用于测量三座标机机构误差的三维电容测头制造技术

一种用于测量三坐标机机构误差的三维电容测头。本实用新型专利技术属于长度计量与测试技术领域。三维电容测头的结构特征在于固定在同一刚性支架上的三个电容测头的测量面中心法线两两相互垂直，并交于一点，交点至三个测量面的距离相等，它具有电容测微仪精度高和非接触测量的特点。三维电容测头与标准球阵上的某一球瞄准定位时，可同时读出球在三个坐标方向的坐标值。与一维球列一起使用可以测量得到三坐标机的２１项机构误差。适用于任何形式的三坐标机。（*该技术在2002年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
本技术属于长度计量与测试
三座标机是指具有三个相互垂直方向的运动导轨、精密测长系统和座标显示系统的机床或仪器，包括三座标测量机、数控机床和座标镗床等。三座标机工作空间任意一点的综合误差在结构上主要由该点的21项机构误差综合而成。21项综合误差包括三个轴向的三项位置误差、六项直线度误差、九项角运动误差及三项垂直度误差，空间任意两点之间的相对综合误差也主要是由相应两点处的21项机构误差综合而成的。在测量三座标测量机机构误差的各类方法中，有一类固定结构阵法，即用两点或两点以上的点组成具有固定间距的点阵结构作为空间长度标准，其中点可用球的球心来具体体现，这种固定结构又称作标准球阵，其上各球心的相互距离已由其它高精度仪器测出，在三座标测量机上用测头测量各球并计算得出各球球心位置及相互之间的测量距离，与相应的标准距离比较可求得相应点之间的相对综合误差。-->测量球阵上各球现使用的测头有两类，一类是硬测头，另一类是软测头，（见The  American  Society  of  Mechanical  Engineers，Proposed  Standard  for  Performance  Evaluation  of  Coordinate  Measuring  Machines，1983），硬测头包括三等边测头，内圆锥测头和磁性球座等，这类测头只用于浮动手动操作的测量机上，因接触力较大，使得变形误差较大，但与球的一次接触测量可同时获得球心的三个座标值。软测头包括开关测头、比例式测头和零位测头等，这类测头与球的接触力很小，测量精度高，适用于各类测量机，但需测量球上四个以上的点，然后计算得到球心的三座标值，故测量效率较低。本技术的目的在于开发一种新型测头，在测量球阵上各球心座标的过程中，它既具有硬测头一次测量可同时获得球心三个座标值的特点，又有和软测头精度高的优点，而且适用于任何型式的三座标机。图1是三维电容测头的装置简图。本技术的技术方案如图1所示。其中（1）是刚性支架，（2）是通用平面电容，（3）和（4）是″L″形电容测头。所说的电容测头（2）、（3）和（4）的测量面常为圆形平面这三个圆形平面的中心法线两两相互垂直，并且能交于一点，这三个圆形平面分别与交点的距离相等，电容测头（2）、（3）和（4）均安装在刚性支架（1）上，按照相互位置进行调整后固定。电容测头（2）、（3）和（4）的输出端分别由屏蔽导线与电容测微仪的三个输入端相联接。-->本技术用于测量三座标机机构误差时，均被安装在三座标机的测头座上，可随测头座移动。（数控机床和座标镗床的刀具座此时称为测头座）。标准球阵置于三座标机的工作台上，调整好位置，使三座标机在与第一个球瞄准定位时测微仪的三个示值清零，当测量机移动到其它各球的标准位置时，通过读取测微仪上的三个读数，获得各球相对第一个球的相对误差。图2是一维球列示意图。本技术与一维球列一起使用可测量得到三座标机的21项机构误差。一维球列是指所有球的球心均位于同一条直线上的标准球阵，如图2所示。将三维电容测头安装到三座标机的测头座上，一维球列置于工作台上，调整好位置，在三维电容测微仪与第一个球瞄准定位后将测微仪清零，测头移动到由一维球列决定的其它标准位置时由测微仪上读数获得误差值。一维球列在球列方向u向的球间距与标准公称距离的偏差δu由双频激光干涉仪测出，各球的球心在垂直于球列方向的V向和W向的直线度误差δV和δW，在测量机上沿某一轴向由180°反转前后的两次测量计算得到。将一维球列分别置于三座标机座标系的三个轴线方向，通过测量可以得到三个轴向的位置误差和直线度误差；将一维球列分别沿垂直轴线方向平移一段距离，（根据被测三座标测量机的误差合成公式的要求，某些情况在测头座和三维电容测头之间需要加一与某一轴向平行的水平伸长杆），然后分别测量获得相应的误差值，这样每对平移前后相对应的误差值相减再除-->以平移距离（加伸长杆时除以伸长杆长度），即可得到测量机的角运动误差；别将一维球列分别沿座标系中三个测量基面的对角线位置放置，可测量并计算得到三个垂直度误差，具体的测量和计算过程必须根据被测三座标机的型式和误差合成公式决定。本技术与现有其它测头相比较，其特点在于：1.电容测微仪优于0.1μm的高精度及非接触测量的特性决定了本技术具有很高的测量精度。2.一次测量可同时获得球心的三个座标值，故具有较高的测量效率。3.与一维球列并用可完整高精度地测出三座标机的21项机构误差。4.适用于任何型式的三座标机。本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于测量三座标机机构误差的三维电容测头，其特征在于它由刚性支架（１），通用平面电容（２），“Ｌ”形电容测头（３）和（４）组成，所说的电容测头（２）、（３）和（４）的测量面常为圆形平面，这三个圆形平面的中心法线两两相互垂直，并且交于一点，这三个圆形平面分别与交点的距离相等，电容测头（２）、（３）和（４）均安装在刚性支架（１）上，电容测头（２）、（３）和（４）的输出端分别由屏蔽导线与电容测微仪的三个输入端相联接。

【技术特征摘要】
1、用于测量三座标机机构误差的三维电容测头，其特征在于它由刚性支架(1)，通用平面电容(2)，“L”形电容测头(3)和(4)组成，所说的电容测头(2)、(3)和(4)的测量面常为圆形平面，这三个圆形平面的中心...

【专利技术属性】
技术研发人员：张国雄，臧艳芬，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：实用新型
国别省市：12[中国|天津]