CN1286394A - 接触探测器的触头末端 - Google Patents

Abstract

这里公开一种在基体(20)上具有一层或几层涂层(28,30)材料的触头末端(16)。这些层的材料需选择,以提供在层(28)与基体(20)之间、或层(28)和层(30)之间的不同颜色。当在触头末端上发生磨损时,因为下面的基体或层的不同颜色将显示出来,所有对使用者来说,这种颜色差异是明显的。涂层(30)可是耐磨的。

Description

接触探测器的触头末端

本发明涉及用来测量工件的、具有触头形状的探测器，该触头的末端与工件接触。这种探测器通常用在坐标定位机(笛卡尔的或非笛卡尔的)，诸如坐标测量机、车床、扫描机等等。

例如，美国专利第4,153,998号、第5,088,208号和第5,345,689号公开了这种探测器。它们包括一触头，该触头可相对探测器本体偏转。该触头具有一通常是球形的末端，该末端通过探测器本体和工件之间的相对移动而与被测量的工件的表面接触。有些探测器在接触时产生触发信号，该触发信号使安装着该探测器的坐标定位机读出对应接触点的位置坐标。另一些探测器包含传感器，用来测量触头偏转量。然后，可利用机器移动探测器，使触头不断地在工件表面上扫描，以便获得许多描述表面轮廓的坐标数据测点(有时候这过程叫做“数字化”处理)。

过一定时间后，触头可能被磨损，特别是当它连续不断地在工件表面上扫描时。由此造成的末端的形状变化(例如在球形末端情况下变成非球形)将是测量误差的潜在根源。

本发明的一个方面是提供一种包括一基体的触头末端和在基体上的第一层，该第一层具有在视觉上不同于基体颜色的颜色。

这样，当触头末端在使用中磨损时，该层将在相应位置处被磨穿，从而显示出基体的对比颜色。这将提供一个可看到的信号，即触头末端已被磨损，且应该掉换。

在一个较佳实施例里，在第一层上提供另一层，该另一层比第一层更耐磨。

按照本发明的第二方面，提供一种测量用接触探测器的触头末端，该触头末端包括一基体和形成在基体上的一层，该层具有内部和外部，内部的颜色在视觉上不同于外部的颜色。

本发明其它方面是提供触头和包括这种触头末端的探测器，以及制造它们的方法。

现在参考附图并通过例子介绍本发明的较佳实施例，其中：

图1是接触传感探测器的侧视图；

图2是图1中的探测器的触头部分的放大的剖视图；以及

图3是与图2对应的剖视图，但是另一实施例。

参看图1，探测器包括一本体10和一触头12，而触头12具有直杆14和球形末端16。触头12在末端16与工件18接触时可相对探测器本体10偏转。探测器本体10包含适当的机构，以便允许这种偏转。它还包含一传感机构，用来检测与工件18的接触和/或测量触头12的偏转量。

如图2所示，触头末端16包括一球形基体20，上面涂敷一层薄的涂层22。涂层22具有与基体20不同的颜色，其厚度(例如)可是约1个或几个μm(微米)，甚至更少(如果希望可少至20nm(纳米)或30nm)。在一个例子里，基体20是钢材，而涂层22是通过任何适当的技术、例如喷射或物理蒸汽沉淀在基体上形成一层1μm厚的象金刚石的碳。

象金刚石的碳是一种耐磨的和低摩擦的材料，因此作为扫描探测器的传感末端16的表面是非常理想的。其颜色是黑的，这样，当最后薄层被磨穿时，它与钢材基体20的颜色形成鲜明的对比，从而提供已被磨损的清晰视觉信号。

外侧涂层22的厚度可按照在探测器应该更换前可允许的磨损情况来选择。例如，如果可容忍较大程度的非球形(从而是较大的磨损)，那么可使用较厚的涂层22。然而，薄的涂层较佳，因为当其施加在其它的球形基体20上时不大可能发生球形误差。

制造探测器直杆14的适当材料是钢材。探测器末端16可用任何适当的方法、诸如焊接(电阻焊接或摩擦焊接)固定在直杆14上。为此，直杆14的端部具有一中心方榫24，末端16焊接在方榫24上。，方榫24可由下悬的唇缘26环绕，该唇缘26几乎接触探测器末端16的表面，这样，方榫24被包含在直杆14端部的凹槽里。

涂层22可在触头末端焊接在直杆14上后涂敷在基体20上。这将造成一些涂层材料涂敷在直杆上，但这并无不利之处。

基体20的另一种可能的材料包括陶瓷、诸如Al₂O₃。

图3显示了另一实施例。其中，触头末端16的基体上涂敷两层不同的材料28和30。外层30可是通过化学蒸汽沉淀形成的金刚石。这对于扫描探测器的触头末端来说也是一种理想的耐磨材料(比象金刚石的碳还要硬)。如果需要，用这种方式生产的金刚石涂层可小于1μm厚度。此外，也可用等离子沉淀形成金刚石涂层。也可使用其它薄层材料。

然而，象许多其它材料的非常薄的涂层一样，金刚石是透明的，因此它们不能直接提供与图2中的涂层22那样的颜色对比。这样，需要提供一层由较软材料、诸如铝或金的内侧涂层28，而基体20是用具有与铝或金不同颜色的材料制造的。

制造基体的适当材料是氮化硅。这种材料可堆叠形成精确的球形，且它的黑颜色与铝或金形成良好的对比。因此，这两种颜色是可明显识别的。也可使用其它的陶瓷，诸如Al₂O₃。

涂层30的厚度可按照能够容忍的非球形的程度选择，如图2所示。内侧涂层28的厚度较佳的是应该尽可能薄，这样，一旦外侧涂层30被磨穿，内侧涂层将很快磨穿，从而提供相对于基体的视觉对比。当然，内侧涂层是较软材料的事实也有助于这种快速磨损。

图3所示的实施例也可用另一种方式描述，即薄层28和30可认为是单一“层”，它分别具有内部28和外部30。在基体20和内部28之间不需要颜色对比。而在内部28和外部30的颜色之间可具有另外的或额外的视觉差异。在这种替换的结构里，可在基体20上形成铝层28/30，它具有通过以任何所需的颜色对铝层进行阳极化处理而形成的内部28和外部30。此时，颜色差异出现在部分28和30之间，这样，铝层的全部厚度就不重要了。在铝和基体20之间是否有颜色差异就无关紧要了。使用诸如钢材或陶瓷的基体，因为实心的铝球难以精确地制成球形。

在图3中，末端16可用与图2所示类似的方式固定在直杆14上。

外侧涂层30其它可用的材料包括金刚砂、碳化钨、四碳和Al₂O₃.TiC(在图2和3中)。

这将能够较理想地选择具有相同热膨胀系数的材料用作基体和外侧涂层22或30，从而在经受热应力时能确保触头末端的整体性。选用较低系数的陶瓷/非金属材料较佳。

图2和3显示了球形末端，但也可以使用其它的形状。

虽然这里使用了“涂层”这个词，但由权利要求书限定的形成该层的其它手段也可设想，例如，用材料表面的化学变化形成一层，例如，可使用钢质基体，让它经受局部淬火(提供一“内部”)，然后让其局部回火(提供一“外部”)。在钢材表面的氧化物将在外部和内部之间提供不同的颜色。然而，不是不同材料的多个单层，而代之以相同材料的具有不同性能的的多层。

虽然作为上述说明的例子，附图用明显的分界线显示了各层，但这对于本发明来说并非实质性的。在各层的性能和/或材料之间的逐步变化是可能的。特别是在各层是通过化学反应形成的或材料在层分界处混合时更是如此。

Claims (15)

1．一种测量用接触探测器的触头末端，它包括一基体(20)，其特征在于，在基体上具有第一层(22,28)，该第一层具有与基体颜色在视觉上不同的颜色。

2．如权利要求1所述的触头末端，其特征在于，还包括在第一层上的另一层，该另一层比第一层更耐磨。

3．如权利要求1或2所述的触头末端，其特征在于，基体是由金属或陶瓷材料形成的。

4．如权利要求3所述的触头末端，其特征在于，该基体是金属，该金属是钢材，或者，该基体是陶瓷材料，该材料包含氮化硅和/或氧化铝。

5．如前述权利要求之一所述的触头末端，其特征在于，第层或另一层是金刚石、金刚石状碳、金刚砂、Al₂O₃.TiC、碳化钨或四碳中的一种。

6．如权利要求2所述的触头末端，其特征在于，第一层是铝或金，而另一层是金刚石。

7．如权利要求6所述的触头末端，其特征在于，通过喷射或蒸汽沉淀在第一层上形成金刚石层。

8．如前述权利要求之一所述的触头末端，其特征在于，第一层和/或另一层具有在20nm至5μm范围内的厚度。

9．一种制造触头末端的方法，包括以下步骤：

提供触头末端基体(20)；

其特征在于，还包括以下步骤：

在基体上形成第一层(22,28)，第一层具有与基体颜色在视觉上不同的颜色。

10．如权利要求9所述的制造触头末端的方法，其特征在于，还包括以下步骤：在第一层上形成另一层，该另一层具有比第一层更耐磨的表面。

11．一种测量用接触探测器的触头末端，包括一基体(20)，其特征在于，还包括在基体上形成的一层，该层具有内部(28)和外部(30)，内部的颜色在视觉上不同于外部的颜色。

12．如权利要求11所述的触头末端，其特征在于，该层是由金属形成的，该层的外部是该金属的化学处理表面。

13．如权利要求12所述的触头末端，其特征在于，该金属是铝，该化学处理表面是具有颜料的阳极化处理的表面。

14．一种具有如权利要求1-8或11-13之一所述的末端的触头，或一种具有如权利要求9或10所述的方法制造的末端的触头。

15．一种安装有如权利要求14所述的触头的探测器。

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