[实用新型]新型光臂放大式三维扫描测头

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种精密测量技术领域，特别涉及一种新型光臂放大式三维扫描测头。

背景技术

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位置信息，测头的发展水平直接影响着精密量仪的测量精度与测量效率。精密测头通常分为接触式测头与非接触式测头两种，其中接触式测头又分为机械式测头、触发式测头和扫描式测头；非接触式测头分为激光测头和光学视频测头。

机械式测头是精密量仪使用较早的一种测头。该测头通过测头测端与被测工件直接接触进行位置测量，主要用于手动测量。该类测头结构简单、操作方便，其缺点在于精度不高，测量效率低，目前很少用于工业测量领域。当前工业领域广泛使用的精密测头是触发式测头。触发式测头的测量原理是当测头测端与被测工件接触时精密量仪发出采样脉冲信号，并通过仪器的处理系统锁存此时测端球心的坐标值,以此来确定测端与被测工件接触点的坐标。该类测头具有结构简单、使用方便、及较高触发精度等优点，是三维测头中应用最广泛的测头。但该类测头的缺点在于：存在各向异性(三角效应)，或者接触式测头在接触被测工件时因为阻力而产生微小位移从而导致测头的位移偏差，限制了其测量精度的进一步提高，最高精度只能达零点几微米。另一方面，由于触发式测头测量原理决定了其测量过程为单点测量，测量效率低，限制了其推广使用。

当前应用最广的测头类型为扫描式测头，该类测头输出量与测头偏移量成正比，作为一种精度高、功能强、适应性广的测头，同时具备工件单点测量和连续扫描测量的功能。该类测头的测量原理是测头测端在接触被测工件后，测头由于接触力的作用发生位移，测头的转换装置输出与测杆的微小偏移成正比的信号，该信号和精密量仪的相应坐标值叠加便可得到被测工件上点的精确坐标。若不考虑测杆的变形，扫描式测头是各向同性的，故其精度远远高于触发式测头。但是该类测头的缺点是结构复杂，制造成本高，目前世界上只有少数公司可以生产。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术中所存在的机械式测头和触发式测头精度不高，以及扫描式测头结构复杂、成本较高的上述不足，提供一种结构简单、测量精度较高的新型光臂放大式三维扫描测头，该三维扫描测头能够测得测头在三个方向的位移，通过位移叠加，能够补偿测球接触被测工件时测球位移导致的被测工件位置测量偏差，获得被测工件更为准确的测量坐标。

为了实现上述实用新型目的，本实用新型提供了以下技术方案：

一种新型光臂放大式三维扫描测头，包括：

三条激光束，即激光束一、激光束二和激光束三；

测头基座，包括至少三个反射面，其中三个反射面，即反射面一、反射面二、反射面三，三个反射面分别用于反射三条所述激光束，所述测头基座上设有用于检测的测杆和测球；

三个光电探测器，即光电探测器一、光电探测器二和光电探测器三，分别用于接收所述测头基座上所述反射面一、反射面二和反射面三分别反射的所述激光束一、激光束二和激光束三；

平移部件，用于使所述测头基座做直线运动，以改变所述测头基座反射面上的所述激光束一、激光束二和激光束三的反射点位置；

回复部件，用于将所述测头基座回复至初始位置；

处理系统，根据所述光电探测器一、光电探测器二和光电探测器三上分别接收到的激光束一，激光束二和激光束三反射位置变化值，计算得到所述测球的三维位移变化值。

该新型光臂放大式三维扫描测头，利用三条激光束，入射到测头基座上，通过测头基座上的不同反射面反射出去，再分别入射到三个光电探测器上，每个光电探测器能够感应对应激光束的反射位置。当平移部件带动测头基座做直线运动，即平移部件能够沿不同方向平移测头基座，以改变测头基座不同反射面上的激光束反射点位置，测头基座不同反射面反射出去的三条激光束分别入射到对应光电探测器上的位置也相应发生改变，处理系统分别对每个激光束入射到对应光电探测器上反射位置变化值进行计算并分析，能够得到测头基座在位于不同方向的直线位移变化值，将不同方向直线位移进行叠加，即可获得该测头基座在三个方向合成的三维位移量，测头基座发生位移后通过回复部件能够回复至初始位置，便于下一次的测量。