CN214276853U - 测量装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及测量装置，包括：壳体，其具有相对设置的封闭端和敞开端；支承件，其在所述敞开端接合至所述壳体，所述支承件包括形成有扩张段的通孔，所述扩张段的横截面朝向所述封闭端递增；测杆，其沿自身轴向可运动地安置在所述壳体内；位移传感器，其设置在所述壳体上并具有连接至所述测杆的可动部；转换机构，其可运动地穿设在所述通孔中并与所述测杆驱动接合，所述转换机构具有由所述扩张段支承的截球部和连接至所述截球部并经所述通孔伸出所述支承件的待测工件接合端。

Description

测量装置

技术领域

本实用新型涉及位移测量技术领域，尤其涉及测量装置。

背景技术

目前已知有多种接触式传感测量装置。这种传感测量装置通常包括固定件和装有触针的可动件。当触针触测工件时，可动件偏离其静止位置，通过传感器可以感受触针的触测并产生信号送至用来测量固定件位置的系统中。在各种已知的接触式传感测量装置中，触针与工件的接触由多个压电装置感受或由加速度计或其它测量传感器感受。通常，为了具有更高的灵敏度，这些测量传感器只感受与工件接触瞬间触发的一个信号，或受限只感受单向的触针实际位移量。

机床测量装置分两种类型，一种是目前主流使用的触发式测头，其主要作用是精确判断测针与待测工件表面的接触时刻，并通知数控机床及时锁存此时的主轴坐标，这种测量装置需要数控系统的支持，存在测量效率不高且测量误差难以补偿等缺陷，而且由于需要机床数控系统支持和集成，对不同操作系统无法兼容，使得成本居高不下，难以普及和推广使用。另一种是测量式测头，其通过传感测量技术电测接触测针的角位置或位移，从而获得测针偏摆角度量或移动距离量，这种测头可以脱离机床操作系统独立完成测量，但不足之处在于，为了具有更高的灵敏度，它们通常只能感受单向的触针实际位移量。

因此，行业内对能降低或取消对数控系统的依赖，又能从多个方向感受和检测触针实际位移量的全向性测量装置存在需求。

实用新型内容

本实用新型旨在提供一种至少能解决上述部分技术问题的测量装置。

根据本实用新型的一个方面，提供了一种测量装置，包括：壳体，其具有相对设置的封闭端和敞开端；支承件，其在所述敞开端接合至所述壳体，所述支承件包括形成有扩张段的通孔，所述扩张段的横截面朝向所述封闭端递增；测杆，其沿自身轴向可运动地安置在所述壳体内；位移传感器，其设置在所述壳体上并具有连接至所述测杆的可动部；转换机构，其可运动地穿设在所述通孔中并与所述测杆驱动接合，所述转换机构具有由所述扩张段支承的截球部和连接至所述截球部并经所述通孔伸出所述支承件的待测工件接合端。

在一些实施例中，所述扩张段与所述测杆同轴设置。

在一些实施例中，所述测杆包括杆体和设置在所述杆体的端部的第一顶板，所述转换机构具有设置在所述截球部处并与所述第一顶板抵接的第二顶板。

在一些实施例中，所述杆体上套设有轴封，所述轴封的端部抵接至所述第一顶板的背向所述第二顶板的侧面。

在一些实施例中，所述杆体上套设有偏压弹簧，该偏压弹簧对该测杆施力以使该测杆与该第二顶板抵接。

在一些实施例中，所述位移传感器包括：固定部，其安装在所述壳体上；可动部，其活动地接合至所述固定部；连接件，其连接在所述可动部与所述杆体之间；其中该偏压弹簧抵压在该壳体的内壁与该连接件之间。

在一些实施例中，该第二顶板为圆形板并与该截球部同轴设置，该第二顶板垂直于该测杆的轴向取向。

在一些实施例中，所述转换机构包括：活动件，其穿过该支承件的通孔并在其一端形成所述截球部；杆状件，其连接至该活动件的远离该截球部的另一端；球状件，其设置在该杆状件的远离该活动件的端部，该球状件形成或限定出所述待测工件接合端。

在一些实施例中，就该第二顶板的横截面看，所述第二顶板包括相对设置的两个直边缘和连接在所述两个直边缘之间的圆弧面。

在一些实施例中，所述圆弧面的半径与所述球状件的半径之比等于所述圆弧面的中心到所述截球部的中心的距离与所述截球部的中心到所述球状件的中心的距离之比。

本实用新型的其它特征和优点的一部分将会是本领域技术人员在阅读本申请后显见的，另一部分将在下文的具体实施方式中结合附图描述。

附图说明

以下，结合附图来详细说明本实用新型的实施例，其中：

图1是根据本实用新型的实施例的测量装置的剖视图，其中转换机构未偏摆；

图2是根据本实用新型的实施例的测量装置的剖视图，其中转换机构处于偏摆状态；

图3是根据本实用新型的实施例的测杆的示意图；

图4是根据本实用新型的实施例的转换机构的示意图；

图5是根据本实用新型的实施例的转换机构的剖视图。

附图标记说明：

11、壳体；111、第一腔室；112、第一端壁；113、第二端壁；114、第一周壁段；115、第二周壁段；116、第二腔室；12、支承件；121、通孔；122、扩张段；13、封闭端；14、敞开端；2、位移传感器；21、外罩；22、固定部；23、可动部；24、连接件；3、测杆；31、杆体；32、第一顶板；33、轴封；4、转换机构；41、杆状件；42、球状件；43、第二顶板；432、圆弧面；44、活动件；441、截球部；5、偏压弹簧；6、轴承；7、待测工件；9、测量装置。

具体实施方式

现参考附图，详细说明本实用新型所公开的测量装置的示意性方案。尽管提供附图是为了呈现本实用新型的一些实施方式，但附图不必按具体实施方案的尺寸绘制，并且某些特征可被放大、移除或局剖以更好地示出和解释本实用新型的公开内容。附图中的部分构件可在不影响技术效果的前提下根据实际需求进行位置调整。在说明书中出现的短语“在附图中”或类似用语不必参考所有附图或示例。

在下文中被用于描述附图的某些方向性术语，例如“内”、“外”、“上方”、“下方”和其它方向性术语，将被理解为具有其正常含义并且指正常看附图时所涉及的那些方向。除另有指明，本说明书所述方向性术语基本按照本领域技术人员所理解的常规方向。

本实用新型中所使用的术语“第一”、“第一个”、“第二”、“第二个”及其类似术语，在本实用新型中并不表示任何顺序、数量或重要性，而是用于将一个部件与其它部件进行区分。

本实用新型提供一种测量装置，其能够实现全向在位测量。图1和图2示出该测量装置的一个实施例。如图所示，测量装置9包括壳体11、支承件12、位移传感器2、测杆3和转换机构4。在所示实施例中，壳体11和支承件12为分体组装式结构。壳体11具有相对设置的第一端壁112和第二端壁113，并在第一端壁112与第二端壁113之间连接有第一周壁段114。第一周壁段114与第一端壁112和第二端壁113一起围设出第一腔室111。第一端壁112和第二端壁113各自形成有连通第一腔室111的开口，以安装测杆3。第一周壁段114可以是在周向上不封闭的，从而形成与第一腔室111连通的开口，以安装位移传感器2。第二周壁段115从第二端壁113向远离第一端壁112的方向伸出。由此，壳体11在第一端壁112一侧形成封闭端13，在第二端壁113一侧形成敞开端14。

支承件12在壳体11的敞开端14接合至壳体11的第二周壁段115，并封盖该敞开端14。支承件12与第二端壁113轴向间隔开，由此支承件12、第二端壁113和第二周壁段115共同围设出第二腔室116。支承件12形成有连通第二腔室116的通孔121，并在通孔121的朝向第一端壁112的一端形成有扩张段122，该扩张段122的横截面沿靠近壳体11的封闭端13的方向逐渐增加。在一个实施例中，扩张段122构造成截头圆锥面。在其他实施例中，扩张段122可构造成截球形面、抛物线形面等弧形面。

在其他实施例中，壳体11与支承件12也可以是一体成型的整体结构。

测杆3的一端穿过第一端壁112的开口，另一端穿过第二端壁113的开口并延伸到第二腔室116中以抵接转换机构4。测杆3可以沿其自身轴线方向运动。测杆3上套设有偏压弹簧5，用以向测杆3施力而使测杆3抵压转换机构4。为了对测杆3提供稳定的支承，第一端壁112的开口和第二端壁113的开口各自设有轴承6例如滑动轴承，测杆3的两端穿设在对应的轴承6中。在一个实施例中，测杆3在壳体11内定位成与支承件12的通孔121的扩张段122同轴。

如图3所示，测杆3可被构造成分体式结构，其包括杆体31和连接至杆体31的第一顶板32。杆体31穿设在第一端壁112和第二端壁113中，偏压弹簧5套设在杆体31上。第一顶板32容置在第二腔室116中。测杆3上还可以设置有轴封33，以防止杂质进入壳体11内。轴封33可以套设在杆体31上并抵接在第二端壁113与第一顶板32的朝向第二端壁113的侧面之间。轴封33例如可以选用波纹管或其他可轴向变形的密封部件，以避免对测杆3的轴向运动产生影响。在其他实施例中，杆体31和第一顶板32可以是一体成型的整体件。

转换机构4的一部分置于第二腔室116中用以抵接测杆3，另一部分经通孔121伸出支承件12，该伸出部分构造出测针，测针的端部形成有待测工件接合端。转换机构4相对于支承件12可活动地设置，在转换机构4的伸入通孔121的部分中形成有截球部441，截球部441以其球形表面抵接在支承件12的扩张段122上。截球部441与支承件12的扩张段122配合，可以实现截球部441的全向回转以及复位定心功能。无论以何种方向来推动转换机构4，都可以借由截球部441在扩张段122表面的回转运动而推动测杆3，形成测杆3沿自身轴线方向的直线运动。借助于前述的轴承6和支承件12的扩张段122，可以支承测杆沿轴向的运动顺畅稳定，并确保转换机构在壳体内保持稳定的位置，还可以在转换机构4处于静止状态时使测杆3与转换机构4的测针同轴。

在图1和图2所示的实施例中，在第二腔室116内容纳有转换机构4的第二顶板43，在偏压弹簧5的作用下，第一顶板32始终抵靠在第二顶板43上。例如为圆形板的第二顶板43可以与截球部441一体成型。在这里，截球部441作为穿设在支承件12的通孔121中的活动件44的一部分，活动件44的另一部分穿过通孔121伸出支承件12。第二顶板43和活动件44可以是一体成形的。如图4和图5所示，杆状件41连接至活动件44的伸出支承件12的端部。连接方式例如可以采用螺纹连接、焊接、粘接、紧配合等。在杆状件41的远离活动件44的端部连接有作为测球的球状件42，球状件42构造成或限定出待测工件接合端。在所示实施例中，活动件44和杆状件41同轴设置并构造成或限定出测量装置9的测针。

在一些实施例中，如图5所示，从第二顶板43的横截面看，第二顶板43包括相对设置的两个直边缘和连接在两个直边缘之间的圆弧面432。从图4所示的立体图来看，圆弧面432沿第二顶板43的圆周方向延伸从而形成环绕第二顶板43外周的圆环。转换机构4构造成杠杆转换机构，圆弧面432的中心到截球部441的中心与球状件42的中心到截球部441的中心组成双正弦杠杆。为了获得各向一致的杠杆比，可以设置圆形的第二顶板43与截球部441同轴，且第二顶板43垂直于测杆3的轴向取向。圆弧面432的半径r1与球状件42的半径r2的比值等于圆弧面432的中心到截球部441的中心的距离R1与球状件42的中心到截球部441的中心的距离R2的杠杆比值，这样可以避免在计算测杆的实际位移时因杠杆转换而存在非线性测量误差，并获得一致的杠杆比值，有利于测量数据的处理和应用。

如图1所示，在转换机构4无偏摆动作时，在偏压弹簧5作用下，第二顶板43的顶面与第一顶板32的底面贴合抵接。在测针被待测工件推动做轴向运动时，测杆3以同样的位移量被轴向推动。如图2所示，当待测工件7沿与轴向成一定角度的方向推动球状件42使转换机构4发生偏摆时，第二顶板43相对于第一顶板32偏移并以圆弧面432推动第一顶板32，从而带动测杆3做杠杆比量的轴向位移。当停止推动球状件42后，在偏压弹簧5的作用下，测杆3抵压转换机构4并使转换机构4从偏转状态恢复至静置状态。

为了对测杆3的轴向移动量进行测量，将位移传感器2通过第一周壁段114的开口安装在第一腔室111中。如图1和图2所示，位移传感器2的固定部22被固定在壳体11上，位移传感器2的可动部23被接合至固定部22并可相对于固定部22移动。连接件24将可动部23与测杆3相互连接以使可动部23能随测杆3移动。在所示实施例中，连接件24连接至测杆3的杆体31，偏压弹簧5抵压在第一端壁112的内侧面与连接件24之间。可以在固定部22和可动部23外设置外罩21，外罩21安置在第一端壁112与第二端壁113之间，且外罩21的外侧面可以与壳体11的外周面平齐，以确保外观的整体一致性。位移传感器2感测测杆3的轴向位移量，并将测量结果发送到接收端进行后续处理。发送方式可以是无线发送或有线发送。接收端可以是移动终端如手机、平板电脑、手提电脑等，或者可以是服务器。通过获取测杆3的轴向位移量，再按照杠杆比值可以换算出球状件42的实际偏摆位移量，从而实现偏摆位移量的测量。

位移传感器2例如可以是高分辨力的线位移测量传感器，比如高分辨力容栅位移传感器、微纳光栅位移传感器、微纳电感式位移传感器、高精度磁传感器等。在本实用新型中，高分辨力是以微纳级来计的。以高分辨力容栅位移传感器为例，固定部由其定极板或定尺形成，可动部由其动极板或动尺形成。虽然受外形尺寸和测针长度的影响，测量装置的杠杆比值往往会小于1，但通过采用微纳级的高分辨力位移传感器，杠杆比值的不利影响得到很好的弥补。由于采用的是双正弦杠杆传动，加上优化的结构位置和构件尺寸比，避免了杠杆转换存在的非线性测量误差，并能获得一致的杠杆比值，有利于测量数据的处理和应用。由于采用的是截球部回转支承以及带有圆弧面的转换杠杆，满足了各个侧向均能实现偏摆位移测量的需求。

根据本实用新型提供的测量装置具有以下技术效果：

1.本实用新型的测量装置采用高分辨力位移传感器感受测针实际位移量的方式进行测量，与传统触发式测头相比，不受测量速度对测量精度的影响，可以脱离测量机控制系统完成测量，更利于产品的推广使用。

2.本实用新型的测量装置属于一种全向性测量装置，能利用杠杆换向特性将测针的侧向摆动转换成统一的测杆轴向移动，以截球部球面轴承回转实现测量各方向的适应性，并以第二顶板与测针绕截球部球面转动组成双正弦杠杆机构实现测量量的位移驱动转换。利用本实用新型的测量装置，只用一个位移传感器即可实现X、Y、Z三维空间的各个方向的位移量检测，满足各种测量需求。

3.本实用新型采取优化的全向性测量结构，通过将第二顶板与截球部同心布置并垂直于测杆轴线取向，其中第二顶板的圆弧面半径与测球半径之比等于两个正弦机构的杠杆比，避免杠杆转换存在的非线性测量误差并获得一致的杠杆比值，方便产品的生产制造，利于获得较大的测量范围和实现高的测量精度。

4.本实用新型的测量装置通过一种结构具备多种功能简化了结构。在本实用新型中，第二顶板具有杠杆比转换功能、杠杆换向功能、测杆轴向稳定支承功能；截球部具有全向回转功能及复位定心功能。这样可使结构简洁，提高产品的可靠性，方便生产制造。

应当理解，虽然本说明书是按照各个实施例描述的，但并非每个实施例仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其它实施方式。

以上所述仅为本实用新型示意性的具体实施方式，并非用以限定本实用新型的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本实用新型的构思和原则的前提下所作的等同变化、修改与结合，均应属于本实用新型保护的范围。

Claims (10)

1.一种测量装置，其特征在于，包括：

壳体，其具有相对设置的封闭端和敞开端；

支承件，其在所述敞开端接合至所述壳体，所述支承件包括形成有扩张段的通孔，所述扩张段的横截面朝向所述封闭端递增；

测杆，其沿自身轴向可运动地安置在所述壳体内；

位移传感器，其设置在所述壳体上并具有连接至所述测杆的可动部；

转换机构，其可运动地穿设在所述通孔中并与所述测杆驱动接合，所述转换机构具有由所述扩张段支承的截球部和连接至所述截球部并经所述通孔伸出所述支承件的待测工件接合端。

2.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述扩张段与所述测杆同轴设置。

3.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述测杆包括杆体和设置在所述杆体的端部的第一顶板，所述转换机构具有设置在所述截球部处并与所述第一顶板抵接的第二顶板。

4.根据权利要求3所述的测量装置，其特征在于，所述杆体上套设有轴封，所述轴封的端部抵接至所述第一顶板的背向所述第二顶板的侧面。

5.根据权利要求3所述的测量装置，其特征在于，所述杆体上套设有偏压弹簧，该偏压弹簧对该测杆施力以使该测杆与该第二顶板抵接。

6.根据权利要求5所述的测量装置，其特征在于，所述位移传感器包括：

固定部，其安装在所述壳体上；

可动部，其活动地接合至所述固定部；

连接件，其连接在所述可动部与所述杆体之间；

其中该偏压弹簧抵压在该壳体的内壁与该连接件之间。

7.根据权利要求3所述的测量装置，其特征在于，该第二顶板为圆形板并与该截球部同轴设置，该第二顶板垂直于该测杆的轴向取向。

8.根据权利要求3所述的测量装置，其特征在于，所述转换机构包括：

活动件，其穿过该支承件的通孔并在其一端形成所述截球部；

杆状件，其连接至该活动件的远离该截球部的另一端；

球状件，其设置在该杆状件的远离该活动件的端部，该球状件形成或限定出所述待测工件接合端。

9.根据权利要求8所述的测量装置，其特征在于，就该第二顶板的横截面看，所述第二顶板包括相对设置的两个直边缘和连接在所述两个直边缘之间的圆弧面。

10.根据权利要求9所述的测量装置，其特征在于，所述圆弧面的半径与所述球状件的半径之比等于所述圆弧面的中心到所述截球部的中心的距离与所述截球部的中心到所述球状件的中心的距离之比。

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