[发明专利]一种杠杆式表面轮廓测量传感器

说明书

本发明公开一种杠杆式表面轮廓测量传感器，涉及零件几何轮廓测量技术领域，包括杠杆测量模块、测量力恒定控制模块、测量范围调整模块和数据处理模块；杠杆测量模块包括触针、杠杆和支点，杠杆转动安装于支点上，触针安装于杠杆的第一端，用于与被测样品接触，被测样品放置在载物台上；测量力恒定控制模块包括力传感器、力补偿装置和连接杆，力传感器以及力补偿装置均与数据处理模块连接，力传感器安装于载物台的下方，连接杆与杠杆的第二端连接，力补偿装置与连接杆连接；测量范围调整模块与数据处理模块连接，实现测量范围的调整。本发明在测量过程中控制测量力恒定，增加测量结果的真实性与可信度，并且实现对不同范围的轮廓进行高精度测量。

技术领域

本发明涉及零件几何轮廓测量技术领域，特别是涉及一种杠杆式表面轮廓测量传感器。

背景技术

一直以来，零件的几何轮廓尺寸的测量是精密工程领域所关注的热点。零件的几何尺寸反映了零件加工的误差，是评定机械加工工艺水平的重要参数。在精密机械、仪器仪表、超精密加工、智能制造等高端领域中，零件几何尺寸的测量理论研究与测量仪器研发一直是人们所关心的重点。

表面轮廓测量仪根据测量原理可分为接触式与非接触式。非接触式表面形貌测量仪主要采用白光干涉原理，具有测量速度快、精度高范围大等优点，但是其对测量环境要求比较苛刻，容易受到外界环境因素的干扰而产生漂移，引入大量的非线性误差，并且光学仪器成本比价高，不适合工业应用；接触式表面形貌测量仪的测量原理是通过触针与待测工件表面物理接触后而发生相对运动，使触针在垂直方向上随着被测工件的表面轮廓发生起伏，再利用传感器测量这种微小起伏变化，将零件的轮廓尺寸信息调制到传感器的输出信号中，经过解调、滤波等信号处理，最终得到被测工件的表面轮廓信息。与非接触式表面形貌测量仪器相比，虽然接触式表面形貌测量存在测量速度慢、横向分辨率受针尖半径影响、测量过程中测量力随位置变化、测量过程中存在摩擦磨损等问题，但是其成本低、可测样品类型广泛、抗干扰能力强、测量结果可靠，使其在实际工业应用中具有广阔的前景与空间。

接触式表面轮廓测量仪根据测量结构又包括垂直式与杠杆式，其中垂直式测量结构理论上使位移作用线与测量线二者共线，满足阿贝原则，在原理上具有更小的系统误差，更低的结构噪声，但是其测量精度与测量范围受限于传感器，如果要同时兼顾高分辨与大量程，将对传感器提出十分苛刻的要求，使仪器整体成本大大增加；杠杆式测量结构可利用其作用臂与测量臂的比例关系，实现对输入位移不同比例的放大，最终测量的精度由传感器保证，在一定程度上可以缓和测量精度与测量范围之间的矛盾。虽然因其测量结构特性，导致其测量表面轮廓起伏变化时存在着不可避免的余弦误差，最终影响测量的整体精度，但是这种误差是可以通过角度传感器等一些手段补偿，因此，相较于直线测量结构，杠杆测量结构更加具有普适性。测头作为接触式表面轮廓测量仪器的核心部件，其测量能力的高低直接决定整台仪器性能指标的好坏。

因此，亟待提供一种新的杠杆式表面轮廓测量传感器，以解决现有技术中所存在的上述问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种杠杆式表面轮廓测量传感器，以解决上述现有技术存在的问题，在测量过程中控制测量力恒定，增加测量结果的真实性与可信度，并且实现对不同范围的轮廓进行高精度测量。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种杠杆式表面轮廓测量传感器，包括杠杆测量模块、测量力恒定控制模块、测量范围调整模块和数据处理模块；所述杠杆测量模块包括触针、杠杆和支点，所述杠杆转动安装于所述支点上，所述触针安装于所述杠杆的第一端，用于与被测样品接触，所述被测样品放置在载物台上；所述测量力恒定控制模块包括力传感器、力补偿装置和连接杆，所述力传感器以及所述力补偿装置均与所述数据处理模块连接，所述力传感器安装于所述载物台的下方，所述连接杆与所述杠杆的第二端连接，所述力补偿装置与所述连接杆连接；所述测量范围调整模块与所述数据处理模块连接，用于实现测量范围的调整。