触到被测体时，测头发出一个脉冲信号，此时坐标测量机的标尺***记录当前坐标值。这种工作方式在测量规则几何特征(圆弧、直线等)时有很高的效率，但不适合于测量自由曲面等几何特征；模拟式测头可以连续输出测端的位移信息，适用于测量自由曲面等非规则几何特征。
目前在坐标测量机上使用的触发式测头就相当于一个开关，其没有监控测针末端的位置，为保证精度和可靠性，需要其具有很高的重复性，即在触发前后，末端的位置能尽量不变。另外，触发测头没有提供接触方向，因此无法对测端球半径进行精确补偿而限制了触发式测头的测量精度。同时目前使用的模拟式测头结构复杂、尺寸和质量都比较大，动态性能较差，而且价格昂贵不便于普遍使用。
发明内容
鉴于以上内容，有必要提供一种改进的接触式测头，其可以输出测端位移的大小和方向，具有质轻、检测精度高的优点。
本发明提供的技术方案为：一种接触式测头，包括测端、与所述测端连接的测针以及壳体，所述壳体内设置有支撑与复位***及位置检测***，所述位置检测***包括与所述壳体顶部连接的固定部，和与所述支撑与复位***的支架连接的移动部，当所述测端受力时，固定连接的所述测针、所述支架及所述移动部发生偏摆或垂直方向的移动中的一种或组合，所述固定部感测所述移动部的位置变化测出所述测端位移的大小和方向。
进一步地，所述固定部为读数头或霍尔器件。
进一步地，所述移动部为光栅尺或永磁体。
进一步地，所述固定部与所述移动部相应设置三组，任意两组感测的所述测端位移信息的不相同。
进一步地，所述固定部感测所述移动部在正交坐标系方向的位置变化。
进一步地，所述支撑与复位***包括球柱***或弹簧片***。
进一步地，所述弹簧片***包括弹簧片和所述支架，所述弹簧片与所述支架的底面固定连接，并且与所述壳体的内底面相抵。
进一步地，所述球柱***包括支撑槽、螺旋弹簧、底座、所述支架和支脚，所述支撑槽由所述底座上的相邻凸部构成，所述支脚通过所述螺旋弹簧的挤压置于所述支撑槽中并且一端固定在所述支架上，所述螺旋弹簧安装在所述测针支架远离所述支脚的柱体外，并且与所述壳体相抵触。
进一步地，所述凸部设有6个，每2个一组间隔120°设置，每组为呈V型的两个半球体，所述支脚为圆柱体。
本发明还提供一种三坐标测量机，包括接触式测头。
进一步地，所述接触式测头包括测端、与所述测端连接的测针以及壳体，所述壳体内设置有支撑与复位***及位置检测***，所述位置检测***包括与所述壳体顶部连接的固定部，和与所述支撑与复位***的支架连接的移动部，当所述测端受力时，固定连接的所述测针、所述支架及所述移动部发生偏摆或垂直方向的移动中的一种或组合，所述固定部感测所述移动部的位置变化测出所述测端位移的大小和方向。
进一步地，所述固定部为读数头或霍尔器件。
进一步地，所述移动部为光栅尺或永磁体。
进一步地，所述固定部与所述移动部相应设置三组，任意两组感测的所述测端位移信息的不相同。
进一步地，所述固定部感测所述移动部在正交坐标系方向的位置变化。
进一步地，所述支撑与复位***包括球柱***或弹簧片***。
进一步地，所述弹簧片***包括弹簧片和所述支架，所述弹簧片与所述支架的底面固定连接，并且与所述壳体的内底面相抵。
进一步地，所述球柱***包括支撑槽、螺旋弹簧、底座、所述支架和支脚，所述支撑槽由所述底座上的相邻凸部构成，所述支脚通过所述螺旋弹簧的挤压置于所述支撑槽中并且一端固定在所述支架上，所述螺旋弹簧安装在所述测针支架远离所述支脚的柱体外，并且与所述壳体相抵触。
进一步地，所述凸部设有6个，每2个一组间隔120°设置，每组为呈V型的两个半球体，所述支脚为圆柱体。
本发明还提供一种对刀仪，用于加工工件，包括接触式测头。
进一步地，所述接触式测头包括测端、与所述测端连接的测针以及壳体，所述壳体内设置有支撑与复位***及位置检测***，所述位置检测***包括与所述壳体顶部连接的固定部，和与所述支撑与复位***的支架连接的移动部，当所述测端受力时，固定连接的所述测针、所述支架及所述移动部发生偏摆或垂直方向的移动中的一种或组合，所述固定部感测所述移动部的位置变化测出所述测端位移的大小和方向。
进一步地，所述固定部为读数头或霍尔器件。
进一步地，所述移动部为光栅尺或永磁体。
进一步地，所述固定部与所述移动部相应设置三组，任意两组感测的所述测端位移信息的不相同。
进一步地，所述固定部感测所述移动部在正交坐标系方向的位置变化。
进一步地，所述支撑与复位***包括球柱***或弹簧片***。
进一步地，所述弹簧片***包括弹簧片和所述支架，所述弹簧片与所述支架的底面固定连接，并且与所述壳体的内底面相抵。
进一步地，所述球柱***包括支撑槽、螺旋弹簧、底座、所述支架和支脚，所述支撑槽由所述底座上的相邻凸部构成，所述支脚通过所述螺旋弹簧的挤压置于所述支撑槽中并且一端固定在所述支架上，所述螺旋弹簧安装在所述测针支架远离所述支脚的柱体外，并且与所述壳体相抵触。
进一步地，所述凸部设有6个，每2个一组间隔120°设置，每组为呈V型的两个半球体，所述支脚为圆柱体。
与现有技术相比，本发明提供的接触式测头的壳体内设置有支撑与复位***及位置检测***，通过位置检测***输出的信号可以持续监控测端的位移信息，包括方向和大小，克服现有触发式测头无法获取接触方向的缺陷，因此可以更准确地进行误差补偿，从而改善触发式测头的各向异性，提高测量精度。不仅如此，本发明的接触式测头结构简单、质量小、体积小，动态性能好，适合高精度的快速测量。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明的球柱***的接触式测头的结构示意图。
图2为图1所示的接触式测头的工作原理图。
图3为图1所示的球柱***(除螺旋弹簧)的结构示意图。
图4为本发明的弹簧片***的接触式测头的结构示意图。
图5为图4所示的接触式测头的工作原理图。
图6为图4所示的弹簧片的结构示意图。
图7为位置检测***的结构示意图。
附图标记说明:
测头 100
壳体 10
测端 11
测针 12
支架 13
柱体 130
支脚 131
支撑槽 132
底座 133
螺旋弹簧 134
弹簧片 135
固定部 16
移动部 17
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明实施例。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明实施例的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施方式中的特征可以相互组合。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明实施例，所描述的实施方式仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明实施例保护的范围。本文所述“测头”和“触头”的含义基本相同。本文中“测端”和“测端球”皆指“测头”中与被测件或工件的表面接触的端部。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明实施例的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明实施例。
三坐标测量机(Coordinate Measuring Machine，简称CMM)是20世纪60年代出现的一种新型高效精密测量仪器。它的出现，一方面是由于自动机床、数控高效加工以及原来越多复杂形状零件加工需要快速有效的检测设备与之配套；另一方面是由于电子技术、计算机技术、数字控制技术以及精密加工技术的发展为CMM的产生提供了技术基础。1960年，英国Ferranti公司研制成功世界上第一台CMM，到20世纪60年代末，已有近十个国家的三十多家公司在生产CMM，不过这一时期的CMM尚处于初级阶段。进入20世纪80年代后，以Zeiss，Leitz，DEA，LK，Mitutoy，Sip，Ferranti，Moore等为代表的众多公司不断推出新产品，使得CMM的发展速度加快。现代CMM不仅能在计算机控制下完成各种复杂测量，而且可以通过与数控机床交换信息，实现对加工的控制，而且还可以根据测量数据实现反求工程。目前，CMM已广泛应用于机械制造业，汽车工业，电子工业，航空航天工业和国防工业等各部门，成为现代工业检测和质量控制不可缺少的通用型几何量测量仪器。
请参阅图1和图4，一种接触式测头100，用于拾取信号的核心元件，包括测端11、与所述测端11连接的测针12以及壳体10，所述壳体10内设置有支撑与复位***及位置检测***，所述位置检测***包括与所述壳体10顶部开口内侧连接的固定部16，和与所述支撑与复位***的支架13连接的移动部17，当所述测端11受力时，固定连接的所述测针12、所述支架13及所述移动部17发生偏摆或垂直方向的移动中的一种或组合，所述固定部16感测所述移动部17的位置变化测出所述测端11位移的大小和方向。
所述测端11用于触碰被测工件，产生相应位移并将位移信息传递至所述位置检测***被检测和输出。在一具体实施方式中，所述测端11为球形，可以较好接触平直或自由曲面的各类工件表面，不受外形的限制。
所述测针12用于连接所述测端11和所述支架13，具有适当的硬度，一方面用于传递力的作用和所述测端11的位移信息，另一方面便于所述测端11延伸至被测件的表面(特别是缝隙、深槽等特殊几何特征表面)。在一具体实施方式中，所述测针12为圆柱体，优选地，为细长圆柱体，优选地，所述测针12的直径小于所述测端11的球径(直径)，所述测针12与所述测端11一体成型。
可以理解，所述测针12可以与所述测端11通过胶粘、卡合、销钉等方式固定，不限定为一体成型。在其他实施方式中，所述测针12的形状不限定为圆柱体，可以为锥形、方形或其他形状，不限定为本实施方式。可以理解，所述测端11和所述测针12为金属材质或其他硬质材料。
所述壳体10包括一容置腔，用于放置所述接触式测头的主要元件，包括支撑与复位***和位置检测***。在一具体实施方式中，所述支撑与复位***安装于所述壳体10的内底面上，所述位置检测***安装于所述壳体10的顶部和所述支撑与复位***的上端。在又一具体实施方式中，所述壳体10的顶部和底部开设开口，所述支撑与复位***安装于所述壳体10的内底面上，所述位置检测***安装于所述壳体10的顶部开口内侧和所述支撑与复位***的上端。所述壳体10为圆柱形，其顶部开口为方形，所述壳体10的底部开口为圆孔。
可以理解，所述壳体10也可以为方形、长方形、圆台形等，不限定为本实施方式。所述壳体10的开口可以依据内部元件布局的需要进行设置，不限定为方形或圆形，不限定为顶部和/或底部开口，也可以设置于侧面，亦或不设置开口，而是通过磁感应等其他方式传递位移情况等。
请再一并参阅图3和图6所述支撑与复位***用于支撑所述测针12，并提供复位力，使得检测完成后所述位置检测***自动归位。
在一具体实施方式中，所述支撑与复位***为球柱***。该球柱***包括支撑槽132、螺旋弹簧134、底座133、所述支架13和支脚131，所述支撑槽132由所述底座133上的相邻凸部构成，所述支脚131通过所述螺旋弹簧134的挤压置于所述支撑槽132中并且一端固定在所述支架13上，所述螺旋弹簧134安装在所述支架13远离所述支脚131的柱体130外，并且与所述壳体10相抵触。该球柱***依靠所述螺旋弹簧134的复位力和所述支撑槽132的定位功能实现***的精准回位。
更具体地，所述球柱***设有三组所述支撑槽132，每一组还有2个凸部，三组所述支撑槽132环向均匀分布，间隔120°设置，每组的2个凸部呈V型，每一凸部在所述底座133上呈正半球体。相应地，所述支脚131设有3个，为圆柱体，一端固定在所述支架13的底端侧面，所述支脚131的另一端可置于V型的所述支撑槽132中。所述支架13包括圆盘形的底端和中部延伸至所述壳体顶部的方形的柱体130。所述柱体外设有一螺旋弹簧134，所述螺旋弹簧134的一端与所述壳体10的内顶面相抵，另一端与所述支架13底端的顶面相接触。相应的所述壳体10的底部和所述底座133上开设有直径略大于所述底端的直径的圆孔，所述测针12穿透圆孔连接在所述支架13的外底面上。
可以理解，所述支撑槽132的数量不限定为3个，可以为2个或3个以上；所述支撑槽132的形状不限定为两个半球形构成，也可以一体成型或组合构成的在垂直方向上呈凹陷形的结构，不限定为本实施方式；相应地，所述支脚131的数量不限定为3个，与所述支撑槽132匹配即可(匹配可以是1对1，或者是1：N，N大于1的整数)；另外所述支脚131的形状也不限定为本实施方式，可以为细长的锥体、方形、半圆柱等等。在其他实施方式中，所述螺旋弹簧134的两端也可以分别与所述壳体10的内顶面和所述支脚131的侧面相抵，不限定为本实施方式。在其他实施方式中，所述壳体10底部开设的孔的形状不限定为圆形，其大小也不限定为本实施方式，仅需满足该位置最大幅度的位移(X、Y方向)阈值即可。
在又一具体实施方式中，所述支撑与复位***为弹簧片***，包括弹簧片135和所述支架13。所述弹簧片135与所述支架13的底面固定连接，并且与所述壳体10的内底面相抵。所述弹簧片135自身提供支撑力和复位力，无需额外的复位装置，如螺旋弹簧，其结构更为简单，质量相对轻巧。
更具体地，所述弹簧片135为扁盘状，中心有圆形小孔，主体为圆盘形，圆盘主体的侧壁向外至所述壳体10的表面延伸出4个杆，并且4个杆环向对称均匀分布，所述杆与所述壳体10的底部部分重合。所述支架13包括圆盘形的底端和中部延伸至所述壳体顶部的方形的柱体。所述测针12穿透所述弹簧片135的内孔与所述支架10的底端的外底面接触。所述支架13与所述弹簧片135同轴设置，同时所述支架13置于上方，两者相互固定。
可以理解，所述杆的数量可以为2个、3个或4个以上，不限定为本实施方式；所述杆的形状可以为长条形，三角形或异形，在此不作限定；所述杆与所述壳体10的侧壁存有间隙，其范围根据弹簧片135的材质，在XY平面可偏移的最大位移决定。在其他实施方式中，所述弹簧片135也可以与所述支架13的底端并排设置，所述弹簧片135的内侧与所述支架13底端的外侧固定，以卡合，插销等方式固定，所述支架13底端的外底面高于所述弹簧片135的外底面，两者的相对位置可基于确保所述弹簧片135在Z方向的变形量不受影响后任意设置。
请一并参阅图7，所述位置检测***设有多个位置传感器，通过光电信号转化输出位移信息。所述位置检测***包括与所述壳体10顶部连接的固定部16，和与所述支架13连接的移动部。
所述固定部16为读数头或霍尔器件，用于感测所述移动部17的相对位置变化。所述壳体10顶部设有开口，所述固定部16设于所述壳体10顶部开口的内侧。在一具体实施方式中，所述固定部16带有方形的本体和天线端，本体设于方形开口的内侧，天线端设于本体顶端朝向外部。所述固定部16为霍尔器件，设置有三个，任意两个感测的所述测端11位移信息的不相同，经计算可转化成正交坐标系中的位移信息。更具体地，所述固定部16为霍尔器件，设置有三个，其中一个感测ZY平面的位移，二个感测XZ平面的位移(相应的两XZ平面间存在一定距离)，综合分析三组的信号，可计算推导出所述测端在X、Y、Z方向上的位移。
可以理解，所述壳体10的开口不限定为方形。在其他实施方式中，所述固定部16的数量不限定为3个，可以为4个，或更多。所述固定部16感测的位移信息不限定为XZ平面和ZY平面，可以涵盖X、Y、Z方向的任意三组平面上位移信息的组合，均可获得X、Y、Z方向上的位移值。
所述移动部17为光栅尺或永磁体，固定于所述支架13远离所述测端11的端部，与所述固定部16相对设置。在一具体实施方式中，所述支架13柱体130为方形，所述移动部17固定安装于所述支架13柱体130的端部的侧面，朝向所述固定部16的方向。更具体地，所述移动部17为永磁体，设有3个，所述移动部17设置于所述支架13柱体130的端部的侧面，朝向所述固定部16的方向，所在平面分别是XZ平面、XZ平面和ZY平面。所述移动部17随着所述支架13发生移动时，使得磁场发生变化，从而使得所述固定部16输出的电信号发生变化，综合所述固定部16从所述移动部17接收的所有信号即可分析出所述测端11在X、Y、Z方向上的位移。
可以理解，所述移动部17不限定为3个，可以与所述固定部16相应设置。在其他实施方式中，所述移动部17的形状可以根据所述柱体130的外形和磁场需要而设定，所述移动部17的设置位置可以参照所述固定部16相对设置，不限定为本实施方式。
在一具体实施方式中，所述移动部17为光栅尺时，所述固定部16为读数头固定于所述壳体10的顶部开口的内侧，所述移动部17、所述支架13、所述测针12及所述测端11依次固定连接在一起。另外，为了使用的方便性，所选的光栅尺可以为扇形。其工作过程如下：
在所述测端11未触碰被测件时，所述支架13处于初始位置，读数头输出一个电信号；当所述测端11触碰工件时，在触碰力的作用下，所述支架13发生移动，进而引起光栅尺移动，此时，读数头输出另一个电信号。综合分析三组光栅尺的信号，就可以推算出所述测端11的位置变化。因此，位置检测***将所述测端11的移动信号转换成了电信号供坐标测量机等使用。
在又一具体实施方式中，所述固定部16为霍尔器件固定于所述壳体10的顶部开口的内侧时，所述移动部17为永磁体，所述移动部17、所述支架13、所述测针12及所述测端11依次固定连接在一起。其工作过程如下：
在所述测端11未触碰被测件时，所述支架13处于初始位置，霍尔器件输出一个电信号；当所述测端11触碰工件时，在触碰力的作用下，所述支架13发生移动，进而带动永磁体移动，引起磁场变化，此时，霍尔器件输出另一个不同的电信号。综合分析三组霍尔器件的信号，就可以推算出所述测端11的位置变化。因此，位置检测***将所述测端11的移动信号转换成了电信号供坐标测量机等使用。
所述接触式测头采用弹簧片***的工作原理(参阅图5)在于：
所述测端11在未触碰被测件时，所述弹簧片135在自身重力和弹力作用下而相抵在所述壳体10的底部内表面上。当测端11触碰被测件时，测针12和支架13收到力F的作用，会发生相应的位移。当触碰力F处于水平面内时，测针12的支架将发生偏摆，此时连接在其另一端的移动部会相应地偏摆。当触碰力处于竖直平面内时，测针12和支架13将发生移动，进而导致移动部17发生相应地垂直方向的移动。当触碰力消失之后(坐标测量机的相应轴退离被测件)，测针12和支架13在所述弹簧片135的重力和弹力作用下，回到初始位置。
由于弹簧片135具有支撑刚度和弹性，因而结构上可以做的更为紧凑，但是弹簧片135的支撑力度有限，所使用的支架13和测针12的重量必须要小。此外，弹簧片135的弯曲变形量有限，在使用过程中，外力F不宜过大。弹簧片135的形式示例如图6所示，事实上其可以有多种形式，并且可以多片层叠安装，以提高承载能力和测试精度。
所述接触式测头采用球柱***的工作原理(参阅图2)在于：
所述测端11在未触碰被测件时，在螺旋弹簧134的压力下而落在所述支撑槽132内。当测端11触碰被测件时，测针12和支架13收到力F的作用，会发生相应的位移。当触碰力F处于水平面内时，测针12和支架13将发生偏摆，此时连接在其另一端的移动部17会相应地偏摆。当触碰力处于竖直平面内时，测针12和支架13将发生移动，进而导致移动部17发生相应地垂直方向的移动。当触碰力消失之后(坐标测量机的相应轴退离被测件)，测针12和支架13在螺旋弹簧134的压力作用下，回到初始位置。
球柱***的支撑结构如图3所示，三组球组成的V型支撑槽132，具有很好的自定心功能，可以保证初始位置的重复定位精度，进而减少误差源。
本发明的接触式测头100作为触发方式工作时，只需要给电信号设定一个阈值(对应测针的移动量阈值)，当测针12的移动量达到此阈值时，测头输出一个触发信号。
本发明的接触式测头100作为模拟方式使用时，也可以设定一个阈值，使测端11的移动量不小于此阈值，以提供一定的测力而保证测端11与被测件的可靠接触。
测量结束时，测端11退离被测件，测针12在弹力作用下复位。
因此，本发明提供的一种接触式测头100，以球柱结构或弹簧片作为测针支架的支撑方式，以光栅或霍尔器件作为测针支架位移的检测装置，其结构紧凑、精度高，对被测件的物理特性及表面状况没有特殊要求。同时本发明的接触式测头100具有触发和模拟两种工作模式，可以作为三坐标测量机的测头及加工中心的对刀仪使用。
以上实施方式仅用以说明本发明实施例的技术方案而非限制，尽管参照以上较佳实施方式对本发明实施例进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明实施例的技术方案进行修改或等同替换都不应脱离本发明实施例的技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种接触式测头，包括测端、与所述测端连接的测针以及壳体，其特征在于：所述壳体内设置有支撑与复位***及位置检测***，所述支撑与复位***包括球柱***或弹簧片***，所述位置检测***包括与所述壳体顶部连接的固定部，和与所述支撑与复位***的支架连接的移动部，当所述测端受力时，固定连接的所述测针、所述支架及所述移动部发生偏摆或垂直方向的移动中的一种或组合，所述固定部感测所述移动部的位置变化测出所述测端位移的大小和方向。
2.根据权利要求1所述的接触式测头，其特征在于：所述固定部为读数头或霍尔器件，所述移动部为光栅尺或永磁体。
3.根据权利要求1所述的接触式测头，其特征在于：所述固定部与所述移动部相应设置三组，任意两组感测的所述测端位移信息的不相同。
4.根据权利要求3所述的接触式测头，其特征在于：所述固定部感测所述移动部在正交坐标系方向的位置变化。
5.根据权利要求1所述的接触式测头，其特征在于：所述弹簧片***包括弹簧片和所述支架，所述弹簧片与所述支架的底面固定连接，并且与所述壳体的内底面相抵。
6.根据权利要求1所述的接触式测头，其特征在于：所述球柱***包括支撑槽、螺旋弹簧、底座、所述支架和支脚，所述支撑槽由所述底座上的相邻凸部构成，所述支脚通过所述螺旋弹簧的挤压置于所述支撑槽中并且一端固定在所述支架上，所述螺旋弹簧安装在所述支架远离所述支脚的柱体外，并且与所述壳体相抵触。
7.根据权利要求6所述的接触式测头，其特征在于：所述凸部设有6个，每2个一组间隔120°设置，每组为呈V型的两个半球体，所述支脚为圆柱体。
8.一种三坐标测量机，其特征在于：包括如权利要求1至7中任一项所述的接触式测头。
9.一种对刀仪，用于加工工件，其特征在于：包括如权利要求1至7中任一项所述的接触式测头。
CN201810449696.4A 2018-05-11 2018-05-11 接触式测头、三坐标测量机及对刀仪 Active CN108895953B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810449696.4A CN108895953B (zh) 2018-05-11 2018-05-11 接触式测头、三坐标测量机及对刀仪

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810449696.4A CN108895953B (zh) 2018-05-11 2018-05-11 接触式测头、三坐标测量机及对刀仪

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN108895953A CN108895953A (zh) 2018-11-27
CN108895953B true CN108895953B (zh) 2020-08-21

Family

ID=64343305

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810449696.4A Active CN108895953B (zh) 2018-05-11 2018-05-11 接触式测头、三坐标测量机及对刀仪

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108895953B (zh)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110388868B (zh) * 2019-07-30 2021-03-23 哈尔滨理工大学 一种克氏针排屑槽尺寸检测***
CN110440698B (zh) * 2019-08-14 2020-12-11 大连理工大学 一种测量任意表面形位误差的激光测量测头装置
CN111215963B (zh) * 2020-02-18 2021-05-25 吉林大学 一种基于蝎子缝传感器的用于数控机床的仿生对刀器
CN111721248B (zh) * 2020-06-02 2021-03-23 南京泰普森自动化设备有限公司 测量装置及其传感器组件

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN2110857U (zh) * 1991-12-28 1992-07-22 深圳市鹏基工业发展总公司 接触式传感测头定零装置
CN2786550Y (zh) * 2005-02-07 2006-06-07 深圳市壹兴佰精密机械有限公司 磁弹力的三维触发式测头
CN103630096A (zh) * 2013-11-08 2014-03-12 沈阳黎明航空发动机(集团)有限责任公司 一种关节臂式坐标测量机的零位标定方法
CN104713496A (zh) * 2015-02-11 2015-06-17 四川大学 用于微形貌测量的磁悬浮触针式位移传感器
CN107131853A (zh) * 2016-02-26 2017-09-05 株式会社三丰 测定探头

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6499368B2 (en) * 1996-01-24 2002-12-31 Microstrain, Inc. Miniaturized pressure equalized displacement sensor assembly

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN2110857U (zh) * 1991-12-28 1992-07-22 深圳市鹏基工业发展总公司 接触式传感测头定零装置
CN2786550Y (zh) * 2005-02-07 2006-06-07 深圳市壹兴佰精密机械有限公司 磁弹力的三维触发式测头
CN103630096A (zh) * 2013-11-08 2014-03-12 沈阳黎明航空发动机(集团)有限责任公司 一种关节臂式坐标测量机的零位标定方法
CN104713496A (zh) * 2015-02-11 2015-06-17 四川大学 用于微形貌测量的磁悬浮触针式位移传感器
CN107131853A (zh) * 2016-02-26 2017-09-05 株式会社三丰 测定探头

Also Published As

Publication number Publication date
CN108895953A (zh) 2018-11-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108895953B (zh) 接触式测头、三坐标测量机及对刀仪
CN102506632A (zh) 一种锥孔测量装置
CN111089555A (zh) 一种阶梯轴的直径和长度检测装置
CN102814707B (zh) 一种触发式传感器触发行程的测定装置及方法
CN102003931B (zh) 7:24工具锥柄综合检测方法及装置
KR100941970B1 (ko) 서로 다른 두면에 형성된 구멍 크기 및 수직거리 측정장치
CN103344167A (zh) 曲轴半圆键槽深度检测工具
CN201885686U (zh) 锥度检查仪
CN201037760Y (zh) 一种窝测量工具
CN209043176U (zh) 槽宽测量装置
CN110340734A (zh) 盘状零件斜面上的点深度测量方法及装置
CN212253911U (zh) 轴向尺寸测量工具
CN204694230U (zh) 一种内孔接触式测量装置
CN109458915A (zh) 一种盘形凸轮轮廓的检测工装与检测方法
JPH02504427A (ja) 位置決定装置用テストバー
CN205342663U (zh) 数控机床对刀仪
CN102997808A (zh) 一种尺寸量具
CN202974124U (zh) 一种尺寸量具
CN208155279U (zh) 实现内孔基准对比测量径向跳动的检测装置
CN203587005U (zh) 一种测量外圆的检具
CN219161161U (zh) 一种接触式测针
CN108871170B (zh) 触发式测头预紧力的配置方法及三坐标测量机
CN208505159U (zh) 一种用于轴类产品检验的检具
CN105300242A (zh) 端面环槽直径测量量具
WO2015039404A1 (zh) 袖珍三坐标测长仪

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant