專利名稱：一種大量程及高精度輪廓測量位移傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種位移傳感器。
背景技術(shù)：
隨著我國制造業(yè)的飛速發(fā)展，研制大量程、高精度及低成本的測量位移傳感器變 得至關(guān)重要?，F(xiàn)階段國內(nèi)使用的電感式測量位移傳感器存在測量范圍小、精度低、線性誤 差大，環(huán)境溫度變化對測量精度影響較大，電路隨溫度變化漂移較大，儀器的殘余輪廓較大 等缺陷，實現(xiàn)不了對工件輪廓的高精度測量。目前國內(nèi)生產(chǎn)的表面輪廓測量儀只能進行低 端的輪廓測量，而高精度的輪廓測量儀全部依靠進口，每年國家要花費大量外匯從英國、德 國、日本等國家購買高精度輪廓測量儀，來滿足各行業(yè)高精度輪廓測量的檢測需求。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的是提供一種大量程及高精度輪廓測量位移傳感器，以解決現(xiàn)有 電感式測量位移傳感器存在測量范圍小、精度低、線性誤差大、溫度漂移大、儀器的殘余輪 廓大，實現(xiàn)不了對工件輪廓精確測量的問題。
本實用新型為解決上述技術(shù)問題采用的技術(shù)方案是本實用新型的位移傳感器由
測桿組件、零位支架、零位塊、光柵尺、光柵頭、連接板、回轉(zhuǎn)軸系、測力機構(gòu)、限位結(jié)構(gòu)、連接
機構(gòu)、罩和前擋板組成；所述回轉(zhuǎn)軸系包括主體和測量杠桿，所述測桿組件由測針、測桿和
防轉(zhuǎn)桿組成；所述回轉(zhuǎn)軸系還包括兩個鎖緊螺母、兩個頂尖、多個鋼球和回轉(zhuǎn)軸；所述測針
和防轉(zhuǎn)桿均固裝在測桿上且靠近測桿的兩端設(shè)置，所述測量杠桿的一端設(shè)有軸向中心孔，
測桿靠近防轉(zhuǎn)桿的一端緊固在測量杠桿的軸向中心孔內(nèi)，測量杠桿的另一端設(shè)置在主體的
內(nèi)腔中，主體裝在罩內(nèi)，所述前擋板裝在主體上且與主體的一端可拆卸連接，設(shè)置在主體內(nèi)
腔中的測量杠桿上設(shè)有回轉(zhuǎn)軸孔，所述回轉(zhuǎn)軸穿過所述回轉(zhuǎn)軸孔緊固在測量杠桿上，回轉(zhuǎn)
軸的兩端各設(shè)有一個滾道孔，主體的側(cè)壁上與兩個所述滾道孔相對應(yīng)位置處各設(shè)置有一個
沉孔，每個滾道孔中放置有多個鋼球，兩個頂尖分別穿過相對應(yīng)的沉孔頂在鋼球上并通過
裝在其上的鎖緊螺母與主體緊固連接，所述測力機構(gòu)的一端與測量杠桿固接，測力機構(gòu)的
另一端與主體連接，測量杠桿的另一端上固裝有零位支架，測量杠桿的另一端端面為向外
突出的圓弧面，所述圓弧面的圓心與測量杠桿上的回轉(zhuǎn)軸孔的中心同心，所述光柵尺固裝
在所述圓弧面上，所述零位塊固裝在零位支架上，零位塊與光柵頭的零位相對應(yīng)設(shè)置，所述
光柵頭通過連接板緊固在主體上，光柵頭與光柵尺相對應(yīng)設(shè)置，所述限位機構(gòu)固定在靠近
防轉(zhuǎn)桿一端的主體上，光柵尺為金屬光柵尺。 本實用新型具有以下有益效果本實用新型采用獨特的整體結(jié)構(gòu)，高精度的回轉(zhuǎn) 軸系，并與光柵尺和光柵頭配合使用，大大簡化了傳感器的結(jié)構(gòu)，其特點是結(jié)構(gòu)簡單，測量 范圍大，精度高，長時間使用穩(wěn)定性好，線性誤差小，成本低，可實現(xiàn)對工件輪廓的精確測 量。本實用新型的傳感器可用于工件的輪廓尺寸、表面形狀誤差、表面波度及表面粗糙度的 測量。本實用新型的傳感器對工件的輪廓測量的測量范圍為10mm，分辨率可以達到5. 0nm ;對工件的形狀測量的測量范圍可以達到士10mm、 士20mm、 士30mm或者更大，分辨率可以達 至lj 0. 1 ii m。

圖1是本實用新型的整體結(jié)構(gòu)主視圖，圖2是圖1的A-A剖視圖，圖3是圖2的B 向視圖(測量杠桿7拆去零位支架5后的)，圖4是回轉(zhuǎn)軸系的局部主剖視圖，圖5是圖1 的C向視圖(為了表示清楚，只畫出了限位機構(gòu)、主體1和罩31)。
具體實施方式具體實施方式
一 結(jié)合圖1-圖5說明本實施方式，本實施方式的位移傳感器由測 桿組件、零位支架5、零位塊6、光柵尺2、光柵頭3、連接板4、回轉(zhuǎn)軸系、測力機構(gòu)、限位結(jié)構(gòu)、 連接機構(gòu)、罩31和前擋板29組成；所述回轉(zhuǎn)軸系包括主體1和測量杠桿7，所述測桿組件 由測針12、測桿13和防轉(zhuǎn)桿10組成；所述回轉(zhuǎn)軸系還包括兩個鎖緊螺母19、兩個頂尖16、 多個鋼球17和回轉(zhuǎn)軸18 ;所述測針12和防轉(zhuǎn)桿10均固裝在測桿13上且靠近測桿13的 兩端設(shè)置(本實施方式中的防轉(zhuǎn)桿10和測針12與測桿13采用膠粘接方式固定，防轉(zhuǎn)桿10 的作用是防止測桿13轉(zhuǎn)動)，所述測量杠桿7的一端設(shè)有軸向中心孔，測桿13靠近防轉(zhuǎn)桿 10的一端緊固在測量杠桿7的軸向中心孔內(nèi)(本實施方式通過鎖緊螺釘28將測桿13緊固 在測量杠桿7的軸向中心孔內(nèi)，使測桿13和測量杠桿7成為一體，松開緊固螺釘28，即可 更換測桿組件)，測量杠桿7的另一端設(shè)置在主體1的內(nèi)腔中(主體1是該傳感器零件的 支承主體)，主體1裝在罩31內(nèi)，所述前擋板29裝在主體1上且與主體1的一端可拆卸連 接，設(shè)置在主體1內(nèi)腔中的測量杠桿7上設(shè)有回轉(zhuǎn)軸孔22，所述回轉(zhuǎn)軸18穿過所述回轉(zhuǎn)軸 孔22緊固在測量杠桿7上(本實施方式通過緊固螺釘固定)，回轉(zhuǎn)軸18的兩端各設(shè)有一 個滾道孔，主體1的側(cè)壁上與兩個所述滾道孔相對應(yīng)位置處各設(shè)置有一個沉孔，每個滾道 孔中放置有多個鋼球17，兩個頂尖16分別穿過相對應(yīng)的沉孔頂在鋼球17上并通過裝在其 上的鎖緊螺母19與主體1緊固連接(通過調(diào)整頂尖16上的螺紋扣，可使頂尖16的錐面壓 在鋼球17上，形成一個封閉的精密軸系，為防止頂尖16調(diào)整后在工作中松動，使用鎖緊螺 母19備緊后，可提高軸系的剛度。此回轉(zhuǎn)軸系的最大特點是工藝簡單，軸系摩擦阻力小， 運動靈活，是表面輪廓測量儀的理想軸系)，所述測力機構(gòu)的一端與測量杠桿7固接，測力 機構(gòu)的另一端與主體1連接，測量杠桿7的另一端上固裝有零位支架5，測量杠桿7的另一 端端面為向外突出的圓弧面21(圓弧面21的曲率大小由傳感器的杠桿比大小確定)，所述 圓弧面21的圓心與測量杠桿7上的回轉(zhuǎn)軸孔22的中心同心，所述光柵尺2固裝在所述圓 弧面21上(本實施方式中二者采用粘接的方式固接)，所述零位塊6固裝在零位支架5上 (本實施方式中采用膠粘接的方式二者固定在一起，零位塊6的作用是保證測針12的尖點、 回轉(zhuǎn)軸18的軸心、測量杠桿7的圓弧面21的中心成一水平線，此位置為傳感器測量的起始 零位)，零位塊6與光柵頭3的零位相對應(yīng)設(shè)置，所述光柵頭3通過連接板4緊固在主體1 上，光柵頭3與光柵尺2相對應(yīng)設(shè)置，所述限位機構(gòu)固定在靠近防轉(zhuǎn)桿10 —端的主體1上， 所述連接機構(gòu)固定在主體1上，光柵尺2為金屬光柵尺，便于與測量杠桿7的圓弧面21粘 接。本實施方式的光柵尺2和光柵頭3為外購件。
具體實施方式
二 結(jié)合圖1說明本實施方式，本實施方式的測力機構(gòu)由測力彈簧固定螺釘30、測力彈簧14和測力彈簧調(diào)整螺釘15組成；所述測力彈簧固定螺釘30擰在測 量杠桿7上，所述測力彈簧調(diào)整螺釘15擰在主體1上，測力彈簧14的兩端分別掛在測力彈 簧固定螺釘30和測力彈簧調(diào)整螺釘15上。如此設(shè)置，通過擰測力彈簧調(diào)整螺釘15，調(diào)整測 針12的測力大小。其它與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
三結(jié)合圖1說明本實施方式，本實施方式的連接機構(gòu)由連接塊26 和連接桿27組成；所述連接塊26固定在主體1上，連接桿27的一端與連接塊26固接。如 此設(shè)置，測量傳感器通過連接桿27與驅(qū)動器連接，連接方便。其它與具體實施方式
一或二 相同。
具體實施方式
四結(jié)合圖1和圖5說明本實施方式，本實施方式的限位機構(gòu)由限位 支架9和兩個限位螺釘11組成；所述限位支架9固定在靠近防轉(zhuǎn)桿10 —端的主體1上，所 述兩個限位螺釘11中的一個固定在限位支架9上，兩個限位螺釘11中的剩余一個固定在 主體1上。如此設(shè)置，通過調(diào)整兩個限位螺釘ll，可保證傳感器具有適當?shù)臏y量范圍。其它 與具體實施方式
三相同。 測量時，將傳感器上的測針12與被測工件的表面接觸，傳感器被驅(qū)動箱帶動沿工 件的測量方向滑行。當測針12沿工件表面滑行時，測針12的上下位移帶動測桿13和測量 杠桿7，光柵尺2繞回轉(zhuǎn)軸18的回轉(zhuǎn)中心旋轉(zhuǎn)，即光柵尺2相對于光柵頭3做圓角運動。當 光柵尺2繞回轉(zhuǎn)軸18的中心旋轉(zhuǎn)時，在光柵頭3中，一個紅外的發(fā)光二極管將光線發(fā)射到 帶刻度的光柵尺2的表面，反射光通過一個透明的相位光柵返回讀數(shù)頭，在讀數(shù)頭內(nèi)的檢 測面上生成正弦干涉條紋信號，該信號經(jīng)電路進行數(shù)字化處理，輸出方波的數(shù)字信號，該信 號經(jīng)處理后得到測針12的位移尺寸。
權(quán)利要求一種大量程及高精度輪廓測量位移傳感器，所述位移傳感器由測桿組件、零位支架(5)、零位塊(6)、光柵尺(2)、光柵頭(3)、連接板(4)、回轉(zhuǎn)軸系、測力機構(gòu)、限位結(jié)構(gòu)、連接機構(gòu)、罩(31)和前擋板(29)組成；所述回轉(zhuǎn)軸系包括主體(1)和測量杠桿(7)，所述測桿組件由測針(12)、測桿(13)和防轉(zhuǎn)桿(10)組成；其特征在于所述回轉(zhuǎn)軸系還包括兩個鎖緊螺母(19)、兩個頂尖(16)、多個鋼球(17)和回轉(zhuǎn)軸(18)；所述測針(12)和防轉(zhuǎn)桿(10)均固裝在測桿(13)上且靠近測桿(13)的兩端設(shè)置，所述測量杠桿(7)的一端設(shè)有軸向中心孔，測桿(13)靠近防轉(zhuǎn)桿(10)的一端緊固在測量杠桿(7)的軸向中心孔內(nèi)，測量杠桿(7)的另一端設(shè)置在主體(1)的內(nèi)腔中，主體(1)裝在罩(31)內(nèi)，所述前擋板(29)裝在主體(1)上且與主體(1)的一端可拆卸連接，設(shè)置在主體(1)內(nèi)腔中的測量杠桿(7)上設(shè)有回轉(zhuǎn)軸孔(22)，所述回轉(zhuǎn)軸(18)穿過所述回轉(zhuǎn)軸孔(22)緊固在測量杠桿(7)上，回轉(zhuǎn)軸(18)的兩端各設(shè)有一個滾道孔，主體(1)的側(cè)壁上與兩個所述滾道孔相對應(yīng)位置處各設(shè)置有一個沉孔，每個滾道孔中放置有多個鋼球(17)，兩個頂尖(16)分別穿過相對應(yīng)的沉孔頂在鋼球(17)上并通過裝在其上的鎖緊螺母(19)與主體(1)緊固連接，所述測力機構(gòu)的一端與測量杠桿(7)固接，測力機構(gòu)的另一端與主體(1)連接，測量杠桿(7)的另一端上固裝有零位支架(5)，測量杠桿(7)的另一端端面為向外突出的圓弧面(21)，所述圓弧面(21)的圓心與測量杠桿(7)上的回轉(zhuǎn)軸孔(22)的中心同心，所述光柵尺(2)固裝在所述圓弧面(21)上，所述零位塊(6)固裝在零位支架(5)上，零位塊(6)與光柵頭(3)的零位相對應(yīng)設(shè)置，所述光柵頭(3)通過連接板(4)緊固在主體(1)上，光柵頭(3)與光柵尺(2)相對應(yīng)設(shè)置，所述限位機構(gòu)固定在靠近防轉(zhuǎn)桿(10)一端的主體(1)上，光柵尺(2)為金屬光柵尺。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種大量程及高精度輪廓測量位移傳感器，其特征在于所 述測力機構(gòu)由測力彈簧固定螺釘(30)、測力彈簧(14)和測力彈簧調(diào)整螺釘(15)組成；所 述測力彈簧固定螺釘(30)擰在測量杠桿(7)上，所述測力彈簧調(diào)整螺釘(15)擰在主體(1) 上，測力彈簧(14)的兩端分別掛在測力彈簧固定螺釘(30)和測力彈簧調(diào)整螺釘(15)上。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種大量程及高精度輪廓測量位移傳感器，其特征在于 所述連接機構(gòu)由連接塊(26)和連接桿(27)組成；所述連接塊(26)固定在主體(1)上，連 接桿(27)的一端與連接塊(26)固接。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種大量程及高精度輪廓測量位移傳感器，其特征在于所 述限位機構(gòu)由限位支架(9)和兩個限位螺釘(11)組成；所述限位支架(9)固定在靠近防轉(zhuǎn) 桿(10) —端的主體(1)上，所述兩個限位螺釘(11)中的一個固定在限位支架(9)上，兩個 限位螺釘(11)中的剩余一個固定在主體(1)上。
專利摘要一種大量程及高精度輪廓測量位移傳感器，它涉及一種位移傳感器。針對電感式測量位移傳感器測量范圍小、精度低、線性誤差大、溫度漂移大、儀器的殘余輪廓大問題。測針和防轉(zhuǎn)桿均固裝在測桿上，測量杠桿一端與測桿固接，另一端設(shè)置在主體內(nèi)，回轉(zhuǎn)軸緊固在測量杠桿上，回轉(zhuǎn)軸的滾道孔中放置有多個鋼球，頂尖頂在鋼球上，測力機構(gòu)的兩端與測量杠桿和主體連接，測量杠桿上固裝有零位支架，光柵尺固裝在測量杠桿的圓弧面上，零位塊固裝在零位支架上且與光柵頭的零位相對應(yīng)，光柵頭通過連接板緊固在主體上且與光柵尺相對應(yīng)設(shè)置，主體上裝有限位機構(gòu)和連接機構(gòu)。本實用新型用于測量工件的輪廓尺寸、表面形狀誤差及表面粗糙度，分辨率可以達到5.0nm。
文檔編號G01B11/02GK201508164SQ20092031439
公開日2010年6月16日 申請日期2009年11月9日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月9日
發(fā)明者于德海, 于淼, 吳東明 申請人:于淼;于德海;吳東明