專利名稱：光磁結合的全角度三維探測系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于機械設備檢測裝置。確切地說，是一種全角度三維探測系統(tǒng)。
技術背景探測系統(tǒng)，一般有觸發(fā)測頭、觸發(fā)信號采集系統(tǒng)、測頭座、控制系統(tǒng)等部分組成。目前的探測系統(tǒng)，其工作流程是測頭和工件觸碰而產(chǎn)生角度變化時，發(fā)生一個開關信號，這個信號傳送到控制系統(tǒng)后，控制系統(tǒng)對此處的光柵計數(shù)器中的數(shù)據(jù)鎖存，經(jīng)處理后傳送給測量軟件，表示測量了一個點。其主要原理是觸碰力引起彈性變形，利用彈性變形所引起的距離和電阻變化來獲取數(shù)據(jù)信號。其缺點是利用機械機構和力學原理的探測系統(tǒng)不但無法做到結構很小、也無法做到測量精度很高；而且材料的變形會隨著使用時間的延續(xù)而產(chǎn)生變化，使測量精度降低，使用壽命有限。另外，傳統(tǒng)的探測系統(tǒng)無法從三維立體的全角度感知測頭和工件產(chǎn)生觸碰時兩者觸碰力的矢量方向，這就無法真實的對觸頭半徑進行有效的補償，也就是存在著理論上不可避免的誤差(只有當機器沿著被測量矢量方向的反方向進行觸測，才可以補償，但測量中基本上無法做到完全沿著矢量方向進行測量)，提高了探測系統(tǒng)的系統(tǒng)誤差。
發(fā)明內容為了克服探測系統(tǒng)體積大、彈性變形精度低、彈性變形帶來的不確定性及不可避免的補償誤差引起的測量誤差的不足，本實用新型提供一種體積較小、精度高、有效減少測量誤差的光磁結合的全角度三維探測系統(tǒng)。本實用新型解決其技術問題所采用的技術方案是一種光磁結合的全角度三維探測系統(tǒng)，包括可以進行萬向轉動的測頭系統(tǒng)、定位機構和光學測量系統(tǒng)，所述測頭系統(tǒng)包括測頭座、萬向轉動機構和帶有測頭的測針，所述帶有測頭的測針安裝在所述萬向轉動機構上，所述萬向轉動機構安裝在測頭座上；所述定位機構包括固定于所述萬向轉動機構的磁棒和固定于所述測頭座的磁性體，所述磁棒和所述磁性體相互磁力配合，所述光學測量系統(tǒng)包括光線路轉換器、光源和感光元件，所述光線路轉換器固定于所述磁棒上，所述光源的光線經(jīng)過光線路轉換器后進入所述感光元件，所述感光元件與用于將光信號轉變?yōu)槿S坐標信號并進行數(shù)據(jù)計算的智能測量模塊連接。進一步，所述萬向轉動機構包括萬向轉動的轉動球、上約束環(huán)、下約束環(huán)和彈性件，所述帶有測頭的測針安裝在所述轉動球上，所述轉動球位于所述上約束環(huán)、下約束環(huán)內；所述下約束環(huán)和所述測頭座連接，所述上約束環(huán)通過所述彈性件和所述測頭座連接。或者是所述萬向轉動機構包括萬向轉動的轉動球和下約束環(huán)，所述下約束環(huán)和所述測頭座連接，所述轉動球位于所述下約束環(huán)內，所述帶有測頭的測針安裝在所述轉動球上。再或者是所述萬向轉動機構為萬向節(jié)。更進一步，所述磁體位于所述磁棒的上方。[0010]或者是所述磁棒穿過磁體的中部并位于所述磁體的上方。更進一步，所述光線路轉換器垂直于所述磁棒的軸線?；蛘呤撬龉饩€路轉換器為和所述磁棒有設定角度的平面。再或者是所述光線路轉換器為和所述磁棒有設定角度的多面體。所述多面體為凹面或凸面。所述光源是多光源，所述感光元件是多感光元件，一個光源與一個感光元件匹配。本實用新型的技術構思為光磁結合的全角度三維探測系統(tǒng)有可以進行萬向轉動的測頭機構、定位機構、光學測量機構和控制系統(tǒng)組成。所述測頭機構整體移動，當所述測針I(yè)上的測頭接觸到工件后，根據(jù)工件相對于測頭的位置，對測頭產(chǎn)生作用力，所產(chǎn)生的作用力使所述可以進行萬向轉動的轉動球4進行相應方向的旋轉和直線移動。所述轉動球4的位置改變帶動所述光線路轉換器8的位置改變。所述光線路轉換器8的位置改變帶動所述光源10進入光線路轉換器的光線方向改變，致使所述感光元件11接受到不同方向的光線，所述感光元件通過光線的變化鎖存數(shù)據(jù)，通過接受到不同方向的光線，判斷所述測針I(yè)上測頭和工件產(chǎn)生觸碰時兩者觸碰力的三維矢量方向，對觸頭半徑進行無系統(tǒng)誤差的補償，同時探測系統(tǒng)發(fā)出整體移動停止的命令。所述感光元件把光信號轉變?yōu)槿S坐標信號，并進行相應數(shù)據(jù)計算，完成一個點的測量。當測量命令停止后，探測系統(tǒng)以微小距離回退，所述磁棒7和所述磁性體9相互作用，使所述磁棒7隨著所述測針系統(tǒng)轉動偏移后能回到原位，實現(xiàn)定位。本實用新型的有益效果主要表現(xiàn)在1、測頭系統(tǒng)體積可以做的很小，有利于小尺寸測量。2、測頭系統(tǒng)能獲得測頭和工件作用力的三維方向，進行無理論誤差的補償后可以精確的后的工件的三維坐標。3、光學測量可以提高測量精度。4、磁性定位保證精度和耐久性。

圖I是一種光磁結合的全角度三維探測系統(tǒng)的示意圖。圖2是另一種優(yōu)選的光磁結合的全角度三維探測系統(tǒng)的示意圖。圖3是再一種優(yōu)選的光磁結合的全角度三維探測系統(tǒng)的示意圖。圖4是一種優(yōu)選的光學測量機構的示意圖。圖5是另一種優(yōu)選的光學測量機構的示意圖。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型作進一步描述。參照圖f圖5，一種光磁結合的全角度三維探測系統(tǒng)，包括可以進行萬向轉動的測頭機構、定位機構、光學測量機構和控制系統(tǒng)。所述測頭機構包括帶有測頭的測針I(yè)、萬向轉動機構和測頭座2，所述萬向轉動機構包括可以進行萬向轉動的轉動球4、上約束環(huán)6、下約束環(huán)3和彈性件5，所述下約束環(huán)3和所述測頭座2連接，所述上約束環(huán)6通過所述彈性件5和所述測頭座2連接，所述帶有測頭的測針I(yè)安裝在所述可以進行萬向轉動的轉動球4上，所述可以進行萬向轉動的轉動球4受所述上約束環(huán)6、所述下約束環(huán)3約束。所述定位機構包括固定于所述轉動球4的磁棒7和固定于所述測頭座的磁性體9，所述磁棒4和所述磁性體7相互作用。所述光學測量系統(tǒng)包括光線路轉換器8、光源10和感光元件11，所述光線路轉換器8固定于所述磁棒7上，所述光源10的光線經(jīng)過光線路轉換器8后進入所述感光元件11。所述感光元件11把光信號轉變?yōu)槿S坐標信號，并進行相應數(shù)據(jù)計算，完成一個點的測量。本實施例，所述測頭機構在控制系統(tǒng)的控制下可以整體移動，當所述測針I(yè)上的測頭觸碰到工件后，根據(jù)工件相對于測頭的位置，工件通過三維矢量方向對測頭產(chǎn)生作用力，所產(chǎn)生的作用力使所述可以進行萬向轉動的轉動球4進行相應方向的旋轉和直線移動。所述轉動球4的位置改變帶動所述光線路轉換器8的位置改變。所述光線路轉換器8的位置改變帶動所述光源10進入光線路轉換器的光線方向改變，致使所述感光元件11接受到不同方向的光線，所述感光元件通過光線的變化鎖存數(shù)據(jù)，通過接受到不同方向的光線，判斷所述測針I(yè)上測頭和工件產(chǎn)生觸碰時兩者觸碰力的三維矢量方向，對觸頭半徑進行無系統(tǒng)誤差的補償，同時探測系統(tǒng)發(fā)出整體移動停止的命令。所述感光元件把光信號轉變?yōu)槿S坐標信號，并進行相應數(shù)據(jù)計算，完成一個點的測量。當測量命令停止后，探測系統(tǒng)以微小距離回退，所述磁棒7和所述磁性體9相互作用，使所述磁棒7隨著所述測針系統(tǒng)
轉動偏移后能回到原位，實現(xiàn)定位。作為光磁結合的全角度三維探測系統(tǒng)的一種衍生，參照圖2，調整所述磁棒7和所述磁性體9的相對位置，并撤銷所述上約束環(huán)6和所述彈性件5。使帶有測頭的測針I(yè)、所述磁棒7和所述光線路轉換器8在所述磁棒7和所述磁性體9的共同磁性力的作用下以微力接觸所述下約束環(huán)3。這樣既能使所述測頭機構(除測頭座和約束環(huán)外)進行復原定位，也能使所述測頭機構(除測頭座和約束環(huán)外)在約束環(huán)中旋轉和直線移動，實現(xiàn)三維矢量的探測。作為一種光磁結合的全角度三維探測系統(tǒng)的另一種衍生，參照圖I和圖3，圖I中所述可以進行萬向轉動的轉動球4、上約束環(huán)6、下約束環(huán)3、彈性件5可以有圖3為例的萬向節(jié)等實現(xiàn)全方位旋轉的其他機構代替。參照圖4和圖5，所述光線路轉換器8可以是垂直于所述磁棒7，也可以是和所述磁棒7有一定角度的平面和多面體，多面體可以是凸形的，也可以是凹形的。光線經(jīng)過所述光線路轉換器8可以是反射也可以是折射。所述光源10可以是多光源和所述感光元件11也可以是多感光元件。本光磁結合的全角度三維探測系統(tǒng)具有體積小、精度高和耐久性好等優(yōu)點，可以廣泛應用于三坐標測量機、輪廓儀等其他多種探測設備中，實現(xiàn)高精密測量。
權利要求1.一種光磁結合的全角度三維探測系統(tǒng)，其特征在于包括可以進行萬向轉動的測頭系統(tǒng)、定位機構和光學測量系統(tǒng)，所述測頭系統(tǒng)包括測頭座、萬向轉動機構和帶有測頭的測針，所述帶有測頭的測針安裝在所述萬向轉動機構上，所述萬向轉動機構安裝在測頭座上；所述定位機構包括固定于所述萬向轉動機構的磁棒和固定于所述測頭座的磁性體，所述磁棒和所述磁性體相互磁力配合，所述光學測量系統(tǒng)包括光線路轉換器、光源和感光元件，所述光線路轉換器固定于所述磁棒上，所述光源的光線經(jīng)過光線路轉換器后進入所述感光元件，所述感光元件與用于將光信號轉變?yōu)槿S坐標信號并進行數(shù)據(jù)計算的智能測量模塊連接。
2.如權利要求I所述的光磁結合的全角度三維探測系統(tǒng)，其特征在于所述萬向轉動機構包括萬向轉動的轉動球、上約束環(huán)、下約束環(huán)和彈性件，所述帶有測頭的測針安裝在所述轉動球上，所述轉動球位于所述上約束環(huán)、下約束環(huán)內；所述下約束環(huán)和所述測頭座連接，所述上約束環(huán)通過所述彈性件和所述測頭座連接。
3.如權利要求I所述的光磁結合的全角度三維探測系統(tǒng)，其特征在于所述萬向轉動機構包括萬向轉動的轉動球和下約束環(huán)，所述下約束環(huán)和所述測頭座連接，所述轉動球位于所述下約束環(huán)內，所述帶有測頭的測針安裝在所述轉動球上。
4.如權利要求I所述的光磁結合的全角度三維探測系統(tǒng)，其特征在于所述萬向轉動機構為萬向節(jié)。
5.如如權利要求f4之一所述的光磁結合的全角度三維探測系統(tǒng)，其特征在于所述磁體位于所述磁棒的上方。
6.如權利要求f4之一所述的光磁結合的全角度三維探測系統(tǒng)，其特征在于所述磁棒穿過磁體的中部并位于所述磁體的上方。
7.如權利要求f4之一所述的光磁結合的全角度三維探測系統(tǒng)，其特征在于所述光線路轉換器垂直于所述磁棒的軸線。
8.如權利要求f4之一所述的光磁結合的全角度三維探測系統(tǒng)，其特征在于所述光線路轉換器為和所述磁棒有設定角度的平面。
9.如權利要求廣4之一所述的光磁結合的全角度三維探測系統(tǒng)，其特征在于所述光線路轉換器為和所述磁棒有設定角度的多面體，所述多面體為凹面或凸面。
10.如權利要求f4之一所述的光磁結合的全角度三維探測系統(tǒng)，其特征在于所述光源是多光源，所述感光元件是多感光元件，一個光源與一個感光元件匹配。
專利摘要一種光磁結合的全角度三維探測系統(tǒng)，其特征在于包括可以進行萬向轉動的測頭系統(tǒng)、定位機構和光學測量系統(tǒng)，測頭系統(tǒng)包括測頭座、萬向轉動機構和帶有測頭的測針，帶有測頭的測針安裝在所述萬向轉動機構上，萬向轉動機構安裝在測頭座上；定位機構包括固定于所述萬向轉動機構的磁棒和固定于所述測頭座的磁性體，所述磁棒和所述磁性體相互磁力配合，所述光學測量系統(tǒng)包括光線路轉換器、光源和感光元件，所述光線路轉換器固定于所述磁棒上，所述光源的光線經(jīng)過光線路轉換器后進入所述感光元件，所述感光元件與用于將光信號轉變?yōu)槿S坐標信號并進行數(shù)據(jù)計算的智能測量模塊連接。本實用新型體積較小、精度高、有效減少測量誤差。
文檔編號G01B11/24GK202734761SQ20122030701
公開日2013年2月13日 申請日期2012年6月26日 優(yōu)先權日2012年6月26日
發(fā)明者陳鋒, 李尚會, 邴智剛, 程力, 張治權, 楊翊, 陳佳, 吳哲 申請人:浙江省質量檢測科學研究院