[实用新型]一种测量力恒定可控的接触式扫描测头

说明书

技术领域

本实用新型涉及的是精密测量设备领域，它涉及一种测量力恒定可控的接触式扫描测头。

背景技术

在超精密零件、精密模具、光学模仁等形状公差及表面粗糙度测量设备中使用的精密测头一般有非接触式扫描测头和接触式扫描测头两大类，非接触式扫描测头由于通过光学扫描的方法来获取被测工件表面形位误差而被大量采用，但由于其必须具有一套昂贵的光学系统，使其本身的结构变得复杂，且目前机器视觉技术所能识别的最小尺寸难以使该类测头具有纳米级的测量精度，并不能完全满足应用需求。而接触式扫描测头无需配备复杂昂贵的光学系统，且微小的探针头部（直径可小到0.5mm或以下）直接与被测工件表面接触，能更为精确地获取其表面形位误差等相关信息，使测量精度大为提高（能精确到50nm左右），从而实现真正的纳米级测量，通过设置较小的采样时间，该方法得到的测量数据近似连续，从而对工件表面进行连续扫描测量，将测量数据反馈给数控机床，从而对工件进行误差补正加工，进一步提高加工的精度，达到真正的超精密加工要求。

接触式测头一般分为两种，即接触触发式测头和接触扫描式测头。接触式测头主要是通过探针与工件接触（任意方向），彼此产生相对作用力，该力迫使探针发生微量变形而使测头内部的触发机构触发，从而产生一个触发信号，测量系统读取该触发信号后及时记下该点的形位误差等相关信息。这种测量方式决定了该测头只能实现“点“测量，且由于信号读取与探针接触工件表面不可能是同时进行的，所以影响其测量精度和测量效率。接触扫描式测头通过从测头本身和配套测量系统两方面作了改变，克服了接触触发式测头只能实现点测量的弊端，而且因为探针与工件表面实时接触，测头能实时读取所接触到各点的形位误差等相关信息，提高了测量精度和测量效率。但传统接触式扫描头在测量过程中需要满足如下技术难点：

1）测头必须足够灵活以实时反映被测工件表面形位误差等相关信息的微小变化；

2）该测头在测量过程中需要一个适当大小的测量力（过大则划伤工件表面；过小则不能确保探针与工件表面实时接触）以保证能够紧密跟随被测工件曲面的形状，又不能对被测物体造成损伤；

3）测头要保证在整个测量过程中不管被测表面形状如何变化，测量力都应该保持恒定。

由于需要克服如上技术难点，目前市场上基本上没有成熟的接触式扫描测头产品，在测量过程中如何根据不同被测对象选择合适的测量力以及选定测量力后如何能保持测量力恒定不变均没有标准及可行方法。

另外，传统测头一般单独安装在测量设备上使用，对加工件进行测量时需要将加工件从数控机床上取下，再放置在独立的检测设备上测量，之后再次装在数控机床上进行误差补偿加工，由于将加工件将数控机床上取下后再装回数控机床，导致对加工进行了二次装夹误差，从而对加工精度有重要影响，同时也使得整个加工效率降低。

实用新型内容

针对现有技术上存在的不足，本实用新型目的是在于提供一种测量力恒定可控的接触式扫描测头，它进一步提高了接触式扫描测量精度，并更好地避免因测量过程中无被测物表面接触导致被测对象表面损伤等问题；另外，避免了因加工件二次装夹误差对加工精度造成影响，提高了加工和测量效率。

本实用新型采用以下技术方案：它包括测头、设置在测头上的探针、夹头柄、数据线缆和气管接头，所述夹头柄和探针分别设置测头的顶部和底部，所述数据线缆和气管接头设置在测头的外侧，其特征在于，在所述测头的内部底端设置有空气导轨和设置在空气导轨上的空心管，所述空心管两端通过上连接件、下连接件分别固定有镭射尺和探针，在所述上连接件上设置有标准重量块，所述镭射尺上设置有激光位移传感器。

所述测头的内部底端通过固定板固定有底板，所述空气导轨通过空气导轨安装板安装在底板上。

所述测头的内部定端设置有上固定板，所述激光位移传感器通过上固定板固定在测头的内部，所述上连接件上通过连接螺钉固定所述的标准重量块。

所述的探针的下部设置有精密弹簧。

所述的连接螺钉平行于镭射尺设置，且标准重量块旋接在连接螺钉上。

另外，所述的连接螺钉垂直于镭射尺设置，且标准重量块旋接在连接螺钉上。

本实用新型的有益效果是：它克服了传统接触式测头所遇到的技术难点，提出了一种针对具体被测对象材料特性以选择合适测量力、以及一旦选定测量力保证测量力在被测对象表面各点恒定不变并对测量力大小进行精确控制的方法和具体实现方式，进一步提高了接触式扫描测量精度，并更好地避免因测量过程中无被测物表面接触导致被测对象表面损伤等问题。