CN104976980A - 形状测量机 - Google Patents

Abstract

一种形状测量机，其包括杆、臂、检测部、转动支点部和测量力调整部。与工件接触的测量触头设置于所述杆。所述臂的端部与所述杆接合。所述转动支点部用作所述杆和所述臂的转动运动的支点。所述检测部检测所述臂的转动运动的位移量。所述转动支点部的十字弹簧根据所述转动运动的位移量赋予所述杆和所述臂绕所述转动运动的轴的扭矩。测量力调整部赋予所述杆和所述臂沿所述十字弹簧产生的扭矩的相反方向的扭矩，该扭矩是由彼此相对配置的至少两个磁性构件之间的磁力产生的引力所产生的。

Description

形状测量机

技术领域

本发明涉及一种形状测量机，诸如使用杆式检测器的形状测量机等。

背景技术

现在，广泛使用具有杆式检测器的形状测量机。例如，已知诸如轮廓形状测量机、表面形貌测量机(surface texture measuring machine)和圆度测量机等的形状测量机。

当将十字弹簧(crossed spring)装入该杆式检测器的转轴时，能够获得几乎无滞后且高再现性的测量值。然而，由于测量力随着测量位置的改变而改变，所述测量值容易发生偏差。另外，尽管能够通过低的测量力来进行测量，作为一种抑制工件(待测物体)的变形或抑制对工件(待测物体)的破坏的方式，但是存在响应性(在扫过工件时测量触头追踪工件的形状的速度)的问题。然而，使用低测量力不会使测量精度太劣化。

相反地，已知用于使测量力稳定的技术，在该技术中，通过检测和控制测量力来抑制杆式检测器的测量力的波动(例如，参见日本特开2000-74616号公报)。

此外，建议将如下技术用于使用弹性铰链机构的测量设备：使用磁体来调整弹性铰链的复原特性(例如，参见日本特开平11-141537号公报)。

然而，本发明的发明人已经发现关于上述技术的问题，讨论如下。在日本特开2000-74616号公报公开的技术中，控制测量力会产生以热变形等的方式影响形状测量机并且导致测量精度降低的热。此外，通过执行测量力的控制会产生使测量精度进一步降低的电噪音。而且，需要在形状测量机上搭载控制装置，这增加了形状测量机的成本。

在日本特开平11-141537号公报公开的技术中，没有将测量力的稳定化放在首位考虑；因而，在该技术的当前状态下，在形状测量机中无法实现测量力的稳定化。

发明内容

鉴于上述问题而构思了本发明，并且本发明通过简单的构造使形状测量机的测量力稳定。

本发明的一个方面是一种形状测量机，其包括：第一构件，其设置有与工件接触的测量触头；第二构件，其具有与所述第一构件的端部接合的一个端部；转动支点部，其用作所述第一构件和所述第二构件的转动运动的支点；检测部，其检测所述第二构件的转动运动的位移量；弹性构件，其根据所述转动运动的所述位移量赋予所述第一构件和所述第二构件绕所述转动运动的轴的扭矩；以及测量力调整部，其赋予所述第一构件和所述第二构件沿所述弹性构件产生的扭矩的相反方向的扭矩，所述测量力调整部产生的所述扭矩是由彼此相对配置的至少两个磁性构件之间的磁力产生的引力所产生。因此，测量力是由弹性构件和测量力调整部中产生的在相反方向上的两个扭矩构成的合成扭矩。另外，由于该在相反方向上的两个扭矩随着由检测部检测到的位移量的增大而增大，所以能够不管位移量是大还是小都使由合成扭矩构成的测量力稳定。

本发明的另一方面是上述形状测量机，其中所述弹性构件为装入所述转动支点部的十字弹簧，并且在所述十字弹簧未赋予所述第一构件和所述第二构件扭矩的情况下，所述测量力调整部赋予所述第一构件和所述第二构件在第一方向上的扭矩，使得所述测量触头压靠待测量的部分。因此，能够使转动支点部和弹性构件形成为一体，由此能够使形状测量机的构造紧凑。

本发明的另一方面是上述形状测量机，其中在所述十字弹簧赋予所述第一构件和所述第二构件在所述第一方向上的扭矩的情况下，由所述十字弹簧产生的扭矩比由所述测量力调整部产生的扭矩大，并且在所述十字弹簧赋予所述第一构件和所述第二构件在与所述第一方向相反的第二方向上的扭矩的情况下，由所述十字弹簧产生的扭矩比由所述测量力调整部产生的扭矩小。因此，能够不管由检测部检测到的位移量是大还是小都将恒定方向上的测量力施加到待测物体。

本发明的另一方面是上述形状测量机，其中所述测量力调整部包括：第一固定部，其与所述第二构件接合；第二固定部，其相对于所述转动支点部的相对位置是固定的；第一磁性构件，其固定于所述第一固定部；第二磁性构件，其固定于所述第二固定部，使得在所述第一磁性构件和所述第二磁性构件之间产生所述转动运动的周向上的引力；第三磁性构件，其固定于所述第一固定部；以及第四磁性构件，其固定于所述第二固定部，使得在所述第三磁性构件和所述第四磁性构件之间产生所述转动运动的周向上的引力。所述第三磁性构件经由所述第一固定部被配置成在所述转动运动的周向面对所述第一磁性构件。因此，能够在两个彼此相对的磁性构件之间产生引力，并且能够通过改变这两个磁性构件之间的距离来改变引力的大小。因而，能够产生在由弹性构件所产生的扭矩相反方向上的扭矩，并且该在相反方向上的扭矩的大小能够随着由弹性构件产生的扭矩的大小的改变而改变。

本发明的另一方面是上述形状测量机，其中所述第一磁性构件和所述第二磁性构件中的至少一个具有截面朝向另一个磁性构件变小的锥形形状，并且所述第三磁性构件和所述第四磁性构件中的至少一个具有截面朝向另一个磁性构件变小的锥形形状。因此，能够通过磁性构件的形状来调整两个彼此相对的磁性构件之间的引力的改变。因而，例如，能够使两个彼此相对的磁性构件之间的引力随着这两个磁性构件之间的距离的改变而更线性地改变。

本发明的另一方面是上述形状测量机，其中所述第一磁性构件和所述第二磁性构件中的至少一个为永久磁体，并且所述第三磁性构件和所述第四磁性构件中的至少一个为永久磁体。因此，能够在两个彼此相对的磁性构件之间产生引力。

本发明的另一方面是上述形状测量机，其中所述第一磁性构件和所述第二磁性构件之间的距离以及所述第三磁性构件和所述第四磁性构件之间的距离中的至少一个能够随着测量条件的改变而改变并且在测量所述工件时是恒定的。因此，能够设定两个彼此相对的磁性构件之间的距离，并且能够在开始测量工件之前调整测量力的大小。因而，能够根据所需测量条件来调整测量的响应性。

本发明的另一方面是上述形状测量机，其中所述测量力调整部包括：第五磁性构件，其与所述第二构件接合；以及第六磁性构件，其与所述第五磁性构件分离并且被配置为在所述第五磁性构件和所述第六磁性构件之间产生在与所述转动运动的周向交叉的方向上的引力。所述第六磁性构件相对于所述转动支点部的相对位置是固定的。所述第五磁性构件和所述第六磁性构件之间的距离在所述第六磁性构件的所述转动运动的周向上的中央部面对所述第五磁性构件时最大，并且所述第五磁性构件和所述第六磁性构件之间的距离随着面对所述第五磁性构件的所述第六磁性构件沿所述转动运动的周向远离所述第五磁性构件而变小。因此，能够在两个彼此相对的磁性构件之间产生引力，并且能够通过改变这两个磁性构件之间的距离来改变引力的大小。因而，能够产生在由弹性构件产生的扭矩的相反方向上的扭矩，并且该在相反方向上的扭矩的大小能够随着由弹性构件产生的扭矩的大小的改变而改变。

本发明的另一方面是上述形状测量机，其中所述形状测量机还包括插在所述第五磁性构件和所述第六磁性构件之间的磁性流体。因此，能够使两个彼此相对的磁性构件之间的引力增大。

本发明的另一方面是上述形状测量机，其中所述第五磁性构件和所述第六磁性构件中的至少一个为永久磁体。因此，能够在两个彼此相对的磁性构件之间产生引力。

本发明的另一方面是上述形状测量机，其中所述第五磁性构件和所述第六磁性构件之间的距离能够随着测量条件的改变而改变并且在测量所述工件时是恒定的。因此，能够设定两个彼此相对的磁性构件之间的距离，并且能够在开始测量工件之前调整测量力的大小。因而，能够根据所需测量条件来调整测量的响应性。

本发明的另一方面是上述形状测量机，其中所述形状测量机还包括：第七磁性构件，其与所述第五磁性构件分离并且被配置为在所述第五磁性构件和所述第七磁性构件之间产生在与所述转动运动的周向交叉的方向上的引力。所述第七磁性构件相对于所述转动支点部的相对位置是固定的。所述第五磁性构件和所述第七磁性构件之间的距离在所述第七磁性构件的所述转动运动的周向上的中央部面对所述第五磁性构件时最大，所述第五磁性构件和所述第七磁性构件之间的距离随着面对所述第五磁性构件的所述第七磁性构件沿所述转动运动的周向远离所述第五磁性构件而变小。所述第六磁性构件和所述第七磁性构件配置为彼此面对，所述第五磁性构件位于所述第六磁性构件和所述第七磁性构件之间。因此，能够在两个彼此相对的磁性构件之间产生引力，并且能够通过改变这两个磁性构件之间的距离来改变引力的大小。因而，能够产生在由弹性构件产生的扭矩的相反方向上的扭矩，并且该在相反方向上的扭矩的大小能够随着由弹性构件产生的扭矩的大小的改变而改变。

本发明的另一方面是上述形状测量机，其中所述形状测量机还包括插在所述第五磁性构件和所述第七磁性构件之间的磁性流体。因此，能够使两个彼此相对的磁性构件之间的引力增大。

本发明的另一方面是上述形状测量机，其中所述第五磁性构件和所述第七磁性构件中的至少一个为永久磁体。因此，能够在两个彼此相对的磁性构件之间产生引力。

本发明的另一方面是上述形状测量机，其中所述第五磁性构件和所述第七磁性构件之间的距离能够随着测量条件的改变而改变并且在测量所述工件时是恒定的。因此，能够设定两个彼此相对的磁性构件之间的距离，并且能够在开始测量工件之前调整测量力的大小。因而，能够根据所需测量条件来调整测量的响应性。

本发明的另一方面是上述形状测量机，其中所述弹性构件的一端固定于所述第二构件，所述弹性构件的另一端相对于所述转动支点部的相对位置是固定的，并且所述弹性构件赋予所述第二构件扭矩，所述扭矩为所述测量触头被推抵到所述工件的方向上的扭矩。所述测量力调整部包括：第三固定部，其与所述第二构件接合；第四固定部，其相对于所述转动支点部的相对位置是固定的；第八磁性构件，其固定于所述第三固定部；以及第九磁性构件，其固定于所述第四固定部，使得在所述第八磁性构件和所述第九磁性构件之间产生在所述转动运动的周向上的引力。因此，能够在两个彼此相对的磁性构件之间产生引力，并且能够通过改变这两个磁性构件之间的距离来改变引力的大小。因而，能够产生在由弹性构件产生的扭矩的相反方向上的扭矩，并且该在相反方向上的扭矩的大小能够随着由弹性构件产生的扭矩的大小的改变而改变。

本发明的另一方面是上述形状测量机，其中所述第八磁性构件和所述第九磁性构件中的至少一个具有锥形形状，所述锥形形状的截面朝向另一个磁性构件变小。因此，能够通过磁性构件的形状来调整两个彼此相对的磁性构件之间的引力的改变。因而，例如，能够使两个彼此相对的磁性构件之间的引力随着这两个磁性构件之间的距离的改变而更线性地改变。

本发明的另一方面是上述形状测量机，其中所述第八磁性构件和所述第九磁性构件中的至少一个为永久磁体。因此，能够在两个彼此相对的磁性构件之间产生引力。

本发明的另一方面是上述形状测量机，其中所述第八磁性构件和所述第九磁性构件之间的距离能够随着测量条件的改变而改变并且在测量所述工件时是恒定的。因此，能够设定两个彼此相对的磁性构件之间的距离，并且能够在开始测量工件之前调整测量力的大小。因而，能够根据所需测量条件来调整测量的响应性。

根据本发明，能够通过简单的构造使形状测量机的测量力稳定。

附图说明

在以下的详细说明中，通过本发明的示例性实施方式的非限定性示例的方式参照已注明的多个附图来进一步说明本发明，在附图的若干视图中，用相同的附图标记表示相似的部件，其中：

图1是示意性地示出根据第一实施方式的形状测量机的构造的主视图；

图2是根据第一实施方式的测量力调整部附近的放大的主视图；

图3是根据第一实施方式的处于测量状态的形状测量机的主视图；

图4是示出作用于根据第一实施方式的形状测量机的力(扭矩)的图；

图5是示意性地示出根据第二实施方式的形状测量机的构造的主视图；

图6是根据第二实施方式的测量力调整部附近的放大的主视图；

图7是示出作用于根据第二实施方式的形状测量机的力(扭矩)的图；

图8是示意性地示出根据第三实施方式的形状测量机的构造的主视图；

图9是根据第三实施方式的测量力调整部附近的放大的主视图；

图10是示意性地示出根据第四实施方式的形状测量机的构造的主视图；

图11是从如图10所示的方向A观察时的根据第四实施方式的测量力调整部的放大图；

图12是示意性地示出根据第五实施方式的形状测量机的构造的主视图；以及

图13是从如图12所示的方向B观察时的根据第五实施方式的测量力调整部的放大图。

具体实施方式

本文中示出的细节仅作为示例且仅用于本发明实施方式的说明性讨论的目的，并且为了提供对本发明的原理和概念方面来说被认为是最有用且最易理解的说明而呈现。在这方面，没有试图详细地示出本发明的对本发明的基本理解不必要的结构细节，结合附图进行说明可以使在实践中如何实施本发明的形式对本领域技术人员来说是显而易见的。

以下，参照附图来说明本发明的实施方式。在每个附图中，用相同的附图标记来标注相同的元件，并且在必要时省略重复的说明。

第一实施方式

首先，给出根据第一实施方式的形状测量机100的说明。图1是示意性地示出根据第一实施方式的形状测量机100的构造的主视图。形状测量机100具有杆1(还被称作第一构件)、测量触头(probe)2、臂3(还被称作第二构件)、检测部4、转动支点部5、测量机主体6和测量力调整部10。在图1中，X方向表示形状测量机100的水平方向(左右方向)，Y方向表示相对于纸面的从纸的前侧至纸的后侧的深度方向，Z方向表示形状测量机100的铅垂方向(沿着铅垂线的上下方向)。

杆1是沿X方向延伸的构件，并且杆1的一个末端(tip)具有朝向Z(－)侧突出的测量触头2。当测量工件的形状时，测量触头2的末端(图1中的测量触头2的Z(－)侧的端部)与工件(待测物体)接触。

臂3是沿X方向延伸的构件。臂3的一端(图1中的臂3的X(－)侧的端部)被插入有杆1，另一端(图1中的臂3的X(+)侧的端部)与检测部4接合。此外，臂3的被插入有杆1的端部(图1中的臂3的X(－)侧的端部)附近与转动支点部5接合。因而，杆1和臂3被构造成能够绕着转动支点5转动(即，能够绕着Y方向的转动轴转动)。注意，在图1中，为了避免在测量时与工件干涉，臂3的Z(－)侧表面以使臂3朝向X(+)侧越来越窄的方式向上倾斜。然而，这仅是避免在测量时与工件干涉的构造的示例，而不是臂3所必须的形状的说明。

当测量时，检测部4测量臂3从具有作为支点的转动支点部5的臂3的基准位置的转动位移。基准位置是指臂3的被检测部4测量到的转动位移为“0”的位置。

转动支点部5具有装入其中的十字弹簧(还被称作弹性构件或偏置件(biaser))，并且转动支点部5固定于测量机主体6。结果，当测量触头2的位移致使杆1和臂3从基准位置转动地移位时，通过转动支点部5的十字弹簧产生在杆1和臂3的转动方向的相反方向上的扭矩。

测量力调整部10设置在臂3和测量机主体6之间，并且测量力调整部10是如下机构：通过永久磁体赋予臂3在由转动支点部5的十字弹簧产生的扭矩的相反方向上的扭矩。在图2中，测量力调整部10具有永久磁体11至永久磁体14、臂侧磁体固定部15和主体侧磁体固定部16。

臂侧磁体固定部15(还被称作第一固定部、第一稳定部或第一止动部(immobilizer))固定于臂3。永久磁体11(还被称作第一磁性构件)固定于臂侧磁体固定部15的Z(+)侧表面，永久磁体12(还被称作第三磁性构件)固定于臂侧磁体固定部15的Z(－)侧表面。

主体侧磁体固定部16(还被称作第二固定部、第二稳定部或第二止动部)固定于测量机主体6。在主体侧磁体固定部16上，永久磁体13(还被称作第二磁性构件)固定在面对永久磁体11的位置处，永久磁体14(还被称作第四磁性构件)固定在面对永久磁体12的位置处。

在本构造中，由磁力产生的引力作用于永久磁体11和永久磁体13之间的区域。由磁力产生的引力作用于永久磁体12和永久磁体14之间的区域。图2是根据第一实施方式的测量力调整部10附近的放大的主视图。在该示例中，永久磁体11至永久磁体14中的每一个磁体的Z(+)侧表面为N极，永久磁体11至永久磁体14中的每一个磁体的Z(－)侧表面为S极。此外，优选地，永久磁体11至永久磁体14均被配置成沿着轴为转动支点部5的臂3的转动方向并排。

接下来，说明形状测量机100的操作。图3是根据第一实施方式的处于测量状态的形状测量机100的主视图。当测量时，测量触头2与工件90接触。

图4是示出作用于根据第一实施方式的形状测量机100的力(扭矩)的图。在图4中，关于测量触头2的位移量，+表示测量触头2相对于基准位置沿逆时针方向的位移，－表示测量触头2相对于基准位置沿顺时针方向的位移。此外，关于扭矩，+表示逆时针方向上的扭矩，－表示顺时针方向上的扭矩。另外，在图4中，N1表示由永久磁体11和永久磁体13产生的扭矩，N2表示由永久磁体12和永久磁体14产生的扭矩，Na表示由测量力调整部10产生的扭矩(永久磁体11至永久磁体14的合成扭矩)，Ns表示转动支点部5的十字弹簧中产生的扭矩，Nm表示测量力。在本实施方式中，转动支点部5的十字弹簧在基准位置产生的扭矩Ns为“0”。

当杆1和臂3位于基准位置时，转动支点部5的十字弹簧没有产生扭矩。在该状态下，测量力调整部10的永久磁体11至永久磁体14产生了逆时针扭矩。因此，在基准位置，测量力是由测量力调整部10的永久磁体11至永久磁体14产生的逆时针扭矩。

当测量时，测量触头2沿着工件90的形状移位，这会致使由转动支点部5的十字弹簧产生的扭矩和由测量力调整部10产生的扭矩发生改变。

当测量触头2沿+向(逆时针方向)移位时，会使由转动支点部5的十字弹簧产生的－向(顺时针方向)上的扭矩和由测量力调整部10产生的+向上的扭矩都增大。此时，在测量触头2沿+向(逆时针方向)移位的情况下，转动支点部5的十字弹簧和测量力调整部10被构造为由转动支点部5的十字弹簧产生的扭矩比由测量力调整部10产生的扭矩小，由此能够将测量力施加到工件90。

此外，当测量触头2沿－向(顺时针方向)移位时，会使由转动支点部5的十字弹簧产生的+向(逆时针方向)上的扭矩和由测量力调整部10产生的－向(顺时针方向)上的扭矩都增大。在这种状态下，在任意情况下，由测量力调整部10产生的扭矩用来抵消由转动支点部5的十字弹簧产生的扭矩，由此抑制了测量触头2的波动，并且使测量力稳定。在测量触头2沿－向(顺时针方向)移位的情况下，转动支点部5的十字弹簧和测量力调整部10被构造为由转动支点部5的十字弹簧产生的扭矩比由测量力调整部10产生的扭矩大，由此能够将测量力施加到工件90。

如上所述，测量触头2的测量力是由如下+向上的扭矩产生的：该扭矩是由转动支点部5的十字弹簧产生的扭矩和由测量力调整部10产生的扭矩的合成。在这种状态下，由转动支点部5的十字弹簧产生的扭矩在由测量力调整部10产生的扭矩的相反方向上。因此，应当理解的是，本构造允许测量力相比于仅使用弹性构件(十字弹簧)的情况而减小。

此外，如图4所示，当由转动支点部5的十字弹簧产生的扭矩随着从基准位置的位移的增大而增大时，由测量力调整部10产生的扭矩也随着从基准位置的位移的增大而增大。因而，根据本构造，能够不管从基准位置的位移量是大还是小都实现测量力的稳定化。

注意，当使用形状测量机100进行形状测量时，优选在平坦的区域进行该测量，以使测量力Nm的波动尽可能地小。通过在这样的区域进行形状测量，能够保持恒定的测量力。结果，能够使测量触头2的末端和工件之间产生的摩擦力大致恒定，由此抑制了由于摩擦力而产生的测量误差，并且能够实现更高精度的测量。这些同样适用于根据下述实施方式的形状测量机。

此外，为了使平坦部分的测量力Nm位于+侧，转动支点部5的十字弹簧中产生的扭矩Ns必需转至正侧。如上所述，基准位置是指检测部4检测到的位移为“0”的位置。即，在使用十字弹簧的情况下，基准位置是杆1从水平位置略微朝向Z(+)侧转动的位置。可选地，测量力调整部10的永久磁体的安装位置可以被确定为测量力调整部10在基准位置产生扭矩。换言之，形状测量机必需被设计为十字弹簧和测量力调整部中的至少一者在基准位置产生扭矩，以便能够将测量力施加到工件。这些设计同样适用于根据下述实施方式的形状测量机的设计。

根据本构造，能够通过将具有磁性构件的测量力调整部设置在形状测量机中的简单构造来使形状测量机的测量力稳定。另外，在本构造中，由于通过控制测量力而不产生热和电噪声，所以能够在不使测量精度恶化的情况下使测量力稳定。

注意，虽然本实施方式被说明成包括永久磁体11至永久磁体14；然而，这仅是示例性的。永久磁体11和永久磁体13中的一者可以是由磁性材料构成的构件。永久磁体12和永久磁体14中的一者可以是由磁性材料构成的构件。在本实施方式和以下实施方式中，由永久磁体和磁性材料中的至少一者构成的构件也将被称作磁性构件。

第二实施方式

给出根据第二实施方式的形状测量机200的说明。图5是示意性地示出根据第二实施方式的形状测量机200的构造的主视图。形状测量机200具有杆1、测量触头2、臂3、检测部4、测量机主体6、转动支点部7、弹簧8(还被称作弹性构件)和测量力调整部20。由于形状测量机200的杆1、测量触头2、臂3、检测部4和测量机主体6与根据第一实施方式的形状测量机100的相同，所以省略其说明。

在形状测量机200中，用转动支点部7代替形状测量机100的转动支点部5。与转动支点部5不同，转动支点部7中未装入十字弹簧，因而不产生扭矩。

赋予臂3逆时针扭矩的弹簧8安装在臂3和测量机主体6之间。

图6是根据第二实施方式的测量力调整部20附近的放大的主视图。测量力调整部20设置在臂3和测量机主体6之间，并且测量力调整部20是使由弹簧8产生的扭矩减小的机构。测量力调整部20具有永久磁体21和永久磁体22、臂侧磁体固定部25(还被称作第三固定部、第三止动部或第三稳定部)和主体侧磁体固定部26(还被称作第四固定部、第四止动部或第四稳定部)。永久磁体21和永久磁体22(还分别被称作第八磁性构件和第九磁性构件)分别与形状测量机100的测量力调整部10的永久磁体12和永久磁体14对应。臂侧磁体固定部25和主体侧磁体固定部26分别与形状测量机100的测量力调整部10的臂侧磁体固定部15和主体侧磁体固定部16对应。由于由永久磁体21和永久磁体22产生的扭矩与由测量力调整部10的永久磁体12和永久磁体14产生的扭矩相似，所以省略其说明。

图7是示出作用于根据第二实施方式的形状测量机200的力(扭矩)的图。在图7中，关于测量触头2的位移量，+表示测量触头2相对于基准位置沿逆时针方向的位移，－表示测量触头2相对于基准位置沿顺时针方向的位移。此外，关于扭矩，+表示逆时针方向上的扭矩，－表示顺时针方向上的扭矩。另外，在图7中，Na表示测量力调整部20中产生的扭矩(由永久磁体21和永久磁体22产生的扭矩)，Ns表示弹簧8中产生的扭矩，Nm表示测量力。

在杆1和臂3位于基准位置的情况下，由弹簧8产生了逆时针(+)扭矩和由测量力调整部20产生了顺时针(－)扭矩。测量力Nm是由这些扭矩(Na和Ns)的合成扭矩提供的，并且是在逆时针(+)方向上的。

当测量时，测量触头2沿着工件90的形状移位，这会致使由弹簧8产生的扭矩和由测量力调整部10产生的扭矩发生改变。

当测量触头2沿+向(逆时针方向)移位时，会使由弹簧8产生的+向(逆时针方向)上的扭矩和由测量力调整部20产生的－向(顺时针方向)上的扭矩减小。当测量触头2沿－向(顺时针方向)移位时，会使由弹簧8产生的+向(逆时针方向)上的扭矩增大且由测量力调整部20产生的－向(顺时针方向)上的扭矩也增大。

在这种状态下，在任意情况下，由测量力调整部20产生的扭矩用来抵消由弹簧8产生的扭矩，这抑制了测量触头2的波动，并且能够使测量力稳定。弹簧8和测量力调整部20被构造为由弹簧8产生的扭矩不比由测量力调整部20产生的扭矩小，由此能够将测量力施加到工件90。

如上所述，测量触头2的测量力是由+向上的扭矩产生的，该+向上的扭矩是由弹簧8产生的扭矩和由测量力调整部20产生的扭矩的合成。此时，由弹簧8产生的扭矩在由测量力调整部20产生的扭矩的相反方向上。因此，与第一实施方式相同，应当理解的是，本构造允许测量力相比于仅使用弹性构件(弹簧)的情况而减小。

此外，如图7所示，当由弹簧8产生的扭矩随着从基准位置的位移的改变而改变时，由测量力调整部20产生的扭矩也随着从基准位置的位移的改变而改变。因而，根据本构造，能够不管从基准位置的位移量是大还是小都实现测量力的稳定化。

注意，虽然本实施方式被说明成包括永久磁体21和永久磁体22；然而，这仅是示例性的。永久磁体21和永久磁体22中的一者可以是由磁性材料构成的构件。

第三实施方式

给出根据第三实施方式的形状测量机300的说明。图8是示意性地示出根据第三实施方式的形状测量机300的构造的主视图。形状测量机300具有用测量力调整部30代替根据第一实施方式的测量力调整部10的构造。由于形状测量机300的其余构造与形状测量机100的相同，所以省略其说明。

图9是根据第三实施方式的测量力调整部30附近的放大的主视图。测量力调整部30设置在臂3和测量机主体6之间，并且测量力调整部30是通过永久磁体赋予臂3在由转动支点部5的十字弹簧产生的扭矩的相反方向上的扭矩的机构。测量力调整部30具有用永久磁体33和永久磁体34分别代替根据第一实施方式的测量力调整部10的永久磁体13和永久磁体14的构造。

与永久磁体13不同，永久磁体33(还被称作第二磁性构件)具有宽度朝向永久磁体11变窄的锥形形状(或圆锥形状)。与永久磁体14不同，永久磁体34(还被称作第四磁性构件)具有宽度朝向永久磁体12变窄的锥形形状(或圆锥形状)。

如上所述，根据本构造，通过改变测量力调整部30中的永久磁体的形状，能够使用磁力来对测量力调整部30中产生的扭矩进行精细调整。这允许由测量力调整部30产生的扭矩相对于测量触头2的位移线性地改变。结果，与第一实施方式相比，能够不管从基准位置的位移量是大还是小都进一步实现测量力的稳定化。

注意，尽管在本实施方式中永久磁体33和永久磁体34具有锥形形状，但是可代替的是永久磁体11和永久磁体12具有锥形形状。此外，永久磁体11、永久磁体12、永久磁体33和永久磁体34均可以具有锥形形状。

第四实施方式

给出根据第四实施方式的形状测量机400的说明。图10是示意性地示出根据第四实施方式的形状测量机400的构造的主视图。形状测量机400具有用测量力调整部40代替根据第一实施方式的测量力调整部10的构造。由于形状测量机400的其余构造与形状测量机100的相同，所以省略其说明。

图11是从如图10所示的方向A观察时的根据第四实施方式的测量力调整部40的放大图。测量力调整部40设置在臂3和测量机主体6之间，并且测量力调整部40是通过永久磁体赋予臂3在由转动支点部5的十字弹簧产生的扭矩的相反方向上的扭矩的机构。测量力调整部40具有永久磁体41至永久磁体43(还分别被称作第五磁性构件、第六磁性构件和第七磁性构件)。

永久磁体41安装于从臂3朝向Z(+)侧延伸的固定部3A的上端(Z(+)侧的端部)。永久磁体41的Y(+)侧为S极，永久磁体41的Y(－)侧为N极。

永久磁体42和永久磁体43以在Y方向上彼此分离的方式安装于测量机主体6的Z(－)表面。永久磁体42和永久磁体43的Y(+)侧表面均为S极，永久磁体42和永久磁体43的Y(－)侧表面均为N极。永久磁体42和永久磁体43被形成为永久磁体42与永久磁体41以及永久磁体43与永久磁体41之间的距离在基准位置(图11中的永久磁体41的位置)处最大，并且被形成为永久磁体42与永久磁体41以及永久磁体43与永久磁体41之间的距离从基准位置朝向Z(+)侧和Z(－)侧逐渐减小。

如上所述，与第一实施方式相同，在测量力调整部40中，能够通过磁力来使测量力调整部40中产生的扭矩随着测量触头2的位移的增大而增大。因而，与第一实施方式相同，能够实现测量力的减小和稳定化。

注意，尽管上述内容中包括永久磁体42和永久磁体43，但是只要设置了永久磁体42和永久磁体43中的一者，就能够通过磁力来使测量力调整部40中产生的扭矩像第一实施方式一样随着测量触头2的位移的增大而增大。

虽然本实施方式被说明成包括永久磁体41至永久磁体43；然而，这仅是示例性的。永久磁体41和永久磁体42中的一者可以是由磁性材料构成。永久磁体41和永久磁体43中的一者可以是由磁性材料构成。

第五实施方式

给出根据第五实施方式的形状测量机500的说明。图12是示意性地示出根据第五实施方式的形状测量机500的构造的主视图。形状测量机500具有用测量力调整部50代替根据第四实施方式的测量力调整部40的构造。由于形状测量机500的其余构造与形状测量机400的相同，所以省略其说明。

图13是从如图12所示的方向B观察时的根据第五实施方式的测量力调整部50的放大图。与测量力调整部40相同，测量力调整部50设置在臂3和测量机主体6之间，并且测量力调整部50是通过永久磁体赋予臂3在由转动支点部5的十字弹簧产生的扭矩的相反方向上的扭矩的机构。然而，测量力调整部50具有将磁性流体51和磁性流体52添加至测量力调整部40的构造。

磁性流体51填充在永久磁体41和永久磁体42之间。磁性流体52填充在永久磁体41和永久磁体43之间。当永久磁体41移位时，磁性流体51和磁性流体52会被永久磁体41的磁力牵引并且随着永久磁体41移动。

如上所述，在测量力调整部50中，能够由于永久磁体之间的磁性流体的存在而使磁力增大。结果，与第四实施方式相比，能够使测量力调整部小型化。

注意，尽管上述内容中包括磁性流体51和磁性流体52，但是只要设置了磁性流体51和磁性流体52中的一者，就能够通过磁力来使测量力调整部50中产生的扭矩像第四实施方式一样随着测量触头2的位移的增大而增大。

其它实施方式

注意，本发明不限于上述实施方式，而是可以在不超出本发明的范围的情况下，根据需要进行变化。在上述实施方式中，能够根据测量目的来改变彼此相对配置的磁性构件之间的距离。即，可以将彼此相对配置的磁性构件之间的距离可改变的机构添加至根据上述实施方式的测量力调整部，并且可以在开始测量之前根据需要来改变彼此相对配置的磁性构件之间的距离。即，在上述实施方式中，永久磁体11和永久磁体13之间的距离、永久磁体12和永久磁体14之间的距离、永久磁体21和永久磁体22之间的距离、永久磁体11和永久磁体33之间的距离、永久磁体12和永久磁体34之间的距离、永久磁体41和永久磁体42之间的距离以及永久磁体41和永久磁体43之间的距离均是可以改变的。改变彼此相对的磁性构件之间的距离能够处理要求高的测量力的测量，并且能够通过减小测量力来抑制工件(待测物体)的变形和抑制对工件的损坏。

在根据第二实施方式的形状测量机中，彼此相对的磁性构件(永久磁体21和永久磁体22)中的至少一者可以具有如第三实施方式中的锥形形状。另外，根据第四实施方式的测量力调整部40或根据第五实施方式的测量力调整部50可以应用于根据第二实施方式的形状测量机。

杆1(第一构件)和臂3(第二构件)在上述实施方式中是彼此独立的；然而，这仅是示例性的。因而，杆1(第一构件)和臂3(第二构件)可以是形成为一体的构件。

注意，已经提供的前述示例仅是出于解释的目的，而绝不理解为是限制本发明。尽管已经参照示例性实施方式说明了本发明，但是应当理解，本文中已经使用的词语是描述性和说明性的词语，而不是限制性的词语。在不超出本发明各方面的范围和精神的情况下，可以如目前陈述的和如修改的在所附权利要求的范围内进行改变。虽然本文已经参照特定的结构、材料和实施方式描述了本发明，但是本发明不限于本文所公开的细节，而是，本发明延伸至诸如在所附权利要求的范围内的所有在功能上等同的结构、方法和用途。

本发明不限于上述实施方式，而是在不超出本发明的范围的情况下可以进行各种改变和变型。

Claims (19)

1.一种形状测量机，其包括：

杆，其具有被构造成与工件接触的测量触头；

臂，其具有与所述杆的端部接合的一个端部；

转动支点部，其用作所述杆和所述臂的转动运动的支点；

检测部，其被构造成检测所述臂的转动运动的位移量；

偏置件，其被构造成根据所述转动运动的所述位移量赋予所述杆和所述臂绕所述转动运动的轴的扭矩；以及

测量力调整部，其被构造成赋予所述杆和所述臂沿所述偏置件产生的扭矩的相反方向的扭矩，所述测量力调整部产生的所述扭矩是由所述测量力调整部的彼此相对配置的至少两个磁体之间的磁力产生的引力所产生。

2.根据权利要求1所述的形状测量机，其特征在于，

所述偏置件为装入所述转动支点部的十字弹簧，并且

在所述十字弹簧未赋予所述杆和所述臂扭矩的情况下，所述测量力调整部赋予所述杆和所述臂在第一方向上的扭矩，使得所述测量触头压靠所述工件。

3.根据权利要求2所述的形状测量机，其特征在于，

在所述十字弹簧赋予所述杆和所述臂在所述第一方向上的扭矩的情况下，由所述十字弹簧产生的扭矩比由所述测量力调整部产生的扭矩大，并且

在所述十字弹簧赋予所述杆和所述臂在与所述第一方向相反的第二方向上的扭矩的情况下，由所述十字弹簧产生的扭矩比由所述测量力调整部产生的扭矩小。

4.根据权利要求3所述的形状测量机，其特征在于，

所述测量力调整部包括：

第一稳定部，其与所述臂接合；

第二稳定部，其相对于所述转动支点部的相对位置是固定的；

第一磁体，其固定于所述第一稳定部；

第二磁体，其固定于所述第二稳定部，使得在所述第一磁体和所述第二磁体之间产生所述转动运动的周向上的引力；

第三磁体，其固定于所述第一稳定部；以及

第四磁体，其固定于所述第二稳定部，使得在所述第三磁体和所述第四磁体之间产生所述转动运动的周向上的引力，并且

所述第三磁体经由所述第一稳定部被配置成在所述转动运动的周向面对所述第一磁体。

5.根据权利要求4所述的形状测量机，其特征在于，

所述第一磁体和所述第二磁体中的至少一者具有截面朝向所述第一磁体和所述第二磁体中的另一者变小的锥形形状，并且

所述第三磁体和所述第四磁体中的至少一者具有截面朝向所述第三磁体和所述第四磁体中的另一者变小的锥形形状。

6.根据权利要求4所述的形状测量机，其特征在于，

所述第一磁体和所述第二磁体中的至少一者为永久磁体，并且

所述第三磁体和所述第四磁体中的至少一者为永久磁体。

7.根据权利要求4所述的形状测量机，其特征在于，

所述第一磁体和所述第二磁体之间的距离以及所述第三磁体和所述第四磁体之间的距离中的至少一者能够随着测量条件的改变而改变并且在测量所述工件时是恒定的。

8.根据权利要求3所述的形状测量机，其特征在于，

所述测量力调整部包括：

第五磁体，其与所述臂接合，以及

第六磁体，其与所述第五磁体分离并且被配置为在所述第五磁体和

所述第六磁体之间产生在与所述转动运动的周向交叉的方向上的引力，

所述第六磁体相对于所述转动支点部的相对位置是固定的，

所述第五磁体和所述第六磁体之间的距离在所述第六磁体的所述转动运动的周向上的中央部面对所述第五磁体时最大，并且

所述第五磁体和所述第六磁体之间的距离随着面对所述第五磁体的所述第六磁体沿所述转动运动的周向远离所述第五磁体而变小。

9.根据权利要求8所述的形状测量机，其特征在于，所述形状测量机还包括插在所述第五磁体和所述第六磁体之间的磁性流体。

10.根据权利要求8所述的形状测量机，其特征在于，所述第五磁体和所述第六磁体中的至少一者为永久磁体。

11.根据权利要求8所述的形状测量机，其特征在于，所述第五磁体和所述第六磁体之间的距离能够随着测量条件的改变而改变并且在测量所述工件时是恒定的。

12.根据权利要求8所述的形状测量机，其特征在于，所述形状测量机还包括：

第七磁体，其与所述第五磁体分离并且被配置为在所述第五磁体和所述第七磁体之间产生在与所述转动运动的周向交叉的方向上的引力，所述第七磁体相对于所述转动支点部的相对位置是固定的，其中，

所述第五磁体和所述第七磁体之间的距离在所述第七磁体的所述转动运动的周向上的中央部面对所述第五磁体时最大，

所述第五磁体和所述第七磁体之间的距离随着面对所述第五磁体的所述第七磁体沿所述转动运动的周向远离所述第五磁体而变小，并且

所述第六磁体和所述第七磁体彼此相对配置在所述测量力调整部的两端，所述第五磁体位于所述第六磁体和所述第七磁体之间。

13.根据权利要求12所述的形状测量机，其特征在于，所述形状测量机还包括插在所述第五磁体和所述第七磁体之间的磁性流体。

14.根据权利要求12所述的形状测量机，其特征在于，所述第五磁体和所述第七磁体中的至少一者为永久磁体。

15.根据权利要求12所述的形状测量机，其特征在于，所述第五磁体和所述第七磁体之间的距离能够随着测量条件的改变而改变并且在测量所述工件时是恒定的。

16.根据权利要求3所述的形状测量机，其特征在于，

所述偏置件的一端固定于所述臂，所述偏置件的另一端相对于所述转动支点部的相对位置是固定的，并且所述偏置件赋予所述臂扭矩，所述扭矩为所述测量触头被推抵到所述工件的方向上的扭矩，并且

所述测量力调整部包括：

第三稳定部，其与所述臂接合；

第四稳定部，其相对于所述转动支点部的相对位置是固定的；

第八磁体，其固定于所述第三稳定部；以及

第九磁体，其固定于所述第四稳定部，使得在所述第八磁体和所述第九磁体之间产生在所述转动运动的周向上的引力。

17.根据权利要求16所述的形状测量机，其特征在于，所述第八磁体和所述第九磁体中的至少一者具有锥形形状，所述锥形形状的截面朝向所述第八磁体和所述第九磁体中的另一者变小。

18.根据权利要求16所述的形状测量机，其特征在于，所述第八磁体和所述第九磁体中的至少一者为永久磁体。

19.根据权利要求16所述的形状测量机，其特征在于，所述第八磁体和所述第九磁体之间的距离能够随着测量条件的改变而改变并且在测量所述工件时是恒定的。