CN101506613B - 用于检测机械零件线性尺寸的检测头 - Google Patents

Abstract

一种用于检测机械零件线性尺寸的检测头或测量头，该检测头或测量头包括：壳体(1)；带有探头(7)的可移动臂(4)；支轴(10)，该支轴(10)连接于所述壳体和臂，以使所述臂能够相对于所述壳体移动；缩进装置(68)，该缩进装置具有连接于所述壳体的缸体(70)和在该缸体内滑动的活塞(72)，以将所述臂移动至确定的非操作位置；和传感器(50)，该传感器(50)用于根据所述臂相对于所述壳体的位置提供信号。所述缩进装置包括波纹管衬垫(88)，该波纹管衬垫容纳在所述缸体中，且其端部固定于所述缸体和活塞。

Description

用于检测机械零件线性尺寸的检测头

技术领域

本发明涉及一种用于检测机械零件线性尺寸的检测头，该检测头包括：支撑件，该支撑件限定有纵向几何轴线；具有臂的可移动臂装置，该可移动臂装置能够相对于所述支撑件移动，并且带有探头；支轴，该支轴连接于所述臂和所述支撑件，以使所述臂能够相对于所述支撑件进行有限的旋转移动；缩进装置，该缩进装置包括活塞和密封件，所述活塞能够相对于所述支撑件移动，该活塞适于与所述可移动臂配合，以将该可移动臂移动至确定的非操作位置；以及传感器，该传感器用于根据所述臂相对于所述支撑件的位置提供信号。

背景技术

已知有包括这些特征的许多类型的检测头或测量头，用于在机床加工过程中对处于工作台上、生产线中或所谓的“在线加工(in-process)”自动应用程序中的机械零件进行检测。

美国专利US-B1-6269546涉及该种检测头。在多个特征中，该美国专利披露了用于实现所谓探头缩进的两个不同的系统，即，用于将探头移动至远离待检测零件的表面的位置，以避免检测头和零件在彼此靠近/远离的过程中出现探头的意外碰撞和/或不希望的滑动。

在该美国专利的图2中以简化形式显示的第一系统包括具有活塞的装置，该活塞连接于气动回路。当启动该装置时，活塞驱动所述臂移动至非操作位置，该非操作位置由适当的限制接合件(limitation abutments)限定。当检测头到达检测位置时，切断空气供应：由于弹簧的作用，活塞回到先前的位置，而且探头能够自由地朝向待检测的表面移动。

在所述美国专利的图9所涉及的第二系统中，使用也是由气动回路驱动的波纹管(bellows)取代活塞，该波纹管包括连接于壳体的开放端和能够自由地将所述臂驱动至缩进位置的另一封闭端。

长时间以来公知的第一系统存在一些问题，特别是在壳体内具有缓冲液的情况下。实际上，活塞与相关缸体的内表面之间的密封垫必须能够允许这两个部件之间进行适当的相互移动，例如，避免对活塞正确地返回至其初始位置造成妨碍。因此，液密封作用仅是局部的，液体会逐渐通过气动回路的管道而释放出来。因而，难以同时将密封作用和限制摩擦结合起来，以及时地确保正确操作和可靠性。

具有美国专利B1-6269546的图9所示的波纹管的装置，在简单性和减少摩擦方面具有显著的优点。

但是，波纹管受到非常大的压力，并产生较大的变形。为此，选择能够确保该方案可靠性的材料常常较为困难。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于检测机械零件线性尺寸的检测头，该检测头包括缩进装置，相对于已知的解决方案，该缩进装置简单且能够确保提高可靠性。该目的通过根据权利要求1的检测头而实现。

在根据本发明的解决方案所提供的优点中，具有下列显著的优点。在已知的活塞缩进装置中，当进行滑动移动时，在衬垫和缸体壁之间不可避免地会泄漏有少量空气，并且该少量空气会在可移动部件之间流动(例如，在仅部分填充有衬垫的活塞座(piston seats)中)，从而干扰该缩进装置的正常运行。为了解决该问题，已知的装置提供了合适的管道，以通过排出管将泄漏的空气排出。图1中所示为以简单形式表示的已知的解决方案。除检测头的电气和气动连接之外，还设置有排出管，该排出管必须正确地设置，以防止机器中存在的液体被吸取出来。根据本发明的解决方案能够去除排出管，这将在下文中加以说明。

附图说明

现在，参考附图更为详细地描述本发明，通过非限制性的实施例给出本发明，其中：

图1为根据现有技术的检测头的纵向截面图，出于简洁而显示有在正视图中显示的一些细节；和

图2为根据本发明的检测头的放大的部分纵向截面图，该部分纵向截面图显示缩进装置；

具体实施方式

图1表示已知类型的检测头，该检测头与上述美国专利US-B1-6269546中描述的检测头基本为同一类型，参考该美国专利进行更为详细地描述。

简要地说，图1中所示的检测头包括具有壳体1的支撑件，该壳体1由钢制成并基本为平行立面体形，并且限定有纵向几何轴线。可移动臂装置包括臂4，该臂4沿基本平行于壳体1的纵向几何轴线的方向设置。臂4包括位于壳体1之内的内部部分和位于壳体1之外的外部部分，该外部部分带有探头7。参考图1所示的结构，探头7用于接触设置在图中上部的机械表面。通过合适的开孔，壳体1的内部中空部分能够充满缓冲液，如具有特定粘性的油，以降低臂的移动速度。该特征在检测具有沟槽的表面的情况中特别重要。支轴10与壳体1和臂4的表面连接，并包括可变形件。支轴10能够允许臂4围绕垂直于壳体1的纵向几何轴线的轴线做有限但精确的旋转移动。通过公知的机械限制装置能够对这些移动进行限制。例如，图1表示有螺栓12，该螺栓12穿过臂4的孔并拧入壳体1中。臂4内部部分的区域与该螺栓12头部的接合限制了臂4向上旋转(在图1中沿逆时针方向)，该旋转对应于探头7离开待检测零件的表面的移动。在图1的截面图中不可见的其他机械部件相互配合，以限制臂4沿相反方向的旋转。用于驱动探头7作用于待检测零件表面的偏压装置包括复位弹簧14，该复位弹簧14插入适当的座中，并具有连接于臂4的一端和连接于定位件的另一端，该定位件依次地连接于壳体1。

气动操作的缩进装置18用于将臂4移动至确定的非操作位置，该非操作位置通常由螺栓12的机械挡块来限定。该缩进装置18通过如下方式而获得。

在壳体座中，设置有缸体20。活塞22能够在缸体20中滑动，并包括两个环形座24和26，该环形座24和26用于容纳具有衬垫25和27的密封件，该密封件用于实现活塞22与缸体20的内壁之间的密封。更具体地说，衬垫25属于“唇形密封”类型，并提供活塞22两个移动方向中的一个方向的主要密封作用。衬垫27基本为对称的，例如，该衬垫27为所谓的具有环形形状的“O形环”。活塞具有中空区域28和轴向设置的球30，该球30限定有推力面。

压缩弹簧33的端部分别连接于活塞22和缸体20。位于从壳体1中伸出的缸体20端部的轴向孔35连接于管37，该管37用作来自于包括压缩空气源(图1中未显示)在内的公知气动回路的空气的入口。空气排出系统包括限定在缸体20的壁中的间隙或空腔40。通过朝向两个衬垫25，27之间的活塞22的壁的内孔，空腔40在一侧与缸体20的内表面相通，而在另一侧，空腔40与连接于相关排出管路(在图1中未显示)的排出管44相通。在相互移动过程中，缸体20和活塞22之间的空间中不可避免地会泄漏有空气，为了将这些空气排出，排出系统是必须的。需要注意的是，因为衬垫25不能太过压紧以能够进行正确的滑动，因而空气主要是在衬垫25的一侧从缸体20的中空部分泄漏。

定位杆46的一端以可调整的方式连接于臂4，而另一端是自由的，并限定有基本为平面的接合面48，该接合面48朝向活塞22，更具体地说是朝向球30的推力面。公知类型的差动电感传感器(differential inductive transducer)50包括固定于壳体1的绕组和由铁磁性材料制成的磁芯，该磁芯通过杆连接于臂4。

在正常的工作状况下，在以公知方式将检测头和待检测零件彼此相对地移动到进行检测的相互结构(checking mutual arrangement)以前，为防止探头7在移动过程中受到零件或其他物体的影响，将臂4移动至确定的非操作位置，在该位置，探头7远离检测位置。为此，通过使压缩空气经由管37流入内部，从而启动缩进装置18。空气作用于活塞22的压力使活塞22克服弹簧33的推力而向上移动(参考图1中的结构)。当球30的推力面与定位杆46的接合面48接触时，使臂4沿逆时针方向移动(参考图1)，直到臂4的内部部分与螺栓12的头部接合，从而限定臂4的非操作位置。

当到达进行检测的相互结构且零件位于检测位置时，通过公知的适当装置将气流切断并释放压力，从而消除缩进装置18的作用，同时弹簧33向下拉动活塞22。进而，弹簧14作用于臂4的拉力使探头7与待检测零件接触。通过将相关信号传递给显示器和处理单元(图1中未显示)的传感器50，探头7以及臂4进行该种接触时所处的位置都能够以公知方式被检测到。

图2以不同比例显示根据本发明的检测头中的缩进装置68，该缩进装置68代替图1中所示的装置18。

与装置18类似，缩进装置68为气动操作类型，并包括在适当的座上连接于壳体1的缸体70。活塞72能够在缸体70内滑动，而且在活塞72和缸体70之间设置有密封件。具体来说，在活塞72的环形座74中容纳有滑动衬垫或“唇形衬垫”75。活塞72具有中央的中空区域78，以及轴向设置的球80，该球80限定有推力面。复位压缩弹簧83的端部分别连接于活塞72和缸体70。位于从壳体1伸出的缸体70端部区域的轴向开孔85连接于管87，该管87用作来自于包括压缩空气源(图2中未显示)在内的公知气动回路的空气的入口。

密封件还包括波纹管衬垫88，该波纹管衬垫88固定于(例如，粘接于)缸体70和活塞72的彼此相对的表面上，并且容纳在缸体70中，并部分地位于活塞72的中央的中空区域78中。这样，密封衬垫88的端部相对于壳体1(缸体连接于该壳体1)和活塞72固定。

此外，就利用装置68实现的臂4的缩进阶段而言，根据本发明的检测头按照参考图1所述的方式运行。

相对于图1中的公知方案，波纹管衬垫88的存在和设置具有多种优点。首先，波纹管衬垫能够省去两个滑动密封衬垫中的一个(图1中所示的“O型环”27)，因而能够在较大程度上限制摩擦力的负面影响，从而能够协调在较高的密封度与较小地妨碍活塞和缸体间的正确移动之间的困难。而且，波纹管衬垫88将缸体70与壳体1的内部中空部分相接触的区域与活塞72和缸体70之间的滑动区域分隔开，从而基本上能够防止位于检测头中的缓冲液泄漏到外部。

另外，由于唯一的衬垫(“唇形密封”衬垫75)基本为单向性的(也就是说，该衬垫提供沿活塞两个移动方向中的一个移动方向的主要密封作用，或者换句话说，仅沿一个移动方向确保密封)，因而在图1的实施方式中必须的排出管可以省略。实际上，在活塞72移动以使臂4缩进(参考附图为向上)时能够渗过衬垫75的空气由波纹管衬垫88保持，并能流回开孔85，从而在切断空气供应并按照顺序以公知方式将管路排空时，能够通过同一衬垫75流回管87。

因而，根据本发明的方案具有更为显著的优点：能够省略与壳体外部连通的连通件(couplings)中的一个，能够降低成本，并且使检测头以及相关应用更为简单。

相对于上述美国专利US-B1-6269546的图9中所示的结构，根据图2的实施方式还具有另一优点，其中，采用波纹管简单地实现所述缩进装置，该波纹管的一端封闭并由压缩空气驱动。实际上，在本发明的情形中，甚至是由于移动部件之间的摩擦而考虑到的问题也能够得以相当程度地限制，容纳在缸体70中的波纹管衬垫无疑会得到更好的保护并受到更小的压缩，从而能够确保更高的可靠性和延长的寿命。

优选地，波纹管衬垫88可以由橡胶或塑料材料，如聚氨基甲酸酯制成，或者由金属制成。

推力面(球80)和接合面48按照如下方式进行设置：该推力面和接合面基本上在(或邻近于)包含有由支轴10限定的旋转轴线的纵向平面相互接触。这样，基本可以避免杆48和球80之间的横向滑动。

根据本发明的检测头相对于到此为止描述和说明的检测头可以不同。例如，活塞72的推力面可以包括与球80的部分不同的凸起部分，或者可以基本为平面。接合面48还可以包括球形部分，或者主要为凸起部分。

在根据本发明的检测头中，能够以不同的方式来实现检测头的特征，这些特征已参考图1进行了简要地说明。例如，这些特征包括壳体1、臂4、支轴10、偏压装置(弹簧14)、机械限制装置(螺栓12)、传感器50和其他构件的性质、形状和连接。

Claims (16)

1.一种用于检测机械零件的线性尺寸的检测头，该检测头包括：

支撑件(1)，该支撑件(1)限定有纵向几何轴线；

具有臂(4)的可移动臂装置，该可移动臂装置能够相对于所述支撑件(1)移动，并且带有探头(7)；

支轴(10)，该支轴(10)连接于所述臂(4)和所述支撑件(1)，以使所述臂(4)能够相对于所述支撑件(1)进行有限的旋转移动；

缩进装置(68)，该缩进装置(68)包括活塞(72)和密封件(75，88)，所述活塞(72)能够相对于所述支撑件(1)移动，该活塞(72)适于与可移动的臂(4)协同作用，以将可移动的臂(4)移动至确定的非操作位置；以及

传感器(50)，该传感器(50)用于根据所述臂(4)相对于所述支撑件(1)的位置来提供信号，

其特征在于，所述缩进装置(68)的所述密封件包括波纹管衬垫(88)，该波纹管衬垫(88)的端部相对于所述支撑件(1)和活塞(72)固定。

2.根据权利要求1所述的检测头，其中，所述缩进装置(68)包括连接于所述支撑件(1)的缸体(70)，所述活塞(72)容纳在该缸体(70)中并能够在该缸体(70)中滑动，所述波纹管衬垫(88)的所述端部中的一个端部固定于所述缸体(70)。

3.根据权利要求1所述的检测头，其中，所述波纹管衬垫(88)容纳在所述缸体(70)中。

4.根据权利要求2所述的检测头，其中，所述缩进装置(68)包括具有压缩空气源的气动回路，所述缸体(70)与所述气动回路连接。

5.根据权利要求2至4中任意一项所述的检测头，其中，所述缩进装置(68)包括复位弹簧(83)，该复位弹簧(83)设置在所述缸体(70)和所述活塞(72)之间。

6.根据权利要求1至4中任意一项所述的检测头，其中，所述活塞(72)包括适于与接合面(48)协同作用的推力面(80)，所述接合面(48)与所述臂(4)为一整体。

7.根据权利要求6所述的检测头，其中，所述推力面(80)和接合面(48)中的至少一个包括凸起部分。

8.根据权利要求7所述的检测头，其中，所述推力面(80)包括球形的部分。

9.根据权利要求6所述的检测头，其中，所述缩进装置(68)包括连接于所述臂(4)的定位杆(46)，该定位杆包括限定有所述接合面(48)的自由端。

10.根据权利要求9所述的检测头，其中，所述定位杆(46)以可调整的方式连接于所述臂(4)。

11.根据权利要求1至4中任意一项所述的检测头，该检测头包括机械限制装置(12)，该机械限制装置用于限制所述可移动臂(4)的旋转移动，并用于限定可移动的臂(4)的非操作位置。

12.根据权利要求1至4中任意一项所述的检测头，其中，所述波纹管衬垫(88)由塑料制成。

13.根据权利要求12所述的检测头，其中，所述波纹管衬垫(88)由聚氨基甲酸酯制成。

14.根据权利要求1至4中任意一项所述的检测头，其中，所述波纹管衬垫(88)由金属制成。

15.根据权利要求1至4中任意一项所述的检测头，其中，所述波纹管衬垫(88)由橡胶制成。

16.根据权利要求1至4中任意一项所述的检测头，其中，所述活塞(72)能够沿两个移动方向移动，所述缩进装置(68)的密封件还包括滑动衬垫

(75)，该滑动衬垫(75)连接于所述活塞(72)，并适于沿所述活塞(72)的所述两个移动方向中的一个移动方向实现主要的密封作用。

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