[发明专利]一种三维螺纹测量机用扫描测头动态特性的评价方法

说明书

本发明涉及三维螺纹测量机用扫描测头领域，公开了一种螺纹测量机用扫描测头动态特性的评价方法，包括如下步骤：(1)在螺纹测量机用扫描测头的内部弹性导向机构处安装分辨力小于等于10nm的光栅尺模块；(2)将扫描测头安装于螺纹测量机上，使测量端处于自由状态；(3)使用力锤对测头的测端进行敲击；(4)通过光栅尺测得的数据，读取并计算三维螺纹测量机用扫描测头的固有频率。本发明方法在评价过程中通过读取计算振动参考曲线，解决了传统理论计算方法繁琐且不准确的问题，本发明在评价过程中结合螺纹测量机用扫描测头内部弹性机构的特点，简化了传统的测头动态特性评价方法，操作简单且提高了测量效率。

技术领域

本发明涉及一种扫描测头技术领域，特别涉及一种三维螺纹测量机用扫描测头动态特性的评价方法。

背景技术

在螺纹测量行业，二维测量技术如基于影像法的万能工具显微镜测量螺纹基本参数、利用激光三角法测量螺纹轴截面轮廓继而计算螺纹参数、三坐标机测量法、触针扫描式轮廓仪法等无法体现螺纹真实三维特性，无法满足石油、航空航天、核电、汽车等先进制造领域对精密螺纹几何参数综合测量的迫切需求，近年来，随着螺纹三维测量技术的发展，测量结果能够达到提现三维特征的效果，但在数据的采集过程中，测头作为测量机的核心部件之一，对其测量精度提出了更高的要求。

从结构或原理设计、误差补偿和特性研究上可以实现测量精度的提高。对三维测量接触式测头的设计呈现多元化，将测头与坐标机进行综合补偿与标定，近年来较多利用神经网络建立动态误差补偿模型。以上两个方面都能一定程度上提高测量精度，在特性研究上目前的测头在静态特性方面都能达到较好的效果，但在动态测量时存在多种因素综合的影响，需要对其进行研究。螺纹测量机用扫描测头的固有频率、振型等是描述动态特性的重要参数，对其进行评价分析具有重要意义。一般来说，通过理论及数值计算，可以估计系统固有频率的频率范围，但很费机时，且不准确，近年来ANSYS有限元软件代替了复杂的计算方法，但需要在建模型后对每个零件进行参数设置，该方法也是费时的。测量系统的固有频率，一般采用两类方法：自由振动法和强迫振动法。强迫振动法实质上就是利用共振的特点来测量测头系统的固有频率，即共振时的频率就是系统的固有频率，但是接触式扫描测头在固有频率附近进行测量时，共振不明显。自由振动法分为初位移法和敲击法，但需要用示波器记录波形，还要把系统的衰减系数也测试出来，再经过计算方可得到测头系统的固有频率。

综上所述，传统的系统固有频率的动态特性的评价与测量复杂繁琐，对测量条件有较高的要求，急需一种针对三维螺纹测量机用扫描测头方便简单的评价方法。

发明内容

本发明针对现有三维螺纹测量机的扫描测头动态特性测量方法的不足，提供了一种螺纹测量机用扫描测头动态特性的评价方法，本方法利用测头结构的特点使其简单方便，能够快速得到动态特性的固有频率这一重要参数，从而评价整个测头系统。

1、本发明的目的通过如下措施来达到：一种螺纹测量机用扫描测头动态特性的评价方法，包括如下步骤：

(1)在螺纹测量机用扫描测头的内部弹性导向机构处安装分辨力小于等于10nm的光栅尺模块(1-1)；

(2)将扫描测头安装于螺纹测量机上，使测量端处于自由状态；

(3)使用力锤对测头的测端(1-2)进行(10-60)mN的敲击；

(4)通过光栅尺测得的数据，获取螺纹测量机用扫描测头的固有频率ω₁，具体步骤包括如下：

①获取所述光栅数据，该数据为关于时间的相对位移数字量，每两个数据间隔n毫秒；

②根据测量数据制作时间-位移参考曲线；

③在参考曲线中计算第(2-11)个峰值之间的平均时间差按下式计算固有频率ω₁：