一種測(cè)量力可控的電磁軸承自傾斜式微位移傳感器系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及工件表面形貌質(zhì)量檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種測(cè)量力可控的電磁軸承自傾斜式微位移傳感器系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]接觸式位移傳感器是形貌測(cè)量?jī)x器的核心器件，廣泛地用于工業(yè)在線和離線工件的表面形貌測(cè)量檢測(cè)和表征。
[0003]對(duì)于實(shí)體探針接觸式形貌測(cè)量?jī)x器，實(shí)體探針與被測(cè)工件之間測(cè)量力將直接影響被測(cè)工件在檢測(cè)過(guò)程中的損失程度以及實(shí)體探針的使用壽命。若測(cè)量力過(guò)大，探針尖端容易磨損和折斷，降低測(cè)量精度和縮短探針的使用壽命，同時(shí)被測(cè)工件表面易被探針形成永久性損傷；若測(cè)量力較小，探針運(yùn)動(dòng)無(wú)法與被測(cè)工件保持良好接觸，容易出現(xiàn)探針的跳動(dòng)，粘滑失穩(wěn)等現(xiàn)象，降低探針對(duì)被測(cè)工件表面變化的跟隨能力和測(cè)量精度。因此針對(duì)不同材質(zhì)和不同面型特征的被測(cè)工件，應(yīng)該控制不同的測(cè)量力，以獲得最佳的檢測(cè)質(zhì)量。
[0004]當(dāng)前實(shí)體探針接觸式形貌測(cè)量?jī)x器的測(cè)量力實(shí)現(xiàn)方式主要有以下幾種:①探針與彈性元件連接，利用彈性元件的彈力提供所需的測(cè)量力。在這種方式中，測(cè)量力會(huì)隨著工件表面形貌的變化而改變，不能恒定保持和自主調(diào)節(jié)。②利用音圈電機(jī)與彈性元件結(jié)合的復(fù)合式結(jié)構(gòu)提供和調(diào)節(jié)測(cè)量力。在這種方式中，通過(guò)電感線圈的反饋電壓改變音圈電機(jī)的輸入電壓調(diào)節(jié)探針與被測(cè)工件之間的相對(duì)位置，從而改變測(cè)量力。雖然此種方式能夠得到較小且相對(duì)恒定的測(cè)量力，但需要引入實(shí)時(shí)反饋控制系統(tǒng)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜且測(cè)量過(guò)程耗時(shí)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為解決以上實(shí)體探針接觸式形貌測(cè)量?jī)x器在測(cè)量力調(diào)節(jié)方面的技術(shù)難題，實(shí)現(xiàn)對(duì)測(cè)量力的靈活調(diào)控，發(fā)明人發(fā)明了一種測(cè)量力可控的電磁軸承自傾斜式微位移傳感器系統(tǒng)。該傳感器系統(tǒng)采用的技術(shù)方案如下:
[0006]本發(fā)明涉及一種測(cè)量力可控的電磁軸承自傾斜式微位移傳感器系統(tǒng)，主要包括:測(cè)頭模塊、測(cè)頭支撐模塊、位移檢測(cè)模塊、測(cè)量力調(diào)節(jié)模塊、軸承控制模塊、位移信號(hào)采集模塊、信號(hào)分析處理模塊等。所述的測(cè)頭模塊包括用于接觸工件表面并感知其表面凹凸變化的探針(I)和探桿(2)，探針(I)固定連接在探桿(2) —側(cè)的端面上，探桿(2)設(shè)置在側(cè)頭支承模塊內(nèi)。
[0007]所述的測(cè)頭支撐模塊包括傳感器基座(3)和電磁懸浮式軸承(4)，所述的傳感器基座(3)固定在測(cè)量力調(diào)節(jié)模塊(6)的微調(diào)平臺(tái)(6-1)上，所述的電磁懸浮式軸承(4)固定安裝在傳感器基座(3)上，并通過(guò)軸承控制模塊(8)與信號(hào)分析處理模塊(10)連接。
[0008]所述的位移檢測(cè)模塊為一種精密光柵，包括讀數(shù)頭(5-1)和標(biāo)尺光柵(5-2)，所述的標(biāo)尺光柵嵌套在探桿(2)上，可跟隨探桿移動(dòng)；所述的讀數(shù)頭與標(biāo)尺光柵(5-2)對(duì)應(yīng)，安裝在傳感器基座(3)上，并通過(guò)位移信號(hào)采集模塊(9)與信號(hào)分析處理模塊(10)連接，用來(lái)讀取探桿的位移量。
[0009]所述的測(cè)量力調(diào)節(jié)模塊(6)為一種角度可調(diào)的傾斜平臺(tái)，包括微調(diào)平臺(tái)(6-1)，調(diào)節(jié)軸(6-2)和底座￠-3)，所述的底座(6-3)沿水平方向固定在測(cè)量設(shè)備上；所述的微調(diào)平臺(tái)(6-1)通過(guò)所述的調(diào)節(jié)軸(6-2)與底座(6-3)連接，并與水平面成β角度設(shè)置，其中β角的大小可通過(guò)調(diào)節(jié)軸(6-2)進(jìn)行調(diào)節(jié)；在所述的微調(diào)平臺(tái)(6-1)的上端面，固定連接有所述的傳感器基座(3)。
[0010]如上所述的一種測(cè)量力可控的電磁軸承自傾斜式微位移傳感器系統(tǒng)，更近一步說(shuō)明為:所述的探針(I)和探桿(2)同軸連接，其軸心與電磁懸浮式軸承(4)的軸心重合并與微調(diào)平臺(tái)(6-1)平行，與水平面成β角度。所述的探桿(2)為磁性材質(zhì)，與所述的電磁懸浮式軸承(4)之間存在徑向支持力。通過(guò)將傳感器基座(3)與微調(diào)平臺(tái)￠-1)固定連接，可使傳感器基座(3)、電磁懸浮式軸承(4)、探針⑴和探桿⑵一起跟隨微調(diào)平臺(tái)(6-1)的移動(dòng)而移動(dòng)。
[0011]如上所述的一種測(cè)量力可控的電磁軸承自傾斜式微位移傳感器系統(tǒng)，更近一步說(shuō)明為:所述的測(cè)頭模塊的徑向支承力由測(cè)頭支撐模塊中的電磁懸浮式軸承(4)提供，所述的電磁懸浮式軸承由信號(hào)分析處理模塊(10)經(jīng)過(guò)軸承控制模塊(8)控制，可產(chǎn)生一種較大且穩(wěn)定的徑向力，支承探針(I)和探桿(2)，保證測(cè)頭模塊及與其連接的標(biāo)尺光柵(5-2)保持徑向穩(wěn)定。
[0012]如上所述的一種測(cè)量力可控的電磁軸承自傾斜式微位移傳感器系統(tǒng)，更近一步說(shuō)明為:所述的探針⑴與被測(cè)工件(7)之間的測(cè)量力F如圖2所示，由探針(1)，探桿(2)和標(biāo)尺光柵(5-2)的總重力G沿探桿軸線方向的分量產(chǎn)生:F = GXsinP。測(cè)量力調(diào)整模塊
(6)調(diào)整傳感器基座(3)與水平面之間的夾角β，實(shí)現(xiàn)對(duì)測(cè)量力F的調(diào)整。
[0013]如上所述的一種測(cè)量力可控的電磁軸承自傾斜式微位移傳感器系統(tǒng)，更近一步說(shuō)明為:當(dāng)被測(cè)工件進(jìn)行Y向或X向進(jìn)行形貌測(cè)量時(shí)，由于傳感器系統(tǒng)位移檢測(cè)方向與水平面之間存在夾角β即傳感器系統(tǒng)位移檢測(cè)方向與X向之間的夾角為β，因此位移傳感器輸出中包含測(cè)量誤差，此測(cè)量誤差通過(guò)如下方式進(jìn)行分離。如圖2所示，測(cè)量被測(cè)工件表面某一點(diǎn)時(shí)，若探針和探桿沿其軸線方向的位移變化為A a，則被測(cè)點(diǎn)的X坐標(biāo)變化和Z坐標(biāo)變化分別為Ax= Δ aXcos β , Δ z = AaXsinP。所述的信號(hào)分析處理模塊會(huì)根據(jù)基準(zhǔn)點(diǎn)的坐標(biāo)值和被測(cè)點(diǎn)的坐標(biāo)變化值，重構(gòu)出被測(cè)工件表面形貌。
[0014]本發(fā)明的有益效果
[0015]本發(fā)明采用傾斜平臺(tái)，來(lái)調(diào)節(jié)接觸式位移傳感器的測(cè)量力，其帶來(lái)的有益效果是:
[0016]改變了傳統(tǒng)接觸式位移傳感器中測(cè)量力不可控的技術(shù)缺陷。在測(cè)量不同材質(zhì)和不同面型特征工件表面形貌時(shí)，可通過(guò)測(cè)量力調(diào)節(jié)模塊(6)改變傳感器與水平面之間的夾角β來(lái)調(diào)整實(shí)體探針與被測(cè)工件表面的測(cè)量力，以保證探針對(duì)被測(cè)工件表面形貌變化的跟隨性，保護(hù)被測(cè)工件表面不被劃傷，并降低探針尖端的磨損和延長(zhǎng)其工作壽命。
【附圖說(shuō)明】
[0017]圖1是本發(fā)明一種測(cè)量力可控的電磁軸承自傾斜式微位移傳感器系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]圖2是本發(fā)明一種測(cè)量力可控的電磁軸承自傾斜式微位移傳感器系統(tǒng)的測(cè)量力計(jì)算及測(cè)量誤差分離示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019]本發(fā)明涉及一種測(cè)量力可控的電磁軸承自傾斜式微