[0018]在圖1中所述的基于彈性元件限位方法調(diào)節(jié)動態(tài)特性的探針接觸式測頭包括:測頭模塊、測頭支撐模塊、位移檢測模塊、測量力產(chǎn)生模塊、軸承控制模塊、位移信號采集模塊、信號分析處理模塊等。所述的測頭模塊由探針1、探桿2和彈性元件限位機構(gòu)3連接構(gòu)成，可跟隨被測樣品表面的形貌變化而移動;所述的測頭支撐模塊包括傳感器基座3和磁懸浮軸承4，所述的傳感器基座4固定在測量工作臺8上，所述的磁懸浮軸承5固定在傳感器基座4上，用來給測頭模塊提供穩(wěn)定可靠的徑向支持力;所述的位移檢測模塊為一種精密光柵，包括標尺光柵6-1和讀數(shù)頭6-2，可讀取測頭模塊的位移信息;所述的測量力產(chǎn)生模塊為彈性元件7，在本實施方式中以彈簧為例;所述的信號分析處理模12塊為具有數(shù)字信號處理能力的計算機系統(tǒng)。
[0019]本發(fā)明的具體實施過程為:首先將被測工件9放置在位移平臺上并加以固定，將所述的傳感器基座4固定在測量工作臺8上保持靜止，使所述的探針1和探桿2沿X軸方向設(shè)置，探針1的尖端與被測工件9的表面對應(yīng)，限位螺釘3-2的頂端與基座4的左側(cè)內(nèi)壁接觸使彈簧7處于預(yù)緊狀態(tài)。
[0020]其次針對不同被測工件9對探針系統(tǒng)不同的初始狀態(tài)和測量力的要求，在測量開始之前，先調(diào)節(jié)所述的限位螺釘3-2在L形固定板中的旋進深度，改變彈簧7的初始形變量，從而將探針系統(tǒng)的初始狀態(tài)和初始測量力調(diào)整到最佳，既可以保證探針和被測工件持續(xù)性地良好接觸，又可以減小探針和被測工件表面的磨損。
[0021]最后在掃描機構(gòu)的驅(qū)動下，工件沿Y軸或Z軸方向移動，由于探針1和被測工件9之間存在微小測量力，工件表面的微觀峰谷起伏將使測頭模塊沿X軸方向左右移動，磁懸浮軸承5為測頭模塊提供的徑向支承力可保證這種移動的低摩擦性和高順應(yīng)性。、所述的測頭沿X軸向的左右移動被位移檢測模塊6的精密光柵感知并轉(zhuǎn)換為電信號，再經(jīng)過位移信號采集模塊11傳輸?shù)接嬎銠C系統(tǒng)12中，所述的計算機系統(tǒng)12經(jīng)過計算分析即可重構(gòu)出被測工件表面微觀形貌。
[0022]所述的測頭模塊沿軸徑向的支承力主要由磁懸浮軸承5提供，所述的計算機系統(tǒng)12會通過軸承控制模塊10實時調(diào)整磁懸浮軸承5的控制方案，以保證測頭模塊穩(wěn)定懸浮于磁懸浮軸承中。
[0023]以上所述實例性說明中彈性元件7采用彈簧，僅為本發(fā)明的較佳實施例，并不用以限制本發(fā)明；凡在本發(fā)明的思想和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.基于彈性元件限位方法調(diào)節(jié)動態(tài)特性的探針接觸式測頭，包括:測頭模塊、測頭支撐模塊、位移檢測模塊、測量力產(chǎn)生模塊、軸承控制模塊、位移信號采集模塊、信號分析處理模塊等；其特征是:所述的測頭模塊由探針(1)、探桿(2)和彈性元件限位機構(gòu)(3)組成，探桿(2)的中軸線與磁懸浮軸承(5)的中軸線重合； 所述的測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)固定在測量工作臺(8)上，所述的磁懸浮軸承(5)固定安裝在傳感器基座(4)上，所述的磁懸浮軸承(5)通過軸承控制模塊(10)與信號分析處理模塊(12)連接； 所述的位移檢測模塊為光柵尺，包括標尺光柵(6-1)和讀數(shù)頭(6-2)，所述的標尺光柵(6-1)嵌套在探桿(2)上，可跟隨探桿(2)移動，所述的讀數(shù)頭(6-2)與標尺光柵(6-1)相對應(yīng)，固定在傳感器基座(4)的中間凸起部位上，并通過位移信號采集模塊(11)與信號分析處理模塊(12)連接； 所述的測量力產(chǎn)生模塊為彈性元件(7)，所述的彈性元件(7) —端固定在傳感器基座(4)上，另一端與探桿(2)的右側(cè)端面連接。2.如權(quán)利要求1所述的基于彈性元件限位方法調(diào)節(jié)動態(tài)特性的探針接觸式測頭，其特征是:所述的測頭模塊中的探針(1)與探桿(2)同軸連接，所述的彈性元件限位機構(gòu)(3)固定在探桿(2)的側(cè)面且靠近左端面的位置。3.如權(quán)利要求1或2所述的基于彈性元件限位方法調(diào)節(jié)動態(tài)特性的探針接觸式測頭，其特征是:所述的探桿(2)為磁性材質(zhì)，所述的磁懸浮軸承(5)通過與探桿(2)的磁力作用，提供測頭模塊所需的徑向支承力。4.如權(quán)利要求1或2所述的基于彈性元件限位方法調(diào)節(jié)動態(tài)特性的探針接觸式測頭，其特征是:所述的彈性元件限位機構(gòu)(3)包括L形固定板(3-1)、限位螺釘(3-2)、和緊固螺釘(3-3)，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。5.如權(quán)利要求1所述的基于彈性元件限位方法調(diào)節(jié)動態(tài)特性的探針接觸式測頭，其特征是: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)的內(nèi)壁上，另一端固定連接在所述的探桿(2)右側(cè)端面上，其預(yù)緊狀態(tài)通過彈性元件限位機構(gòu)(3)進行調(diào)節(jié)。6.如權(quán)利要求1所述的基于彈性元件限位方法調(diào)節(jié)動態(tài)特性的探針接觸式測頭，其特征是:所述的信號分析處理模塊為具有數(shù)字信號處理能力的計算機系統(tǒng)。
【專利摘要】本發(fā)明公開了基于彈性元件限位方法調(diào)節(jié)動態(tài)特性的探針接觸式測頭，涉及工件面形質(zhì)量檢測技術(shù)領(lǐng)域。所述的傳感器主要由測頭模塊、測頭支撐模塊、位移檢測模塊、測量力產(chǎn)生模塊組成，所述的測頭模塊包括：探針、探桿和限位機構(gòu)，可跟隨被測工件表面變化移動；所述的測頭支撐模塊為磁懸浮軸承，提供測頭模塊所需的徑向支持力，所述的位移檢測模塊為精密光柵，測量測頭模塊的位移量；所述的測量力產(chǎn)生模塊為彈性元件。所發(fā)明的探針接觸式測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，可以增強探針與被測面的跟隨特性，提升測頭的動態(tài)特性與控制測量力，并且能夠針對不同材料與不同面型特征的工件進行探針系統(tǒng)動態(tài)的調(diào)節(jié)與測量力的控制。
【IPC分類】G01B11/24
【公開號】CN105444695
【申請?zhí)枴緾N201510973662
【發(fā)明人】許斌, 方輝, 尹德強, 劉乾乾
【申請人】四川大學(xué)
【公開日】2016年3月30日
【申請日】2015年12月22日