[发明专利]三维测量头

说明书

(一）技术领域：

本发明涉及一种用于三坐标测量机和数控机床的三维测量头。

（二）背景技术：

现用的三维测头分为触发式测头和扫描式测头两大类，其中扫描式测头大多数采用双弹片层叠式结构，只有英国Renishaw公司等少数发达国家才能生产。

其缺点是：

1、结构和制作工艺极其复杂，生产成本高。

2、大多数采用电感式位移传感器作为测量元件。

3、电感式位移传感器的线性精度差，制作工艺复杂，生产成本高。

(三）发明内容：

针对现有技术的不足之处，本发明的目的是提供一种高精度低成本的三维测量头。

能够实现上述目的的三维测量头，包括测杆、测杆在X向和Y向的摆动检测机构和测杆在Z向的位移检测机构。所述测杆在X向和Y向的摆动检测机构是由基体和由交叉弹片组成的柔性铰链构成，所述柔性铰链分别设于基体的上、下两端，两者的回转中心轴线分别为X向和Y向，上、下端柔性铰链与基体之间分别设置检测X向和Y向转动量的测量元件，所述测杆连接于基体下端的柔性铰链上；所述测杆在Z向的位移检测机构包括于导向机构内沿Z向上、下运动的移动杆，所述移动杆的下端连接基体上端的柔性铰链，移动杆与导向机构之间设置检测Z向位移量的测量元件和使移动杆复位的回位弹簧。

经过有限元数学分析所述柔性铰链交叉弹片的其交叉点具有稳定的回转轴线，测量精度高测量线性好，调节柔性铰链的杠杠比还可以进一步提高测量精度，该柔性铰链结构的技术已经成熟，已由本申请人申报并取得了中国发明专利授权（ZL20070048220.1）和美国专利授权（US8130003B2），并完成了科技部中小企业创新基金项目鉴定（立项代码：07C2621441789）。

本发明结构的工作原理：将测杆对工件的空间三维测量量转化为柔性铰链的X向、Y向转动量和移动杆的Z向移动量，通过分别检测三者的变量而合成得到被测量工件实际的坐标位置，测杆的连续测量过程则是X向、Y向转动量和Z向移动量不断合成的过程。

柔性铰链连接方式为：上端柔性铰链的回转中心轴线上位（向外张开）弹片与移动杆连接，下位（向外张开）弹片与基体上端连接；下端柔性铰链的回转中心轴线上位（向外张开）弹片与基体下端连接，下位（向外张开）弹片与测杆连接。

为实现稳定连接，所述各柔性铰链分别为前、后或左、右设置的两组交叉弹片。

所述测量元件可采用电容传感器、或采用电感传感器、或采用光栅传感器、或采用磁栅传感器、或采用容栅传感器。

所述测量元件优选由相互配合感应的主栅和副栅构成的容栅传感器，分别为容栅角位移传感器和容栅直线位移传感器。

本发明的有益效果：

本发明三维测量头线性精度高，测量分辨率可以达到0.1微米，制作工艺简单，生产成本低，可替代进口产品，应用于三坐标测量机和数控机床上的工件高精度检测。

（四）附图说明：

图1是本发明一种实施方式的结构示意图。

图2是图1实施方式的侧视图。

图3是图2实施方式的剖视图。

图4是图1实施方式的外形图。

图号标识：1、测杆；2、基体；3、柔性铰链；4、移动杆；5、回位弹簧；6、导向套；7、弹簧座；8、测杆座；9、触头；10、测杆摆条；11、基体座；12、基体摆条；13、容栅直线位移传感器；14、连接板；15、锥套；16、护套。

（五）具体实施方式：

下面结合附图对本发明的技术方案进一步说明。

本发明三维测量头主要由测杆1、测杆摆动检测机构和测杆位移检测机构构成。

所述测杆摆动检测机构的主体为基体2和柔性铰链3，所述基体2竖直放置，所述柔性铰链3设于基体2的上、下端，柔性铰链3由十字交叉的两弹片构成，其交叉点为柔性铰链3的回转轴心，柔性铰链3由平行的两副交叉弹片组成，上、下端柔性铰链3的回转轴心线互为90°，分别对应于空间的X向和Y向。