[实用新型]接触式光纤测头装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种接触式光纤测头装置，属于精密测试技术与仪器和光学精密测量技术领域。

背景技术

测头可视为传感器，只是其结构、功能较一般传感器更为复杂。测头的两大基本功能是测微(即测出与给定的标准坐标值的偏差量)和触发瞄准并过零发讯。

测头是精密量仪的关键部件之一，作为传感器提供被测工件的几何信息，其发展水平直接影响精密量仪的测量精度、工作性能、使用效率和柔性程度。在目前广泛使用的坐标测量机中，测头的设计和制造更决定了测量机的整体性能。其发展历史也表明，只有在精密测头为其提供新的触测原理、新的测量精度后，精密量仪才能发生一次根本的变化。换言之，精密测头是限制精密量仪精度和速度的主要因素，精密量仪能否满足现代测量要求也依赖于精密测头装置的不断创新与发展。因此，研制具有高精度、高性能的精密测头是实现精密测量的关键。

测头的分类，按功能分为瞄准测头和测微测头，按结构原理分为机械式测头、电气式测头和光学测头，按照测量方法又分为接触式测头和非接触式测头，其中接触式测头又分为硬测头和软测头。

从总体分析，目前的扫描式测头精度较高，但结构复杂、体积大、价格昂贵，影响了其普及应用。其发展方向就是在不影响其精度和扫描速度的同时，研制结构简单、成本低的新型、高精度扫描式测头。非接触测头具有测量力为零、测量效率高的优点，得到越来越广泛的应用，但是由于受到被测物体的形貌特征、辐射特性等影响，测量精度尚需提高，还无法取代接触式测头在精密量仪中的位置。而接触式测头由于具有结构简单、制作成本低及较高的触发精度等优点，仍是三维测头中应用最广泛的测头。而其发展方向是尺寸小、集成度高、精度高、各向异性小。

自从1972年实用新型三叉式触发测头以来，其传感方式不断改进，目前的触发式测头主要是通过判断电子机械开关的通断、压电晶体的压电效应、应变片的形变等几种方式触发。各种触发方式都有其优缺点，电子机械开关触发式测头结构简单、抗干扰能力强，但精度有限；压电触发式测头灵敏度高、结构简单，但易误触发；应变片触发式测头测量力小、精度高，但易受外界温度影响；振动触发式测头测力小、使用范围广，但精度有限。综合比较各种触发方式，都不能兼顾高精度、抗干扰强、适应范围广等特点。最为关键的是，无论采用哪种传感方式，其触发的本质并未改变，仍是测端接触被测件带动测杆偏移引起触发，其存在的各向异性及测杆变形带来的误差，虽可采用一定措施减少，但无法从根本上消除，成为制约其精度提高的主要障碍。

综上所述，触发式测头应用最广，其进一步发展必须突破传统的触发模式，从根本上消除各向异性和测杆变形对测量精度的影响。

实用新型内容

本实用新型就是突破目前传统的触发式测量原理，将非接触式测量中的光学原理与接触式触发原理相结合，产生一种新的触测方法，该方法能解决现有测头的的缺陷，将精密测量带入到一个新的高度。

本实用新型针对目前精密测量所用的测头的原理缺陷，提出一种新的触测原理，其基本思想：单色光光源的光通过单根光纤传至远离光源端的光纤球，然后通过光纤球外层的占有超半球面积的反射膜在光纤球内部进行反射，然后从接近接收光纤束端面的小半球表面出射，再进入外围的接收光纤束，然后经过光学装置后至图像探测器(CCD)，再通过数字图像处理技术来识别接收来的光斑。如果前端光纤球触碰到被测物，则会导致发射光纤在接收光纤束端面处的部位发生弯曲变形，从而导致反射回来的光强发生变化，反映到光斑图像信息的变化，然后从光斑图像变化信息提取被测物空间几何量信息。该方法最大的优点是避免了在接触式测量中普遍存在的各向异性和测杆变形带来的测量误差，以及非接触测量中对被测物表面要求高的缺陷。

本实用新型提供了一种接触式光纤测头装置，其特征在于，该装置结构如下：

单色光光源1；在单色光光源一侧，有一单根发射光纤5，该单根发射光纤的远离光源端端头是一个熔合的透明光纤球7，在光纤球7远离光源端的超半球表面镀上一层内反射膜8，然后在发射光纤5外套上能使发射光纤5在管内自由活动的光滑套管4，光滑套管外围是均匀分布且至少一层的多根接收光纤3，接收光纤外围是接收光纤束外包层2；在光滑套管接近光纤球端处内嵌一能自由伸缩的弹性复位装置6，在弹性复位装置外加起到封闭弹性复位装置6和固定发射光纤5作用的一个螺纹套管件12；在单色光光源1的另一侧，依次有透镜组9，光阑10，图像探测器11，计算机。

更具体的方案如下：

1)选用单色光光源1，可见光光源或者不可见光源都可以，主要是视后端图像探测器类型而定。