專利名稱：雙測頭結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及坐標(biāo)測量機(jī)，具體涉及測頭結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
在當(dāng)前工業(yè)生產(chǎn)中為了對工件產(chǎn)品的質(zhì)量有客觀的評價(jià)，需要使用儀器對其幾何尺寸進(jìn)行測量。坐標(biāo)測量機(jī)是近30年發(fā)展起來的一種高效率的新型精密測量儀器，應(yīng)用極為廣泛。圖加所示的單測頭結(jié)構(gòu)為測頭2固定在測量儀器主軸1上，坐標(biāo)測量機(jī)使用測頭實(shí)現(xiàn)對工件的探測和瞄準(zhǔn)，測頭作為傳感器提供被測工件的幾何信息。為了測量如圖1(a) 和1(b)所示兩工件A、B兩平行面的形位參數(shù)，一般采取以下測量方案(1)只使用單一測頭，先使用其對A面進(jìn)行測量，測量完畢后，通過大行程的移動(dòng)改變測頭與工件的相對位置，對B面進(jìn)行測量。( 使用兩個(gè)可獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的測頭，二者同時(shí)運(yùn)動(dòng)，對A、B兩平面進(jìn)測量。方案(1)使用單測頭，測頭在測量過程中運(yùn)動(dòng)行程長，導(dǎo)致測量時(shí)間較長，無法滿足快速測量的需求，移動(dòng)過程中可能由于受到外界干擾而引進(jìn)誤差。方案( 使用兩可獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的測頭，可以顯著縮短測量時(shí)間，提高測量效率，但缺點(diǎn)在于機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本較高，同時(shí)兩測頭相互獨(dú)立對控制系統(tǒng)的軟件要求相應(yīng)提高，增加了需要控制的軸，稍有不慎容易造成機(jī)械碰撞，帶來不必要的損失。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種在不改變原測量儀器運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的前提下，減少測頭在測量過程中的運(yùn)動(dòng)路程，進(jìn)而縮減測量時(shí)間的雙測頭結(jié)構(gòu)。本實(shí)用新型的雙測頭結(jié)構(gòu)，它包括測頭，所述的測頭為兩個(gè)，兩個(gè)所述的測頭的端部按照預(yù)定的間距固定連接在轉(zhuǎn)接板上，所述的轉(zhuǎn)接板與測量儀器主軸垂直固定相連。本實(shí)用新型的突出優(yōu)點(diǎn)是在原有測量儀器的基礎(chǔ)之上，將單測頭改為雙測頭，機(jī)械結(jié)構(gòu)改動(dòng)不大，容易實(shí)現(xiàn)，且不增加運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的復(fù)雜度，避免了運(yùn)動(dòng)過程中引入誤差，保證了原有儀器精度， 減小了測頭在測量過程中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間，提高了測量效率。

圖Ia和Ib是示例工件；圖加是現(xiàn)有的單測頭結(jié)構(gòu)圖；圖2b是本實(shí)用新型的雙測頭結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3a是圖2b所示的雙測頭結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)接板的一種實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)示意圖；圖北是圖2b所示的雙測頭結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)接板的另一種實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是用本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)用于接觸式觸發(fā)雙測頭取點(diǎn)方式示意圖；[0015]圖5是采用本實(shí)用新型的雙測頭結(jié)構(gòu)的移動(dòng)橋式坐標(biāo)測量機(jī)；圖6是回轉(zhuǎn)體工件單測頭取點(diǎn)示意圖；圖7是回轉(zhuǎn)體工件雙測頭取點(diǎn)示意圖；圖8是采用本實(shí)用新型的雙測頭結(jié)構(gòu)的懸臂梁式測量機(jī)。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合具體的實(shí)施例，并參照附圖，對本實(shí)用新型技術(shù)做進(jìn)一步的說明如圖2b和圖3a以及圖北所示的本實(shí)用新型的雙測頭結(jié)構(gòu)，它包括測頭，所述的測頭為兩個(gè)，兩個(gè)所述的測頭4、5的端部按照預(yù)定的間距固定連接在轉(zhuǎn)接板3上，所述的轉(zhuǎn)接板3與測量儀器主軸1垂直固定相連。所述的兩個(gè)測頭可以分別與轉(zhuǎn)接板螺紋連接；或者在所述的轉(zhuǎn)接板兩側(cè)各設(shè)置有一個(gè)凹槽，每一個(gè)所述的測頭通過螺母裝卡固定在與其對應(yīng)設(shè)置的一個(gè)凹槽內(nèi)。測頭4、5為接觸式觸發(fā)測頭，裝有星形探針6。其中，轉(zhuǎn)接結(jié)構(gòu)可以設(shè)計(jì)為可調(diào)與不可調(diào)兩種形式，圖3a和b所示為轉(zhuǎn)接結(jié)構(gòu)的兩種具體實(shí)現(xiàn)形式，如圖3a所示，轉(zhuǎn)接板3通過中間的螺紋孔與測量機(jī)主軸相連，兩測頭通過轉(zhuǎn)接板上左右兩螺紋孔固定在轉(zhuǎn)接板上，相對位置不可調(diào)，當(dāng)所測工件尺寸發(fā)生變化時(shí)， 需重新定做轉(zhuǎn)接板。可調(diào)式如圖北所示，轉(zhuǎn)接板兩側(cè)各有一凹槽，測頭裝卡在凹槽上，通過螺母固定在轉(zhuǎn)接板上，可通過調(diào)整測頭在凹槽上的位置來改變兩測頭的相對位置。允許待測工件尺寸在一定范圍內(nèi)發(fā)生改變。使用時(shí)，可根據(jù)實(shí)際需要來確定轉(zhuǎn)接板的具體結(jié)構(gòu)形式，但在測量過程中，兩測頭的相對位置是不變的。每當(dāng)更換轉(zhuǎn)接板或調(diào)整兩測頭相對位置之后都需要對測頭重新標(biāo)定，以保障測量精度?，F(xiàn)有單測頭的工作方式為一般先快速驅(qū)使測頭到達(dá)測量點(diǎn)表面法線上方很近的一點(diǎn)，再沿法線方向慢速探測測量點(diǎn)，然后后退一小段距離(0. 2mm-2mm)，以保護(hù)測頭免受傷害。本實(shí)用新型雙測頭結(jié)構(gòu)的工作方式測量圖1所示工件時(shí)，將工件置于兩測頭中間，兩探針位置與待測點(diǎn)位置如圖4所示，第一測頭4可沿探測矢量α對待測點(diǎn)a進(jìn)行測量，第二測頭5可沿探測矢量β對待測點(diǎn)b進(jìn)行測量，此時(shí)測量步驟為a)兩測頭4，5沿探測矢量α移動(dòng)(兩測頭相對位置固定，一起運(yùn)動(dòng))，使用第一測頭4獲取a點(diǎn)坐標(biāo)。b)兩測頭4，5沿與矢量α相反的方向回退一小段距離，確保測頭安全。c)兩測頭4，5沿探測矢量β移動(dòng)，使用第二測頭5獲取b點(diǎn)坐標(biāo)。d)兩測頭4，5沿與矢量β相反的方向回退一小段距離，確保測頭安全。e)根據(jù)測量方案，將測頭移動(dòng)到下一點(diǎn)。圖5所示為采用本實(shí)用新型雙測頭結(jié)構(gòu)的移動(dòng)橋式三坐標(biāo)測量機(jī)，工作臺(tái)8安裝在底座上，固定不動(dòng)，轉(zhuǎn)臺(tái)7安裝在工作臺(tái)上，可拆卸，橋框10可沿工作臺(tái)8上的導(dǎo)軌前后運(yùn)動(dòng)，滑架9安裝在橋框10上，可沿橋框10上的導(dǎo)軌左右移動(dòng)，主軸1安裝在滑架上9，可沿滑架上的導(dǎo)軌上下移動(dòng)，第一測頭4與第二測頭5通過轉(zhuǎn)接板3安裝在測量儀器主軸1 底部，移動(dòng)橋框10、滑架9與測量儀器主軸1，可實(shí)現(xiàn)測頭在X、Y、Z三個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)。本實(shí)施例中，使用通過轉(zhuǎn)接板3固定在主軸上的雙測頭代替原有的單測頭，可大大提高測量圖1 所示工件的效率。[0028]例如測量如圖Ia所示工件兩平行平面A、B兩面的平面度，根據(jù)工件的厚度和高度確定兩測頭之間的距離與兩測頭加長桿的長度，設(shè)計(jì)合適的轉(zhuǎn)接結(jié)構(gòu)，以確保測頭能探測到所有的待測點(diǎn)。測量方案為在A、B兩面上各取4個(gè)測量點(diǎn)，測量點(diǎn)空間坐標(biāo)由X、Y、Z三軸位置確定，根據(jù)4個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)使用最小二乘法進(jìn)行平面擬合，獲得平面度數(shù)值。使用單測頭測量的測量方法是使用單測頭在A面獲取所需的測點(diǎn)坐標(biāo)后，擬合得平面A，再對B面進(jìn)行取點(diǎn)，然后進(jìn)行擬合運(yùn)算。使用本實(shí)例雙測頭的測量方法是將工件置于兩測頭中間，第一測頭4對平面A取點(diǎn)后，立即使用第二測頭5對平面B取點(diǎn)，如圖4所示，減少了測頭行程，提高了測量效率。在測量套筒類回轉(zhuǎn)體工件的內(nèi)外徑、圓度、圓柱度等參數(shù)時(shí)，為了測量方便，使用轉(zhuǎn)臺(tái)結(jié)構(gòu)，將回轉(zhuǎn)體工件固定在轉(zhuǎn)臺(tái)7上，可隨轉(zhuǎn)臺(tái)7作繞豎直方向的轉(zhuǎn)動(dòng)。測點(diǎn)坐標(biāo)由測點(diǎn)Y軸位置，Z軸位置和轉(zhuǎn)臺(tái)角度構(gòu)成。使用坐標(biāo)測量機(jī)測量圓要素與圓柱要素的一般方法是在指定高度的圓周上取四個(gè)以上測量點(diǎn)的坐標(biāo)值，獲得圓要素，計(jì)算得被測圓的直徑值與圓度值。依次測量同一圓柱上四個(gè)以上不同高度的圓要素，獲得圓柱要素，計(jì)算得圓柱度值。例如某回轉(zhuǎn)體工件尺寸為高200mm，內(nèi)壁直徑標(biāo)稱值為100mm，外壁直徑標(biāo)稱值為120mm，待測尺寸是回轉(zhuǎn)體內(nèi)外壁圓柱度。在本實(shí)例中使用單測頭2的測量方案如圖6 所示測頭2移動(dòng)到A點(diǎn)，對外壁取點(diǎn)，轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)60度，再次對外壁取點(diǎn)，轉(zhuǎn)臺(tái)再旋轉(zhuǎn)60度， 再取點(diǎn)，依次取六個(gè)點(diǎn)，擬合得圓要素，然后在高度為B、C、D圓周上各取6個(gè)點(diǎn)獲取圓要素， 擬合得外壁圓柱度，然后將測頭移動(dòng)到A’ B’ C’ D’，配合轉(zhuǎn)臺(tái)取點(diǎn)，獲取圓要素，擬合得內(nèi)壁圓柱度。使用本實(shí)用新型的雙測頭結(jié)構(gòu)，測量方案如圖7所示雙測頭4，5移動(dòng)到A點(diǎn)，第一測頭4對內(nèi)壁取點(diǎn)，然后第二測頭5對外壁取點(diǎn)，取點(diǎn)完畢后，轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)，再次對內(nèi)外壁取點(diǎn)。這樣轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)一周，可同時(shí)獲得內(nèi)壁和外壁共兩個(gè)圓要素，將測頭依次移到B、C、D取點(diǎn)，即可獲取內(nèi)壁與外壁的圓柱度值。在雙測頭測量方案中，轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)一周，可獲取兩個(gè)圓要素，大大提高了測量效率。中小型測量機(jī)多采用移動(dòng)橋式結(jié)構(gòu)，將移動(dòng)橋式測量機(jī)的單測頭改裝為本實(shí)用新型的雙測頭結(jié)構(gòu)，機(jī)械結(jié)構(gòu)改動(dòng)不大，容易實(shí)現(xiàn)，而且并不需要改變原有測量機(jī)的控制系統(tǒng)，保留了原測量機(jī)的基本功能，可減少測量壁厚、壁厚差、回轉(zhuǎn)體內(nèi)外壁圓柱度等參數(shù)時(shí)測頭的運(yùn)動(dòng)路程，提高測量效率。本實(shí)用新型的雙測頭結(jié)構(gòu)可應(yīng)用于多種測量儀器，圖8所示為雙測頭結(jié)構(gòu)另一應(yīng)用，將雙測頭結(jié)構(gòu)裝于懸臂梁測量機(jī)上。立柱11與轉(zhuǎn)臺(tái)15安裝在固定在工作臺(tái)16上，滑架12安裝在立柱11上，可沿立柱11上下移動(dòng)，懸臂13安裝在滑架12上，可沿X方向移動(dòng)， 雙測頭通過轉(zhuǎn)接結(jié)構(gòu)14安裝在懸臂梁13上，配合轉(zhuǎn)臺(tái)可用于快速測量回轉(zhuǎn)體工件。
權(quán)利要求1.雙測頭結(jié)構(gòu)，它包括測頭，其特征在于所述的測頭為兩個(gè)，兩個(gè)所述的測頭的端部按照預(yù)定的間距固定連接在轉(zhuǎn)接板上，所述的轉(zhuǎn)接板與測量儀器主軸垂直固定相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙測頭結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的兩個(gè)測頭分別與轉(zhuǎn)接板螺紋連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙測頭結(jié)構(gòu)，其特征在于在所述的轉(zhuǎn)接板兩側(cè)各設(shè)置有一個(gè)凹槽，每一個(gè)所述的測頭通過螺母裝卡固定在與其對應(yīng)設(shè)置的一個(gè)凹槽內(nèi)。
專利摘要本實(shí)用新型公開了雙測頭結(jié)構(gòu)，它包括測頭，所述的測頭為兩個(gè)，兩個(gè)所述的測頭的端部按照預(yù)定的間距固定連接在轉(zhuǎn)接板上，所述的轉(zhuǎn)接板與測量儀器主軸垂直固定相連。本實(shí)用新型的突出優(yōu)點(diǎn)是在原有測量儀器的基礎(chǔ)之上，將單測頭改為雙測頭，機(jī)械結(jié)構(gòu)改動(dòng)不大，容易實(shí)現(xiàn)，且不增加運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的復(fù)雜度，避免了運(yùn)動(dòng)過程中引入誤差，保證了原有儀器精度，減小了測頭在測量過程中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間，提高了測量效率。
文檔編號G01B21/30GK202101656SQ20112015600
公開日2012年1月4日 申請日期2011年5月13日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月13日
發(fā)明者呂津瑋, 李想, 李醒飛, 董成軍, 譚文斌, 陳誠 申請人:天津大學(xué)