CN111780654A - 一种全方向三维精密测量头及其高精度连续测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种全方向三维精密测量头及其高精度连续测量方法，所述壳体下端设有探针安装部，所述探针安装部内从上至下依次设有霍尔传感器、环形磁体、圆形磁体和探针，所述探针的尾部为半球形，且端面朝上，所述探针安装部底部开设有便于探针半球形尾部转动回位的弧面导向槽，所述弧面导向槽底部中心处开设有锥形的喇叭孔，所述圆形磁体固定于探针尾部的端面上，且与环形磁体磁力互斥。与现有技术相比，本发明其结构更加简单，且检测精准度更高,能实现全方向测量，现有的探头设计在水平面上一般只能从有限个方向进行测量。而我们的这个发明可以从任何方向进行连续的线测量。

Description

一种全方向三维精密测量头及其高精度连续测量方法

技术领域

本发明涉及三维精密机械，尤其涉及一种全方向三维精密测量头及其高精度连续测量方法。

背景技术

三维测量仪是指通过三维取点来进行测量的一种仪器，基本原理就是通过探测传感器(探头)与测量空间轴线运动的配合，对被测几何元素进行离散的空间点位置的获取，然后通过一定的数学计算，完成对所测得点(点群)的分析拟合，最终还原出被测的几何元素，并在此基础上计算其与理论值(名义值)之间的偏差，从而完成对被测零件的检验工作。现有高精度的三维测量仪结构复杂，操作比较麻烦，且一台测量精度较高的三维测量仪价格基本在几十万元，价格昂贵，使用成本高。

因此研发了CN201920239252.8一种低成本三维测量仪，公开了一种低成本三维测量仪，涉及精密测量仪器技术领域，在3D雕刻机上设置有用于放置被测工件的水平平台，3D雕刻机连接有位于水平平台上方的探测头，被测工件和探测头均可导电，3D雕刻机电性连接有控制板，控制板内设置有限位开关，限位开关分别连接有导线A和导线B，导线A另一端与探测头连接，导线B另一端与被测工件连接，当探针接触到工件时，整个电流回路导通，微电脑将立即停止电机的运动并取得当前探针位置。这样就解决现有三维测量仪结构复杂，操作比较麻烦，且价格昂贵，使用成本高的技术问题。

申请人基于上述三维测量仪设计了，CN201920244773.2一种优化简易三维测量头，该专利公开了一种低成本简易三维测量探头，包括块状探头夹，块状探头夹的四侧面及底部均垂直贯穿设置有伸缩式探针，伸缩式探针均固定在块状探头夹上，伸缩式探针可伸缩的一端均连接有金属探头，金属探头分别正对块状探头夹的四侧面及其底面。

使用过程中发现，该探头有存在以下问题：1.要求被测工件必须导电，无法测量不导电的工件。2.块状探头夹较大，不能进行小孔测量，探头无法伸入孔内。3.因为探测头的探测针都不能偏转，平面上只能从X，Y两个方向接近工件，不能进行全方向即周向测量。4.只能进行点测量，无法实现连续的线测量。

发明内容

本发明的目的就在解决上述问题，实现高精准度的全方向三维精密测量头及其高精度连续测量方法。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种全方向三维精密测量头，包括壳体，所述壳体下端设有探针安装部，所述探针安装部内从上至下依次设有霍尔传感器、环形磁体、圆形磁体和探针，所述探针的尾部为半球形，且端面朝上，所述探针安装部底部开设有便于探针半球形尾部转动回位的弧面导向槽，所述弧面导向槽底部中心处开设有锥形的喇叭孔，所述圆形磁体固定于探针尾部的端面上，且与环形磁体磁力互斥。

作为优选，所述霍尔传感器固定于环形磁体顶部，所述环形磁体固定于探针安装部内。

作为优选，所述圆形磁体的直径小于环形磁体。

作为优选，所述探针安装部、探针、圆形磁体、环形磁体、霍尔传感器位于同一中轴线上。

作为优选，所述壳体内还设有电源和微型处理器，所述电源为微型处理器供电，所述微型处理与霍尔传感器电信号连接，所述微型处理器自带无线传输模块。

作为优选，所述壳体上设有窗口,可作为蓝牙窗口,便于发出无线信号。

作为优选，所述壳体内设有支撑底板和盖板，所述电源和微型处理器均固定于支撑底板和盖板之间。

作为优选，所述探针的探针头是耐磨钢球或红宝石球头。

一种全方向三维精密测量头的高精度连续测量方法，测量方法如下，将探头的探针靠近工件待测面，并沿着待测面移动，探针带动上端的磁铁移动，霍尔传感器透过环形磁铁的孔探测下方圆形磁铁的微小位移，并将感应到的微小移动发送给微型处理器，微型处理器通过运算后实现高精度和连续的测量。

作为优选，所述微型处理器的处理方法，先在微型处理器的内存储探针各方向上的位移值与霍尔值的对应数据，通过临近值插值法就可计算出探针的位移值和方向。

作为优选，所述微型处理器通过蓝牙、WIFI或TTL串口将数据发给上位机。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

(1)现有探头都有弹簧、滑块、限位块等结构，会带来各种误差，本发明则没有这些复杂结构，而采用磁力定位，免除了机械磨损误差，其结构更加简单，且检测精准度更高，测量精准度能达到微米级。

(2)本发明能实现全方向测量，现有的探头设计在水平面上一般只能从有限个方向进行测量。比如：只有X，Y两个方向。而本发明设计的探头则可以从任何一个角度接近工件进行测量，探针能全方位转动不受检测方位的限制。

(3)本发明能实现连续测量。现有的探头是点测量，每次测量一个点后，探针与工件必须脱离接触后，再测下一个点。而我们可以进行连续的线测量。这样就可以实现完美的自动寻边测量功能。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明的剖面结构示意图；

图3为本发明的局部放大示意图；

图4为霍尔传感器、环形磁体、圆形磁体和探针的结构示意图。

图中：1、壳体；2、探针安装部；3、探针；4、上盖；5、窗口；6、霍尔传感器；7、环形磁体；8、圆形磁体；9、喇叭孔；10、电源；11、微型处理器。

具体实施方式

下面将对本发明作进一步说明。

实施例1：参见图1-图4，一种全方向三维精密测量头，包括壳体1，所述壳体1下端设有探针安装部2，所述探针安装部2内从上至下依次设有霍尔传感器6、环形磁体7、圆形磁体8和探针3，所述探针3的尾部为半球形，且端面朝上，所述探针3尾部位于探针安装部2内，所述探针安装部2底部开设有便于探针3半球形尾部转动回位的弧面导向槽，所述弧面导向槽底部中心处开设有锥形的喇叭孔9，所述圆形磁体8固定于探针3尾部的端面上，且与环形磁体7磁力互斥。

本发明利用探针3尾部的半球面结构和探头底部弧面导向槽结构，以及环形磁体7与圆形磁体8同性相斥的原理，使固定的环形磁体7完成对探针3顶端圆形磁体8的柔性固定，并提供测量时全方位的弹性，以及测量后优良的复位功能。

所述霍尔传感器6透过环形磁铁的孔，精准的探测捕捉下方圆形磁铁的微小位移，并传送给微型处理器11。

所述霍尔传感器6固定于环形磁体7顶部，所述环形磁体7固定于探针安装部2内。

所述探针安装部2、探针3、圆形磁体8、环形磁体7、霍尔传感器6位于同一中轴线上，使探针3在未测量时，始终精准的位于中轴线上，所述圆形磁体8的直径小于环形磁体7，圆形磁体8上方的环形磁体7，固定在探针安装部2的腔体内壁，环形磁体7安装的方向与下方的圆形磁体8互斥，这个磁力将探针3往下压，提供探针3上在垂直方向上的弹性，另外环形磁体7的互斥力还将圆形磁体8往内推，这样就自动将探针3扶正，并提供探针3在水平面上任何一个角度上的弹性。

此外，在上述柔性固定方式基础上，本发明在探头的探针安装部2的底部开设有锥形的喇叭孔9，喇叭孔9上宽下窄，使探针3在触碰到工件时可产生倾斜，以此保护探针3，避免探针3与工件硬接触导致其变形损坏，喇叭孔9的结构可实现探针3在周向上任意方向倾斜，使探针3能全方位转动不受检测方位的限制。

所述壳体1内还设有电源10和微型处理器11，所述电源10为微型处理器11供电，所述微型处理与霍尔传感器6电信号连接，所述微型处理器11自带无线传输模块，可通过蓝牙、WIFI或TTL串口将数据发给上位机。所述壳体1内设有支撑底板和盖板，所述电源10和微型处理器11均固定于支撑底板和盖板之间，支撑底板用于支撑微电脑电池等内部零件，盖板用于固定电池微电脑等零件。所述壳体1上设有窗口5，可作为蓝牙窗口5，方便蓝牙信号的发出而在壳体1侧面开出的窗口5，以透明材料封住窗口5。壳体1顶部设有上盖4，所述上盖4上可设有TTL信号接口的接线柱，TTL信号接口的接线柱与微型处理器11电信号连接，便于数据发送。作为优选方案，壳体1内也可不设电源10和微型处理器11，直接采用接线方式输出到上位机。

一种全方向三维精密测量头的高精度连续测量方法，测量方法如下，将探头的探针3靠近工件待测面，并沿着待测面连续移动，探针3带动上端的磁铁移动，霍尔传感器6透过环形磁铁的孔探测下方圆形磁铁的微小位移，并将感应到的微小移动发送给微型处理器11，微型处理器11利用存储在内的探针3各方向上的位移值与霍尔值的对应数据，通过临近值插值法就可计算出探针3的位移值和方向，实现高精度和连续的测量。并可通过蓝牙、WIFI或TTL串口将相关数据发给上位机。

以上对本发明所提供的一种全方向三维精密测量头及其高精度连续测量方法进行了详尽介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，对本发明的变更和改进将是可能的，而不会超出附加权利要求所规定的构思和范围，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种全方向三维精密测量头，包括壳体，其特征在于：所述壳体下端设有探针安装部，所述探针安装部内从上至下依次设有霍尔传感器、环形磁体、圆形磁体和探针，所述探针的尾部为半球形，且端面朝上，所述探针安装部底部开设有便于探针半球形尾部转动回位的弧面导向槽，所述弧面导向槽底部中心处开设有锥形的喇叭孔，所述圆形磁体固定于探针尾部的端面上，且与环形磁体磁力互斥，起到自动恢复探针回到垂直位置的作用，并提供向下和周向测量时所需要的弹性。

2.根据权利要求1所述的一种全方向三维精密测量头，其特征在于：所述霍尔传感器固定于环形磁体顶部，所述环形磁体固定于探针安装部内。

3.根据权利要求1所述的一种全方向三维精密测量头，其特征在于：所述圆形磁体的直径小于环形磁体。

4.根据权利要求1所述的一种全方向三维精密测量头，其特征在于：所述探针安装部、探针、圆形磁体、环形磁体、霍尔传感器位于同一中轴线上。

5.根据权利要求1所述的一种全方向三维精密测量头，其特征在于：所述壳体内还设有电源和微型处理器，所述电源为微型处理器供电，所述微型处理与霍尔传感器电信号连接，所述微型处理器自带无线传输模块。

6.根据权利要求5所述的一种全方向三维精密测量头，其特征在于：所述壳体上设有窗口。

7.根据权利要求5所述的一种全方向三维精密测量头，其特征在于：所述壳体内设有支撑底板和盖板，所述电源和微型处理器均固定于支撑底板和盖板之间。

8.根据权利要求1所述的一种全方向三维精密测量头的高精度连续测量方法，其特征在于：测量方法如下，将探头的探针靠近工件待测面，并沿着待测面移动，探针带动上端的磁铁移动，霍尔传感器透过环形磁铁的孔探测下方圆形磁铁的微小位移，并将感应到的微小移动发送给微型处理器，微型处理器通过运算后实现高精度和连续的测量。

9.根据权利要求8所述的一种全方向三维精密测量头的高精度连续测量方法，其特征在于：所述微型处理器的处理方法，先在微型处理器的内存储探针各方向上的位移值与霍尔值的对应数据，通过临近值插值法就可计算出探针的位移值和方向。

10.根据权利要求8所述的一种全方向三维精密测量头的高精度连续测量方法，其特征在于：所述微型处理器通过蓝牙、WIFI或TTL串口将数据发给上位机。

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