一种三维测头防撞针方法与装置

1.本发明针对三维测头测量时可能会出现的撞针现象设计一种防撞针方法，属于精密测量领域。


背景技术：

2.三维测头是一种精密测量装置，其内部高度集成了多种传感器和精密微动部件和机构，能够实现被测表面数据的精确获取。尤其是在齿轮测量领域，极大地提升了齿轮测量精度，为齿轮制造误差的溯源提供了充足的参考数据。
3.三维测头能够从三个方向接触被测件表面，前端测针在受到与被测面接触力时产生变形，测针的变化状态通过侧头内部集成的导向微位移模块的变化，带动传感器采集到数据。但是，由于测针属于贵重部件，自身强度有限。所以为了避免测针由人为操作不当或者程序乱码等导致损坏，需要对测针进行极限位置保护设计。
4.针对上述发现的问题以及对测针实现长效寿命使用，根据三维测头结构特点以及测量方式，提出一种防撞针方法，提升测针的测量效率，减少未知因素对测针的损坏。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提出一种三维测头防撞针的方法，在原有测头结构基础上增加三个方向上的监控装置，在不影响测量数据的前提下实现对测针极限变形的监控。该方法能够有效的实现测针防撞针效果，具有反应灵敏度高，兼具电子和机械防撞。
6.为实现上述三维测头防撞针目的，本发明专利采用了如下技术方案：
7.三维测头防撞针方法与装置，包括磁吸凹槽、测针底座、测针杆、导向微位移模块底座、导向微位移模块与外壳定位孔、微动开关安装位、磁吸结构、微动开关、上极板、高弹性圆柱杆、分隔板、导向微位移模块固定板、l型部件、压块、缓冲弹簧、测头外壳、导向微位移模块、三维测头模块。
8.其特征如下：
9.在测量时，三维测头的测针可以从三个方向接触被测表面，分别是x方向，y方向和z方向。其中，x，y的接触变形基本一致，可由一套装置完成监控，z轴单独设计监控装置。
10.所述特征一是探针和导向微动模块之间采用磁吸定位，不仅能够保证定位的准确性也能保证良好的定位重复精度。
11.所述特征二是均布于导向微动模块上的磁吸定位结构，采用三个半圆曲面，三个曲面磁性采取nns或者nss的形式，其中nn和ss曲面采取不同的充磁方式，一个采取径向充磁，则另外一个采取轴向充磁。
12.所述特征三是探针前端包括测针和测针磁吸底座，其中底座采取与导向微动模块磁吸结构互补的形式——等直径凹槽结构，其中充磁方式与导向微动模块底部相同，保证相互之间吸引，不同之间相互排斥。
13.所述特征四是位于导向微动模块底部，磁吸结构中间部位，布置一个触点开关，在
磁吸结构生效后，触点开关闭合，测头电路导通，发出工作信号。在测头接触导致测针倾斜时，触点开关断开，测头发出无法正常工作信号。
14.上述四个特征监控x，y方向的测量。
15.所述特征五是位于导向微动模块前端，设置一个微动开关及缓冲弹簧，在z轴产生极限位移时，微动开关触点接触上端面，驱使微动开关触发，迫使测头驱动电机断电，停止进一步产生微位移，保护测头安全。缓冲弹簧防止位移变化过快，避免造成微动开关等部件损坏。
16.所述微动特征是导向微位移模块内部存在正交布置的弹性圆柱杆，圆柱杆分为两层，每层横纵分别布置两根，在测头受到轴向力作用时，弹性圆柱杆发生偏转。
17.与现有技术相比，本发明提供一种三维测头防撞针方法和结构，具有以下效果：
18.1、采取的曲面磁吸结构，既能保证定位的准确性又能提升重复定位的精度，经过计算进行充磁，保证在出现极限接触力时，磁吸部分能够及时脱开。
19.2、微动开关加缓冲弹簧结构，保证在z轴方向上发生极限接触时，能防止过快接触导致部件损坏，又能利用微动开关断开测头驱动电机，保证测头安全。
附图说明
20.图1是本发明三维测头防撞针新结构测针底座；
21.图2是本发明三维测头防撞针下极板视图一；
22.图3是本发明三维测头防撞针下极板视图二；
23.图4是本发明三维测头防撞针下极板安装微动开关；
24.图5是本发明三维测头防撞针上极板带微动开关；
25.图6是本发明三维测头防撞针导向微位移新模块整体结构图；
26.图7是本发明三维测头防撞针导向微位移新模块剖视图；
27.图8是本发明三维测头防撞针整体新型结构图。
28.图中：1、磁吸凹槽，2、测针底座，3、测针杆，4、导向微位移模块底座，5、微动开关安装位，6、磁吸结构，7、微动开关，8、上极板，9、高弹性圆柱杆，10、分隔板，11、导向微位移模块固定板，12、17、l型部件，13、14、压块，15、缓冲弹簧，16、导向微位移模块，18、测头外壳，19、三维测头模块，20、导向微位移模块安装孔。
具体实施方式
29.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
30.请参阅图1-8所示，一种三维测头防撞针方法与装置包括导向微位移模块16、三维测头模块19两组部件。
31.所述导向微位移模块16通过下端导向微位移模块底座4上所具有的两个螺栓孔与测头外壳18形成紧固连接，共同构成三维测头模块19；导向微位移模块16代表的是z向受力的一个模块，xy向受力是在z向模块的基础上进行一定的反转和旋转变换，导向微位移模块
16用于测量测针杆3受到z向力时产生的位移变化量，三维测头模块19用以固定和保护测头微位移模块，并与其他外部的壳体连接(图中未示出)。
32.三维测头模块19中，测针杆3安装于测针底座2上，测针底座2端面设计有磁吸凹槽1；所述磁吸凹槽1与导向微位移模块16的底座4中设计的磁吸结构6相互之间形成互补结构，通过磁力吸附在一起；所述磁吸凹槽1和磁吸结构6采用磁极的nns或者ssn形式，其中nn或者ss部位采用不同的充磁方式，一种采用径向充磁，则另外一种采用轴向充磁。所述磁吸结构的优势在于重复定位精度良好，充磁方式保证了定位的唯一性。
33.对于所述导向微位移模块16除上述所描述的特征以外，还存在一个微动开关安装位5，内置一个微动开关7，在测针底座2与导向微位移模块底座4吸附在一起时，将按压安装位5内的微动开关7实现闭合，给系统返回吸合完成的指示，此时整套系统才可以正常工作，如若微动开关7不能闭合，则系统会发出警示，提示测针底座安装不合格的状态。
34.对于所述导向微位移模块16的上极板8，其上安装一个微动开关7，如图5所示，并在微动开关7的周围布置有一缓冲弹簧15，其所具体实现是在测针受到沿z轴方向的测力时，缓冲弹簧15会受力被压缩；当接触力到达弹簧极限时，缓冲弹簧15被极限压缩，微动开关7会与导向微位移模块固定板11接触，触发微动开关7产生闭合动作，断开外部系统驱动电路同时发出危险警示，保护测头安全。
35.微动特征是导向微位移模块16内部存在正交布置的高弹性圆柱杆9，高弹性圆柱杆9分为两层，每层横纵分别布置两根，每层为四根，总数为八根，第一压块13和第二压块14压在高弹性圆柱杆9上，紧固高弹性圆柱杆9。在测头受到轴向力作用时，弹性圆柱杆9发生偏转。
36.对于所述分隔板10上有两个安装孔位，通过该孔位与l型部件17进行安装；导向微位移模块固定板11通过其上的导向微位移模块安装孔位20与其他导向模块进行安装；整个导向微位移模块16通过导向微位移模块底座4上的两个螺栓孔与测头外壳18紧固连接，共同构成三维测头模块19。
37.所述测针杆3尖端的测球在受到沿z轴方向的力时，导向微位移模块4受力变形，推动l型部件12产生位移，此时，高弹性圆柱杆9产生变性，导向微位移模块4上面承载的传感器下极板和分隔板10上承载的传感器极板输出位移变化数据。
38.需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
39.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。