一种表面微观形貌测量传感器制造技术

本发明专利技术公开一种表面微观形貌测量传感器，用于测量待测工件表面的形貌，包括：触针，用于测量微观形貌；触针轴，一端与所述触针连接，用于在所述触针测量微观形貌时跟随所述触针进行上下移动；磁恒力模块，与所述触针轴的另一端连接，用于调节所述触针与待测工件之间的测量力；触针轴气浮模块，环绕在所述触针轴外围，用于使所述触针轴悬浮；位移测量模块，设置在所述触针轴的正上方，用于测量所述触针轴在垂直方向上的位移。本发明专利技术通过触针轴气浮模块在触针轴外表面形成气隙，保证触针轴悬浮且摩擦最小，提高了触针测量的精度。通过磁恒力模块可调整触针与待测工件之间的测量力，以使触针将工件表面形貌更真实的传递给传感器。

【技术实现步骤摘要】
一种表面微观形貌测量传感器
本专利技术涉及表面微观形貌测量领域，特别是涉及一种表面微观形貌测量传感器。
技术介绍
一直以来，表面微观形貌都是精密工程领域所关注的热点。其中，表面粗糙度是一项用以描述零件微观几何形状误差的技术指标，也是一种评定机械加工工艺的重要方法。在精密机械、仪器仪表、超精密加工等制造领域中，表面粗糙度都是一个被重视的参数，其测量理论研究与测量仪器研发一直是人们所关心的重点。粗糙度测量仪根据测量原理可分为触针式与非触针式。传统的触针式粗糙度测量仪测量原理是通过触针与待测工件表面相对运动后，使触针在垂直方向上随着被测工件表面起伏，再利用传感器测量这种微小起伏，经过信号处理最终得到被测工件的表面信息。而触针式粗糙度仪根据测量结构又包括杠杆式与垂直式，其中杠杆触针式粗糙度测量仪由于其测量结构特性，导致其测量表面高度起伏变化时存在着不可避免的余弦误差，最终影响粗糙度测量仪的整体精度，虽然这种系统误差是可以通过角度传感器等一些手段补偿，但在纳米测量领域，这仍是不可避免的误差，且会在对仪器不确定度整体评估时，引入更多的不确定度。因此，相较于杠杆结构，垂直测量表面微观起伏的方法，在原理上具有更小的系统误差，并且满足阿贝原则。而组成粗糙度测量仪的关键就是其传感器系统。因此，有必要专利技术一种新型的表面微观形貌测量传感器。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种表面微观形貌测量传感器，用于提高测量精度。为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：一种表面微观形貌测量传感器，用于测量待测工件表面的形貌，包括：触针，用于测量微观形貌；触针轴，一端与所述触针连接，用于在所述触针测量微观形貌时跟随所述触针进行上下移动；磁恒力模块，与所述触针轴的另一端连接，用于调节所述触针与待测工件之间的测量力；触针轴气浮模块，环绕在所述触针轴的外围，用于使所述触针轴悬浮；位移测量模块，设置在所述触针轴的正上方，用于测量所述触针轴在垂直方向上的位移。可选的，所述表面微观形貌测量传感器还包括固定板，所述固定板分别与所述触针轴、所述磁恒力模块以及所述位移测量模块连接，所述固定板用于固定所述触针轴、所述磁恒力模块以及所述位移测量模块。可选的，所述磁恒力模块包括控力连杆、环形永磁体、环形线圈以及线圈保持架；所述控力连杆包括第一控力连杆与第二控力连杆，所述第一控力连杆一端与所述触针轴的另一端连接，所述第一控力连杆与所述触针轴垂直设置；所述第一控力连杆的另一端与所述第二控力连杆的一端连接，所述第二控力连杆与所述第一控力连杆垂直设置，且所述第二控力连杆与所述触针轴位于所述第一控力连杆的同一侧；所述环形永磁体套设在所述第二控力连杆上；所述线圈保持架包括上线圈保持架和下线圈保持架，所述上线圈保持架和所述下线圈保持架均固定在所述固定板上；所述环形线圈包括上环形线圈和下环形线圈，所述上环形线圈套设在所述上线圈保持架上，所述下环形线圈套设在所述下线圈保持架上；所述环形永磁体位于所述上环形线圈与所述下环形线圈之间，所述环形永磁体与所述上环形线圈与所述下环形线圈平行且共轴。可选的，所述触针轴包括触针固定部件和活塞杆；所述触针一端位于所述触针固定部件内部，所述活塞杆一端与所述磁恒力模块连接，所述活塞杆的另一端与所述触针固定部件连接；所述触针固定部件、所述活塞杆以及所述触针均共轴。可选的，所述触针轴气浮模块包括空气轴承和导向块，所述空气轴承套设在所述活塞杆的外部；所述触针轴还包括与所述导向块个数匹配的导向半球；各所述导向半球均与所述活塞杆连接，且各所述导向半球在一个平面内围绕所述活塞杆均匀布置。针对每个所述导向块，均有一个所述导向半球与所述导向块接触，所述导向块与所述导向半球共同保持所述活塞杆始终处于垂直状态。可选的，所述触针位于所述触针固定部件的内部的部分设置有反射部件。可选的，所述反射部件包括套设在所述触针上的筒状柱以及反射层，所述反射层设置在所述筒状柱表面。可选的，所述筒状柱的材料为微晶玻璃。可选的，所述反射层的材料为银。可选的，所述固定板包括固定板安装孔以及透镜安装槽。本专利技术通过触针轴气浮模块在触针轴外表面形成气隙，保证触针轴悬浮且摩擦最小，提高了触针测量的精度。通过磁恒力模块可调整触针与待测工件之间的测量力，以使触针将工件表面形貌更真实的传递给传感器。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术表面微观形貌测量传感器的装置结构图；图2为触针轴气浮模块结构示意图；图3为触针轴结构示意图；图4为固定板结构示意图。符号说明：触针轴—1；触针固定部件—11；活塞杆—12；导向半球—13；触针轴气浮模块—2；空气轴承—21；导向块—22；磁恒力模块—3；控力连杆—31；环形永磁体—32；上环形线圈—331；下环形线圈—332；线圈保持架—34；位移测量模块—4；反射部件—41；固定板—5；透镜安装槽—51；固定板安装孔—52；触针—6。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，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例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术的目的是提供一种表面微观形貌测量传感器，用于提高测量精度。为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，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1为本专利技术表面微观形貌测量传感器装置结构图；图2为触针轴气浮模块结构示意图；图3为触针轴结构示意图；图4为固定板结构示意图，如图1-图4所示，本专利技术表面微观形貌测量传感器包括触针6、触针轴1、磁恒力模块3、触针轴气浮模块2、以及位移测量模块4。所述触针6用于测量待测工件表面的微观形貌。所述触针轴1一端与所述触针6连接，所述触针轴1用于在所述触针6测量待测工件表面的微观形貌时跟随所述触针6进行上下移动。所述触针轴1具体包括触针固定部件11和活塞杆12。所述触针6一端位于所述触针固定部件11内部。所述触针6位于所述触针固定部件11内部的部分设置有反射部件41。所述反射部件41包括套设在所述触针6上的筒状柱以及反射层。所述反射层设置在所述筒状柱表面。所述筒状柱的材料优选为微晶玻璃，但不限于微晶玻璃。本领域的技术人员可根据实际需要选择不同材料。所述反射层的材料优选为银，但也不限于银。所述反射部件41用于反射所述位移测量模块4的激光实现位移本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种表面微观形貌测量传感器，用于测量待测工件表面的形貌，其特征在于，所述表面微观形貌测量传感器包括：/n触针，用于测量微观形貌；/n触针轴，一端与所述触针连接，用于在所述触针测量微观形貌时跟随所述触针进行上下移动；/n磁恒力模块，与所述触针轴的另一端连接，用于调节所述触针与待测工件之间的测量力；/n触针轴气浮模块，环绕在所述触针轴的外围，用于使所述触针轴悬浮；/n位移测量模块，设置在所述触针轴的正上方，用于测量所述触针轴在垂直方向上的位移。/n

【技术特征摘要】
1.一种表面微观形貌测量传感器，用于测量待测工件表面的形貌，其特征在于，所述表面微观形貌测量传感器包括：
触针，用于测量微观形貌；
触针轴，一端与所述触针连接，用于在所述触针测量微观形貌时跟随所述触针进行上下移动；
磁恒力模块，与所述触针轴的另一端连接，用于调节所述触针与待测工件之间的测量力；
触针轴气浮模块，环绕在所述触针轴的外围，用于使所述触针轴悬浮；
位移测量模块，设置在所述触针轴的正上方，用于测量所述触针轴在垂直方向上的位移。


2.根据权利要求1所述的表面微观形貌测量传感器，其特征在于，所述表面微观形貌测量传感器还包括固定板，所述固定板分别与所述触针轴、所述磁恒力模块以及所述位移测量模块连接，所述固定板用于固定所述触针轴、所述磁恒力模块以及所述位移测量模块。


3.根据权利要求2所述的表面微观形貌测量传感器，其特征在于，所述磁恒力模块包括控力连杆、环形永磁体、环形线圈以及线圈保持架；
所述控力连杆包括第一控力连杆与第二控力连杆，所述第一控力连杆一端与所述触针轴的另一端连接，所述第一控力连杆与所述触针轴垂直设置；所述第一控力连杆的另一端与所述第二控力连杆的一端连接，所述第二控力连杆与所述第一控力连杆垂直设置，且所述第二控力连杆与所述触针轴位于所述第一控力连杆的同一侧；
所述环形永磁体套设在所述第二控力连杆上；
所述线圈保持架包括上线圈保持架和下线圈保持架，所述上线圈保持架和所述下线圈保持架均固定在所述固定板上；
所述环形线圈包括上环形线圈和下环形线圈，所述上环形线圈套设在所述上线圈保持架上，所述下环形线圈套设在所述下线圈保持架上；
所述环形永磁...

【专利技术属性】
技术研发人员：施玉书，张树，皮磊，史舟淼，高思田，李伟，李琪，李适，黄鹭，
申请(专利权)人：中国计量科学研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11