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专利名称：一种大量程高精度轮廓测量位移传感器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种高精度轮廓测量位移传感器。
背景技术：
随着我国制造业的飞速发展，研制大量程高精度及低成本的测量位移传感器变得 至关重要。现阶段国内使用的电感式测量位移传感器存在测量范围小、精度低、线性误差 大，环境温度变化对测量精度影响较大，电路随温度变化漂移较大，仪器的残余轮廓较大等 缺陷，实现不了对工件轮廓的高精度测量。目前国内生产的表面轮廓测量仪只能进行低端 的轮廓测量，而高精度的轮廓测量仪全部依靠进口，每年国家要花费大量外汇从英国、德 国、日本等国家购买高精度轮廓测量仪，来满足各行业高精度轮廓测量的检测需求。

实用新型内容本实用新型的目的是提供一种大量程高精度轮廓测量位移传感器，以解决现有电
感式测量位移传感器存在成本高、测量范围小、精度低、线性误差大、温度漂移大、仪器的残
余轮廓大，实现不了对工件轮廓精确测量的问题。 本实用新型为解决上述技术问题采用的技术方案有两个 方案一 本实用新型的位移传感器由测杆组件、测量杠杆、零位支架、零位块、光栅
尺、读数头、连接板、回转轴系、测力机构、限位机构、连接块、罩和前挡板组成；所述测杆组
件由测针、测杆和防转杆组成；所述回转轴系由主体、回转轴、两个轴承、两个压片、两个支
承法兰和两个第一回转轴调整螺钉组成；所述测针和防转杆均固装在测杆上且靠近测杆的
两端设置，所述测量杠杆的一端设有轴向中心孔，测杆靠近防转杆的一端紧固在测量杠杆
的轴向中心孔内，测量杠杆的另一端设置在主体的内腔中，主体装在罩内，所述前挡板与主
体靠近防转杆一端的端面可拆卸连接；设置在主体的内腔中的测量杠杆上设有回转轴孔，
所述回转轴穿过所述回转轴孔，回转轴与测量杠杆固接，与回转轴相对应的主体的两个侧
壁上各设有一个沉孔，回转轴的两端各通过一个轴承支承在主体上，轴承设置在沉孔的小
直径孔内，每个轴承的外环通过设置在沉孔的小直径孔内的一个压片轴向压紧，每个沉孔
内装有一个与主体固接的支承法兰，支承法兰上设有中心螺纹孔，第一回转轴调整螺钉与
支承法兰的中心螺纹孔螺纹连接，第一回转轴调整螺钉的端面压在压片上，测量杠杆的另
一端上固装有零位支架，所述零位块固装在零位支架上，测量杠杆的另一端端面为向外突
出的圆弧面，所述圆弧面的圆心与测量杠杆上的回转轴孔的中心同心，所述光栅尺固装在
圆弧面上，零位块与读数头的零位相对应设置，所述读数头通过连接板紧固在主体上，读数
头与光栅尺的位置相对应设置，测针的尖点与回转轴的轴心及光栅尺的零位在一条直线
上，限位机构固定在靠近防转杆一端的主体上，所述连接块固定在主体上，光栅尺为金属光 方案二本实用新型的位移传感器由测杆组件、测量杠杆、零位支架、零位块、光 栅尺、读数头、连接板、回转轴系、测力机构、限位机构、连接块、罩和前挡板组成；所述测杆组件由测针、测杆和防转杆组成；所述回转轴系由主体、回转轴、两个轴承和两个第二回转 轴调整螺钉组成；所述测针和防转杆均固装在测杆上且靠近测杆的两端设置，所述测量杠 杆的一端设有轴向中心孔，测杆靠近防转杆的一端紧固在测量杠杆的轴向中心孔内，测量 杠杆的另一端设置在主体的内腔中，主体装在罩内，所述前挡板与主体靠近防转杆一端的 端面可拆卸连接；设置在主体的内腔中的测量杠杆上设有回转轴孔，所述回转轴穿过所述 回转轴孔，回转轴与测量杠杆固接，与回转轴相对应的主体的两个侧壁上各设有一个轴承 孔和一个与该轴承孔相通的回转轴调整螺钉孔，回转轴的两端各通过一个轴承支承在主体 上，轴承设置在主体上的轴承孔内，第二回转轴调整螺钉端面的中心处设有凹槽，每个轴承 的外环通过与回转轴调整螺钉孔螺纹连接的第二回转轴调整螺钉轴向压紧，测量杠杆的另 一端上固装有零位支架，所述零位块固装在零位支架上，测量杠杆的另一端端面为向外突 出的圆弧面，所述圆弧面的圆心与测量杠杆上的回转轴孔的中心同心，所述光栅尺固装在 圆弧面上，零位块与读数头的零位相对应设置，所述读数头通过连接板紧固在主体上，读数 头与光栅尺的位置相对应设置，测针的尖点与回转轴的轴心及光栅尺的零位在一条直线 上，限位机构固定在靠近防转杆一端的主体上，所述连接块固定在主体上，光栅尺为金属光 本实用新型具有以下有益效果本实用新型采用独特的整体结构，高精度的回转 轴系(采用两种不同的技术方案)，并与光栅尺和读数头配合使用，大大简化了传感器的 结构，其特点是结构简单、测量范围大、精度高、长时间使用稳定性好、线性误差小、成本低， 可实现对工件轮廓的精确测量。本实用新型的传感器可用于工件的轮廓尺寸、表面形状误 差、表面波度及表面粗糙度的测量。本实用新型的传感器对工件的轮廓测量的测量范围 为10mm，分辨率可以达到5. 0nm ;对工件的形状测量的测量范围可以达到士10mm、 士20mm、 士30mm或者更大，分辨率可以达到O. 1 y m。

图1是本实用新型的具体实施方式
一的整体结构主视图，图2是图1的A-A剖视 图，图3是图2的B向视图(测量杠杆3拆去零位支架21后的)，图4是图2中的回转轴系 的局部放大图，图5是图1的C向视图(为了表示清楚，只画出了限位机构29、主体5和罩 1)，图6是本实用新型的具体实施方式
四的整体结构主视图，图7是图6的D-D剖视图，图 8是图7的E向视图(测量杠杆3拆去零位支架21后的)，图9是图6中的回转轴系的局 部放大图，图10是图6的F向视图(为了表示清楚，只画出了限位机构29、主体5和罩1)。
具体实施方式具体实施方式
一 结合图1-图5说明本实施方式，本实施方式的位移传感器由测 杆组件、测量杠杆3、零位支架21、零位块20、光栅尺18、读数头19、连接板22、回转轴系、测 力机构30、限位机构29、连接块17、罩1和前挡板15组成；所述测杆组件由测针12、测杆 13和防转杆11组成；所述回转轴系由主体5、回转轴8、两个轴承23、两个压片24、两个支 承法兰26和两个第一回转轴调整螺钉25组成；所述测针12和防转杆11均固装在测杆13 上且靠近测杆13的两端设置(本实施方式中的防转杆11和测针12与测杆13采用胶粘接 方式固定，防转杆11的作用是防止测杆13转动)，所述测量杠杆3的一端设有轴向中心孔，测杆13靠近防转杆11的一端紧固在测量杠杆3的轴向中心孔内(本实施方式通过锁紧螺 钉14将测杆13紧固在测量杠杆3的轴向中心孔内，使测杆13和测量杠杆3成为一体，松 开锁紧螺钉14，即可更换测杆组件)，测量杠杆3的另一端设置在主体5的内腔中(主体5 是该传感器零件的支承主体)，主体5装在罩1内，所述前挡板15与主体1靠近防转杆11 一端的端面可拆卸连接，设置在主体5的内腔中的测量杠杆3上设有回转轴孔，所述回转轴 8穿过所述回转轴孔，回转轴8与测量杠杆3固接(本实施方式通过紧固螺钉6固定)，与 回转轴8相对应的主体5的两个侧壁上各设有一个沉孔，回转轴8的两端各通过一个轴承 23支承在主体5上，轴承23设置在沉孔的小直径孔内，每个轴承23的外环通过设置在沉孔 的小直径孔内的一个压片24轴向压紧，每个沉孔内装有一个与主体5固接的支承法兰26， 支承法兰26上设有中心螺纹孔，第一回转轴调整螺钉25与支承法兰26的中心螺纹孔螺纹 连接，第一回转轴调整螺钉25的端面压在压片24上，测量杠杆3的另一端上固装有零位支 架21 ，所述零位块20固装在零位支架21上，测量杠杆3的另一端端面为向外突出的圆弧面 31(圆弧面31的曲率大小由传感器的杠杆比大小确定)，所述圆弧面31的圆心与测量杠杆 3上的回转轴孔的中心同心，所述光栅尺18固装在圆弧面31上(本实施方式中二者采用粘 接的方式固接)，零位块20与读数头19的零位相对应设置(零位块20的作用是保证测针 12的尖点、回转轴8的轴心、测量杠杆3的圆弧面31的中心成一水平线，此位置为传感器测 量的起始零位)，所述读数头19通过连接板22紧固在主体5上，读数头19与光栅尺18的 位置相对应设置，测针12的尖点与回转轴8的轴心及光栅尺18的零位在一条直线上，限位 机构29固定在靠近防转杆11 一端的主体5上，所述连接块17固定在主体5上(其作用是 将高精度轮廓测量位移传感器与驱动箱连接)，光栅尺18为金属光栅尺，便于与测量杠杆3 的圆弧面31粘接。本实施方式的光栅尺18和读数头19为外购件。
具体实施方式
二 结合图1说明本实施方式，本实施方式的测力机构30由测力弹 簧固定螺钉2、测力弹簧4和测力弹簧调整螺钉16组成；所述测力弹簧固定螺钉2拧在测 量杠杆3上，与测力弹簧固定螺钉2相对应的主体5上设有调整螺钉孔，测力弹簧调整螺钉 16与主体5上的调整螺钉孔螺纹连接，测力弹簧4的两端分别挂在测力弹簧固定螺钉2和 测力弹簧调整螺钉16上，通过调整测力弹簧调整螺钉调整测针的测力大小。其它与实施方 式一相同。
具体实施方式
三结合图1和图5说明本实施方式，本实施方式的限位机构29由 限位支架10和两个限位螺钉9组成；所述限位支架10与主体5上靠近防转杆11 一端的端 面固接，主体5的上端设有限位螺钉孔，所述两个限位螺钉9中的一个固定在限位支架10 上，两个限位螺钉9中的剩余一个与主体5上的限位螺钉孔螺纹连接。如此设置，可保证传 感器具有适当的测量范围。其它与实施方式一或二相同。
具体实施方式
四结合图6-图10说明本实施方式，本实施方式的位移传感器由测 杆组件、测量杠杆3、零位支架21、零位块20、光栅尺18、读数头19、连接板22、回转轴系、测 力机构30、限位机构29、连接块17、罩1和前挡板15组成；所述测杆组件由测针12、测杆13 和防转杆ll组成；所述回转轴系由主体5、回转轴8、两个轴承23和两个第二回转轴调整螺 钉28组成；所述测针12和防转杆11均固装在测杆13上且靠近测杆13的两端设置(本 实施方式中的防转杆11和测针12与测杆13采用胶粘接方式固定，防转杆11的作用是防 止测杆13转动)，所述测量杠杆3的一端设有轴向中心孔，测杆13靠近防转杆11的一端紧固在测量杠杆3的轴向中心孔内(本实施方式通过锁紧螺钉14将测杆13紧固在测量杠 杆3的轴向中心孔内，使测杆13和测量杠杆3成为一体，松开锁紧螺钉14，即可更换测杆组 件)，测量杠杆3的另一端设置在主体5的内腔中(主体5是该传感器零件的支承主体)， 主体5装在罩1内，所述前挡板15与主体5靠近防转杆11 一端的端面可拆卸连接，设置在 主体5的内腔中的测量杠杆3上设有回转轴孔，所述回转轴8穿过所述回转轴孔，回转轴8 与测量杠杆3固接(本实施方式通过紧固螺钉6固定)，与回转轴8相对应的主体5的两个 侧壁上各设有一个轴承孔和一个与该轴承孔相通的回转轴调整螺钉孔，回转轴8的两端各 通过一个轴承23支承在主体5上，轴承23设置在主体5上的轴承孔内，第二回转轴调整螺 钉28端面的中心处设有凹槽，每个轴承23的外环通过与回转轴调整螺钉孔螺纹连接的第 二回转轴调整螺钉28轴向压紧，测量杠杆3的另一端上固装有零位支架21，所述零位块20 固装在零位支架21上，测量杠杆3的另一端端面为向外突出的圆弧面31 (圆弧面31的曲率 大小由传感器的杠杆比大小确定)，所述圆弧面31的圆心与测量杠杆3上的回转轴孔的中 心同心，所述光栅尺18固装在圆弧面31上(本实施方式中二者采用粘接的方式固接)，零 位块20与读数头19的零位相对应设置(零位块20的作用是保证测针12的尖点、回转轴 8的轴心、测量杠杆3的圆弧面31的中心成一水平线，此位置为传感器测量的起始零位)， 所述读数头19通过连接板22紧固在主体5上，读数头19与光栅尺18的位置相对应设置， 测针12的尖点与回转轴8的轴心及光栅尺18的零位在一条直线上，限位机构29固定在靠 近防转杆11 一端的主体5上，所述连接块17固定在主体5上(其作用是将高精度轮廓测 量位移传感器与驱动箱连接)，光栅尺18为金属光栅尺。
具体实施方式
五结合图6说明本实施方式，本实施方式的测力机构30由测力弹 簧固定螺钉2、测力弹簧4和测力弹簧调整螺钉16组成；所述测力弹簧固定螺钉2拧在测 量杠杆3上，与测力弹簧固定螺钉2相对应的主体5上设有调整螺钉孔，测力弹簧调整螺钉 16与主体5上的调整螺钉孔螺纹连接，测力弹簧4的两端分别挂在测力弹簧固定螺钉2和 测力弹簧调整螺钉16上，通过调整测力弹簧调整螺钉调整测针的测力大小。其它与实施方 式四相同。
具体实施方式
六结合图6和图10说明本实施方式，本实施方式的限位机构29由 限位支架10和两个限位螺钉9组成；所述限位支架10与主体5上靠近防转杆11 一端的端 面固接，主体5的上端设有限位螺钉孔，所述两个限位螺钉9中的一个固定在限位支架10 上，两个限位螺钉9中的剩余一个与主体5上的限位螺钉孔螺纹连接。如此设置，可保证传 感器具有适当的测量范围。其它与实施方式四或五相同。 测量时，将传感器上的测针12与被测工件的表面接触，传感器被驱动箱带动沿工 件的测量方向滑行。当测针12沿工件表面滑行时，测针12的上下位移带动测杆13和测量 杠杆3，光栅尺18绕回转轴8的回转中心旋转，即光栅尺18相对于读数头19做圆角运动。 当光栅尺18绕回转轴8的中心旋转时，在读数头19中，一个红外的发光二极管将光线发射 到带刻度的光栅尺18的表面，反射光通过一个透明的相位光栅返回读数头19，在读数头19 内的检测面上生成正弦干涉条纹信号，该信号经电路进行数字化处理，输出方波的数字信 号，该信号经处理后得到测针12的位移尺寸。
权利要求一种大量程高精度轮廓测量位移传感器，所述位移传感器由测杆组件、测量杠杆(3)、零位支架(21)、零位块(20)、光栅尺(18)、读数头(19)、连接板(22)、回转轴系、测力机构(30)、限位机构(29)、连接块(17)、罩(1)和前挡板(15)组成；所述测杆组件由测针(12)、测杆(13)和防转杆(11)组成；其特征在于所述回转轴系由主体(5)、回转轴(8)、两个轴承(23)、两个压片(24)、两个支承法兰(26)和两个第一回转轴调整螺钉(25)组成；所述测针(12)和防转杆(11)均固装在测杆(13)上且靠近测杆(13)的两端设置，所述测量杠杆(3)的一端设有轴向中心孔，测杆(13)靠近防转杆(11)的一端紧固在测量杠杆(3)的轴向中心孔内，测量杠杆(3)的另一端设置在主体(5)的内腔中，主体(5)装在罩(1)内，所述前挡板(15)与主体(1)靠近防转杆(11)一端的端面可拆卸连接；设置在主体(5)的内腔中的测量杠杆(3)上设有回转轴孔，所述回转轴(8)穿过所述回转轴孔，回转轴(8)与测量杠杆(3)固接，与回转轴(8)相对应的主体(5)的两个侧壁上各设有一个沉孔，回转轴(8)的两端各通过一个轴承(23)支承在主体(5)上，轴承(23)设置在沉孔的小直径孔内，每个轴承(23)的外环通过设置在沉孔的小直径孔内的一个压片(24)轴向压紧，每个沉孔内装有一个与主体(5)固接的支承法兰(26)，支承法兰(26)上设有中心螺纹孔，第一回转轴调整螺钉(25)与支承法兰(26)的中心螺纹孔螺纹连接，第一回转轴调整螺钉(25)的端面压在压片(24)上，测量杠杆(3)的另一端上固装有零位支架(21)，所述零位块(20)固装在零位支架(21)上，测量杠杆(3)的另一端端面为向外突出的圆弧面(31)，所述圆弧面(31)的圆心与测量杠杆(3)上的回转轴孔的中心同心，所述光栅尺(18)固装在圆弧面(31)上，零位块(20)与读数头(19)的零位相对应设置，所述读数头(19)通过连接板(22)紧固在主体(5)上，读数头(19)与光栅尺(18)的位置相对应设置，测针(12)的尖点与回转轴(8)的轴心及光栅尺(18)的零位在一条直线上，限位机构(29)固定在靠近防转杆(11)一端的主体(5)上，所述连接块(17)固定在主体(5)上，光栅尺(18)为金属光栅尺。
2. 根据权利要求1所述的一种大量程高精度轮廓测量位移传感器，其特征在于所述 测力机构(30)由测力弹簧固定螺钉(2)、测力弹簧(4)和测力弹簧调整螺钉(16)组成；所 述测力弹簧固定螺钉(2)拧在测量杠杆(3)上，与测力弹簧固定螺钉(2)相对应的主体(5) 上设有调整螺钉孔，测力弹簧调整螺钉(16)与主体(5)上的调整螺钉孔螺纹连接，测力弹 簧(4)的两端分别挂在测力弹簧固定螺钉(2)和测力弹簧调整螺钉(16)上。
3. 根据权利要求1或2所述的一种大量程高精度轮廓测量位移传感器，其特征在于 所述限位机构(29)由限位支架(10)和两个限位螺钉(9)组成；所述限位支架(10)与主体 (5)上靠近防转杆(11) 一端的端面固接，主体(5)的上端设有限位螺钉孔，所述两个限位螺 钉(9)中的一个固定在限位支架(10)上，两个限位螺钉(9)中的剩余一个与主体(5)上的 限位螺钉孔螺纹连接。
4. 一种大量程高精度轮廓测量位移传感器，所述位移传感器由测杆组件、测量杠杆 C3)、零位支架(H)、零位块(加)、光栅尺(1S)、读数头(lg)、连接板(22)、回转轴系、测力 机构(30)、限位机构(29)、连接块(17)、罩(1)和前挡板(15)组成；所述测杆组件由测针 (12)、测杆(13)和防转杆(11)组成；其特征在于所述回转轴系由主体(5)、回转轴(8)、两 个轴承(23)和两个第二回转轴调整螺钉(28)组成；所述测针(12)和防转杆(11)均固装 在测杆(13)上且靠近测杆(13)的两端设置，所述测量杠杆(3)的一端设有轴向中心孔，测 杆(13)靠近防转杆(11)的一端紧固在测量杠杆(3)的轴向中心孔内，测量杠杆(3)的另一端设置在主体(5)的内腔中，主体(5)装在罩(1)内，所述前挡板(15)与主体(5)靠近 防转杆(11) 一端的端面可拆卸连接；设置在主体(5)的内腔中的测量杠杆(3)上设有回转 轴孔，所述回转轴(8)穿过所述回转轴孔，回转轴(8)与测量杠杆(3)固接，与回转轴(8) 相对应的主体(5)的两个侧壁上各设有一个轴承孔和一个与该轴承孔相通的回转轴调整 螺钉孔，回转轴(8)的两端各通过一个轴承(23)支承在主体(5)上，轴承(23)设置在主体 (5)上的轴承孔内，第二回转轴调整螺钉(28)端面的中心处设有凹槽，每个轴承(23)的外 环通过与回转轴调整螺钉孔螺纹连接的第二回转轴调整螺钉(28)轴向压紧，测量杠杆(3) 的另一端上固装有零位支架(21)，所述零位块(20)固装在零位支架(21)上，测量杠杆(3) 的另一端端面为向外突出的圆弧面(31)，所述圆弧面(31)的圆心与测量杠杆(3)上的回转 轴孔的中心同心，所述光栅尺(18)固装在圆弧面(31)上，零位块(20)与读数头(19)的零 位相对应设置，所述读数头(19)通过连接板(22)紧固在主体(5)上，读数头(19)与光栅 尺(18)的位置相对应设置，测针(12)的尖点与回转轴(8)的轴心及光栅尺(18)的零位在 一条直线上，限位机构(29)固定在靠近防转杆(11) 一端的主体(5)上，所述连接块(17) 固定在主体(5)上，光栅尺(18)为金属光栅尺。
5. 根据权利要求4所述的一种大量程高精度轮廓测量位移传感器，其特征在于所述 测力机构(30)由测力弹簧固定螺钉(2)、测力弹簧(4)和测力弹簧调整螺钉(16)组成；所 述测力弹簧固定螺钉(2)拧在测量杠杆(3)上，与测力弹簧固定螺钉(2)相对应的主体(5) 上设有调整螺钉孔，测力弹簧调整螺钉(16)与主体(5)上的调整螺钉孔螺纹连接，测力弹 簧(4)的两端分别挂在测力弹簧固定螺钉(2)和测力弹簧调整螺钉(16)上。
6. 根据权利要求4或5所述的一种大量程高精度轮廓测量位移传感器，其特征在于 所述限位机构(29)由限位支架(10)和两个限位螺钉(9)组成；所述限位支架(10)与主体 (5)上靠近防转杆(11) 一端的端面固接，主体(5)的上端设有限位螺钉孔，所述两个限位螺 钉(9)中的一个固定在限位支架(10)上，两个限位螺钉(9)中的剩余一个与主体(5)上的 限位螺钉孔螺纹连接。
专利摘要一种大量程高精度轮廓测量位移传感器，它涉及一种高精度轮廓测量位移传感器。针对电感式测量位移传感器测量范围小、精度低、线性误差大、温度漂移大、仪器残余轮廓大问题方案。一、测针和防转杆固装在测杆上，测量杠杆与测杆固接，回转轴用轴承支承在主体上，轴承用压片压紧，支承法兰固定在主体上，第一回转轴调整螺钉拧在支承法兰上，回转轴和光栅尺固接在测量杠杆上，测力机构与测量杠杆和主体连接，测量杠杆上固装有零位支架，零位支架上固接有零位块，读数头紧固在主体上；方案二与一区别是去掉压片、支承法兰和第一回转轴调整螺钉，轴承只用第二回转轴调整螺钉压紧。该传感器用于工件的轮廓尺寸、表面形状误差、表面波度及表面粗糙度的测量。
文档编号G01B11/24GK201532192SQ200920244239
公开日2010年7月21日 申请日期2009年11月30日 优先权日2009年11月30日
发明者于德海, 于淼, 吴东明 申请人:哈尔滨科瑞精密仪器有限公司