CN101687298A - 接触检测器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及接触检测器，其用于计量工作设备的工具轴与加工对象物的位置关系的计量装置中，并具有对与检测对象物的接触进行检测的检测针，能够得到高计量精度。该接触检测器在按压弹簧的弹力作用下将检测针的三个支撑部支撑在设于正三角形的顶点位置的三个托座，并保持该检测针的稳定位置，在该接触检测器中设有被固定于检测针基部的支点部件和与设有托座的支撑部件一体的支点托部，支点部件和支点托部对置设置，从而在以检测针的轴心为圆心且其半径(R)比从轴心到最远托座为止的距离要大的圆的圆周上形成外侧支点。在支撑部被按压弹簧按压在托座上的状态下，支点部件和支点托部以外侧支点不被按压的方式接触。

Description

接触检测器

技术领域

本发明涉及到具有检测与检测对象物接触的检测针的接触检测器，其例如涉及到计量工作设备的工具轴与加工对象物的位置关系的计量装置等中所使用的接触检测器。

背景技术

如图5所示，公知有如下位置检测器：该位置检测器具有外壳3和从该外壳伸出的检测针1，外壳3一体设置有嵌合在工作设备的工具轴中的柄部3b，使检测针前端的检测端1a位于柄部3b的中心轴线上。该种位置检测器将外壳3通过柄部3b装配到工作设备(例如机械加工中心)的工具轴上，并以NC(Numerical Control，数字控制)装置使该工具轴移动，以NC装置读取检测端1a与加工对象14接触时工具轴的坐标，由此计量工具轴与加工对象物之间的位置关系。

为了以该种位置检测器进行准确的计量，需要使检测端1a一直位于柄部3b的中心轴线上。并且，为了防止在检测针1与加工对象物14碰撞时产生弯曲或者折断，检测针1以如下结构被支撑在外壳3中：该检测针1能够摆动和游隙移动，且能够在按压弹簧的作用下恢复到原始位置(稳定位置)。

检测针1的支撑结构广泛采用了如下结构：通过按压弹簧将检测针的基部按压在配置于三角形的顶点位置的共计六个支撑点处并在此进行支撑。图6是示出该结构的一个例子的图，表示了如下结构：由从检测针1的基部1b以120度间隔沿放射方向伸出的圆杆构成支撑部9，该支撑部9被按压弹簧8按压在由两个为一组的球体10形成的三个托座11上。球体10装配在支撑部件2上(参照图1)，将该支撑部件2设置成通过调整螺钉等能够调整支撑部件2相对于外壳3的位置，通过调整支撑部件2相对于外壳3的位置，从而调整检测端1a使其准确地到达柄部3b的中心轴线上。

另外，图6示出了如下结构(专利文献1)：检测针1的稳定位置被限定在共计六个支撑点处，这六个支撑点是配置于正三角形的三个顶点位置的各两个为一组的支撑点(在图示例子中为支撑部9与球体10的触点)乘以三组(2×3＝)所得。而在专利文献2中示出了如下结构：通过分别在三角形的顶点位置设置一个、两个以及三个支撑点，来限定检测针的稳定位置。

检测端1a与检测对象物14的接触是通过普通电路的接通断开来检测的。即，通过形成以检测端1a和检测对象物14的接触点为触点(外部触点)的电路，或者如图7所示的以支撑检测针的六个支撑点为触点(内部触点)的电路21来进行检测。图7所示的结构是将由三个支撑部9与支撑各个支撑部9的两个球体10形成的六个支撑点作为电气触点、并将所述触点串联起来的结构。在该结构的情况下，保持检测针的基部1b和球体10的支撑部件2由绝缘体形成。在检测端1a与检测对象物14接触而使检测针1摆动时，由于在支撑点中的某一点处支撑部9与球体10分离，因此电路21被断开(隔断)，由此电气地检测出检测端1a与检测对象物14的接触。

在以内部触点来对检测端1a与检测对象物14的接触进行检测的时候，由于是检测因检测针1的摆动而产生的支撑点的分离，因此会有检测延迟。该检测延迟能够通过预先计量支撑点离开而隔断电路21时检测端1a的移动量来进行修正。

另一方面，在所述以外部触点来对检测端1a与检测对象物14的接触进行检测的结构中，虽然没有检测延迟，然而在检测对象物为电绝缘体或者工具轴由陶瓷制的滚珠轴承来轴支撑等情况下不能应用。近些年，随着工具轴的旋转速度提高，工具轴由陶瓷制的滚珠轴承来支撑的工作设备增多了，由此，以内部触点来检测接触的接触检测器的必要性增大了。

专利文献1：日本国专利公开公报昭和59年第170704号

专利文献2：日本国实用新型公开公报昭和63年第140348号

内部触点型的接触检测器中产生检测延迟的主要原因被认为是检测针1的挠曲或者支撑点的变形。即，为了使通过按压弹簧8按压在支撑点上的支撑部9从所述支撑点中的一个上离开，需要通过作用于检测端1a和检测对象物14的接触点的接触反作用力使检测针1摆动。此时，检测针1在接触反作用力的作用下挠曲，而支撑点在按压弹簧8的按压力作用下产生的变形恢复后与检测针1分离。该挠曲和变形非常小，通常可以忽略不计，然而在需要高精度的计量时，需要进行如上所述的修正。

发明内容

然而，在要求更高精度的计量，例如超微等级精度的计量时，即使进行修正也会产生不能得到预期的计量精度的问题。本发明的课题在于比以往装置相比能够得到更高计量精度的接触检测器。

第一方面所述的发明中的接触检测器具有：检测针1，在其基部1b具有三个支撑部9；支撑部件2，其具有三个托座11，所述三个托座11分别在正三角形的顶点位置支撑所述三个支撑部9；以及按压弹簧8，其将支撑部9按压在托座11上，其特征在于，该接触检测器具有固定于基部1b上的支点部件(形成检测针摆动时支点的部件)4和与支撑部件2实质上一体的支点托部(承托支点部件所形成的支点的部件)7，该支点部件4和支点托部7对置设置，从而在以检测针1的轴心为中心且其半径R比从所述轴心到最远的托座11为止的距离要大的圆的圆周上形成外侧支点，并且，在支撑部9被按压弹簧8的弹力按压在托座11上的状态下，该支点部件4和支点托部7以所述外侧支点不被按压的方式接触，通过提供该种接触检测器，解决了上述课题。

在支撑部9由按压弹簧8的弹力按压在托座11上的状态下，该支点部件4和支点托部7以外侧支点不被按压的方式接触这一描述意味着这样的状态：以将检测针的支撑部9压接到托座11上的方式施力的按压弹簧8的弹力由支撑部9和托座11的接触点承受，而不会作用于作为支点部件4和支点托部7之间接触部的外侧支点上。即，在检测针1没有从检测对象物14受到接触反作用力的状态下，通过按压弹簧8的弹力在支撑部9和托座11的接触部产生有接触部局部的微小变形，在支点部件4和支点托部7没有发生局部变形的状态下，支点部件4和支点托部7在外侧支点的位置接触。

此外，第二方案所述的的发明中的接触检测器具有：外壳3，其具有嵌合在工作设备的工具轴中的柄部3b；检测针1，在其基部1b具有三个支撑部9；支撑部件2，其具有三个托座11，所述三个托座11分别在正三角形的顶点位置支撑所述三个支撑部9；按压弹簧8，其将支撑部9按压在托座11上；以及调整单元12、13，其调整支撑部件2在外壳3内的位置以使检测针1的检测端1a到达柄部3b的轴线上来，其特征在于，该接触检测器具有固定于基部1b上的支点部件4和与支撑部件2实质上一体的支点托部7，该支点部件4和支点托部7对置设置，从而在以检测针1的轴心为中心且其半径R比从所述轴心到最远的托座11为止的距离要大的圆的圆周上形成外侧支点，并且，在支撑部9被按压弹簧8的弹力按压在托座11上的状态下进行了所述调整后，支点部件4载置于支点托部7并通过粘着剂粘着固定在基部1b上，通过提供这种接触检测器，解决了上述课题。

在具有上述部分的接触检测器的基础上，第三方案所述的发明中的接触检测器的特征在于，支点托部7由在相同外力作用下弹性变形比托座11小的材料制成。

在具有上述部分的接触检测器的基础上，第四方面所述的发明中的接触检测器的特征在于，支点部件4由在相同外力作用下弹性变形比形成支撑部9的部件小的材料制成。

第三方案和第四方案所述的的结构为：检测针1在来自检测对象物14的接触反作用力作用下而倾斜动作，在按压弹簧8的弹力作用于由支点部件4和支点托部7形成的外侧支点时，在该外侧支点产生的局部微小变形比未作用有接触反作用力的状态下在支撑部9和托座11的接触部产生的微小变形小。由此，能够进一步提高检测针的检测精度。

支点部件4采用平板或者向下杯状的圆板或多边形板是比较实用的。在检测针1的支撑部9在按压弹簧8的弹力作用下压接在托座11上的稳定位置(支撑部9和形成托座的球体10因弹力而弹性变形)时，支点部件4的周缘与同支撑部件2一体形成的支点托部7以没有施加力的状态接触。该接触状态能够通过如下方式实现：在以按压弹簧8的弹力将支撑部9压接在托座11上的状态下将支点部件4轻轻地载置在支点托部7上，并在该状态下不施加外力而将支点部件4粘着到检测针的基部1b上。

支点部件4最好是以检测针1的轴心为中心的圆的周缘整体均匀地与支点托部7接触(形成数量无限的外侧支点)，另外也可以在作为所述圆周上的正多边形顶点的多个点处接触。此处所谓正多边形必须是至少四边形以上，优选为六边形以上，更为优选为八边形以上。

本申请的发明者由于如下理由因而认为在三角形的顶点位置支撑检测针的接触检测器要求高精度计量时不能进行计量误差的修正。即，如图8的(a)图所示，利用位于正三角形顶点位置的三个托座11a、11b、11b支撑检测针1时，在从图8的(a)图的下方(检测针的侧面)观察得到的图8的(b)图、图8的(c)图中，当检测对象物从右侧接触检测针的(b)图中，使图中左侧的托座11a分离所需的接触反作用力P为FL/2h。其中，F为按压检测针的基部中心的按压弹簧8的弹力，L为从检测针的轴心到各支撑点的长度，h为从支撑点到检测端的长度。另一方面，如图8的(c)图所示，在检测对象物从左侧接触检测针时，使该图中右侧的托座11b分离所需的接触反作用力P为FL/h，是图8的(b)图中情况的两倍。

其理由是，在图8的(c)图的情况下，图左侧的托座11a成为检测针的摆动支点，此时按压弹簧8的弹力F的力矩为LF，与此相对地，在图8的(b)图的情况下，弹力F的作用点与成为检测针的摆动支点的右侧托座11b的距离为Lsin30°＝L/2。并且，与所述接触反作用力的不同相应地，对于检测针从某一个支撑点离开时检测针前端的挠曲量，在图8的(b)图的情况下设为δ时，在图8的(c)图的情况下则为2δ，将δ值图示在以检测针的轴心为中心的圆周上的话，形成图9所示的日式三角饭团形状23。即，检测延迟中因检测针1的挠曲而产生的部分随检测对象物的接触方向不同而变化，因此不能以恒定的修正值进行修正。

支撑部9与球体10的触点部分的变形也可以说是同样的情形。即，在图8的(b)图的情况下，在托座11a离开时，弹力F由两个托座11b的四个球体承受，而与此相对地，在图8的(c)图的情况下，在托座11b中的某一个离开时，弹力F由托座11a的两个球体承受，因而变形量增大。

对此，在本发明的接触检测器中，当检测端1a与检测对象物14接触时，受到接触反作用力并被抬起一侧的支撑点的变形解除，并且相反侧的支撑点的变形增大，且支点部件4的与支点托部7接触的周缘中该相反侧的边缘被按压到支点托部7上形成外侧支点。并且，从该外侧支点到检测针中心的距离比从所述相反侧的支撑点到检测针中心的距离大，因此检测针1以新形成的外侧支点为支点倾斜动作。

通过使形成外部支点的支点部件4和支点托部7的刚性比形成支撑点的支撑部9和托座11的刚性高(在作用有相同外力时外部支点的弹性变形量比支撑点的弹性变形量小)，从而使该检测针1摆动时的摆动支点从支撑点到外部支点的转移可靠且顺畅。

使与支点托部7抵接的支点部件4的周缘形成为以检测针为中心的圆形的话，从外侧支点到按压弹簧8的弹力作用点的距离恒定，使检测针1摆动所需的作用于检测端1a和检测对象物14的接触点的接触反作用力恒定，检测针1的挠曲量也恒定，因此图9的误差曲线24形成为圆形24或者至少比日式三角饭团形状23更接近圆形的形状，因检测对象物的接触方向所产生的误差的变化量减小，因此通过对计量值进行恒定量修正的与以往相同的修正方法，就能够实现更高的检测精度。

由于上述理由，在本申请的接触检测器中，无论检测对象物与检测针的接触方向是何种方向，检测针的挠曲和支点的变形都是恒定的，因此能够通过以恒定修正值进行修正来实现得到更高检测精度的效果。

附图说明

图1是示出本发明的一个实施例的纵剖视图。

图2是图1的装置的检测针的分解立体图。

图3是沿图1的A-A线的视图。

图4是示出支点部件的另一例子的立体图。

图5是示出接触检测器的检测动作的示意图。

图6是示出检测针的支撑结构的例子的立体图。

图7是示出内部触点型的电路的例子的图。

图8是示出误差的产生原因的说明图。

图9是示出检测针周围的误差分布的说明图。

标号说明

1：检测针；1a：检测端；1b：基部；2：支撑部件；3：外壳；3b：柄部；4：支点部件；7：支点托部；8：按压弹簧；9：支撑部；10：球体；11：托座(支撑点)；12：支撑螺钉；13：固定螺钉；14：检测对象物；21：电路；R：半径。

具体实施方式

图1至图3是示出本发明的第一实施例的图，图1是检测器的纵剖视图，图2是检测针的分解立体图，图3是沿图1的A-A线的视图。

图中，标号3是外壳，其由主体3a、与主体3a一体的柄部3b、以及底板3c构成，该底板3c通过与设于主体3a的内侧下部的阴螺纹相螺合而固定到主体3a上。标号2是固定在外壳3内部并能够通过调整螺钉12、13调整位置的支撑部件，标号11是设于支撑部件2上的三个托座，标号1是检测针。各托座11由装填在形成于支撑部件2的上表面上的俯视呈长圆形的凹处中的两个为一组的球体10构成，并且各托座11以形成于两个球体10之间的圆弧V形的凹部来支撑被植设于检测针1的基部1b上的支撑部9。在支撑部件2的上表面上固定连接有圆环板状的由陶瓷构成的支点托部7。

检测针1在前端具有球状的检测端1a，所述支撑部9从检测针的基部1b以120度的间隔沿放射方向延伸。三个支撑部9由夹装在外壳3的顶板和检测针的基部1b之间的按压弹簧8的弹力而被按压在支撑部件2的三个托座11上。

如图3所示，调整螺钉12、13为分别以120度间隔交替配置于以检测针1的轴心为中心的圆周上的支撑螺钉12和固定螺钉13两种螺钉。支撑螺钉12是螺合在外壳的底板3c上并且前端与支撑部件2的底面抵接的螺钉。固定螺钉13是贯穿底板3c的贯通孔并且前端螺合到支撑部件2中的带头螺钉。通过松开和旋紧三个支撑螺钉12和三个固定螺钉13，调整支撑部件2在外壳3内的倾斜，能够使检测针的前端(检测端)1a准确地位于柄部3b的中心轴线上。

标号4是通过粘着剂16粘着在检测针的基部1b上的支点部件。支点部件4为具有与支点托部7对置的向下的锷部6的倒扣碟状圆板，并且在中心具有与检测针的基部1b间隙嵌合的内孔5。图中的锷部6的剖面为U字形状，内孔5的边缘的剖面为横V字形状。

支点部件4的内孔5与检测针的基部1b间隙嵌合且锷部6载置在支点托部7上，在该状态下，用按压弹簧8将检测针的支撑部9按压到托座11上，对调整螺钉12、13进行调整将检测端1a调整到柄部3b的轴线上，通过使粘着剂16流入到内孔5和基部1b的外周面之间并固化，从而将支点部件4固定在基部1b上。即，在检测针1未作用有外力的状态下，按压弹簧8的弹力由三个托座11承受，对支点部件4和支点托部7的抵接部未作用有按压力。此时，支撑部9和托座11的支撑点在压缩弹簧8的弹力作用下发生微小的弹性变形。另外，粘着剂16优选采用常温硬化型的双液性粘着剂。图中的装置在外壳主体3a的顶板部分设有多个开口，从所述开口中插入粘着剂的注射器并将粘着剂16注入，然后将该开口以粘着剂封闭。

使上述结构的接触检测器的检测端1a如图5所示从横向与检测对象物14接触后，通过其接触反作用力，作用于由支撑部9和托座11形成的三个支撑点的按压力的平衡被打破。在按压力减小的支撑点处，所述弹性变形恢复，按压力为零时支撑部9与托座11分离。另一方面，其相反侧的支撑点上的按压力增大，上述弹性变形也增大。通过该弹性变形的恢复与增大，虽然检测针1的倾斜动作微小，但是由于从支点部件4与支点托部7的抵接点(抵接线)到检测针的轴心的距离比从支撑点到检测针的轴心的距离大，因此就伴随着该微小倾斜动作的向下移动量来说，支点部件4与支点托部7的抵接点上的向下移动量大于按压力增大的支撑点的向下移动量。因此，在支点部件4与支点托部7的抵接点(抵接线中按压力增大的部位)成为新的支点且检测针1倾斜动作的状态下，支撑部9与托座11形成的支撑点中的一个分离开。

在该检测针1的倾斜动作状态下，作用于检测针1a上的接触反作用力P为FR/h，其中R为从检测针1的轴心到支点部件的抵接线(锷部6的下端)的半径，由于到圆周方向上所有位置，R都是恒定的，因此接触反作用力P也是恒定的，与此相伴的检测针1的挠曲量也是恒定的，因此由检测对象物的接触方向不同所引起的误差变动被消除了。因此，使检测针1挠曲所要产生的检测延迟能够以恒定的修正值进行修正，能够使修正后的检测精度比现有结构的精度更高。

图4是示出支点部件4的其他例子的图，其为下述一个例子：突部15与支点托部7抵接而形成为外侧支点，该突部形成于支点部件4的周缘上的正多边形(图示例子中为正八边形)的顶点位置。

在使用该图4所示的支点部件4时，因与检测对象物的接触而使检测针1倾斜动作时的外侧支点被设定于突部15中的某一个与支点托部7接触的位置。在该情况下，即使是出现相邻的两个突部15被按压在支点托部7上的状况下，从当时的摆动支点到检测针的轴心位置的距离R’为Rcos12.5°，R与R’的差远比有着三处托座的现有结构小，因此即使是如该第二实施例所示地设置在六边形乃至八边形以上的正多边形的顶点位置使突部15与支点托部7抵接的支点部件4的情况下，也能够提高修正后的检测精度。

Claims (6)

1.一种接触检测器，该接触检测器具有：检测针(1)，在其基部(1b)具有三个支撑部(9)；支撑部件(2)，其具有三个托座(11)，所述三个托座(11)分别在正三角形的顶点位置支撑所述三个支撑部；以及按压弹簧(8)，其将所述支撑部按压在所述托座上，其特征在于，

该接触检测器具有固定于所述基部上的支点部件(4)和与所述支撑部件实质上一体的支点托部(7)，该支点部件和支点托部对置设置，从而在以所述检测针的轴心为中心且其半径(R)比从所述轴心到最远的托座为止的距离要大的圆的圆周上形成外侧支点，并且，在所述支撑部被所述按压弹簧的弹力按压在所述托座上的状态下，该支点部件和支点托部以所述外侧支点不被按压的方式接触。

2.一种接触检测器，该接触检测器具有：外壳(3)，其具有嵌合在工作设备的工具轴中的柄部(3b)；检测针(1)，在其基部(1b)具有三个支撑部(9)；支撑部件(2)，其具有三个托座(11)，所述三个托座(11)分别在正三角形的顶点位置支撑所述三个支撑部；按压弹簧(8)，其将所述支撑部按压在所述托座上；以及调整单元(12、13)，其调整所述支撑部件在外壳内的位置以使所述检测针的检测端(1a)到达所述柄部的轴线上来，其特征在于，

该接触检测器具有固定于所述基部上的支点部件(4)和与所述支撑部件实质上一体的支点托部(7)，该支点部件和支点托部对置设置，从而在以所述检测针的轴心为中心且其半径(R)比从所述轴心到最远的托座为止的距离要大的圆的圆周上形成外侧支点，并且，在所述支撑部被所述按压弹簧的弹力按压在所述托座上的状态下进行了所述调整后，所述支点部件载置于所述支点托部并通过粘着剂粘着固定在所述基部上。

3.根据权利要求1或者2所述的接触检测器，其特征在于，

所述支点托部(7)由在相同外力作用下弹性变形比所述托座(11)小的材料制成。

4.根据权利要求1或者2所述的接触检测器，其特征在于，

所述支点部件(4)由在相同外力作用下弹性变形比形成所述支撑部(9)的部件小的材料制成。

5.根据权利要求1或者2所述的接触检测器，其特征在于，

在所述三个支撑部(9)和三个托座(11)之间形成六个电气触点，并通过将所述电气触点串联连接的电路(21)检测检测针(1)与检测对象物(14)的接触。

6.根据权利要求5所述的接触检测器，其特征在于，

六个电气触点形成于三组支撑部(9)和托座(11)之间，所述支撑部(9)由从检测针(1)的基部(1b)以120度间隔沿放射方向伸出的圆杆构成，所述托座(11)由承托各支撑部(9)的两个为一组的球体(10)形成。

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