[发明专利]接触式扫描测头、坐标测量装置、系统及方法

说明书

本发明的一种接触式扫描测头，包括发出平行光的发光组件、设于发光组件出光侧的圆锥透镜、位于圆锥透镜上远离发光组件一侧的电荷耦合器件及用于与待测试件接触的测试接触件；测试接触件固接于发光组件上远离出光侧的一侧，发光组件上远离所述出光侧的一侧设有若干用于将发光组件连接于测量装置上的弹性件，各弹性件围绕测试接触件与发光组件的连接处设置；圆锥透镜中的锥顶指向发光组件，在测试过程中，使得发光组件发出的光经过圆锥透镜后在电荷耦合器件上的投影的图案发生变化，依据电荷耦合器件采集到的投影图案确定测试接触件的偏置，进而确定待测试件上测试点坐标值的变化，获得偏移量。

技术领域

本发明涉及坐标测试以及光学测试技术领域，具体而言，本发明涉及一种接触式扫描测头、坐标测量装置、系统及方法。

背景技术

传统的三坐标测量系统包括光栅尺以及安装在坐标测量机上的扫描接触测头，然而传统的三坐标测量机在测试未知曲面的过程中，扫描侧头不能够连续的采集曲面上的点，而只能被触发以用于获取三坐标测量系统中光栅尺的读数，导致整个测量过程中的测量效率低，同时由于采集的点不连续，导致依据测试结果运算出的结果的精度较低，不能完全反应出未知曲面的尺寸和形状信息。

发明内容

本发明的目的旨在至少解决上述技术缺陷之一，特别是测量精度低。测量效率低的问题。

本发明提供了一种接触式扫描测头，包括发出平行光的发光组件、设于所述发光组件出光侧的圆锥透镜、位于所述圆锥透镜上远离所述发光组件一侧的电荷耦合器件及用于与待测试件接触的测试接触件；所述测试接触件固接于所述发光组件上远离所述出光侧的一侧，所述发光组件上远离所述出光侧的一侧设有若干用于将所述发光组件连接于测量装置上的弹性件，各所述弹性件围绕所述测试接触件与发光组件的连接处设置；所述圆锥透镜中的锥顶指向所述发光组件。

进一步地，所述测试接触件为球体，所述测试接触件通过连接杆与发光组件固接，所述球体用于与所述待测试件接触。

优选地，所述圆锥透镜为平凹角圆锥透镜。

优选地，所述电荷耦合器件为板状，所述电荷耦合器件与所述圆锥透镜中圆锥的底面间隔预设距离。

优选地，所述预设距离依据所述电荷耦合器件的尺寸、所述圆锥透镜的折射率、所述圆锥透镜中圆锥的体积和底面积确定。

进一步地，还包括设置于所述发光组件边沿与所述圆锥透镜边沿之间的支撑结构。

进一步地，所述发光组件包括发光元件和设置于所述发光元件背光侧的基板。

本发明还提供了一种坐标测量装置，包括任一技术方案所述的接触式扫描测头、工作台以及位于所述工作台上且能在工作台上滑动的测试机构，所述接触式扫描测头与所述测试机构连接。

进一步地，所述测试机构包括：横跨所述工作台的横梁以及支撑所述横梁且能在所述工作台两侧边滑动的支撑组件，垂直于所述横梁并与所述横梁滑动连接的滑杆，所述接触式扫描测头位于所述滑杆对着所述工作台的一端，所述滑杆的一端设置有能容纳所述接触式扫描测头且与其连接的壳体，所述弹性件远离所述发光组件的一端与所述壳体连接。

本发明还提供了一种坐标测量系统，包括任一技术方案所述的坐标测量装置、光栅尺、计算机装置，所述坐标测量装置与所述计算机装置电性连接，所述光栅尺用于采集所述坐标测量装置上测试机构和滑杆的坐标值，所述计算机装置用于依据所述坐标测量装置测试到的数据和所述光栅尺采集到的所述坐标测量装置上的坐标值进行运算，确定待测试件的尺寸信息。

本发明还提供了一种坐标测量方法，应用所述的坐标测量系统，包括：

控制所述测试接触件在预设测量范围内与待测试件接触，改变所述发光组件和圆锥透镜之间距离，以改变所述发光组件发出的光经过所述圆锥透镜后在所述电荷耦合器件上的投影图案，基于所述电荷耦合器件感知到的所述投影图案确定所述测试接触件的偏移量；