[发明专利]一种光纤式三维触发测头装置及测量方法

权利要求书

1.一种光纤式三维触发测头装置，其特征在于,包括光源、光纤测杆、弹性复位机构、镀有反射膜的测球以及光电检测单元，所述光纤测杆上具有一根中心光纤和在所述中心光纤周围同轴均匀分布的4N根接收光纤，N为正整数，所述弹性复位机构设置在所述光纤测杆与所述测球之间，用于使所述测球复位到初始位置，所述光源发出恒定功率的光通过所述中心光纤传输到所述测球上，经过所述反射膜反射的光通过所述接收光纤传输到所述光电检测单元，其中当所述测球与被测件接触受力时，所述测球的位置发生的变化导致测球球面反射的光域面积及位置发生变化，所述接收光纤所接收的光强值相应地发生变化，基于光强值变化与测球空间位置变化的关系确定所述测球的空间位置变化信息；还包括设置在所述光纤测杆与弹性复位机构之间的调节保护结构，所述调节保护结构包括固定杆、转接件、保护弹簧、下外壳和球座，其中所述光纤测杆与所述固定杆连接，所述固定杆和所述转接件螺纹连接，所述螺纹连接的旋合长度可调节，所述固定杆端口与所述保护弹簧套合，所述转接件与所述下外壳连接，所述球座安置在所述下外壳的定位槽内，所述球座的一端与所述保护弹簧套合，所述球座的另一端耦合到所述弹性复位机构，其中当进行正常探测时，所述球座位置保持不变，当出现异常的导致过行程的外力时，所述球座克服所述保护弹簧的力离开所述定位槽以提供保护性过行程，以避免测球部分结构撞坏，当导致过行程的外力撤除时，所述保护弹簧使所述球座复位到原始状态。

2.如权利要求1所述的光纤式三维触发测头装置，其特征在于,所述中心光纤与所述接收光纤的设置满足下式：

其中r1为所述中心光纤的半径，r2为所述接收光纤的半径，r1小于r2，q为所述中心光纤与所述接收光纤的表面最短距离。

3.如权利要 求 1所述的光纤式三维触发测头装置，其特征在于,所述光纤测杆与所述固定杆螺纹连接，所述螺纹连接的旋合长度可调节，以调节所述光纤测杆的端面与所述测球之间的距离。

4.如权利要求 1所述的光纤式三维触发测头装置，其特征在于,所述定位槽为V型定位槽。

5.如权利要求1至4任一项所述的光纤式三维触发测头装置，其特征在于,所述弹性复位机构为复位弹簧。

6.如权利要求1至4任一项所述的光纤式三维触发测头装置，其特征在于,所述光电检测单元包括对应于4N根接收光纤的4N个光电二极管。

7.一种光纤式三维触发测量方法，特征在于,使用如权利要求1至6任一项所述的光纤式三维触发测头装置进行触发测量，由所述光电检测单元采集光强转换为4N路电信号，再由后级电路进行处理，所转化的电信号与光强值成线性比例关系，后级处理得到的电压信号通过标定技术可得到所述测球的空间几何位置变化与处理后的电压信号变化的函数关系，进而得到测头的触发值以及测量精度，测量时，基于光强值变化与测球空间位置变化的关系，确定所述测球的空间位置变化信息。

8.如权利要求7所述的光纤式三维触发测量方法，其特征在于,包括水平方向的信号处理以及竖直方向上的信号处理，其中水平方向上的信号处理包括对4N路电信号分别进行两两对角差分放大处理，得到2N路电信号；竖直方向上的信号处理包括对4N路电信号进行求和放大处理，得到一路电压信号；基于得到的2N+1路测量信号得到所需的触发阈值。

9.如权利要求8所述的光纤式三维触发测量方法，其特征在于,还包括对所述2N+1路进行消偏置和滤波处理。