CN115790349A - 一种接触式测头调试装置及其调试方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种接触式测头调试装置及其调试方法，该接触式测头包括测头本体、测针和测球，其中接触式测头调试装置包括：夹持机构，包括固定端和升降端，固定端用于水平固定接触式测头，升降端连接于固定端，用于调节固定端和接触式测头的高度；测量机构，包括调试台、位移传感器和传感器调节件，调试台设置于测球的下方且其调试端相对测球设置，用于驱动测球沿竖直方向移动，位移传感器设置于测球的上方并相对测球设置，位移传感器的测量方向与测球的移动方向平行，传感器调节件连接于位移传感器。本发明中的接触式测头调试装置可以检测测球相对测头本体在不同角度安装时该测头信号触发稳定性，从而选择适当的角度安装测球。

Description

一种接触式测头调试装置及其调试方法

技术领域

本发明涉及接触式测头技术领域，尤其涉及一种接触式测头调试装置及其调试方法。

背景技术

利用在位测量功能，使得零件无需二次装夹，可以避开二次装夹带来的安装误差与装夹变形误差，大大缩短零件的加工周期，在保证了机床加工精度的前提下可极大提高生产效率，而接触式测头作为一种精密测量仪器，是在位测量技术中的重要部分，其精度将直接影响在位测量的精度。因此，接触式测头在使用前需要进行调试，从而选择测头触发稳定性信号的适当安装角度。

例如，专利CN101750005A，开一种基于接触式测头的自动柔性检具检测系统，包括可调式工装、测头座、接触式测头、控制器、软件以及主控计算机，系统采用可调式柔性工装固定工件、采用带通讯口接触式测头测量相对尺寸误差，测头安装在可以自由调节测头姿态的测头座上，通过控制器，一个或多个测头与主控计算机连接，主控计算机控制测量数据的采集和处理，实现工件误差的自动检测，系统软件具备对测量数据进行统计并提供统计过程控制所需信息，并实现系统的自适应校准。

现有的接触式测头均类似于上述专利中的安装方式，接触式测头都是以整体式结构安装在机床上使用，机床上的工件一般情况下都是具有X、Y、Z三个方向的移动功能，实际使用中接触式测头的测球在通过侧壁抵接工件时，工件可以从X、Y两个方向靠近测球，测球在水平方向上安装角度不同时，其触发测头信号所需要移动的位移量也不同，因为测头触发信号的预行程十分微小，普通设备难以测量，现有的机床在安装完接触式测头后只能对接触式测头的整体安装位置进行粗调节，然而其均缺乏测球调试装置，无法调试接触式测头中测球的安装角度，对于一些高精度的加工机床，无法有效保证接触式测头具有较高触发精度和稳定性。因此，需要一种能够对接触式测头的测球进行调试的装置，以便选找出测球相对测头本体适合的安装角度。

发明内容

有鉴于此，有必要提供一种接触式测头调试装置及其角度调试方法，解决现有技术中的接触式测头无法调试测球相对测头本体的安装角度的技术问题。

为达到上述技术目的，本发明的技术方案提供一种接触式测头调试装置，该接触式测头包括测头本体、测针和测球，其包括：

夹持机构，包括固定端和升降端，所述固定端用于水平固定所述接触式测头，所述升降端连接于所述固定端，用于调节所述固定端和所述接触式测头的高度；

测量机构，包括调试台、位移传感器和传感器调节件，所述调试台设置于所述测球的下方且其调试端相对所述测球设置，用于驱动所述测球沿竖直方向移动，所述位移传感器设置于所述测球的上方并相对所述测球设置，所述位移传感器的测量方向与所述测球的移动方向平行，用于检测所述测头本体输出稳定信号时所述测球的移动量，所述传感器调节件连接于所述位移传感器，以便调节所述位移传感器相对所述测球的位置；

辅助测量机构，包括过渡板及其调节端，所述过渡板设置于所述测球和所述位移传感器之间，所述调节端连接于所述过渡板，用于驱使所述过渡板的上下两端分别抵接至所述测球和所述位移传感器，以便所述测球和所述位移传感器的检测端对位。

进一步的，还包括固定底座，所述固定底座设置于所述测量机构和所述辅助测量机构的下方并相对所述夹持机构设置，用于支撑并固定所述测量机构和所述辅助测量机构。

进一步的，所述夹持机构包括固定箱体、滑杆和固定套筒，所述固定端为固定箱体，所述升降端为滑杆，所述固定箱体沿水平方向开设有用于固定所述测头本体的容纳槽，所述测头本体的一端可转动插设于所述容纳槽，所述滑杆竖直设置于所述固定箱体的底部且其一端连接至所述固定箱体，所述固定套筒设置于所述固定箱体的底部且沿竖直方向开设有滑槽，所述滑杆的另一端滑动插设于所述滑槽，用于调节所述固定箱体及所述测头本体的高度。

进一步的，所述调试台为微动测量台架，所述微动测量台架设置于所述固定底座并相对所述测球设置。

进一步的，还包括支撑平板，所述支撑平板放置于所述微动测量台架的垂直升降端并相对所述测头设置。

进一步的，所述位移传感器为接触式数字传感器。

进一步的，所述传感器调节件为磁性表座。

进一步的，所述过渡板为柔性铰链。

进一步的，所述调节端包括调节杆和夹持块，所述调节杆竖直设置于所述固定底座，所述夹持块的一端滑动并转动连接于所述调节杆、另一端连接于所述柔性铰链，用于调节所述柔性铰链相对所述测球的位置。

本发明还提供一种接触式测头的调试方法，包括上述的接触式测头调试装置，其还包括以下操作步骤：

步骤一、调整各机构的相对位置，根据接触式测头上测球的位置调整微动测量台架与接触式数字传感器的位置，使得接触式测头的测球的两侧分别刚好接触到柔性铰链和支撑平板且处在没有触发的状态，同时接触式数字传感器抵接至柔性铰链且其测量方向和测球的运动方向平行；

步骤二、进行接触式测头信号触发测试，通过微动测量台架驱动支撑平板上升，使得支撑平板带动测球产生接触位移，实时观察接触式测头的信号触发情况，直至接触式测头触发信号稳定，记录测头本体触发稳定性信号时接触式数字传感器所测得的数据备用，然后将微动测量台架复位；

步骤三、调节接触式测头的测量角度，转动接触式测头中测球相对测头本体的安装角度，使得测球相对接触式数字传感器的抵接点改变，但是测球的移动方向始终和接触式数字传感器的测量方向平行，重复上述步骤一调节其相应的微动测量台架与接触式数字传感器的位置，重复上述步骤二的实验操作并记录数据；

步骤四、测量数据分析与处理，通过数据分析测球不同安装角度下接触式测头触发信号的稳定性，同时测量出接触式测头触发稳定性信号时测球的位移量，从而找到接触式测头触发稳定性信号时测球的适当安装角度，并建议此方向作为接触式测头检测时的安装方向。

与现有技术相比，本发明的有益效果包括：本发明的测量装置可以用来检测接触式测头中测球相对测头本体在不同角度安装时触发信号的稳定性，同时还能通过位移传感器检测出接触式测头触发稳定信号时所需要的位移量；

采用本发明提供的测量方法可以通过信号检测快速地判断接触式测头是否满足精度要求，以便快速地找出测球精度最高的测量角度，利用接触式测头最优的测量角度工作，可以有效的提高机床在位测量系统的测量精度，提高加工的效率与产品质量。

附图说明

图1是本发明提供的实施例-接触式测头调试装置的结构示意图；

图2是本发明提供的实施例-接触式测头调试装置中接触式测头和夹持机构的装配示意图；

图3是本发明提供的实施例-接触式测头调试装置中测量机构和辅助测量机构的装配示意图；

图4是本发明提供的实施例-接触式测头调试装置中测球的移动示意图；

图5是本发明提供的接触式测头调试方法的操作流程示意图。

1、夹持机构；11、固定箱体；12、滑杆；13、固定套筒；2、测量机构；21、调试台；22、位移传感器；23、传感器调节件；3、辅助测量机构；31、过渡板；32、调节端；321、调节杆；322、夹持块；4、固定底座；5、支撑平板；10、接触式测头；101、测头本体；102、测针；103、测头。

具体实施方式

下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。

参照图1和图3，本发明提供了一种接触式测头调试装置，该接触式测头10包括测头本体101、测针102和测球103，其包括夹持机构1、测量机构2和辅助测量机构3，

所述夹持机构1包括固定端和升降端，所述固定端用于水平固定所述接触式测头10，所述升降端连接于所述固定端，用于调节所述固定端和所述接触式测头10的高度；

所述测量机构2包括调试台21、位移传感器22和传感器调节件23，所述调试台21设置于所述测球103的下方且其调试端相对所述测球103设置，用于驱动所述测球103沿竖直方向移动，所述位移传感器22设置于所述测球103的上方并相对所述测球103设置，所述位移传感器22的测量方向与所述测球103的移动方向平行，用于检测所述测头本体10输出稳定信号时所述测球103的移动量，所述传感器调节件23连接于所述位移传感器22，以便调节所述位移传感器22相对所述测球103的位置；

所述辅助测量机构3包括过渡板31及其调节端32，所述过渡板31设置于所述测球103和所述位移传感器22之间，所述调节端32连接于所述过渡板31，用于驱使所述过渡板31的上下两端分别抵接至所述测球103和所述位移传感器22，以便所述测球103和所述位移传感器22的检测端对位。

夹持机构1用于固定接触式测头10，以便将测球103水平方向的移动转化为竖直方向的移动，使得测量机构2可以水平安装，方便测量机构2对接触式测头10进行测量，在测量过程中，可以通过调试台21控制测球沿竖直方向移动产生接触位移，以便测头本体101输出信号，位移传感器22用于检测测球103的位移量，通过传感器调节件23则可以调整位移传感器22相对测球103的位置，以便测球103角度调整后可以随之调节位移传感器22的位置，辅助测量机构3则用于辅助测量机构2对接触式测头10进行多角度的测量，其中，过渡板31用于连接测球103和位移传感器22，使得测球103和位移传感器22的接触方式从点对点变成点对面，便于数据的测量，调节端32则用于调整过渡板31的位置，以便根据测球103的调整实时调节过渡板31的位置，则可以通过不同角度测量得出的数据对接触式测头10的测球103进行调整，以便选择适当的安装角度，使得接触式测头10可以保证高精度的测量，从而提高机床的加工精度。

本发明提供的实施例中，该调试装置还包括固定底座4，所述固定底座4设置于所述测量机构2和所述辅助测量机构3的下方并相对所述夹持机构1设置，用于支撑并固定所述测量机构2和所述辅助测量机构3。

参照图2，本发明提供的实施例中，所述夹持机构1包括固定箱体11、滑杆12和固定套筒13，所述固定端为固定箱体，所述升降端为滑杆，所述固定箱体11沿水平方向开设有用于固定所述测头本体101的容纳槽，所述测头本体101的一端可转动插设于所述容纳槽，所述滑杆12竖直设置于所述固定箱体11的底部且其一端连接至所述固定箱体11，所述固定套筒13设置于所述固定箱体11的底部且沿竖直方向开设有滑槽，所述滑杆12的另一端滑动插设于所述滑槽，用于调节所述固定箱体11及所述测头本体101的高度。

本发明提供的实施例中，所述调试台21为微动测量台架，所述微动测量台架21设置于所述固定底座4并相对所述测球103设置。其中，固定底座4上还设置有平口钳，用于夹紧固定微动测量台架，微动测量台架和平口钳均为现有技术中常见的结构，此处不再赘述。

本发明提供的实施例中，该调试装置还包括支撑平板5，所述支撑平板5放置于所述微动测量台架的垂直升降端并相对所述测球103设置。其中，支撑平板5可以是硬质合金板，其表面光滑平整，用于避免微动台架工作表面的凹槽使得测球在测量过程中产生抖动影响测量结果。

本发明提供的实施例中，所述位移传感器22为接触式数字传感器，所述传感器调节件23为磁性表座，通过该磁性表座可以多方位的调节接触式数字传感器的位置，使得接触式数字传感器可以正对测球并使其测量方向和测球移动方向平行，以便完成测球的调试。

本发明提供的实施例中，所述过渡板31采用柔性铰链，所述调节端32包括调节杆321和夹持块322，所述调节杆321竖直设置于所述固定底座4，所述夹持块322的一端滑动并转动连接于所述调节杆321、另一端连接于所述柔性铰链，用于调节所述柔性铰链相对所述测球103的位置。

本发明还提供一种接触式测头的调试方法，包括上述的接触式测头调试装置，其还包括以下操作步骤：

步骤一、调整各机构的相对位置，根据接触式测头上测球的位置调整微动测量台架与接触式数字传感器的位置，使得接触式测头的测球的两侧分别刚好接触到柔性铰链和支撑平板且处在没有触发的状态，同时接触式数字传感器抵接至柔性铰链且其测量方向和测球的运动方向平行；此时，建立测量坐标系，所述接触式测头的测针尖端红宝石球体的圆心定义为测量参考原点O_p(O_px,O_py,O_pz)，红宝石球体半径为r_p，柔性铰链高度为h，数字传感器与柔性铰链的接触点的坐标为：

步骤二、进行接触式测头信号触发测试，通过调节微动测量台架的微分螺杆，使其斜块沿着X方向运动，与此同时斜块在Y轴方向上产生一个微小的位移Δy，通过微动测量台架驱动支撑平板上升，每次旋转测量微动台架的微分螺杆一格，使得支撑平板带动测球产生接触位移0.02μm，实时观察接触式测头的信号触发情况，直至接触式测头触发信号稳定，记录测头本体触发稳定性信号时接触式数字传感器所测得的数据备用，记录测球触发稳定性输出信号的读数为x_i，其中，i为重复测量实验的次数，然后将微动测量台架复位；其中，为了测得数据的准确性，需要重复测量十次，记录每次的数据为x1-x10。

测量过程时接触式数字传感器抵接至柔性铰链且其测量方向和测球的运动方向平行是为了减少阿贝误差。阿贝误差是指测量仪器的轴线与待测工件的轴线须在同一直线上。否则即产生误差，此误差称为阿贝误差。参照图4，当测球与接触式数字传感器不在同一条轴线上时，即触发时测球与接触式数字传感器存在一个角度差α以及水平差(阿贝臂)ΔZ，则阿贝误差可以表示为：

δ＝ΔZ·α

则触发时接触式数字传感器与柔性铰链接触点的坐标为：

步骤三、调节接触式测头的测量角度，转动接触式测头中测球相对测头本体的角度，使得测球相对接触式数字传感器的抵接点改变，但是测球的移动方向始终和接触式数字传感器的测量方向平行，重复上述步骤一调节其相应的微动测量台架与接触式数字传感器的位置，重复上述步骤二的实验操作并记录数据；其中，接触式测头的每次转动角度为30°，则需要转动接触式测头十二次，以此测得接触式测头不同角度下的信号触发稳定性所需的位移量。

步骤四、测量数据分析与处理，通过数据分析测球不同安装角度下接触式测头触发信号的稳定性，同时测量出接触式测头触发稳定性信号时测球的位移量，从而找到接触式测头触发稳定性信号时测球的适当安装角度，并建议此方向作为接触式测头检测时的安装方向。其中，需要对每次不同角度的多次数据进行分析，对所得到的数据进行处理，在剔除异常值后分别求得测量结果的极差、方差、标准差：

采用上述公式计算，通过所求得的极差R、方差s、标准差σ来分析该角度下接触式测头的触发稳定性，从而找到接触式测头测量稳定性最好的工作角度，在实际使用过程中使用该角度进行测量即可提高在位测量的测量精度。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种接触式测头调试装置，该接触式测头包括测头本体、测针和测球，其特征在于，包括：

夹持机构，包括固定端和升降端，所述固定端用于水平固定所述接触式测头，所述升降端连接于所述固定端，用于调节所述固定端和所述接触式测头的高度；

测量机构，包括调试台、位移传感器和传感器调节件，所述调试台设置于所述测球的下方且其调试端相对所述测球设置，用于驱动所述测球沿竖直方向移动，所述位移传感器设置于所述测球的上方并相对所述测球设置，所述位移传感器的测量方向与所述测球的移动方向平行，用于检测所述测头本体输出稳定信号时所述测球的移动量，所述传感器调节件连接于所述位移传感器，以便调节所述位移传感器相对所述测球的位置；

辅助测量机构，包括过渡板及其调节端，所述过渡板设置于所述测球和所述位移传感器之间，所述调节端连接于所述过渡板，用于驱使所述过渡板的上下两端分别抵接至所述测球和所述位移传感器，以便所述测球和所述位移传感器的检测端对位。

2.根据权利要求1所述的接触式测头调试装置，其特征在于：还包括固定底座，所述固定底座设置于所述测量机构和所述辅助测量机构的下方并相对所述夹持机构设置，用于支撑并固定所述测量机构和所述辅助测量机构。

3.根据权利要求1所述的接触式测头调试装置，其特征在于：所述夹持机构包括固定箱体、滑杆和固定套筒，所述固定端为固定箱体，所述升降端为滑杆，所述固定箱体沿水平方向开设有用于固定所述测头本体的容纳槽，所述测头本体的一端可转动插设于所述容纳槽，所述滑杆竖直设置于所述固定箱体的底部且其一端连接至所述固定箱体，所述固定套筒设置于所述固定箱体的底部且沿竖直方向开设有滑槽，所述滑杆的另一端滑动插设于所述滑槽，用于调节所述固定箱体及所述测头本体的高度。

4.根据权利要求2所述的接触式测头调试装置，其特征在于：所述调试台为微动测量台架，所述微动测量台架设置于所述固定底座并相对所述测球设置。

5.根据权利要求4所述的接触式测头调试装置，其特征在于：还包括支撑平板，所述支撑平板放置于所述微动测量台架的垂直升降端并相对所述测头设置。

6.根据权利要求1所述的接触式测头调试装置，其特征在于：所述位移传感器为接触式数字传感器。

7.根据权利要求1所述的接触式测头调试装置，其特征在于：所述传感器调节件为磁性表座。

8.根据权利要求2所述的接触式测头调试装置，其特征在于：所述过渡板为柔性铰链。

9.根据权利要求8所述的接触式测头调试装置，其特征在于：所述调节端包括调节杆和夹持块，所述调节杆竖直设置于所述固定底座，所述夹持块的一端滑动并转动连接于所述调节杆、另一端连接于所述柔性铰链，用于调节所述柔性铰链相对所述测球的位置。

10.一种接触式测头的调试方法，包括权利要求1-9任一项所述的接触式测头调试装置，其特征在于：

还包括以下操作步骤：

步骤一、调整各机构的相对位置，根据接触式测头上测球的位置调整微动测量台架与接触式数字传感器的位置，使得接触式测头的测球的两侧分别刚好接触到柔性铰链和支撑平板且处在没有触发的状态，同时接触式数字传感器抵接至柔性铰链且其测量方向和测球的运动方向平行；

步骤二、进行接触式测头信号触发测试，通过微动测量台架驱动支撑平板上升，使得支撑平板带动测球产生接触位移，实时观察接触式测头的信号触发情况，直至接触式测头触发信号稳定，记录测头本体触发稳定性信号时接触式数字传感器所测得的数据备用，然后将微动测量台架复位；

步骤三、调节接触式测头的测量角度，转动接触式测头中测球相对测头本体的安装角度，使得测球相对接触式数字传感器的抵接点改变，但是测球的移动方向始终和接触式数字传感器的测量方向平行，重复上述步骤一调节其相应的微动测量台架与接触式数字传感器的位置，重复上述步骤二的实验操作并记录数据；

步骤四、测量数据分析与处理，通过数据分析测球不同安装角度下接触式测头触发信号的稳定性，同时测量出接触式测头触发稳定性信号时测球的位移量，从而找到接触式测头触发稳定性信号时测球的适当安装角度，并建议此方向作为接触式测头检测时的安装方向。

Images