工件表面变形测定探测头及系统的制作方法

本实用新型涉及一种工件表面变形测定装置，尤其适用于表面形状复杂的工件的变形测定，属于测试计量技术领域。

背景技术：

对于一些工件，由于薄壁件热处理方法、加工精度、加工顺序先后不一致等因素，容易引起工件表面变形，在变形量超出一定范围时即为不合格工件。目前现状是：工件在进入下一工位前未进行表面变形判定，所有工序结束后整体装配时才发现工件变形过度，导致前期所有的工位都造成了加工浪费以及不良品浪费。

为了杜绝这种由于初期加工不合格导致的浪费现象的发生，有必要对工件表面变形进行提前测定。在工件进入下一个工序前，就需要对工件进行表面变形量的测定，不合格的产品将不再进入下一生产环节，从而有效降低生产环节的浪费。

但是工件，尤其是薄壁件的变形量一般较小，为1-2毫米，肉眼难以发现，且手工测量难度大。因此，对于其表面变形的测定一直是本领域技术人员致力于解决的难题。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题是提供一种测量精度高、响应速度快且结构简单的工件表面变形测定探测头及安装有该探测头的系统。

为了解决上述技术问题，本实用新型的技术方案是提供一种工件表面变形测定探测头，其特征在于：包括外壳，探针、力传导件、复位弹簧均设于外壳内部，探针的针头露于外壳外部；探针下部与力传导件连接，复位弹簧套设于探针外部，复位弹簧上端为力传导件，复位弹簧下端为外壳的内表面；探针的尾部穿过外壳与电极连接；

电极下方设有极距变化式电容位移传感器，电极与极距变化式电容位移传感器之间留有间隙。

优选地，所述探针外部同轴设有滑动衬套，探针可沿着滑动衬套轴向移动，滑动衬套设于所述外壳内部。

优选地，所述外壳顶部设有孔，所述探针的针头穿过该孔露于外壳外部。

优选地，所述探针通过螺钉与力传导件连接。

优选地，所述外壳外周设有安装座。

本实用新型还提供了一种工件表面变形测定系统，其特征在于：包括

上述的工件表面变形测定探测头；

用于安装工件表面变形测定探测头及待测工件的机架；

用于对极距变化式电容位移传感器的极距变化量进行处理并显示的处理及显示装置。

优选地，所述机架包括支架，夹具设于支架上，夹具上设有根据工件所要测量的变形面测定点所设计的安装板，工件表面变形测定探测头上部通过安装座设于安装板上，极距变化式电容位移传感器通过安装架设于安装板下方。

优选地，所述夹具上设有用于定位并支撑待测工件的定位销以及支承钉。

本实用新型还提供了一种工件表面变形测定方法，其特征在于：采用上述的工件表面变形测定系统，步骤为：

步骤1：取工件模板放置于各工件表面变形测定探测头上，设定此时各工件表面变形测定探测头的极距变化式电容位移传感器的电容量为基准值，此时的极距为标准距；

步骤2：取下工件模板，将待测定的工件放置于各工件表面变形测定探测头上，测量此时各工件表面变形测定探测头的极距变化式电容位移传感器的电容量变化量，从而求出此时的极距，此极距与标准距的差值即为形变量；

步骤3：通过显示器将该形变量及工件合格与否显示出来。

优选地，设定合格品的形变范围k1-k2，当形变量＞k2或者＜k1时，显示器将显示该工件不合格；当k1＜形变量＜k2时，显示器提示该工件合格。

本实用新型提供的装置利用接近传感器的工作原理，将工件的物理形变量转化为电容器的电容变化量，电容器的震荡状态的改变转化为电信号，再通过放大器放大后，转化为变化量输出值。根据需要的测定点个数布置探测头，并通过显示器输出每一个点的形变值及形变是否合格的信号。

本实用新型为薄壁件变形量的测量提供了一种安全可靠的新方法，其具有如下有益效果：

(1)灵敏性好，分辨力高。高阻抗、小功率，因而所需的输入力很小，输人能量也很低。电容式传感器因带电极板间静电引力极小，因此可以做得很灵敏，分辨力非常高，能感受0.001μm甚至更小的位移。

(2)温度稳定性好。传感器的电容值一般与电极材料无关，有利于选择温度系数低的材料，又因本身发热极小，对稳定性影响甚微。

(3)结构简单，适应性强。待测体是导体或半导体均可，可在恶劣环境中工作。电容式传感器结构简单，易于制造，可做得非常小巧，以实现某些特殊的测量；能工作在高低温、强辐射及强磁场等恶劣的环境中，也能对带有磁性的工件进行测量。

(4)动态响应好。由于极板间的静电引力很小，可动部分做得很小很薄，因此其固有频率很高，动态响应时间短。工件所有点的测量动作在工件放置好之后的1秒内即能完成。

附图说明

图1为本实施例提供的工件表面变形测定探测头外部结构示意图；

图2为本实施例提供的工件表面变形测定探测头内部结构示意图；

图3为本实施例提供的工件表面变形测定系统结构示意图；

图4为本实施例提供的工件表面变形测定系统工作示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本实用新型。应理解，这些实施例仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的范围。此外应理解，在阅读了本实用新型讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本实用新型作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

图1和图2分别为本实施例提供的工件表面变形测定探测头外部和内部结构示意图，所述的工件表面变形测定探测头由探针10、安装座20、外壳30、电极40、上部滑动衬套50、下部滑动衬套60、力传导件70、复位弹簧80、螺钉90构成。

探针10、上部滑动衬套50、下部滑动衬套60、力传导件70、复位弹簧80均位于外壳30内部。外壳30顶部开有小孔，探针10的针头穿过该小孔，露于外壳30外部。上部滑动衬套50、下部滑动衬套60分别套在探针10的上、下部外侧，探针10可沿着滑动衬套轴向单向移动，探针10下端通过螺钉90与力传导件70连接，即探针10穿过力传导件70；复位弹簧80套在探针10的底端，复位弹簧80上端为力传导件70、下端为外壳30的内表面。

同时，探针10穿过外壳30通过螺纹与电极40连接。电极40下方设有极距变化式电容位移传感器100。初始状态，电极40与极距变化式电容位移传感器100之间间隔一定的距离。

当探针10在变形面的压力作用下向下移动时，将带动传导件70压缩弹簧80，同时，通过螺纹连接的电极40一同向下运动，探针10的位移量即为变形面沿着探针方向的形变量，该形变量最后转化为极距变化式电容位移传感器100的极距变化量。

同时，为了探测头使用时自身的装配固定，在外壳30上部外周套有安装座20，安装座20与外壳30通过螺纹连接。

结合图3，本实施例还提供了一种工件表面变形测定系统，包括支架110，夹具120通过安装孔124安装在支架110上。根据工件所要测量的变形面测定点设计专用的安装板130，并安装在夹具120上。将探测头A安装在安装板130上，探测头的安装座20卡于安装板130上部，安装板130下部设有安装架140，通过安装架140将极距变化式电容位移传感器100安装在合适的位置。

同时，电容位移传感器100与处理器以及显示器连接。

结合图4，工件表面变形测定系统使用时，将工件150设于探测头上，并通过定位销121、122以及支承钉123定位并支撑住工件150。

工件表面变形测定系统的工作原理：设计、制作并安装好测定系统后，取工件模板通过支承钉支撑，设定此时电容量为基准值，此时的极距为标准距；然后取下模板，将待测定工件放置好后，测量此时的电容量变化量，从而可以求出此时的极距，此极距与标准距的差值即为形变量。

该形变量可以通过显示器显示出来，同时，设定合格品的形变范围k1-k2，当形变量＞k2或者＜k1时，显示器将显示该工件不合格；当k1＜形变量＜k2时，显示器提示该工件合格。