CN117190834A - 接触式探针的触针 - Google Patents

Abstract

本公开说明一种接触式探针的触针，其强度优良且能够测量复杂形状的加工产品。接触式探针的触针具备：基端部，其呈沿着规定的第一方向延伸的柱形状；以及前端部，其连接于基端部。前端部呈随着从基端部朝向前端部的前端侧而尺寸收缩的三棱柱形状，包含：沿着第一方向延伸的第一主面、在与第一方向正交的第二方向上位于第一主面的相反侧且相对于第一方向倾斜延伸的第二主面、以及位于前端的触头。第一主面与第二主面所成的倾斜角是锐角。关于触头的表面，当从与第一方向及第二方向双方正交的第三方向观察时呈圆弧状。触头中的第一主面侧的部分相对于第一主面而言向从第二主面朝向第一主面的方向突出。

Description

接触式探针的触针

技术领域

本公开涉及一种接触式探针的触针。

背景技术

专利文献1公开了一种用于测量利用机床加工的加工产品的形状及尺寸的探测装置。该装置具备：触针，其构成为与加工产品的表面接触来测量加工产品；以及输送装置，其构成为保持触针并使其移动。在触针的前端设置有大致球形状的触头(前端尖头)。输送装置使触针接近加工产品，获取触头与加工产品接触时的位置，从而测量加工产品的形状及尺寸。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2021-181132号公报

发明内容

(一)要解决的技术问题

本公开说明一种接触式探针的触针，其强度优良且能够测量复杂形状的加工产品。

(二)技术方案

接触式探针的触针的一例具备：基端部，其呈沿着规定的第一方向延伸的柱形状；以及前端部，其连接于基端部。前端部呈随着从基端部朝向前端部的前端侧而尺寸收缩的三棱柱形状，且包含：沿着第一方向延伸的第一主面、在与第一方向正交的第二方向上位于第一主面的相反侧且相对于第一方向倾斜延伸的第二主面、以及位于前端的触头。第一主面与第二主面所成的倾斜角是锐角。当从与第一方向及第二方向双方正交的第三方向观察时，触头的表面呈圆弧状。触头中的第一主面侧的部分相对于第一主面而言向从第二主面朝向第一主面的方向突出。

(三)有益效果

根据本公开的接触式探针的触针，强度优良且能够测量复杂形状的加工产品。

附图说明

图1是表示加工装置一例的立体图。

图2是从背面侧观察接触式探针的触针一例的立体图。

图3是从正面侧观察图2的触针的立体图。

图4是沿着图2的IV－IV线的局部剖视图。

图5是表示接触式探针的触针测量加工产品时的、触针前端的移动轨迹一例的图。

具体实施方式

在以下的说明中，对于相同要素或者具有相同功能的要素使用相同的附图标记，省略重复说明。在本说明书中，提及图中的上、下、右、左时以图中的附图标记的朝向为基准。在图1中例示了由X轴、Y轴以及Z轴规定的正交座标系。在该正交座标系中，Y轴铅垂向上(第一方向)延伸，X轴以与Y轴正交的方式沿水平方向(第二方向)延伸，Z轴以与X轴及Y轴双方正交的方式沿水平方向(第三方向)延伸。

(加工装置的结构)

首先，参照图1，对装设有接触式探针10的加工装置1进行说明。加工装置1具有：对加工对象物W(例如金属制的块等)进行加工的功能、和测量对加工对象物W进行加工所得到的加工产品P的形状及尺寸的功能。加工产品P例如可以是模具部件。该模具部件例如可以是构成冲裁装置的部件，所述冲裁装置对片状的母材(金属板等)进行冲裁。加工产品P的形状例如可以是长方体形状、圆柱形状、多棱柱形状、其他的异型形状。

如图1所示，加工装置1具备：基座单元2、加工单元3、测量单元4、显示器5、以及控制器Ctr(控制部)。加工装置1可以还具备框体(未图示)，该框体构成为能够收纳上述各部的一部分或全部。

基座单元2包含：基座2a、引导机构2b、载置台2c。基座2a构成为从下侧支撑引导机构2b及载置台2c。引导机构2b安装于基座2a上。引导机构2b例如可以是线性致动器。引导机构2b例如可以包含导轨2d、块(未图示)。该块可以构成为，能够基于来自控制器Ctr的指示沿着导轨2d(Z轴)往复移动。

载置台2c构成为对上表面(载置面)载置的加工对象物W或加工产品P进行吸附保持。载置台2c例如可以是磁力吸盘，也可以是真空吸盘。载置台2c至少可以保持一个加工对象物W或加工产品P，也可以保持多个加工对象物W或加工产品P。载置台2c可以连接于引导机构2b的块。因此，当块沿着导轨2d往复移动时，保持于载置台2c的加工对象物W或加工产品P也一起沿着导轨2d(Z轴)往复移动。

加工单元3具有如下功能，即：对加工对象物W进行加工以使得加工对象物W成为规定形状的加工产品P。加工单元3可以配置于基座单元2的上方。加工单元3包含：工具3a、轴3b、罩盖部件3c、驱动机构3d。

工具3a构成为以与加工对象物W接触的状态对加工对象物W进行加工。例如，在加工装置1是磨削装置的情况下，工具3a可以是对加工对象物W进行磨削加工的砂轮。该砂轮例如可以是在旋转轮上设置有磨粒层的磨轮等。该磨轮的形状例如可以是在JIS B4141：1998中规定的形状记号“4B2”(所谓的单V面)(参照图1)，也可以是“1EE1”(所谓的V面)。对于该磨轮的前端直径而言，当用于精加工时例如可以是30μm～60μm的程度，当用于粗加工时可以是50μm～200μm的程度。该磨轮的前端角度例如可以是10°～40°的程度。

轴3b沿着X轴延伸。在轴3b的一端安装有工具3a。轴3b的中心轴与工具3a的中心轴可以大致一致。在轴3b的另一端安装有驱动机构3d。

罩盖部件3c构成为可抑制当利用工具3a对加工对象物W进行加工时产生的切屑、粉尘向周围飞散。罩盖部件3c以覆盖工具3a的周围的方式经由板3e安装于驱动机构3d。如图1例示的那样，罩盖部件3c可以包含：背板，其覆盖工具3a的背面；以及一对侧板，其分别覆盖工具3a的各侧面，当从Y轴方向观察时，罩盖部件3c呈大致C字形状。在罩盖部件3c及板3e上可以设置有轴3b能够插通的贯通孔或者缺口部。

驱动机构3d构成为基于来自控制器Ctr的指示而支撑轴3b并使其旋转。伴随着轴3b的旋转，工具3a也以轴3b的中心轴为旋转轴进行旋转。驱动机构3d构成为基于来自控制器Ctr的指示而使轴3b及罩盖部件3c沿Y轴上下运动。此时，安装于轴3b的工具3a也一起沿上下方向往复移动。驱动机构3d构成为基于来自控制器Ctr的指示而使轴3b及罩盖部件3c沿X轴进退。此时，安装于轴3b的工具3a也一起在水平方向上往复移动。对于利用驱动机构3d进行的轴3b、罩盖部件3c的动作时机、动作速度、轴3b的转速等，例如可以根据控制器Ctr所存储的加工产品P的设计数据(例如，CAD数据等)来进行设定。

测量单元4构成为测量：利用加工单元3进行加工的加工对象物W即加工产品P的形状及尺寸。测量单元4包含：支撑部件4a、接触式探针10。

支撑部件4a安装于板3e。这样在刚性比较高的板3e上设置支撑部件4a，从而使振动不易向支撑部件4a传递，因此提高了测量单元4的测量精度。如图1例示的那样，支撑部件4a可以在罩盖部件3c的侧方相邻设置。支撑部件4a以悬挂接触式探针10的状态进行支撑。因此，接触式探针10位于载置台2c的上方。

支撑部件4a可以构成为，包含未图示的驱动机构，并基于来自控制器Ctr的指示，使接触式探针10上下运动。支撑部件4a例如可以当利用加工单元3对加工对象物W进行加工时使接触式探针10上升，当不是利用加工单元3对加工对象物W进行加工而是测量加工产品P时使接触式探针10下降。

接触式探针10包含：壳体11、触针20。壳体11支撑于支撑部件4a。壳体11经由未图示的弹性部件(例如螺旋弹簧等)弹性地保持触针20。因此，当触针20与加工产品P接触时，触针20被压入壳体11侧。在壳体11内设置有未图示的传感器，传感器检出触针20的位置变化，从而判断为触针20与加工产品P接触。

触针20可以由超硬合金(例如碳化钨)构成。如图2～图4例示的那样，触针20包含：基端部21、前端部22、触头23。

基端部21以安装于壳体11的状态沿上下方向(Y轴)延伸。基端部21可以呈四棱柱形状(参照图2及图3)，也可以呈其他的形状(例如，其他的棱柱状、圆柱状等)。基端部21包含在水平方向(X轴)上对置的一对主面S1、S2。主面S1、S2沿着上下方向(Y轴)延伸。主面S1可以在基端部21的下部朝向主面S2侧凹陷(参照图2及图4)。即，主面S1可以呈阶梯状。在这种情况下，基端部21的上部中的主面S1侧的部分21a(第一部分)相对于基端部21的下部中的主面S1侧的部分21b而言朝向外方突出。

前端部22一体地连接于基端部21的前端(下端)。前端部22呈随着从基端部21朝向前端部22的前端侧而尺寸收缩的三棱柱形状。因此，当从侧方(Z轴)观察时，前端部22呈三角形状。

前端部22包含在水平方向(X轴)上对置的一对主面S3、S4。主面S3(第一主面)沿着上下方向(Y轴)延伸。即，主面S3与主面S1一体地连续并延伸。主面S4在水平方向(X轴)上位于主面S3的相反侧。主面S4相对于上下方向(Y轴)倾斜延伸。因此，主面S4从主面S2的下端折曲并延伸。

主面S3、S4所成的倾斜角θ(参照图4)是锐角。倾斜角θ可以设定为比用于对加工对象物W进行加工的磨轮的前端角度小。倾斜角θ例如可以是5°～35°的程度，也可以是8°～28°的程度。

触头23设置于前端部22的前端(下端)。当从侧方(Z轴)观察时，触头23呈扇形。即，当从侧方(Z轴)观察时，触头23的表面呈圆弧状。换言之，触头23呈圆柱在其中心轴方向上进行局部切除而成的形状(半圆柱状)。触头23的半径r例如可以是15μm～200μm的程度，也可以是25μm～150μm的程度。触头23的半径r可以设定为比用于对加工对象物W进行加工的磨轮的前端直径小，也可以设定为比加工产品P的表面形状中的最小的曲率半径小。触头23的中心角φ例如可以是150°～200°的程度。在这种情况下，能够使触针20紧凑化并提高触针20的刚性。

如图2及图4例示的那样，触头23中的主面S3侧的部分23a(第二部分)相对于主面S3而言朝向外方突出。即，触头23中的主面S3侧的部分23a相对于主面S3而言向从主面S4朝向主面S3的方向(X轴的负侧)突出。换言之，主面S3相对于基端部21的上部中的主面S1侧的部分21a以及触头23中的主面S3侧的部分23a而言凹陷。因此，由主面S3和部分21a、23a形成了凹部C。

当从上下方向(Y轴)观察时，部分23a与部分21a重合。在这种情况下，当对平板进行加工而制作触针20时，容易进行加工。

如图4例示的那样，当从侧方(Z轴)观察时，触头23和主面S4在交点Q连接。可以是，当从侧方(Z轴)观察时，交点Q处的触头23的切线与主面S4大致一致。在这种情况下，由于从触头23到主面S4连续地延伸，因此容易确保触针20的刚性。另外，在这种情况下，当对平板进行加工而制作触针20时，容易进行加工。

显示器5具有基于来自控制器Ctr的指示在画面上显示各种信息的功能。显示器5显示的信息例如可以包含：加工对象物W或加工产品P的尺寸、加工对象物W或加工产品P的位置、加工条件、测量条件、将在后面说明的移动路径T(参照图5)等。

控制器Ctr例如构成为，基于存储介质(未图示)中存储的程序或者来自操作员的操作输入等而生成分别用于使加工装置1的各部(引导机构2b、驱动机构3d、测量单元4)动作的指示信号，并将该指示信号分别向上述各部发送。控制器Ctr构成为从测量单元4接收由测量单元4测量的加工产品P的测量数据。

(利用接触式探针的加工产品的测量方法)

接着，参照图5对利用接触式探针10测量加工产品P的方法进行说明。首先，控制器Ctr读入加工产品P的设计数据，并基于加工产品P的形状来计算触针20的移动路径T。

可以如图5例示的那样，移动路径T包含：用于测量加工产品P的直线状部分的测量点M、和用于测量加工产品P的曲线状部分的测量点N。测量点N的数量相对于加工产品P的曲线状部分的长度的比例可以设定为比测量点M的数量相对于加工产品P的直线状部分的长度的比例多。或者，测量点M的数量相对于一个直线状部分而言是1～3个的程度，测量点N的数量可以是用基准角度(例如5°～20°)去除曲线状部分的角度所得到的个数。

接着，控制器Ctr指示加工装置1的各部(引导机构2b、驱动机构3d、测量单元4)，使触针20沿着移动路径T移动。当触针20到达了测量点M、N的起点时，控制器Ctr指示驱动机构3d，使接触式探针10与罩盖部件3c一起朝向加工产品P下降，使接触式探针10从测量点的垂直方向接触加工产品P。

当触针20与加工产品P接触时，接触式探针10向控制器Ctr发送此时的位置信息，并且控制器Ctr指示驱动机构3d，使接触式探针10与罩盖部件3c一起上升。之后，同样地使触针20沿着移动路径T移动，当触针20到达了测量点M、N时，使接触式探针10升降或者沿着水平方向移动，从而测量加工产品P的形状及尺寸。

(作用)

根据以上的例子，由于前端部22呈三棱柱形状，因此触头23中的主要是从主面S3侧到顶部的部分23a与加工产品P接触，从而使接触时的载荷(反作用力)容易分散。因此，与在触针轴的前端安装有球形状的触头的现有的触针相比，可获得强度优异的触针20。另外，触头23的表面呈半径为15μm～200μm的圆弧状。因此，触头23的前端直径比通常使用的加工工具的前端直径小。因此，能够测量极小的加工区域。并且，触头23中的主面S3侧的部分23a相对于主面S3而言向从主面S4朝向主面S3的方向突出。因此，当触头23的部分23a与加工产品P接触时，主面S3不易与加工产品P接触。因此，触头23的表面的面积增大，因此能够测量复杂形状的加工产品P。

根据以上的例子，倾斜角θ例如可以是5°～35°的程度。当倾斜角θ为5°以上时，由于触针20的强度进一步提高，因此具有可使触针20长寿命化的倾向。当倾斜角θ为35°以下时，由于触头23的表面的面积进一步增大，因此具有能够测量更复杂形状的加工产品P的倾向。

根据以上的例子，主面S3可以相对于基端部21中的主面S3侧的部分21a及触头23中的主面S3侧的部分23a而言凹陷。在这种情况下，能够容易地利用凹陷(凹部C)形成如下状态，即：触头23中的主面S3侧的部分23a相对于主面S3而言向从主面S4朝向主面S3的方向突出的状态。

(变形例)

本说明书的公开全部为例示而非限定。在不脱离权利要求书及其主旨的范围内可以对以上的例子进行各种省略、置换、变更等。

(1)主面S1也可以不呈阶梯状。也就是说，基端部21的上部中的主面S1侧的部分21a和基端部21的下部中的主面S1侧的部分21b也可以是平坦的平面。在这种情况下，在触针20上也可以不存在凹部C。

(其他例)

例1.接触式探针的触针的一例具备：基端部，其呈沿着规定的第一方向延伸的柱形状；以及前端部，其连接于基端部。前端部呈随着从基端部朝向前端部的前端侧而尺寸收缩的三棱柱形状，且包含：沿着第一方向延伸的第一主面、在与第一方向正交的第二方向上位于第一主面的相反侧且相对于第一方向倾斜延伸的第二主面、以及位于前端的触头。第一主面与第二主面所成的倾斜角是锐角。当从与第一方向及第二方向双方正交的第三方向观察时，触头的表面呈圆弧状。触头中的第一主面侧的部分相对于第一主面而言向从第二主面朝向第一主面的方向突出。在这种情况下，由于前端部呈三棱柱形状，因此触头中的主要是从第一主面侧到顶部的部分与加工产品接触，从而使接触时的载荷(反作用力)容易分散。因此，与在触针轴的前端安装有球形状的触头的现有的触针相比，可获得强度优异的触针。另外，触头中的第一主面侧的部分相对于第一主面而言向从第二主面朝向第一主面的方向突出。因此，当触头的该部分与加工产品接触时，第一主面不易与加工产品接触。因此，触头的表面的面积增大，因此能够测量复杂形状的加工产品。

例2.关于例1的触针，可以是，当从第三方向观察时，触头的表面呈半径为15μm～200μm的圆弧状。在这种情况下，触头的前端直径比通常使用的加工工具的前端直径小。因此，能够测量极小的加工区域。

例3.关于例1或例2的触针，倾斜角可以是5°～35°。当倾斜角为5°以上时，由于触针的强度进一步提高，因此具有可使触针长寿命化的倾向。当倾斜角为35°以下时，由于触头的表面的面积进一步增大，因此具有能够测量更复杂形状的加工产品的倾向。

例4.关于例1～例3任一的触针，可以是，第一主面相对于基端部中的第一主面侧的部分及触头中的第一主面侧的部分而言凹陷。在这种情况下，能够容易地利用凹陷形成如下状态，即：触头中的第一主面侧的部分相对于第一主面而言向从第二主面朝向第一主面的方向突出的状态。

例5.关于例4的触针，可以是，当从第一方向观察时，第一部分与第二部分重合。在这种情况下，当对平板进行加工而制作触针时，容易进行加工。

例6.关于例4或例5的触针，可以是，当从第三方向观察时，在触头与第二主面的交点处，触头的切线与第二主面一致。在这种情况下，由于从触头到第二主面连续地延伸，因此容易确保触针的刚性。另外，在这种情况下，当对平板进行加工而制作触针时，容易进行加工。

附图标记说明

1-加工装置；10-接触式探针；20-触针；21-基端部；21a-部分(第一部分)；22-前端部；23-触头；23a-部分(第二部分)；C-凹部；r-半径；S3-主面(第一主面)；S4-主面(第二主面)；θ-倾斜角。

Claims (6)

1.一种接触式探针的触针，具备：

基端部，其呈沿着规定的第一方向延伸的柱形状；以及

前端部，其连接于所述基端部，

所述前端部呈随着从所述基端部朝向所述前端部的前端侧而尺寸收缩的三棱柱形状，且包含：

沿着所述第一方向延伸的第一主面、在与所述第一方向正交的第二方向上位于所述第一主面的相反侧且相对于所述第一方向倾斜延伸的第二主面、以及位于前端的触头，

所述第一主面与所述第二主面所成的倾斜角是锐角，

当从与所述第一方向及所述第二方向双方正交的第三方向观察时，所述触头的表面呈圆弧状，

所述触头中的所述第一主面侧的部分相对于所述第一主面而言向从所述第二主面朝向所述第一主面的方向突出。

2.根据权利要求1所述的触针，其特征在于，

当从所述第三方向观察时，所述触头的表面呈半径为15μm～200μm的圆弧状。

3.根据权利要求2所述的触针，其特征在于，

所述倾斜角是5°～35°。

4.根据权利要求1～3的任一项所述的触针，其特征在于，

所述第一主面相对于所述基端部中的所述第一主面侧的第一部分及所述触头中的所述第一主面侧的第二部分而言凹陷。

5.根据权利要求4所述的触针，其特征在于，

当从所述第一方向观察时，所述第一部分与所述第二部分重合。

6.根据权利要求5所述的触针，其特征在于，

当从所述第三方向观察时，在所述触头与所述第二主面的交点处，所述触头的切线与所述第二主面一致。