[发明专利]一种直接入射式光臂放大型三维扫描测头

说明书

本发明公开了一种直接入射式光臂放大型三维扫描测头，包括：用于发射三条激光束的三个激光源；用于固定测杆与测球的测头基座，测头基座设有激光源或者光电探测器；用于接收三条入射激光束的三个光电探测器；用于使测头基座做直线运动的平移部件；用于将测头基座回复至初始位置的回复部件；计算得到测球的三维位移变化值的处理系统。该新型三维扫描测头通过三个光电探测器能够得到在三个不同直线方向的测头位移量，进而获得被测工件更为准确的测量坐标。该新型三维扫描测头提高了测量精度，简化了结构，降低了生产成本，易于批量加工制造。

技术领域

本发明涉及一种精密测量技术领域，特别涉及一种直接入射式光臂放大型三维扫描测头。

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。

发明内容

本发明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。

为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：

技术方案一：

一种直接入射式光臂放大型三维扫描测头，包括：

三个激光源，用于发射三条激光束，即激光源一发射激光束一，激光源二发射激光束二，激光源三发射激光束三；

测头基座，设有所述激光源一、激光源二与激光源三，以及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；

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获得的激光束一，激光束二和激光束三入射位置变化值，计算得到所述测球的三维位移变化值。

技术方案二：