[发明专利]一种机电一体、具有位置记忆功能的三维在线测量头

说明书

一种机电一体、具有位置记忆功能的三维在线测量头。其核心机构由复位顶针（34）、测针座（32）、圆柱水平杆（36）、水平记录及调节机构（14）组成。这一核心机构实现了测针座（32）的三维定位、水平保持以及灵活摆动。水平记录及调节机构可以通过上述功能实现对于测针微米级摆动的电平反馈。水平记录及调节机构由六个独立的压电陶瓷叠堆，经过特别的设计可以升降，保持对于圆柱水平杆的支撑。六个压电陶瓷叠堆每次同时输出六个电平数据，经过时间系列成为了系统控制的时间函数。增加相应的触发及测量策略，结合对于这些函数的处理，可以及时、动态的判断三个圆柱水平杆的三维位置。

技术领域

本发明涉及一种机电一体、具有位置记忆功能的三维在线测量头，更具体地说，本发明涉及在线测量头的核心机构，一种能保持测量头主体部件测针座与测量头壳体在轴向同轴且定位以及保持测针座水平的机电系统。

背景技术

测量头作为机床加工过程中，利用机床主轴安装测量头实施对加工工件的接触测量，是现代机械加工中经常使用的测量方法，测量头在使用过程中，由于测量部位不同及多次使用，测量头的测针和测针座需要与测量头壳体发生相对位移，所以测量头的制造精度和测针与测量头壳体发生相对位移后的复位精度是保证测量头测量精度的关键。

这个复位要求是测量头的测针在任意方向的复位要保持一致，精度在可接受的范围内。这个复位精度是个综合参数，其更为详细的分解技术要求是测针座在竖直方向的定位精度、竖直方向与测量头壳体的同轴精度、测针座的水平精度这三个参数必须达到精度要求范围，而这三个参数精度要求是超出被测数控机床精度等级的，因此要求非常高。

现有同类测量头中，测针固定在测针座上，测针座的水平控制是采用作为活动部件的测针座的水平面上有三等份分隔设置的三组定位圆柱，称为圆柱水平杆，组装时必须保证到三个圆柱水平杆的下底部的三条线形成一个共同的平面。同时必须保证到三个圆柱水平杆的圆周直径的一致性。制造精度和组装精度要求非常高，难度大，成本高。

测针座的三个圆柱水平杆要维持水平，是通过在测量头壳体底部平面上设置定位球来支撑实现的。同时通过定位球实现对圆柱水平杆的水平面内限位。实现测针座的水平要在安装定位球的过程中同步完成，故此，这个组装过程难度非常大。测针座的水平状态维持需要在测针座上方施加一个向下的弹性压力，如此才可以实现测针前端测球的各个方向摆动灵活及复位。在摆动过程中必须保证到测针座与测量头壳体的轴向位置不变同时还要求同轴。这个测量头壳体轴向位置不变以及同轴是通过有弹性的材料把测针座同测量头壳体联结在一起，而这个联结需要同时保证测针座、弹性材料体和测量头壳体的单体加工精度以及三者的组装精度。因此零部件间接口多、结构结构复杂、加工难度大、组装过程精度难以控制。严重者，造成测量头合格率低。

这种测量头投入使用必须保证测针的竖直状态以及测针与测量头的同轴要在合格的范围内，它涉及到的是测针座的水平度和测针座与测量头壳体的同轴度两个参数。以上两个参数在测量头出厂前需要经过校准而得到保证，不符合精度要求的测量头要么重新装配，要么降低等级使用或者根本不能使用而报废。而现有的结构及材料和功能设计决定了测量头的校准过程效率低下。

发明内容

针对以上提出的问题，本发明的目的是提供一种在三维空间、机电一体、具有位置记忆功能的三维在线测量头，通过软、硬件结合的方式来保证测量头核心机构测针座与测量头壳体在轴向实现定位和同轴以及总体维持水平状态一致。

本发明是通过以下的技术方案来实现的：在硬件方面，这一测量头是由下外壳调节机构组件、中外壳控制机构组件、测针座机构组件、上外壳电极组件和电池仓组件组成；在软件方面，系统功能由触发控制模块、通信模块以及信号发生及控制模块实现。

所述下外壳调节机构组件是由下外壳、软线板、三组六只水平记录及调节机构以及起密封作用的密封橡胶、密封轴套和下外壳密封压板组成。

所述中外壳控制机构组件是有六组LED信号灯、控制电路板和同轴隔层板以及外壳组成。