A contact type 3-D tracking and scanning probe consists of a moving unit, a sensing unit, a limiting unit, a signal processing unit and an installation system. The motion unit comprises a probe, a lower motion plate, a lower recovery mechanism, a Z-direction transmission mechanism, an X-direction transmission mechanism, a Y-direction transmission mechanism, an upper motion plate and an upper recovery mechanism; the sensing unit is composed of a Z-direction linear displacement sensor, an X-direction linear displacement sensor and a Y-direction linear displacement sensor, and the center lines of the three sensors are mutual. The parallel and cross-section centers are connected to form an isosceles right triangle, so the displacement of the spherical head at the end of the probe along the X, Y and Z directions can be obtained by three sensors and converted into the output of the electrical signal. The simple and practical mechanical decoupling is realized, which makes the probe have the advantages of high space utilization, compact size and simple structure. Excellent dynamic response performance and the ability to measure the profile size of large complex curved surface parts can improve the measurement accuracy.
【技术实现步骤摘要】
一种接触式三维跟踪扫描测头
本专利技术属于工件坐标扫描测量领域，涉及一种用于三坐标测量机或数控加工中心上的接触式三维跟踪扫描测头。
技术介绍
现代制造业领域，对大型复杂曲面零件廓形尺寸的高效精密测量需求量较大，通常使用三坐标测量机对工件表面廓形进行测量，以获得工件表面各点的三维空间坐标参数。三坐标测量机中，最为核心的部件是用于探测工件表面的测量探头(简称测头)。所述测头可分为接触式与非接触式两大类，其中接触式测头可细分为触发式测头与扫描式测头。扫描式测头较触发式测头具有更高的测量速度，适合于大型复杂曲面零件整体廓形的精密高效测量，但因其机械结构复杂，常采用串联式导向机构或位移传感器感测方向相互正交的并联式导向机构，导致测头体积庞大、加工难度大、制造成本高；再者，因结构复杂笨重导致测头动态响应性能差，无法连续、快速跟踪曲率突变较大的曲面零件，极易发生碰撞与脱模。中国专利ZL201310296616.3公开了一种接触式三维扫描测头，该测头采用多组平行簧片组成的串联式导向机构，机械结构复杂、空间利用率低、体积庞大，测量某一方向位移时会受到其它两个方向测量装置的影响，导致其性能不稳定，精度较低；该设备没有防止探头摆动超过极限位置的限位机构，无法有效保护测头，使得当探头遇到工件摩擦系数过大或曲面不平滑等不利因素时会出现过压、脱模和振荡，甚至导致测量设备损毁。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种结构紧凑、体积小巧、动态响应快的接触式三维跟踪扫描测头，以便于测量复杂工件表面的三维信息，并提高测量精度和测头工作的安全性。本专利技术所述接触式三维跟踪...
【技术保护点】
1.一种接触式三维跟踪扫描测头，其特征在于由运动单元、感测单元、限位单元、信号处理单元(18)及用于安装运动单元、感测单元、限位单元、信号处理单元的安装体系组成；所述运动单元包括探针(1)、下运动板(2)、下回复机构(3)、下固定片(4)、Z向传动机构(5)、X向传动机构(6)、Y向传动机构(7)、上运动板(8)、上回复机构(9)和上固定片(10)，下回复机构(3)和上回复机构(9)均含有弹性件；所述感测单元由Z向直线位移传感器(11)、X向直线位移传感器(12)和Y向直线位移传感器(13)组成；所述限位单元由Z向限位传感机构(14)、X向限位传感机构(15)和Y向限位传感机构(16)组成；所述信号处理单元(18)包括位移信号处理器(18.1)和电路板(18.4)；所述安装体系包括壳体(21)、顶盖(22)、底盖(19)、第一支撑柱(23)、第二支撑柱(24)、第三支撑柱(25)和支承板(17)，第一支撑柱(23)至少为三根，第二支撑柱(24)和第三支撑柱(25)的数量与第一支撑柱的数量相同，底盖(19)中心部位设置有供运动单元中的探针(1)通过的中心孔；所述底盖(19)与壳体(21)...
【技术特征摘要】
1.一种接触式三维跟踪扫描测头，其特征在于由运动单元、感测单元、限位单元、信号处理单元(18)及用于安装运动单元、感测单元、限位单元、信号处理单元的安装体系组成；所述运动单元包括探针(1)、下运动板(2)、下回复机构(3)、下固定片(4)、Z向传动机构(5)、X向传动机构(6)、Y向传动机构(7)、上运动板(8)、上回复机构(9)和上固定片(10)，下回复机构(3)和上回复机构(9)均含有弹性件；所述感测单元由Z向直线位移传感器(11)、X向直线位移传感器(12)和Y向直线位移传感器(13)组成；所述限位单元由Z向限位传感机构(14)、X向限位传感机构(15)和Y向限位传感机构(16)组成；所述信号处理单元(18)包括位移信号处理器(18.1)和电路板(18.4)；所述安装体系包括壳体(21)、顶盖(22)、底盖(19)、第一支撑柱(23)、第二支撑柱(24)、第三支撑柱(25)和支承板(17)，第一支撑柱(23)至少为三根，第二支撑柱(24)和第三支撑柱(25)的数量与第一支撑柱的数量相同，底盖(19)中心部位设置有供运动单元中的探针(1)通过的中心孔；所述底盖(19)与壳体(21)下端可拆卸连接；各根第一支撑柱(23)下端分别与下回复机构(3)和底盖周边组合，将下回复机构(3)可拆卸式地固定在底盖(19)上，各根第一支撑柱(23)上端分别与上回复机构(9)周边连接，将上回复机构(9)可拆卸式固定在第一支撑柱(23)上；各根第二支撑柱(24)下端分别与上回复机构(9)周边连接，各根第二支撑柱(24)上端分别与支承板(17)周边连接，将支承板(17)可拆卸式固定在第二支撑柱(24)上；各根第三支撑柱(25)下端分别与支承板(17)周边连接，各根第三支撑柱(25)上端分别与所述电路板(18.4)周边连接，将电路板(18.4)可拆卸式固定在第三支撑柱(25)上；所述下运动板(2)、下固定片(4)分别位于下回复机构(3)的顶面和底面，并与下回复机构(3)所含的弹性件连接；所述上运动板(8)、上固定片(10)分别位于上回复机构(9)的底面和顶面，并与上回复机构(9)所含的弹性件连接；以下运动板(2)的中心为原点建立三维直角坐标系，所述Z向传动机构(5)安装在下运动板(2)的顶面，其中心线与三维直角坐标系的Z轴重合，其上端与上运动板(8)连接；所述X向传动机构(6)安装在下运动板(2)顶面，其中心线与Z向传动机构(5)的中心线平行并与直角坐标系的X轴相交；所述Y向传动机构(7)安装在下运动板(2)顶面，其中心线与Z向传动机构(5)的中心线平行并与直角坐标系的Y轴相交，且该中心线距直角坐标系原点的距离与X向传动机构(6)的中心线距直角坐标系原点的距离相等；所述Z向直线位移传感器(11)安装在所述支承板(17)上，安装位置应使其中心线与Z向传动机构(5)的中心线重合，Z向直线位移传感器的动体与Z向传动机构(5)上端连接；所述X向直线位移传感器(12)安装在上运动板(8)上，安装位置应使其中心线与X向传动机构(6)的中心线重合，X向直线位移传感器的动体与X向传动机构(6)上端连接；所述Y向直线位移传感器(13)安装在上运动板(8)上，安装位置应使其中心线与Y向传动机构(7)的中心线重合，Y向直线位移传感器的动体与Y向传动机构(7)的上端连接；所述Z向限位传感机构(14)安装在上回复机构(9)和上固定片(10)上，所述X向限位传感机构(15)安装在上运动板(8)和X向传动机构(6)上，所述Y轴限位传感机构(16)在上运动板(8)和Y向传动机构(7)上；所述探针(1)下端为球头(1.1)，探针的上端通过磁力吸附作用与下运动板(2)底面连接，连接位置应使其中心线与Z向传动机构(5)的中心线重合，探针下端穿过底盖(19)的中心孔伸出，位于所述壳体(21)之外；所述位移信号处理器(18.1)安装在电路板(18.4)上；位移信号处理器(18.1)用于向Z向直线位移传感器(11)、X向直线位移传感器(12)、Y向直线位移传感器(13)提供启动激励信号，并将来自Z向直线位移传感器(11)、X向直线位移传感器(12)、Y向直线位移传感器(13)的标志被测工件表面参数的位移电信号转化为线性电压差信号传送给三坐标测量机或数控加工中心的处理系统；所述顶盖(22)安装在壳体上端，并与壳体上端可拆卸连接。2.根据权利要求1所述接触式三维跟踪扫描测头，其特征在于所述下回复机构(3)含的弹性件为第一“十字”形弹簧片(3.2)，下回复机构由第一“十字”形弹簧片(3.2)和两个第一簧片固定盖(3.1)组合而成，第一“十字”形弹簧片安装在两个第一簧片固定盖之间，其中心部位设置有通孔；上回复机构(9)含的弹性件为第二“十字”形弹簧片(9.2)，上回复机构由第二“十字”形弹簧片(9.2)和两个第二簧片固定盖(9.1)组合而成，第二“十字”形弹簧片安装在两个第二簧片固定盖之间，其中心部位设置有通孔。3.根据权利要求1或2所述接触式三维跟踪扫描测头，其特征在于所述Z向传动机构(5)由第一固定座(5.1)、第一弹性钢丝(5.2)、第一运动杆(5.3)和第一杆接头(5.4)组成，第一固定座(5.1)安装在下运动板(2)顶面，其中心线与三维直角坐标系的Z轴重合，第一弹性钢丝(5.2)固定在第一固定座上，第一运动杆(5.3)的下端与第一弹性钢丝连接、上端与第一杆接头下端连接，第一杆接头(5.4)的上端用于与上运动板(8)和感测单元中Z向直线位移传感器(11)的动体连接，组合时应使第一弹性钢丝(5.2)、第一运动杆(5.3)和第一杆接头(5.4)的中心线与第一固定座(5.1)的中心线重合；所述X向传动机构(6)由第二固定座(6.1)、第二弹性钢丝(6.2)、第二运动杆(6.3)和第二杆接头(6.4)组成，第二固定座安装在下运动板(2)顶面，其中心线与第一固定座(5.1)的中心线平行并与直角坐标系的X轴相交，第二弹性钢丝(6.2)固定在第二固定座上，第二运动杆(6.3)的下端与第二弹性钢丝连接、上端与第二杆接头下端连接，第二杆接头(6.4)的上端用于与感测单元中X向直线位移传感器(12)的动体连接，组合时应使第二弹性钢丝(6.2)、第二运动杆(6.3)和第二杆接头(6.4)的中心线与第二固定座(6.1)的中心线重合；所述Y向传动机构(7)由第三固定座(7.1)、第三弹性钢丝(7.2)、第三运动杆(7.3)和第三杆接头(7.4)组成，第三固定座(7.1)安装在下运动板(2)顶面，其中心线与第一固定座(5.1)的中心线平行并与直角坐标系的Y轴相交，且第三固定座(7.1)的中心线距直角坐标系原点的距离与第二固定座(6.1)的中心线距直角坐标系原点的距离相等，第三弹性钢丝(7.2)固定在第三固定座上...
【专利技术属性】
技术研发人员：陶冶，李彦，赵武，李文强，李翔龙，熊艳，王凯，万浩，于泽源，吴年汉，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：四川,51
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