本實用新型涉及一種工件表面變形測定裝置，尤其適用于表面形狀復雜的工件的變形測定，屬于測試計量技術領域。

背景技術：

對于一些工件，由于薄壁件熱處理方法、加工精度、加工順序先后不一致等因素，容易引起工件表面變形，在變形量超出一定范圍時即為不合格工件。目前現(xiàn)狀是：工件在進入下一工位前未進行表面變形判定，所有工序結束后整體裝配時才發(fā)現(xiàn)工件變形過度，導致前期所有的工位都造成了加工浪費以及不良品浪費。

為了杜絕這種由于初期加工不合格導致的浪費現(xiàn)象的發(fā)生，有必要對工件表面變形進行提前測定。在工件進入下一個工序前，就需要對工件進行表面變形量的測定，不合格的產(chǎn)品將不再進入下一生產(chǎn)環(huán)節(jié)，從而有效降低生產(chǎn)環(huán)節(jié)的浪費。

但是工件，尤其是薄壁件的變形量一般較小，為1-2毫米，肉眼難以發(fā)現(xiàn)，且手工測量難度大。因此，對于其表面變形的測定一直是本領域技術人員致力于解決的難題。

技術實現(xiàn)要素：

本實用新型要解決的技術問題是提供一種測量精度高、響應速度快且結構簡單的工件表面變形測定探測頭及安裝有該探測頭的系統(tǒng)。

為了解決上述技術問題，本實用新型的技術方案是提供一種工件表面變形測定探測頭，其特征在于：包括外殼，探針、力傳導件、復位彈簧均設于外殼內(nèi)部，探針的針頭露于外殼外部；探針下部與力傳導件連接，復位彈簧套設于探針外部，復位彈簧上端為力傳導件，復位彈簧下端為外殼的內(nèi)表面；探針的尾部穿過外殼與電極連接；

電極下方設有極距變化式電容位移傳感器，電極與極距變化式電容位移傳感器之間留有間隙。

優(yōu)選地，所述探針外部同軸設有滑動襯套，探針可沿著滑動襯套軸向移動，滑動襯套設于所述外殼內(nèi)部。

優(yōu)選地，所述外殼頂部設有孔，所述探針的針頭穿過該孔露于外殼外部。

優(yōu)選地，所述探針通過螺釘與力傳導件連接。

優(yōu)選地，所述外殼外周設有安裝座。

本實用新型還提供了一種工件表面變形測定系統(tǒng)，其特征在于：包括

上述的工件表面變形測定探測頭；

用于安裝工件表面變形測定探測頭及待測工件的機架；

用于對極距變化式電容位移傳感器的極距變化量進行處理并顯示的處理及顯示裝置。

優(yōu)選地，所述機架包括支架，夾具設于支架上，夾具上設有根據(jù)工件所要測量的變形面測定點所設計的安裝板，工件表面變形測定探測頭上部通過安裝座設于安裝板上，極距變化式電容位移傳感器通過安裝架設于安裝板下方。

優(yōu)選地，所述夾具上設有用于定位并支撐待測工件的定位銷以及支承釘。

本實用新型還提供了一種工件表面變形測定方法，其特征在于：采用上述的工件表面變形測定系統(tǒng)，步驟為：

步驟1：取工件模板放置于各工件表面變形測定探測頭上，設定此時各工件表面變形測定探測頭的極距變化式電容位移傳感器的電容量為基準值，此時的極距為標準距；

步驟2：取下工件模板，將待測定的工件放置于各工件表面變形測定探測頭上，測量此時各工件表面變形測定探測頭的極距變化式電容位移傳感器的電容量變化量，從而求出此時的極距，此極距與標準距的差值即為形變量；

步驟3：通過顯示器將該形變量及工件合格與否顯示出來。

優(yōu)選地，設定合格品的形變范圍k1-k2，當形變量＞k2或者＜k1時，顯示器將顯示該工件不合格；當k1＜形變量＜k2時，顯示器提示該工件合格。

本實用新型提供的裝置利用接近傳感器的工作原理，將工件的物理形變量轉(zhuǎn)化為電容器的電容變化量，電容器的震蕩狀態(tài)的改變轉(zhuǎn)化為電信號，再通過放大器放大后，轉(zhuǎn)化為變化量輸出值。根據(jù)需要的測定點個數(shù)布置探測頭，并通過顯示器輸出每一個點的形變值及形變是否合格的信號。

本實用新型為薄壁件變形量的測量提供了一種安全可靠的新方法，其具有如下有益效果：

(1)靈敏性好，分辨力高。高阻抗、小功率，因而所需的輸入力很小，輸人能量也很低。電容式傳感器因帶電極板間靜電引力極小，因此可以做得很靈敏，分辨力非常高，能感受0.001μm甚至更小的位移。

(2)溫度穩(wěn)定性好。傳感器的電容值一般與電極材料無關，有利于選擇溫度系數(shù)低的材料，又因本身發(fā)熱極小，對穩(wěn)定性影響甚微。

(3)結構簡單，適應性強。待測體是導體或半導體均可，可在惡劣環(huán)境中工作。電容式傳感器結構簡單，易于制造，可做得非常小巧，以實現(xiàn)某些特殊的測量；能工作在高低溫、強輻射及強磁場等惡劣的環(huán)境中，也能對帶有磁性的工件進行測量。

(4)動態(tài)響應好。由于極板間的靜電引力很小，可動部分做得很小很薄，因此其固有頻率很高，動態(tài)響應時間短。工件所有點的測量動作在工件放置好之后的1秒內(nèi)即能完成。

附圖說明

圖1為本實施例提供的工件表面變形測定探測頭外部結構示意圖；

圖2為本實施例提供的工件表面變形測定探測頭內(nèi)部結構示意圖；

圖3為本實施例提供的工件表面變形測定系統(tǒng)結構示意圖；

圖4為本實施例提供的工件表面變形測定系統(tǒng)工作示意圖。

具體實施方式

下面結合具體實施例，進一步闡述本實用新型。應理解，這些實施例僅用于說明本實用新型而不用于限制本實用新型的范圍。此外應理解，在閱讀了本實用新型講授的內(nèi)容之后，本領域技術人員可以對本實用新型作各種改動或修改，這些等價形式同樣落于本申請所附權利要求書所限定的范圍。

圖1和圖2分別為本實施例提供的工件表面變形測定探測頭外部和內(nèi)部結構示意圖，所述的工件表面變形測定探測頭由探針10、安裝座20、外殼30、電極40、上部滑動襯套50、下部滑動襯套60、力傳導件70、復位彈簧80、螺釘90構成。

探針10、上部滑動襯套50、下部滑動襯套60、力傳導件70、復位彈簧80均位于外殼30內(nèi)部。外殼30頂部開有小孔，探針10的針頭穿過該小孔，露于外殼30外部。上部滑動襯套50、下部滑動襯套60分別套在探針10的上、下部外側，探針10可沿著滑動襯套軸向單向移動，探針10下端通過螺釘90與力傳導件70連接，即探針10穿過力傳導件70；復位彈簧80套在探針10的底端，復位彈簧80上端為力傳導件70、下端為外殼30的內(nèi)表面。

同時，探針10穿過外殼30通過螺紋與電極40連接。電極40下方設有極距變化式電容位移傳感器100。初始狀態(tài)，電極40與極距變化式電容位移傳感器100之間間隔一定的距離。

當探針10在變形面的壓力作用下向下移動時，將帶動傳導件70壓縮彈簧80，同時，通過螺紋連接的電極40一同向下運動，探針10的位移量即為變形面沿著探針方向的形變量，該形變量最后轉(zhuǎn)化為極距變化式電容位移傳感器100的極距變化量。

同時，為了探測頭使用時自身的裝配固定，在外殼30上部外周套有安裝座20，安裝座20與外殼30通過螺紋連接。

結合圖3，本實施例還提供了一種工件表面變形測定系統(tǒng)，包括支架110，夾具120通過安裝孔124安裝在支架110上。根據(jù)工件所要測量的變形面測定點設計專用的安裝板130，并安裝在夾具120上。將探測頭A安裝在安裝板130上，探測頭的安裝座20卡于安裝板130上部，安裝板130下部設有安裝架140，通過安裝架140將極距變化式電容位移傳感器100安裝在合適的位置。

同時，電容位移傳感器100與處理器以及顯示器連接。

結合圖4，工件表面變形測定系統(tǒng)使用時，將工件150設于探測頭上，并通過定位銷121、122以及支承釘123定位并支撐住工件150。

工件表面變形測定系統(tǒng)的工作原理：設計、制作并安裝好測定系統(tǒng)后，取工件模板通過支承釘支撐，設定此時電容量為基準值，此時的極距為標準距；然后取下模板，將待測定工件放置好后，測量此時的電容量變化量，從而可以求出此時的極距，此極距與標準距的差值即為形變量。

該形變量可以通過顯示器顯示出來，同時，設定合格品的形變范圍k1-k2，當形變量＞k2或者＜k1時，顯示器將顯示該工件不合格；當k1＜形變量＜k2時，顯示器提示該工件合格。