[实用新型]一种接触式扫描测头

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种低接触力、高精度、可扫描的测头，属于光学非球面、自由曲面的检测和制造技术领域。

背景技术

非球面的检测一直是非球面加工过程中的关键技术。目前除了英国的Taylor Hobson外，在接触式检测仪器中，几乎找不到其它方便的非球面检测设备。三坐标联动测量装置是目前非球面加工中常用的设备，但其测量速度比较慢，且精度低于2个微米的设备价格昂贵。另外，基于测长仪的轮廓检测系统也用于目前的非球面检测，但这一系统不仅测量速度慢，并且它与工件的接触力比较大，难以满足非球面加工的检测要求。目前，加工的非球面一般都选择了英国的Taylor Hobson作为检测手段。但这一设备价格高，且维修成本也很高。

非球面的加工需要一种低成本，且在与工件低接触力条件下，能实现快速且高精度的检测手段。

发明内容

本实用新型针对现有非球面检测技术所存在的不足，提供一种结构简单，价格低，且在低接触力条件下，可快速提供被检非球面的高精度轮廓数据的测头。

实现本实用新型目的的技术方案是：一种接触式扫描测头，它包括测量杆、测量臂和旋转轴；所述的旋转轴为一个气浮轴承；所述测量杆包括摆臂和圆弧光栅，摆臂的顶端为一个圆弧面, 所述圆弧面的圆心与气浮轴承的旋转中心重合，圆弧光栅贴合在圆弧面上，摆臂的底端与气浮轴承连接；摆臂的二侧分别安装左限位挡块和右限位挡块；圆弧光栅读数头固定在测量杆的正上方,光栅读数头通过引出的光栅线缆与光栅信号处理装置的光栅信号输入接口连接；所述测量臂的一端固定在气浮轴承上，另一端安装红宝石测针；气浮轴承连接测量臂和测量杆；气浮轴承上安装有接触力调节螺母。

所述的接触式扫描测头，气浮轴承的径向跳动小于0.1微米。

采用本实用新型提供的接触式扫描测头进行测量时，测量方法包括如下步骤：

（1）将接触式扫描测头固定在水平导轨上；移动水平导轨，把测头移动到被测非球面一端的起始点；将工件与测头的红宝石测针相接触，通过配重调整器调节红宝石测针与工件接触处的接触力；调整工件高度，保证在测头扫描整个非球面过程中，保持光栅读数的有效性；

（2）移动水平导轨，使测头的红宝石测针以0.5～2mm/s范围内的一个固定速度在被测非球面的表面进行扫描；按1～100HZ的采样频率记录水平导轨的位移位置和测头的光栅读数，其中，为采样点的水平导轨的位移位置，为测头的光栅读数，即测量杆偏离中心位置的距离；

（4）将测量到的数据按

，进行处理，得到被测非球面的轮廓数据；其中：，，、和分别为测头的测量杆的摆臂长度、测量臂的长度和红宝石测针的长度；

（5）经数据处理，得到被测非球面与理论面形之间的误差数据。

上述测量方法中，与的比值为可调节，检测精度随与比值的增大而提高。

由于上述技术方案的运用，本实用新型与现有技术相比具有下列优点：

1、本实用新型提供的测头具有目前非球面测量仪所提供的测头的所有优点，其测量精度可通过提高光栅精度得以实现；测头的成本只有英国TalySurf提供的测量仪所带测头的约1/20，可大大节约测量成本。

2、可通过调节配重，方便的调节测头与工件的接触力；测头的行程（测量范围）可做到几十个厘米，甚至更大，远大于英国Taylor Hobson测头的测量范围，且可保证全测量行程上的测量精度小于0.5微米。

3、本实用新型提供的测头不仅可用于测量非球面，它同样适用于任何轮廓检测仪器或三坐标测量仪。

附图说明

图1 是本实用新型提供的测头的结构示意图；

图2 是利用本实用新型加工的测头检测一个标准平面镜获得的轮廓误差数据；

图3 是利用本实用新型加工的测头检测一个标准球面镜获得的轮廓误差数据；

图中，1、圆弧光栅； 2、光栅读数头 ；3、测量杆的摆臂； 4、配重调整器 ；5、气浮轴承； 6、测量臂 ；7、红宝石测针；8、光栅线缆；9、测量杆的左限位挡块；10、测量杆的右限位挡块。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型技术方案作进一步阐述。

实施例1：