CN208834171U - 一种数控机床在线检测触发式三维线性测头 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种数控机床在线检测触发式三维线性测头，包括十字形固定杆和测针，所述十字形固定杆四周设有Y向平动机构双轴铰链第一导轨和第二导轨、X向平动机构双轴铰链第一导轨和第二导轨、Z向平动机构双轴铰链第一导轨和第二导轨，X向、Y向、Z向平动机构双轴铰链导轨内部安装有光栅尺位移传感器，所述测针右端安装有测针座，测针座右端固定连接测头外壳。本实用新型通过挡板回零装置进行复位并在X、Y、Z三个方向构建三个独立的双轴铰链导轨机构，使该数控机床在线检测触发式三维线性测头具有位移分辨率高、导向精度高，机械摩擦小，无间隙，不需要润滑，不存在爬行现象，结构紧凑，体积小，重量轻，易于加工装配等优点。

Description

一种数控机床在线检测触发式三维线性测头

技术领域

本实用新型涉及数控机床配件领域，具体为一种数控机床在线检测触发式三维线性测头。

背景技术

当前数控机床使用的接触式线性三维测头的导向机构主要有平行簧片嵌套式和簧片铰链嵌套式两种结构，测量设备主要采用光栅尺位移传感器、电感式位移传感器，平行簧片嵌套接触式线性三维测头采用三对在X、Y、Z方向空间平行的簧片紧凑地嵌套在一起的结构设计，结合数字输出式光栅和读数头技术，将三个轴的位移转化为光栅信号输出，对测点坐标进行测量，簧片铰链嵌套接触式线性三维测头采用簧片和铰链嵌套组成的导向导轨，借助电感式位移传感器检测位移信号，对测点坐标进行测量，平行簧片嵌套接触式线性三维测头的三个轴向测量运动结构嵌套一起，采用光栅尺位移传感器前一级测量运动机构误差直接影响后一级运动机构误差，并在后一级运动机构中放大，使综合测量误差较大，簧片铰链嵌套接触式线性三维测头的轴向尺寸偏大，很难保证轴线与待测工件的轴线在同一直线上，随机误差较大。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种数控机床在线检测触发式三维线性测头，具有位移分辨率高、导向精度高，机械摩擦小，无间隙，不需要润滑，不存在爬行现象，结构紧凑，体积小，重量轻，易于加工装配等优点，可在数控机床在线检测广泛应用，解决了现有技术中的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种数控机床在线检测触发式三维线性测头，包括十字形固定杆和测针，所述十字形固定杆上端设有Y向平动机构双轴铰链第一导轨和X向平动机构双轴铰链第一导轨，所述十字形固定杆下端设有Y向平动机构双轴铰链第二导轨和X向平动机构双轴铰链第二导轨，所述十字形固定杆后端设有Z向平动机构双轴铰链杆第一导轨，所述十字形固定杆前端设有Z向平动机构双轴铰链杆第二导轨，所述X向平动机构双轴铰链第一导轨、Y向平动机构双轴铰链第一导轨、Z向平动机构双轴铰链杆第一导轨内部均安装有光栅尺位移传感器，所述测针右端安装有测针座，所述测针座右端固定连接测头外壳，所述十字形固定杆左侧固定连接悬臂梁，所述悬臂梁上端固定连接Z向测头杆平衡调节第一弹簧，所述悬臂梁下端固定连接Z向测头杆平衡调节第二弹簧，所述Z向测头杆平衡调节第二弹簧下端固定连接Z向测头杆平衡调节丝杠螺母副，所述Z向测头杆平衡调节丝杠螺母副底端安装有Z向测头杆平衡调节电机，所述悬臂梁前端固定连接X向测头杆平衡调节第一弹簧，所述X向测头杆平衡调节第一弹簧后端固定连接X向测头杆平衡调节丝杠螺母副，所述X向测头杆平衡调节丝杠螺母副后端安装有X向测头杆平衡调节电机，所述悬臂梁前端固定连接X向测头杆平衡调节第二弹簧。

优选的，所述测针下端固定连接顶板，顶板左右两端分别设有挡板，挡板左右内侧分别安装有限位板，并且挡板上下两端固定连接拉簧，顶板长度和挡板之间的距离相等。

优选的，所述光栅尺位移传感器内部设有标尺光栅，标尺光栅后端固定连接指示光栅，指示光栅的一侧设有第一透镜，第一透镜的一侧设有光电元件，标尺光栅的一侧设有第二透镜，第二透镜外侧为光源。

优选的，所述十字形固定杆为X向平动机构双轴铰链第一导轨和X向平动机构双轴铰链第二导轨、Y向平动机构双轴铰链第一导轨和Y向平动机构双轴铰链第二导轨、Z向平动机构双轴铰链杆第一导轨和Z向平动机构双轴铰链杆第二导轨的公共固定板，十字形固定杆与测头外壳固定连接，测针通过螺母副与测针座相连，测针座与测头外壳固定连接。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果如下：

本实用新型的数控机床在线检测触发式三维线性测头，通过双轴铰链导轨来设计数控机床在线检测触发式三维线性测头的导向机构，光栅尺位移传感器来进行位移信息读取，挡板回零装置进行复位，在X、Y、Z三个方向构建三个独立的双轴铰链导轨机构，使测针座沿X、Y和Z轴任意方向的运动为平动，且X、Y和Z轴三个方向的运动相对独立，X、Y和Z轴任意一方向的误差不会影响其他方向误差，因此该数控机床在线检测触发式三维线性测头具有位移分辨率高、导向精度高，机械摩擦小，无间隙，不需要润滑，不存在爬行现象，结构紧凑，体积小，重量轻，易于加工装配等优点，可在数控机床在线检测广泛应用。

附图说明

图1为本实用新型的测头组成结构示意图；

图2为本实用新型的测头双轴铰链导向机构结构示意图；

图3为本实用新型的光栅位移传感器结构示意图；

图4为本实用新型的测头的挡板回零装置结构示意图。

图中：1、X向平动机构双轴铰链第一导轨；100、光栅尺位移传感器；101、X向平动机构双轴铰链第二导轨；2、Y向平动机构双轴铰链第一导轨；201、Y向平动机构双轴铰链第二导轨；3、Z向平动机构双轴铰链杆第一导轨；301、Z向平动机构双轴铰链杆第二导轨；4、测针；5、测针座；6、十字形固定杆；7、悬臂梁；8、Z向测头杆平衡调节第一弹簧；801、Z向测头杆平衡调节第二弹簧；9、X向测头杆平衡调节第一弹簧；901、X向测头杆平衡调节第二弹簧；10、X向测头杆平衡调节电机；11、X向测头杆平衡调节丝杠螺母副；12、Z向测头杆平衡调节丝杠螺母副；13、Z向测头杆平衡调节电机；14、测头外壳；15、光源；16、第二透镜；17、指示光栅；18、标尺光栅；19、第一透镜；20、光电元件；21、顶板；22、拉簧；23、限位板；24、挡板。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅图1-4，一种数控机床在线检测触发式三维线性测头，包括十字形固定杆6和测针4，十字形固定杆6是X向平动机构双轴铰链第一导轨1和X向平动机构双轴铰链第二导轨101、Y向平动机构双轴铰链第一导轨2和Y向平动机构双轴铰链第二导轨201、Z向平动机构双轴铰链杆第一导轨3和Z向平动机构双轴铰链杆第二导轨301的公共固定板，十字形固定杆6与测头外壳14固定连接，测针4通过螺母副与测针座5相连，测针座5与测头外壳14固定连接，十字形固定杆6上端设有Y向平动机构双轴铰链第一导轨2和X向平动机构双轴铰链第一导轨1，十字形固定杆6下端设有Y向平动机构双轴铰链第二导轨201和X向平动机构双轴铰链第二导轨101，十字形固定杆6后端设有Z向平动机构双轴铰链杆第一导轨3，十字形固定杆6前端设有Z向平动机构双轴铰链杆第二导轨301，X向平动机构双轴铰链第一导轨1、Y向平动机构双轴铰链第一导轨2、Z向平动机构双轴铰链杆第一导轨3内部均安装有光栅尺位移传感器100，光栅尺位移传感器100内部设有标尺光栅18，标尺光栅18后端固定连接指示光栅17，指示光栅17的一侧设有第一透镜19，第一透镜19的一侧设有光电元件20，标尺光栅18的一侧设有第二透镜16，第二透镜16外侧为光源15，标尺光栅18相对于指示光栅17移动时，便形成大致按正弦规律分布的明暗相间的叠栅条纹，这些条纹以光栅的相对运动速度移动，并直接照射到光电零部件上，在它们的输出端得到一串电脉冲，通过放大、整形、辨向和计数系统产生数字信号输出，直接显示被测的位移量，测针4右端安装有测针座5，测针4下端固定连接顶板21，顶板21左右两端分别设有挡板24，挡板24左右内侧分别安装有限位板23，并且挡板24上下两端固定连接拉簧22，顶板21长度和挡板24之间的距离相等，当测针4受力向右移动时，顶板21推动右边挡板24向右运动，外力消失后，挡板24在拉簧22的拉力下回到限位板23位置，同时把顶板21推回原位置，测针座5右端固定连接测头外壳14，十字形固定杆6左侧固定连接悬臂梁7，悬臂梁7上端固定连接Z向测头杆平衡调节第一弹簧8，悬臂梁7下端固定连接Z向测头杆平衡调节第二弹簧801，Z向测头杆平衡调节第二弹簧801下端固定连接Z向测头杆平衡调节丝杠螺母副12，Z向测头杆平衡调节丝杠螺母副12底端安装有Z向测头杆平衡调节电机13，悬臂梁7前端固定连接X向测头杆平衡调节第一弹簧9，X向测头杆平衡调节第一弹簧9后端固定连接X向测头杆平衡调节丝杠螺母副11，X向测头杆平衡调节丝杠螺母副11后端安装有X向测头杆平衡调节电机10，悬臂梁7前端固定连接X向测头杆平衡调节第二弹簧901。

工作原理：本数控机床在线检测触发式三维线性测头，在X、Y、Z其中任意一方向测量时，测头与被测工件接触之后，测针4会受到工件对它的X(Y、Z)方向的反作用力，使测针4从它的零位置沿X(Y、Z)反方向平行移动一段距离，此时，X向平动机构双轴铰链第一导轨1和X向平动机构双轴铰链第二导轨101、Y向平动机构双轴铰链第一导轨2和Y向平动机构双轴铰链第二导轨201、Z向平动机构双轴铰链杆第一导轨3和Z向平动机构双轴铰链杆第二导轨301的平动板与十字形固定杆6就会在X(Y、Z)方向形成一个平行四边形机构，使测针座5沿X(Y、Z)轴任意方向的运动为平动，且X、Y和Z轴三个方向的运动相对独立，X、Y和Z轴任意一方向的误差不会影响其他方向误差；当该测头测量复杂自由曲面时，机械主体感受被测工件的形状变化，可以通过X、Y、Z向双轴铰链导轨平动机构将任意方向的位移转换为X、Y、Z向的平动位移，X、Y、Z轴任意一方向的位移信息可通过安装在X(Y、Z)导向机构上的光栅尺位移传感器100进行读取，光栅尺位移传感器100将测头测得位移值以脉冲信号输出，脉冲信号经过信号调理电路处理之后，通过USB接口发送到上位机，上位机就可以实时的显示工件在测头坐标系下的三维坐标，测量结束后，在复位机构的作用下，回到X(Y、Z)向零位。

综上所述：本实用新型的数控机床在线检测触发式三维线性测头，通过双轴铰链导轨来设计数控机床在线检测触发式三维线性测头的导向机构，光栅尺位移传感器100来进行位移信息读取，挡板24回零装置进行复位，在X、Y、Z三个方向构建三个独立的双轴铰链导轨机构，使测针座5沿X、Y和Z轴任意方向的运动为平动，且X、Y和Z轴三个方向的运动相对独立，X、Y和Z轴任意一方向的误差不会影响其他方向误差，因此该数控机床在线检测触发式三维线性测头具有位移分辨率高、导向精度高，机械摩擦小，无间隙，不需要润滑，不存在爬行现象，结构紧凑，体积小，重量轻，易于加工装配等优点，可在数控机床在线检测广泛应用，因而有效的解决了现有技术中的问题。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型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，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (4)

1.一种数控机床在线检测触发式三维线性测头，包括十字形固定杆(6)和测针(4)，其特征在于：所述十字形固定杆(6)上端设有Y向平动机构双轴铰链第一导轨(2)和X向平动机构双轴铰链第一导轨(1)，所述十字形固定杆(6)下端设有Y向平动机构双轴铰链第二导轨(201)和X向平动机构双轴铰链第二导轨(101)，所述十字形固定杆(6)后端设有Z向平动机构双轴铰链杆第一导轨(3)，所述十字形固定杆(6)前端设有Z向平动机构双轴铰链杆第二导轨(301)，所述X向平动机构双轴铰链第一导轨(1)、Y向平动机构双轴铰链第一导轨(2)和Z向平动机构双轴铰链杆第一导轨(3)的内部均安装有光栅尺位移传感器(100)，所述测针(4)右端安装有测针座(5)，所述测针座(5)右端固定连接测头外壳(14)，所述十字形固定杆(6)左侧固定连接悬臂梁(7)，悬臂梁(7)上端固定连接Z向测头杆平衡调节第一弹簧(8)，所述悬臂梁(7)下端固定连接Z向测头杆平衡调节第二弹簧(801)，所述Z向测头杆平衡调节第二弹簧(801)下端固定连接Z向测头杆平衡调节丝杠螺母副(12)，所述Z向测头杆平衡调节丝杠螺母副(12)底端安装有Z向测头杆平衡调节电机(13)，所述悬臂梁(7)前端固定连接X向测头杆平衡调节第一弹簧(9)，所述X向测头杆平衡调节第一弹簧(9)后端固定连接X向测头杆平衡调节丝杠螺母副(11)，所述X向测头杆平衡调节丝杠螺母副(11)后端安装有X向测头杆平衡调节电机(10)，所述悬臂梁(7)前端固定连接X向测头杆平衡调节第二弹簧(901)。

2.根据权利要求1所述的一种数控机床在线检测触发式三维线性测头，其特征在于：所述测针(4)下端固定连接顶板(21)，顶板(21)左右两端分别设有挡板(24)，挡板(24)左右内侧分别安装有限位板(23)，并且挡板(24)上下两端固定连接拉簧(22)，顶板(21)长度和挡板(24)之间的距离相等。

3.根据权利要求1所述的一种数控机床在线检测触发式三维线性测头，其特征在于：所述光栅尺位移传感器(100)内部设有标尺光栅(18)，标尺光栅(18)后端固定连接指示光栅(17)，指示光栅(17)的一侧设有第一透镜(19)，第一透镜(19)的一侧设有光电元件(20)，标尺光栅(18)的一侧设有第二透镜(16)，第二透镜(16)外侧为光源(15)。

4.根据权利要求1所述的一种数控机床在线检测触发式三维线性测头，其特征在于：所述十字形固定杆(6)为X向平动机构双轴铰链第一导轨(1)和X向平动机构双轴铰链第二导轨(101)、Y向平动机构双轴铰链第一导轨(2)和Y向平动机构双轴铰链第二导轨(201)、Z向平动机构双轴铰链杆第一导轨(3)和Z向平动机构双轴铰链杆第二导轨(301)的公共固定板，十字形固定杆(6)与测头外壳(14)固定连接，测针(4)通过螺母副与测针座(5)相连，测针座(5)与测头外壳(14)固定连接。