基于彈性元件限位方法調(diào)節(jié)動(dòng)態(tài)特性的探針接觸式測(cè)頭的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及工件表面形貌測(cè)量和質(zhì)量檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于彈性元件限位方法調(diào)節(jié)動(dòng)態(tài)特性的探針接觸式測(cè)頭。
【背景技術(shù)】
[0002]探針接觸式測(cè)頭是精密形貌測(cè)量?jī)x器的核心器件，廣泛地用于工業(yè)在線和離線零件的表面形貌測(cè)量檢測(cè)和表征。
[0003]在探針接觸式測(cè)頭中，測(cè)頭的動(dòng)態(tài)特性是影響測(cè)量精度的重要因素。探針接觸式測(cè)頭利用探針尖端接觸并劃過被測(cè)樣品表面，并利用位移敏感元件檢測(cè)探針的位移，從而表征被測(cè)樣品的表面形貌。然而，測(cè)量過程中由于受到探針接觸式測(cè)頭動(dòng)態(tài)特性的影響，探針并不能持續(xù)地與被測(cè)樣品表面保持接觸。這一現(xiàn)象導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果出現(xiàn)形貌失真與測(cè)量精度降低等。
[0004]提高探針接觸式測(cè)頭動(dòng)態(tài)特性的方式有多種，包括:提高探針系統(tǒng)的彈性模量，減小探針系統(tǒng)的等效質(zhì)量與調(diào)節(jié)探針系統(tǒng)的阻尼系數(shù)等。提高探針系統(tǒng)的彈性模量會(huì)導(dǎo)致測(cè)量力的增大，增加了被測(cè)樣品表面和探針系統(tǒng)損毀的可能性；由于受到探針系統(tǒng)部件幾何關(guān)系與機(jī)械特性的約束，探針系統(tǒng)的等效質(zhì)量很難有效的減?。徽{(diào)節(jié)探針系統(tǒng)的阻尼系數(shù)會(huì)導(dǎo)致技術(shù)成本和經(jīng)濟(jì)成本的提高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了提高探針接觸式測(cè)頭的動(dòng)態(tài)特性并保持較小的測(cè)量力，實(shí)現(xiàn)工件表面形貌的精密測(cè)量，我們發(fā)明了基于彈性元件限位方法調(diào)節(jié)動(dòng)態(tài)特性的探針接觸式測(cè)頭。
[0006]本發(fā)明涉及基于彈性元件限位方法調(diào)節(jié)動(dòng)態(tài)特性的探針接觸式測(cè)頭，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)量力產(chǎn)生模塊、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樣品表面并感知其表面形貌變化的探針(1)、探桿(2)和彈性元件限位機(jī)構(gòu)(3)，所述的探針(1)固定連接在探桿(2)的左側(cè)端面上，所述的探桿(2)設(shè)置在測(cè)頭支承模塊內(nèi)，所述的彈性元件限位機(jī)構(gòu)(3)包括L形固定板(3-1)、限位螺釘(3-2)、和緊固螺釘(3-3)，固定在探桿(2)的側(cè)面且靠近左端面的位置。
[0007]所述的測(cè)頭支撐模塊包括傳感器基座(4)和磁懸浮軸承(5)，所述的傳感器基座
(4)固定在測(cè)量工作臺(tái)(8)上，所述的磁懸浮軸承(5)固定安裝在傳感器基座(4)上，通過與探桿(2)的磁力作用，提供測(cè)頭模塊所需的徑向支承力，并通過軸承控制模塊(10)與信號(hào)分析處理模塊(12)連接。
[0008]所述的位移檢測(cè)模塊為一種精密光柵，包括標(biāo)尺光柵(6-1)和讀數(shù)頭(6-2)，所述的標(biāo)尺光柵嵌套在探桿(2)上，可隨著探桿(2)移動(dòng);所述的讀數(shù)頭(6-2)與標(biāo)尺光柵(6-1)對(duì)應(yīng)，固定安裝在傳感器基座(4)上，并通過位移信號(hào)采集模塊(11)與信號(hào)分析處理模塊
(12)連接，用來讀取探桿的位移信息。
[0009]所述的測(cè)量力產(chǎn)生模塊為一種彈性元件(7)，所述的彈性元件(7)為彈簧或彈簧片，彈性元件(7)的一端固定連接在傳感器基座(4)的右側(cè)內(nèi)壁上，另一端固定連接在所述的探桿(2)的右側(cè)端面上。測(cè)量開始前，通過限位機(jī)構(gòu)(3)調(diào)節(jié)彈性元件(7)處于預(yù)緊狀態(tài)，測(cè)量開始后被測(cè)工件(9)通過與探針(2)的接觸進(jìn)一步壓縮彈性元件(7)使探針(1)與被測(cè)工件(9)之間產(chǎn)生水平方向的測(cè)量力，從而保證了探針(1)與被測(cè)工件(9)之間的良好接觸，有利于探針(1)跟隨被測(cè)工件(9)表面的形貌變化而移動(dòng)。
[0010]如上所述的基于彈性元件限位方法調(diào)節(jié)動(dòng)態(tài)特性的探針接觸式測(cè)頭，更近一步說明為:所述的測(cè)頭模塊由探針(1)、探桿(2)和彈性元件限位機(jī)構(gòu)(3)組成。所述的探針(1)與探桿(2)同軸連接，所述的彈性元件限位機(jī)構(gòu)(3)如圖2所示包括L形固定板(3-1)、限位螺釘(3-2)、和緊固螺釘(3-3)，所述的L形固定板(3-1)的底板和側(cè)板分別設(shè)有螺紋孔，所述的緊固螺釘(3-3)旋入所述的底板上的螺紋孔，并將L形固定板(3-1)與探桿(2)進(jìn)行緊固，所述的限位螺釘(3-2)旋入所述的側(cè)板上的螺紋孔，且限位螺釘(3-2)的頂端與所述的傳感器基座(4)的左側(cè)內(nèi)壁接觸。
[0011 ]如上所述的基于彈性元件限位方法調(diào)節(jié)動(dòng)態(tài)特性的探針接觸式測(cè)頭，更近一步說明為:所述的探桿(2)為磁性材質(zhì)，探桿(2)的中軸線與磁懸浮軸承(5)的中軸線重合，可沿X軸方向左右移動(dòng)。
[0012]如上所述的基于彈性元件限位方法調(diào)節(jié)動(dòng)態(tài)特性的探針接觸式測(cè)頭，更近一步說明為:所述的磁懸浮軸承(5)與探桿(2)之間存在穩(wěn)定的徑向作用力，為所述的測(cè)頭模塊提供可靠的徑向支承。所述的徑向作用力的大小根據(jù)實(shí)際需要，由所述的信號(hào)分析處理模塊
[12]通過軸承控制模塊(10)調(diào)節(jié)，可減小測(cè)頭模塊的徑向擾動(dòng)引起的測(cè)量誤差。
[0013]如上所述的基于彈性元件限位方法調(diào)節(jié)動(dòng)態(tài)特性的探針接觸式測(cè)頭，更近一步說明為:所述的彈性元件限位機(jī)構(gòu)(3)與彈性元件(7)的配合使用，通過調(diào)節(jié)彈性元件(7)的初始形變量實(shí)現(xiàn)探針系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性與測(cè)量力的協(xié)調(diào)與優(yōu)化。其原理是:所述的限位螺釘(3-2)旋入所述的L形固定板(3-1)的側(cè)板上的螺紋孔中，其頂端與所述的傳感器基座(4)的左側(cè)內(nèi)壁接觸，通過調(diào)節(jié)限位螺釘(3-1)在螺紋孔中的旋進(jìn)深度可以使測(cè)頭模塊左右移動(dòng)，改變彈性元件(7)的預(yù)緊力與初始形變量，從而改變探針系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性。
本發(fā)明的有益效果
[0014]所發(fā)明的探針接觸式測(cè)頭使用了非接觸式電磁軸承與彈性元件限位調(diào)節(jié)的設(shè)計(jì)，可以增強(qiáng)探針與被測(cè)面的跟隨特性，提升測(cè)頭的動(dòng)態(tài)特性與控制測(cè)量力，并且能夠針對(duì)不同材料與不同面型特征的工件進(jìn)行探針系統(tǒng)動(dòng)態(tài)的調(diào)節(jié)與測(cè)量力的控制，在提高測(cè)量精度的同時(shí)也擴(kuò)大了探針接觸式測(cè)頭的使用范圍。
【附圖說明】
[0015]圖1是本發(fā)明基于彈性元件限位方法調(diào)節(jié)動(dòng)態(tài)特性的探針接觸式測(cè)頭整體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]圖2是本發(fā)明基于彈性元件限位方法調(diào)節(jié)動(dòng)態(tài)特性的探針接觸式測(cè)頭限位機(jī)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017]本發(fā)明涉及基于彈性元件限位方法調(diào)節(jié)動(dòng)態(tài)特性的探針接觸式測(cè)頭，下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明。