触发式测头预紧力的配置方法及三坐标测量机技术

本发明专利技术提供的一种触发式测头预紧力的配置方法，包括以下步骤：在支撑球和支撑柱的接触力作用点的平面内建立坐标系；设定支撑球和支撑柱的接触力的空间向量信息、触发力的空间向量信息以及所述弹簧的预紧力的空间向量参数；建立所述系统的动力学模型，依据动力学方程AF＝B，对比所述触发力的试验数据和理论数据；获取所述预紧力与所述触发力的对应关系以确定所述预紧力的配置参数。本发明专利技术从动力学模型出发，借助数值仿真技术，可以非常方便地研究预紧力变化情况下的触发力特性，而不需要反复试制样机进行试验；另一方面，基于测头的测试数据，可以反推出复位力的特性，进而对使用过一段时间的测头进行精度评定。

Configuration Method of Pre-tightening Force of Triggered Probe and CMM

The configuration method of the pre-tightening force of the trigger probe provided by the invention includes the following steps: establishing a coordinate system in the plane of the contact force action point between the supporting ball and the supporting column; setting the space vector information of the contact force between the supporting ball and the supporting column, the space vector information of the triggering force and the space direction of the pre-tightening force of the spring. Quantitative parameters; the dynamic model of the system is established, and the experimental and theoretical data of the triggering force are compared according to the dynamic equation AF=B; the corresponding relationship between the pre-tightening force and the triggering force is obtained to determine the configuration parameters of the pre-tightening force. Based on the dynamic model and the numerical simulation technology, the triggering force characteristics under the changing pretension force can be studied very conveniently without repeated trial-manufacture of the prototype for testing; on the other hand, the reset force characteristics can be deduced back based on the test data of the probe, and then the test for a period of time can be carried out. The head is evaluated for accuracy.

【技术实现步骤摘要】
触发式测头预紧力的配置方法及三坐标测量机
本专利技术涉及测试
，特别是指一种触发式测头预紧力的配置方法及三坐标测量机。
技术介绍
本部分旨在为权利要求书中陈述的本专利技术的实施方式提供背景或上下文。此处的描述不因为包括在本部分中就承认是现有技术。测头内部的传感器有多种形式，例如接触电阻，应变片、压电晶体等。目前最为常用的是接触电阻，此接触电阻由球和柱的接触而形成。球和柱在预紧力的作用下，在接触点处有微小的变形，形成接触面。此接触面越大，则接触电阻越小。在测头触碰被测件时，在外力(触发力)的作用，逐渐抵消预紧力，使得球和柱的接触面减小，导致接触电阻增大。当接触电阻增大到设定阈值时，则发出触发信号。从测头的工作过程可以看出，在测头接触被测件的瞬间，其并未发出触发信号，而是需要外力(触发力)增大达到一定的程度，才能发出触发信号。外力的作用会引起测针的弯曲变形，此弯曲变形是系统误差，会增加测量结果的不确定度。预紧力的性质(大小、方向和作用点)决定了触发力(外力)的性质。在触发式测头的设计中，对预紧力的确定，直接决定了测头的精度。
技术实现思路
鉴于以上内容，有必要提供一种接触式触发测头预紧力的配置方法，作为触发式测头的设计依据。本专利技术的另一目的在于应用上述方法设计出高精度测头，直至制造出高精度测量的三坐标测量机。本专利技术提供的技术方案为：一种触发式测头预紧力的配置方法，所述测头系统采用弹簧预紧支撑柱的曲面和所述支撑柱下方的支撑球以相切方式接触，包括以下步骤：在支撑球和支撑柱的接触力作用点的平面内建立坐标系；设定支撑球和支撑柱的接触力的空间向量信息、触发力的空间向量信息以及所述弹簧的预紧力的空间向量参数；建立所述系统的动力学模型，依据动力学方程AF＝B，对比所述触发力的试验数据和理论数据；获取所述预紧力与所述触发力的对应关系以确定所述预紧力的配置参数。进一步地，所述系统中部包括竖直的测针，所述测针与所述支撑柱的轴线相垂直，坐标系的Z轴沿所述测针轴线方向。进一步地，所述系统包括3组环向均匀分布的球柱结构，每组设有1个所述支撑柱接触2个邻近的所述支撑球，设定3组接触力作用点的平面与所述测针的轴线的交点为坐标系的原点。进一步地，所述接触力的空间向量信息包括力的大小和方向；三组支撑球和支撑柱的接触力由i＝1,2,3表示，其方向分别为α，β。进一步地，所述触发力的空间向量信息包括力的大小和方向；触发力由表示，其方向由(θ，)确定。进一步地，所述预紧力的空间向量信息包括作用点、力的大小和方向。弹簧预紧力为其方向由(ψ)确定，作用点由(r，h)确定。进一步地，设定3组球柱结构在同一平面，且所述支撑球和所述柱体的接触力方向角相等(α＝β)，测量水平面内的一个环规时所述触发力的试验值，并计算出相同条件下的理论值。进一步地，所述系统的动力学方程为AF＝B，其中：进一步地，当理论值与实验值相吻合，基于理论方程获取预紧力大小、预紧力方向角及预紧力作用点对触发力的对应关系。进一步地，在预紧力的方向与Z轴重合的条件下，获取所述预紧力与所述触发力之间的对应关系。进一步地，获取所述预紧力在竖直面内或水平面内的方向角与触发力大小的关系，确定预紧力在竖直面内和水平面内的方向角的阈值。进一步地，获取所述预紧力在竖直面内或水平面内偏离原点的距离与触发力大小的关系，确定预紧力的作用点。本专利技术还提供一种三坐标测量机，包括球柱结构的触发式测头，所述测头上述的触发式测头预紧力的配置方法设定所述弹簧的作用点及预紧力，其中：所述的触发式测头预紧力的配置方法，其所述测头系统采用弹簧预紧支撑柱的曲面和所述支撑柱下方的支撑球以相切方式接触，包括以下步骤：在支撑球和支撑柱的接触力作用点的平面内建立坐标系；设定支撑球和支撑柱的接触力的空间向量信息、触发力的空间向量信息以及所述弹簧的预紧力的空间向量参数；建立所述系统的动力学模型，依据动力学方程AF＝B，对比所述触发力的试验数据和理论数据；获取所述预紧力与所述触发力的对应关系以确定所述预紧力的配置参数。进一步地，所述系统中部包括竖直的测针，所述测针与所述支撑柱的轴线相垂直，坐标系的Z轴沿所述测针轴线方向。进一步地，所述系统包括3组环向均匀分布的球柱结构，每组设有1个所述支撑柱接触2个邻近的所述支撑球，设定3组接触力作用点的平面与所述测针的轴线的交点为坐标系的原点。进一步地，所述接触力的空间向量信息包括力的大小和方向，所述触发力的空间向量信息包括力的大小和方向，所述预紧力的空间向量信息包括作用点、力的大小和方向。进一步地，设定3组球柱结构在同一平面，且所述支撑球和所述柱体的接触力方向角相等，测量水平面内的一个环规时所述触发力的试验值，并计算出相同条件下的理论值。进一步地，当理论值与实验值相吻合，基于理论方程获取预紧力大小、预紧力方向角及预紧力作用点与触发力的对应关系。进一步地，在预紧力的方向与Z轴重合的条件下，获取所述预紧力与所述触发力之间的对应关系。进一步地，获取所述预紧力在竖直面内或水平面内的方向角与触发力大小的关系，确定预紧力在竖直面内和水平面内的方向角的阈值。进一步地，获取所述预紧力在竖直面内或水平面内偏离原点的距离与触发力大小的关系，确定预紧力的作用点。与现有技术相比，本专利技术提供的触发式测头预紧力的配置方法，包括以下步骤：在支撑球和支撑柱的接触力作用点的平面内建立坐标系；设定支撑球和支撑柱的接触力的空间向量信息、触发力的空间向量信息以及所述弹簧的预紧力的空间向量参数；建立所述系统的动力学模型，依据动力学方程AF＝B，对比所述触发力的试验数据和理论数据；获取所述预紧力与所述触发力的对应关系以确定所述预紧力的配置参数。本专利技术从动力学模型出发，借助数值仿真技术，可以非常方便地研究预紧力变化情况下的触发力特性，而不需要反复试制样机进行试验；另一方面，基于测头的测试数据，可以反推出复位力的特性，进而对使用过一段时间的测头进行精度评定。附图说明下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。图1A为本专利技术的触发式测头系统结构示意图。图1B为图1A所示的部分结构示意图。图1C为图1A所示球柱结构的电流电路图。图2A为图1A中所示系统的动力学模型。其中的处于与XOZ平行的平面上。图2B为图1B和图1C所示的系统的动力学模型。图3为图2A中动力学模型下一水平面内触发力的试验数据与理论数据分布图。图4为图2A所示预紧力大小对触发力的影响规律。图5为图2A所示预紧力方向对触发力的影响规律。图6为图2A所示预紧力作用点对触发力的影响规律。附图标记说明:测头系统10测端球18测针17球座16支撑球15支撑柱13测针支架12弹簧11导线14如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本专利技术实施例。具体实施方式为了能够更清楚地理解本专利技术实施例的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本专利技术进行详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施方式中的特征可以相互组合。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本专利技术实施例，所描述的实施方式仅是本专利技术一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本专利技术中的实施方式，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方式，都属于本专利技术实施例保护的范围。本文中“环规”本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种触发式测头预紧力的配置方法，所述测头系统采用弹簧预紧支撑柱的曲面和所述支撑柱下方的支撑球以相切方式接触，其特征在于：包括以下步骤：在支撑球和支撑柱的接触力作用点的平面内建立坐标系；设定支撑球和支撑柱的接触力的空间向量信息、触发力的空间向量信息以及所述弹簧的预紧力的空间向量参数；建立所述系统的动力学模型，依据动力学方程AF＝B，对比所述触发力的试验数据和理论数据；获取所述预紧力与所述触发力的对应关系以确定所述预紧力的配置参数。

【技术特征摘要】
1.一种触发式测头预紧力的配置方法，所述测头系统采用弹簧预紧支撑柱的曲面和所述支撑柱下方的支撑球以相切方式接触，其特征在于：包括以下步骤：在支撑球和支撑柱的接触力作用点的平面内建立坐标系；设定支撑球和支撑柱的接触力的空间向量信息、触发力的空间向量信息以及所述弹簧的预紧力的空间向量参数；建立所述系统的动力学模型，依据动力学方程AF＝B，对比所述触发力的试验数据和理论数据；获取所述预紧力与所述触发力的对应关系以确定所述预紧力的配置参数。2.根据权利要求1所述的触发式测头预紧力的配置方法，其特征在于：所述系统中部包括竖直的测针，所述测针与所述支撑柱的轴线相垂直，坐标系的Z轴沿所述测针轴线方向。3.根据权利要求2所述的触发式测头预紧力的配置方法，其特征在于：所述系统包括3组环向均匀分布的球柱结构，每组设有1个所述支撑柱接触2个邻近的所述支撑球，设定3组接触力作用点的平面与所述测针的轴线的交点为坐标系的原点。4.根据权利要求1所述的触发式测头预紧力的配置方法，其特征在于：所述接触力的空间向量信息包括力的大小和方向，所述触发力的空间向量信息包括力的大小和方向，所述预紧力的空间向量信息包括作用点、力的...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈艳华，梁斌，刘伟强，
申请(专利权)人：深圳清华大学研究院，深圳力合精密装备科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44