一種直接入射式光臂放大型二維線性測頭的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種精密測量技術領域，特別涉及一種新型光臂放大式二維線測頭。
【背景技術】
[0002] 測頭是精密量儀的關鍵部件之一，作為傳感器提供被測工件的幾何位置信息，測 頭的發(fā)展水平直接影響著精密量儀的測量精度與測量效率。精密測頭通常分為接觸式測頭 與非接觸式測頭兩種，其中接觸式測頭又分為機械式測頭、觸發(fā)式測頭和掃描式測頭；非接 觸式測頭分為激光測頭和光學視頻測頭。
[0003] 機械式測頭是精密量儀使用較早的一種測頭。該測頭通過測頭測端與被測工件直 接接觸進行位置測量，主要用于手動測量。該類測頭結構簡單、操作方便，其缺點在于精度 不高，測量效率低，目前很少用于工業(yè)測量領域。當前工業(yè)領域廣泛使用的精密測頭是觸發(fā) 式測頭。觸發(fā)式測頭的測量原理是當測頭測端與被測工件接觸時精密量儀發(fā)出采樣脈沖信 號，并通過儀器的處理系統(tǒng)鎖存此時測端球心的坐標值，以此來確定測端與被測工件接觸 點的坐標。該類測頭具有結構簡單、使用方便、及較高觸發(fā)精度等優(yōu)點，是三維測頭中應用 最廣泛的測頭。但該類測頭的缺點在于：存在各向異性（三角效應），或者接觸式測頭在接 觸被測工件時因為阻力而產生微小位移從而導致測頭的位移偏差，限制了其測量精度的進 一步提高，最高精度只能達零點幾微米。另一方面，由于觸發(fā)式測頭測量原理決定了其測量 過程為單點測量，測量效率低，限制了其推廣使用。
[0004] 當前應用最廣的測頭類型為掃描式測頭，該類測頭輸出量與測頭偏移量成正比， 作為一種精度高、功能強、適應性廣的測頭，同時具備工件單點測量和連續(xù)掃描測量的功 能。該類測頭的測量原理是測頭測端在接觸被測工件后，測頭由于接觸力的作用發(fā)生位移， 測頭的轉換裝置輸出與測桿的微小偏移成正比的信號，該信號和精密量儀的相應坐標值疊 加便可得到被測工件上點的精確坐標。若不考慮測桿的變形，掃描式測頭是各向同性的，故 其精度遠遠高于觸發(fā)式測頭。但是該類測頭的缺點是結構復雜，制造成本高，目前世界上只 有少數公司可以生產。

【發(fā)明內容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于克服現有技術中所存在的機械式測頭和觸發(fā)式測頭精度不高， 以及掃描式測頭結構復雜、成本較高的上述不足，提供一種結構簡單、測量精度高的直接入 射式光臂放大型二維線性測頭，該二維線性測頭能夠在已知平面內移動，補償測球接觸被 測工件時位移導致的被測工件定位時的測量偏差，獲得被測工件更為準確的測量坐標。
[0006] 為了實現上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供了以下技術方案：
[0007] 技術方案一：
[0008] -種直接入射式光臂放大型二維線性測頭，包括：
[0009] 兩個激光源，用于發(fā)射兩條激光束，即激光源一發(fā)射激光束一，激光源二發(fā)射激光 束二；
[0010] 測頭基座，設有所述激光源一與激光源二，以及用于檢測的測桿和測球；
[0011] 兩個光電探測器，即光電探測器一、光電探測器二，分別用于接收激光束一、激光 束二；
[0012] 平移部件，用于使所述測頭基座做直線運動；
[0013] 回復部件，用于將所述測頭基座回復至初始位置；
[0014] 處理系統(tǒng)，根據所述光電探測器一、光電探測器二上分別接收到的激光束一、激光 束二入射位置變化值，計算得到所述測球的位移變化值。
[0015] 技術方案二：
[0016] -種直接入射式光臂放大型二維線性測頭，包括：
[0017] 兩個激光源，用于發(fā)射兩條激光束，即激光源一發(fā)射激光束一，激光源二發(fā)射激光 束二；
[0018] 兩個光電探測器，即光電探測器一、光電探測器二，分別用于接收所述激光束一、 激光束二；
[0019] 測頭基座，所述測頭基座上設有光電探測器一與光電探測器二以及用于檢測的測 桿和測球；
[0020] 平移部件，用于使所述測頭基座做直線運動；
[0021] 回復部件，用于將所述測頭基座回復至初始位置；
[0022] 處理系統(tǒng)，根據所述光電探測器一、光電探測器二上分別接收到的激光束一、激光 束二入射位置變化值，計算得到所述測球的位移變化值。
[0023] 該直接入射式光臂放大型二維線性測頭，利用兩個激光源分別發(fā)射兩束激光束， 每束激光束均為平行激光束，入射到兩個光電探測器上，每個光電探測器能夠感應對應激 光束的入射位置。當平移部件帶動測頭基座做直線運動，即平移部件能夠直線平移測頭基 座，則激光源與對應光電探測器距離發(fā)生變化，即兩束激光束分別入射到對應光電探測器 上的位置也相應發(fā)生改變，根據幾何關系，處理系統(tǒng)分別對每個激光束入射到對應光電探 測器上的入射位置變化值進行計算并分析，能夠得到測頭基座在位于其直線位移方向的位 移變化值，進而能夠實現該測頭基座在兩個方向合成的二維位移測量，測頭基座發(fā)生位移 后通過回復部件能夠回復至初始位置，便于下一次的測量。
[0024] 使用時，將該二維線性測頭安裝在精密量儀上，由于測頭基座上連接測桿和測球， 測球用于與被測工件直接接觸進行定位而完成精密量儀測量，當測球與被測工件直接接觸 時，受到阻力而產生位移，測球帶動測頭基座在平移部件上產生位移，通過兩個激光源、兩 個光電探測器、處理系統(tǒng)配合，能夠計算得到測球的位移量，以補償測球接觸被測工件時位 移導致的被測工件定位時的測量偏差，由于每個光電探測器能夠得到一個直線方向的位移 量，通過兩個光電探測器即能夠得到在兩個不同直線方向的位移量，以獲得被測工件在測 頭基座的^維方向上更為準確的測量坐標，最尚精度能夠達到納米級別，該測頭提尚了 ^- 維線性測頭的測量精度。該測頭簡化了結構，降低了生產成本，易于批量加工制造。
[0025] 優(yōu)選地，技術方案一或技術方案二中的兩個所述光電探測器的入射面相互垂直設 置，所述平移部件用于將所述測頭基座沿相對兩個所述光電探測器的垂直平面做運動，實 現激光束入射到對應光電探測器上的位置發(fā)生變化，以實現測量。
[0026] 進一步優(yōu)選地，所述平移部件包括兩個相互平行的導向槽一，所述導向槽一之間 滑動設有至少一個導向槽二，所述導向槽一與導向槽二相互垂直，所述導向槽二上滑動連 接所述測頭基座。
[0027] 平移部件通過相互垂直的導向槽一、導向槽二來完成不同方向的直線位移，導向 槽二可以沿著導向槽一的垂直方向滑動，測頭基座可以沿著導向槽二滑動，實現二維移動。 當測球與被測工件直接接觸時，受到阻力，測頭基座相對導向槽二產生滑動，導向槽二又相 對導向槽一產生滑動，進而實現測頭基座在兩個方向的位移，這兩個方向構成的平面，即為 測頭基座的二維位移面。
[0028] 該測頭包括用于固定在精密量儀上的殼體，該殼體內包括兩個激光源、兩個光電 探測器、測頭基座、平移部件以及回復部件，便于安裝和拆卸。
[0029] 優(yōu)選地，上述技術方案一中的二維線性測頭還包括殼體，兩個所述光電探測器安 裝在所述殼體上，所述回復部件為彈簧，其中一端連接在所述殼體上、另一端連接在所述測 頭基座上。
[0030] 進一步優(yōu)選地，光電探測器可旋轉安裝在所述殼體上，激光源安裝在