接触式扫描测头、坐标测量装置、系统及方法制造方法及图纸

本发明专利技术的一种接触式扫描测头，包括发出平行光的发光组件、设于发光组件出光侧的圆锥透镜、位于圆锥透镜上远离发光组件一侧的电荷耦合器件及用于与待测试件接触的测试接触件；测试接触件固接于发光组件上远离出光侧的一侧，发光组件上远离所述出光侧的一侧设有若干用于将发光组件连接于测量装置上的弹性件，各弹性件围绕测试接触件与发光组件的连接处设置；圆锥透镜中的锥顶指向发光组件，在测试过程中，使得发光组件发出的光经过圆锥透镜后在电荷耦合器件上的投影的图案发生变化，依据电荷耦合器件采集到的投影图案确定测试接触件的偏置，进而确定待测试件上测试点坐标值的变化，获得偏移量。

Contact scanning probe, coordinate measuring device, system and method

A contact scanning probe of the present invention includes a light emitting component that sends out parallel light, a conical lens in the light side of the light emitting component, a charge coupler on the side of the conical lens far away from the side of the light emitting component and a test contact for contact with the test piece, and the test contact is fixed to the light component far away from the light side. One side of the light emitting component is provided with a number of elastic parts on the side of the light which is connected to the measuring device. The elastic parts are arranged around the connection of the test contact and the light emitting component; the cone top of the cone lens points to the light emitting component, and in the test process, the light emitted by the light emitting component is made. The projection pattern on the charge coupled device is changed after the cone lens is over, and the offset of the test contact is determined according to the projection pattern collected by the charge coupler, and then the change of the coordinate value of the test point on the test piece is determined, and the offset is obtained.

【技术实现步骤摘要】
接触式扫描测头、坐标测量装置、系统及方法
本专利技术涉及坐标测试以及光学测试
，具体而言，本专利技术涉及一种接触式扫描测头、坐标测量装置、系统及方法。
技术介绍
传统的三坐标测量系统包括光栅尺以及安装在坐标测量机上的扫描接触测头，然而传统的三坐标测量机在测试未知曲面的过程中，扫描侧头不能够连续的采集曲面上的点，而只能被触发以用于获取三坐标测量系统中光栅尺的读数，导致整个测量过程中的测量效率低，同时由于采集的点不连续，导致依据测试结果运算出的结果的精度较低，不能完全反应出未知曲面的尺寸和形状信息。
技术实现思路
本专利技术的目的旨在至少解决上述技术缺陷之一，特别是测量精度低。测量效率低的问题。本专利技术提供了一种接触式扫描测头，包括发出平行光的发光组件、设于所述发光组件出光侧的圆锥透镜、位于所述圆锥透镜上远离所述发光组件一侧的电荷耦合器件及用于与待测试件接触的测试接触件；所述测试接触件固接于所述发光组件上远离所述出光侧的一侧，所述发光组件上远离所述出光侧的一侧设有若干用于将所述发光组件连接于测量装置上的弹性件，各所述弹性件围绕所述测试接触件与发光组件的连接处设置；所述圆锥透镜中的锥顶指向所述发光组件。进一步地，所述测试接触件为球体，所述测试接触件通过连接杆与发光组件固接，所述球体用于与所述待测试件接触。优选地，所述圆锥透镜为平凹角圆锥透镜。优选地，所述电荷耦合器件为板状，所述电荷耦合器件与所述圆锥透镜中圆锥的底面间隔预设距离。优选地，所述预设距离依据所述电荷耦合器件的尺寸、所述圆锥透镜的折射率、所述圆锥透镜中圆锥的体积和底面积确定。进一步地，还包括设置于所述发光组件边沿与所述圆锥透镜边沿之间的支撑结构。进一步地，所述发光组件包括发光元件和设置于所述发光元件背光侧的基板。本专利技术还提供了一种坐标测量装置，包括任一技术方案所述的接触式扫描测头、工作台以及位于所述工作台上且能在工作台上滑动的测试机构，所述接触式扫描测头与所述测试机构连接。进一步地，所述测试机构包括：横跨所述工作台的横梁以及支撑所述横梁且能在所述工作台两侧边滑动的支撑组件，垂直于所述横梁并与所述横梁滑动连接的滑杆，所述接触式扫描测头位于所述滑杆对着所述工作台的一端，所述滑杆的一端设置有能容纳所述接触式扫描测头且与其连接的壳体，所述弹性件远离所述发光组件的一端与所述壳体连接。本专利技术还提供了一种坐标测量系统，包括任一技术方案所述的坐标测量装置、光栅尺、计算机装置，所述坐标测量装置与所述计算机装置电性连接，所述光栅尺用于采集所述坐标测量装置上测试机构和滑杆的坐标值，所述计算机装置用于依据所述坐标测量装置测试到的数据和所述光栅尺采集到的所述坐标测量装置上的坐标值进行运算，确定待测试件的尺寸信息。本专利技术还提供了一种坐标测量方法，应用所述的坐标测量系统，包括：控制所述测试接触件在预设测量范围内与待测试件接触，改变所述发光组件和圆锥透镜之间距离，以改变所述发光组件发出的光经过所述圆锥透镜后在所述电荷耦合器件上的投影图案，基于所述电荷耦合器件感知到的所述投影图案确定所述测试接触件的偏移量；采集所述测试接触件在所述坐标测量装置上的坐标值；基于所述偏移量、所述坐标值、预设规则确定所述待测试件的尺寸信息。进一步地，所述投影图案包括多个同心椭圆，所述测试接触件为球体，在所述基于所述电荷耦合器件感应到的所述投影图案确定所述测试接触件的偏移量的过程中，具体包括：解析所述电荷耦合器件感知到的所述投影图案，依据拟合重构确定各所述椭圆的椭圆度；基于所述椭圆度确定各所述椭圆的面积，依据所述面积确定所述圆锥透镜与所述电荷耦合器件之间距离；基于所述距离、所述连接杆长度、所述测试接触件的直径确定所述偏移量。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：1、本专利技术提供的一种接触式扫描测头，包括发出平行光的发光组件、位于所述发光组件出光侧的圆锥透镜、位于所述圆锥透镜出光侧的电荷耦合器件，所述圆锥透镜中圆锥的顶点指向所述发光组件，所述发光组件背向其出光侧的一侧设置有与其固定连接的测试接触件，且发光组件在该侧围绕所述测试接触件还有弹性件，所述弹性件远离所述发光组件的一端与固定件连接，以便在所述测试接触件与待测试件接触时，克服所述弹性件的弹性力改变所述发光组件与所述电荷耦合器件之间的距离。在克服所述弹性件的弹性力改变所述发光组件与电荷耦合器件之间的距离的过程中，所述电荷耦合器件能够实时采集所述发光组件发出光经过所述圆锥透镜后，在所述电荷耦合器件上的投影，所述电荷耦合器件能够依据该投影确定所述发光组件与电荷耦合器件之间的距离变化，进而依据其确定待测试件上坐标值的变化，同时该接触式扫描测头的测试精度较高，进而提高了测量的精度，提高了测试效率。其中发光组件发出的平行光经过圆锥透镜后形成的是同心圆环或者椭圆换，电荷耦合器件感应的元素只有椭圆环和圆环，计算机较处理过程简单、处理速度快，因此可以实现快速测量，提高测试效率，又因为圆锥透镜结构简单，折射保形率较容易保证，因此成本较低。2、本专利技术提供的一种接触式扫描测头，所述测试接触件为球体，所述测试接触件通过连接杆与发光组件固接，所述球体用于与所述待测试件接触。所述球体为标准接触球，所述连接杆另一端与所述发光组件固定连接，所述标准接触球与所述待测试件接触，其中标准接触球与连接杆刚性固定连接，以便在标准接触球与待测试件接触时，能够推动发光组件及圆锥透镜，进而改变发光组件和圆锥透镜与电荷耦合器件之间的距离。本专利技术公开的实施例提供的标准接触能能够与待测试件的表面点、线、面三种任意一种或者多种方式接触，使测试到的待测试件测试点的坐标值更为准确和连续。本专利技术附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。附图说明本专利技术上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：图1为本专利技术一种接触式扫描测头的典型实施例的结构示意图；图2为本专利技术一种坐标测量系统的典型实施例的结构示意图。具体实施方式下面详细描述本专利技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本专利技术，而不能解释为对本专利技术的限制。本
技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本专利技术的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或无线耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的全部或任一单元和全部组合。本
技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)，具有与本专利技术所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语，应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种接触式扫描测头，其特征在于，包括发出平行光的发光组件、设于所述发光组件出光侧的圆锥透镜、位于所述圆锥透镜上远离所述发光组件一侧的电荷耦合器件及用于与待测试件接触的测试接触件；所述测试接触件固接于所述发光组件上远离所述出光侧的一侧，所述发光组件上远离所述出光侧的一侧设有若干用于将所述发光组件连接于测量装置上的弹性件，各所述弹性件围绕所述测试接触件与发光组件的连接处设置；所述圆锥透镜中的锥顶指向所述发光组件。

【技术特征摘要】
1.一种接触式扫描测头，其特征在于，包括发出平行光的发光组件、设于所述发光组件出光侧的圆锥透镜、位于所述圆锥透镜上远离所述发光组件一侧的电荷耦合器件及用于与待测试件接触的测试接触件；所述测试接触件固接于所述发光组件上远离所述出光侧的一侧，所述发光组件上远离所述出光侧的一侧设有若干用于将所述发光组件连接于测量装置上的弹性件，各所述弹性件围绕所述测试接触件与发光组件的连接处设置；所述圆锥透镜中的锥顶指向所述发光组件。2.根据权利要求1所述的接触式扫描测头，其特征在于，所述测试接触件为球体，所述测试接触件通过连接杆与发光组件固接，所述球体用于与所述待测试件接触。3.根据权利要求1所述的接触式扫描测头，其特征在于，所述圆锥透镜为平凹角圆锥透镜。4.根据权利要求3所述的接触式扫描测头，其特征在于，所述电荷耦合器件为板状，所述电荷耦合器件与所述圆锥透镜中圆锥的底面间隔预设距离。5.根据权利要求4所述的接触式扫描测头，其特征在于，所述预设距离依据所述电荷耦合器件的尺寸、所述圆锥透镜的折射率、所述圆锥透镜中圆锥的体积和底面积确定。6.根据权利要求1所述的接触式扫描测头，其特征在于，还包括设置于所述发光组件边沿与所述圆锥透镜边沿之间的支撑结构。7.根据权利要求1所述的接触式扫描测头，其特征在于，所述发光组件包括发光元件和设置于所述发光元件背光侧的基板。8.一种坐标测量装置，其特征在于，包括权利要求1至7任意一项所述的接触式扫描测头、工作台以及位于所述工作台上且能在工作台上滑动的测试机构，所述接触式扫描测头与所述测试机构连接。9.根据权利要求8所述的坐标测量装置，其特征在于，所述测试机构包括：横跨所述工作台的横梁以及支撑所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：王红，郭伟青，
申请(专利权)人：京东方科技集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11