CN1294399C

CN1294399C - 测量头

Info

Publication number: CN1294399C
Application number: CNB038179857A
Authority: CN
Inventors: 金井隆明; 坂上智宣
Original assignee: Tokyo Seimitsu Co Ltd
Current assignee: Tokyo Seimitsu Co Ltd
Priority date: 2002-07-26
Filing date: 2003-07-22
Publication date: 2007-01-10
Anticipated expiration: 2023-07-22
Also published as: EP1536200A4; CA2493462A1; JP2004109110A; US20060042109A1; KR20050021514A; ES2466244T3; EP1536200B1; JP3823317B2; CA2493462C; EP1536200A1; WO2004011874A1; US7137210B2; KR100941890B1; AU2003252229A1; CN1672010A

Abstract

一种能容易地设定零点和前行程量的测量头。首先，前行程量是通过使触点(34、34)邻接母片(50)而设定的。接着，通过沿箭头E所示方向，或闭合位置，旋转杆(42)，以使轴承件(36)固定在摆动支撑轴(28)上。此时，通过臂(28)、凸轮盘(40)和轴(48)由轴承件(36)传递到测量杆(32)的轴承件(36)的恢复力或由反作用引起的力，引起测量杆(32)偏转等于前行程量的偏转量，因此从前行程量被设置的位置偏转到零点位置。这样就实现了零点位置的自动设定。

Description

测量头

技术领域

本发明涉及一种测量头，尤其涉及这样一种测量头，该测量头应用于在处理过程中测量工件形状和尺寸的量具，和在处理之后测量工件形状和尺寸的检验和测量仪器。

背景技术

工件外径同某一设计尺寸的比较测量最初需要使用尺寸母片(master)进行检测器的零点调节。每当被测工件尺寸变化时必须进行零点调节，这需要大量的时间和精力。

日本专利审查申请公布号6-48161公开的测量头，如图8所示，主要包括：基杆2，所述的基杆2包括位于其基端的检测器1；测量杆3，所述的测量杆3包括位于其末端的触点3a；可旋转的支点轴4，所述的支点轴4可转动地支撑基杆2的末端和测量杆3的基端；夹具机构5，所述的夹具机构5将基杆2和测量杆3连接到支点轴4和从支点轴4释放；设定臂6，所述的设定臂用于相对于支点轴4摆动基杆2；和操纵机构7，所述的操纵机构7用于驱动夹具机构5和设定臂6。测量头的零点调节是按如下所述完成的。

旋转操纵机构7的手柄8，引起操纵轴8a旋转，固定在操纵轴8a上的偏心凸轮9b对夹具机构5施加作用，进而支点轴4被松开。然后基杆2和测量杆3相对于支点轴4被可转动地支撑。操纵轴8a的旋转也引起调整板6a向前移动，伴随偏心凸轮9a被固定到操纵轴8a的动作，并推动设定臂6，移动基杆2到检测器1的零点位置。

此时，母片(master)被放置在触点3a之间，被触点3a夹住。再次旋转手柄8再次引起夹具机构随着偏心凸轮9b的动作而驱动，基杆2和测量杆3被固定到支点轴4上。同时，偏心凸轮9a的动作引起调整板6a向后运动，释放设定臂6。这使得测量头准备好测量并完成零点调节。

尽管具有上述配置的测量头能够完成零点调节，它具有以下缺点，即具有复杂机构和大量零件，导致装配烦琐和整个测量头的尺寸巨大。

日本专利申请公开号2002-181502公开的测量头，如图9所示，利用旋转支撑轴116作为支点，该测量头可转动地设置有位于测量头主体112中的基臂114。摆动支撑轴136装配在基臂114的末端。通过摆动支撑轴136，测量臂138被可摆动地支撑，利用夹具机构140，测量臂138能够被固定在相对于摆动支撑轴136形成任意角度的位置上。设定臂122被装配在基臂114上，推动具有可动板124的设定臂122，引起基臂114向差动变压器118的零点位置移动。通过使基臂114移动到差动变压器118的零点位置，相对于摆动支撑轴136可摆动地支撑测量臂138，完成零点调节。在这种状态下，母片W被夹在触点142之间，然后测量臂138被夹具机构140固定。

然而，具有上述装置的测量头，也具有以下缺点，即用于零点调节的机构复杂，导致装配和零点调节烦琐。

考虑到上面所述的情况，本发明的一个目的是提供一种测量头，该测量头便于零点调节，结构小巧简单。

发明内容

为了实现上述目的，本发明提供了一种测量头，该测量头包括：测量头主体；基杆，所述基杆安装在测量头主体上，可沿着测量方向和缩进方向摆动；和测量杆，所述测量杆的基端通过夹具机构牢固地并且可释放地安装在装配在基杆末端部分的轴部分上，测量杆包括位于其末端的、接近被测物体的触点，其中夹具机构包括：轴承件，所述轴承件装配在测量杆的基端，并且在其中形成狭缝部分，以允许安装在该狭缝部分中的轴部分沿着狭缝的闭合方向使狭缝部分弹性变形，以使轴承件固定在该轴部分；和固定件，所述固定件沿着打开方向和闭合方向可转动地安装在测量杆上，沿着打开方向旋转固定件将释放被轴承件固定的轴部分，沿着闭合方向旋转固定件将沿着轴承件里的狭缝部分的闭合方向弹性地变形轴承件，以通过轴承件将测量杆固定到轴部分上，此时固定件利用在固定件中产生的旋转力来偏转测量杆，使其偏转预定的量。

本发明的固定件的特征在于：当该固定件沿着闭合方向旋转时，使测量杆偏转预定的量，因此在固定件打开时触点邻接母片的位置将自动地设定到预定的行程量，例如前行程量。

在这个机构里，随着触点邻接母片，沿着闭合方向旋转固定件，以将轴承件固定到轴部分，从而允许轴承件的恢复力(或者反作用引起的力)通过固定件由轴承件传递到测量杆。结果，测量杆将从零点位置向负侧或者前行程量的方向偏转，实质上消除零点位置设定。这使得在小而简单的结构里调节零点位置成为可能。

“行程量”是指在调节零点位置中测量杆触点末端间的距离和母片直径的差值(偏离量)，“前行程量”是指当触点末端间的距离小于母片直径时的差值(偏离量)。

优选地，测量头进一步包括调节装置，所述调节装置调节基杆的摆动量，并可变地控制测量杆的行程量。当具有由固定件的闭合操作预先确定的测量杆偏转量(行程量)的测量头被用于测量另外一个和测量头具有不同行程量的工件时，调节装置因而被用于调节基杆的摆动量，并可变地控制行程量。这样行程量可以通过调节装置机械地控制，增加了测量头的灵活性。

优选地，夹具机构被密封，以防止外物从外部进入。该夹具机构被这样密封以防止外物(如碎片、研磨剂颗粒和冷却剂)从外部进入，这样可以有效地保证夹具机构的精度、延长寿命和防止误操作等。

优选地，固定件被构造为可以手动地或者通过工具旋转。这样固定件具有一种能够手动旋转的装置，例如设置有杆部分，或者另外一种能够通过工具旋转的装置，例如具有孔(六角孔)，以允许六角杆状扳手(六角扳钳)配合到其中，以便于操作。

优选地，固定件包括凸轮，且提供了接合装置，所述的接合装置以步进方式保持凸轮的旋转量。这样凸轮的旋转允许测量杆偏转，且提供的接合装置以步进方式控制凸轮的旋转量，便于测量杆的偏转量的控制，即行程量的可变控制。

附图说明

图1是应用于用于测量外径的量具的测量头的横截面侧视图；

图2是图1所示的测量头中的夹具机构的第一个实施例的透视图；

图3是主要部分的横截面放大视图，以说明夹具机构的配置；

图4是测量头中的夹具机构的第二个实施例的透视图；

图5(a)和5(b)是测量头中的夹具机构的第三个实施例的概念视图；

图6(a)和6(b)是测量头中的夹具机构的第四个实施例的概念视图；

图7(a)和7(b)是测量头中的夹具机构的第五个实施例的概念视图；

图8是传统测量头结构的横截面图；和

图9是传统测量头结构的横截面图。

具体实施方式

现在，将参考附图，详细描述根据本发明的测量头的优选实施例。

图1是应用于用于测量外径的量具的测量头10的侧视图。如图1所示，矩形箱体形状的测量头主体12装配有一对基杆14，这些基杆14相对于装配在测量头主体12里的支撑轴16可以摆动地装配在测量方向(箭头A所示方向，即基杆14的末端互相接近的方向)和缩进方向(箭头B所示方向，即基杆14的末端互相远离的方向)。

各个基杆14的基端装配有差动变压器18，该差动变压器18用于检测基杆14的变化。差动变压器18由芯部18A和线轴18B构成，芯部18A连接到基杆14的基端，线轴18B连接到测量头主体12。

弹簧20被安装在基杆14的基端附近。基杆14由于弹簧20的偏转力而偏向箭头A所示方向，或者说测量方向。

设定臂22被安装在基杆14上，邻接调整板(调节装置)24的设定臂22引起调整板24调节基杆14的摆动量。

在基杆14的末端形成螺母部分26，螺母部分26设置有摆动支撑轴(轴部分)28。

经由第一个实施例的夹具机构30，测量杆32被可摆动地装配到摆动支撑轴28。触点34被装配在测量杆32的末端，触点34和工件50邻接，所述的工件50是被测物体，以测量工件50的外径。

夹具机构30包括轴承件36、臂38、凸轮盘40或固定件、杆42等等。尽管在图2中杆42和凸轮盘40形状大体相同，也可以使用其他形状的杆42。

轴承件36是一个轴承，该轴承允许摆动支撑轴28可转动地装配在其中，如图1所示，并在测量杆32的基端形成，具有在其中形成的狭缝部分37。通过沿闭合方向弹性变形狭缝部分37，轴承件36被固定到摆动支撑轴28。这样将测量杆32不可转动地固定到基杆14上。另外，轴承件36被螺母部分26和螺母部分44固定在螺母部分26和螺母部分44之间，摆动支撑轴28在其端部被连接到其各个螺母部分，如图2所示，并通过密封件在螺母部分26和螺母部分44上滑动，从而，可以防止在工件测量过程中，即在工件的处理过程中，碎片、研磨剂颗粒和冷却剂等进入到轴承件36中。

图3是说明这种配置的夹具机构的主要部分的横截面放大视图。圆周槽26A、44A分别在与螺母部分26和螺母部分44的轴承件36相对的一侧上形成，环形密封件54、54布置在槽26A、44A里，以挤压轴承件的任意一侧。密封件54横截面为V形，这种横截面形状挤压轴承件36的任意一侧，提高密封性能。然而，也可以使用典型的O形环以取得相似的效果。

密封件54使用超硬硝基橡胶材料。然而，也可以使用其他材料如氯丁二烯橡胶，硅橡胶等。

为了密封夹具机构30，除了密封件54，优选提供能阻碍外物由外部进入的路径的任何部件。具体而言，轴承件36中的狭缝部分37(见图1)可以用例如硅酮密封剂填充。这种硅酮密封剂等等在固化后可以保持柔性，不会阻碍狭缝部分37的闭合。

在图3里，螺母部分26与基杆14形成一体，并具有通孔，通孔内侧没有设置螺纹，和图2中的配置相反。另外，露头螺栓55被用于固定夹具机构30。

通过螺钉46，臂38在其底部38A被固定在突起36A上，所述突起36A在轴承件36的狭缝部分37附近形成，如图1所示。臂38的末端38B被插入到沿着测量杆32的长度方向打开的狭缝32A里。

凸轮盘40通过轴48可转动地支撑在狭缝32A里，也通过轴48被位于测量杆32一侧的杆42支撑。另外，六角孔52在杆42中与轴48同轴地形成。该六角孔能够和六角扳钳配合，以沿着箭头E所示的打开方向和箭头F所示的闭合方向旋转杆42。用于旋转杆42的工具不限制于六角扳钳。

沿着箭头F所示的闭合方向旋转杆42引起凸轮盘40周围形成的凸轮表面中的突起表面41沿着箭头G所示的方向挤压臂38的末端38B。这使得轴承件36沿狭缝部分37的闭合方向弹性变形，将轴承件36固定到摆动支撑轴28，并将测量杆32固定到基杆14。

在第一个实施例的夹具机构30的机构中，旋转凸轮盘40以将轴承件36固定到摆动支撑轴28，从而允许轴承件36的恢复力(或者由反作用引起的力)由轴承件36通过臂38、凸轮盘40和轴48传递到测量杆32。恢复力沿着图1中箭头H所示方向由臂38指向凸轮盘40，因此测量杆32由零点位置向负侧或者说向前行程量方向偏转。通过使用轴承件36的恢复力、臂38的刚度，测量杆32的刚度等作为参数进行强度计算，将偏转量设计为等于或者大于前行程量。

现在将介绍具有上述结构的测量头10设定零点调节的过程。

在图1中，设定臂22邻接调整板24，调节基杆14的摆动。利用位于图1中实线所示的打开位置的杆42，触点34、34紧靠母片50。从测量头10中的差动变压器18输出的数据此刻表示前行程量。本实施例的夹具机构30的特征在于：当杆42沿着闭合方向旋转时，所述夹具机构30使得测量杆32偏转等于前行程量的偏转量，因此仅允许触点34邻接母片50，杆42打开，从而将自动设定前行程量。其原因通过下面的介绍将更明显。

然后，沿着箭头F所示方向或者闭合位置旋转杆42，随着触点34靠近母片50，引起轴承件36如上所述被固定到摆动支撑轴28上。此时，轴承件36的恢复力(由反作用引起的力)由轴承件36通过臂38、凸轮盘40和轴48传递到测量杆32，引起测量杆32偏转等于前行程量的偏转量。接着这种偏转引起测量杆32由上述的前行程量被设定的位置偏转到零点位置，实质上消除了零点位置设定的需要。因此依照夹具机构30，零点位置设定变得方便了。

由于前行程量是根据被测工件50设定的，当另外一个具有与预先定义的工件不同行程量的工件50要被测量时，调整板24的位置改变以调节基杆14的摆动量，从而调节前行程量。调整板24连接到测微计上，所述测微计未示出，它装配在测量头主体12上，通过操作测微计可以使调整板24沿着箭头C和D所示方向相对于测量头主体12移动。

这样调整板24的位置相对于设定臂22变化，然后基杆14的摆动量被调节，因此为测量头10定义的前行程量被改变。这增加了测量头10的适应性。

尽管前行程量依赖于系统的类型、应用场合等，典型地，优选使用0.2mm数量级的值。然而，量值0.12mm优选用于测量不连续表面，如齿轮。能够改变行程量的结构不仅仅限于上述一种结构，利用其他结构，如下面所述的图5(a)和5(b)，以及图6(a)和6(b)的结构，也能够实现。

图4是第二个实施例的夹具机构60的结构透视图。与图2所示的第一个实施例的夹具机构30相似的部件将被示以相同的标号，并不再进行详细介绍。

如图4所示的夹具机构60将凸轮盘62和杆64集成为一体。沿着箭头I所示闭合方向旋转杆64，引起在凸轮盘62周围形成的凸轮表面中的突起表面63沿着箭头G所示的方向挤压臂38的末端38B。这使得轴承件36沿着轴承件36中的狭缝部分37的闭合方向弹性变形(见图1)，将轴承件36固定到摆动支撑轴28，并将测量杆32固定到基杆14。

在第二个实施例的夹具机构60的机构中，旋转凸轮盘62以将轴承件36固定到摆动支撑轴28，这样允许轴承件36的恢复力(或者由反作用引起的力)由轴承件36通过臂38、凸轮盘40和轴48传递到测量杆32。恢复力沿着图4中箭头H所示方向由臂38指向凸轮盘62，因此测量杆32偏转等于前行程量的偏转量。

因此，在第二个实施例的具有夹具机构60的测量头里，零点位置通过固定杆64自动设定，方便了零点位置设定。

图5(a)是第三个实施例的夹具机构70的结构概念视图，图5(b)是沿着图5(a)中的线5(b)-5(b)的截面图。与图2所示的第一个实施例的夹具机构30相似的部件将以相同的标号标示，并不再进行详细介绍。

如图5(a)和5(b)所示的夹具机构70将凸轮盘72和杆74集成一体。沿着箭头J所示闭合方向旋转杆74，引起在凸轮盘72周围形成的凸轮表面中的突起表面73沿着箭头K所示的方向挤压臂38的末端38B。这使得轴承件36沿着轴承件36中的狭缝部分37的闭合方向弹性变形，以将轴承件36固定到摆动支撑轴28(见图1)，并将测量杆32固定到基杆14。

在第三个实施例的夹具机构70中，利用测量杆32偏转等于前行程量的偏转量而得到的方便零点位置设定的效果基本上与第一个和第二个实施例的效果相同，不再进行详细介绍。

第三个实施例的结构特征在于固定件包括凸轮盘，并设置接合装置，该接合装置以步进方式保持凸轮盘的旋转量。接合装置78包括在凸轮盘72的外围表面上形成的齿轮形部分75和固定在测量杆32上的球状活塞76。

具体而言，接合装置78按如下方式配置。通孔32B设置在测量杆32的末端的端表面上，在通孔32B里提供有内螺纹。沿着圆周方向设置有用于拧进内螺纹中的外螺纹的球状活塞76被旋进测量杆32的末端中的通孔32B中，并被定位以在其末端接合凸轮盘72的齿轮部分75。

球状活塞76具有可以缩进的球76A，所述球76A被弹簧(未示出)沿着突起方向偏压，球状活塞76利用装配在齿轮部分75的齿之间的球76A调节凸轮盘72的旋转。然而，调节力并不太大，大于预定值的旋转扭矩将使得旋转的调节无效。

具有上述结构的接合装置78以步进方式保持凸轮盘72的旋转量。凸轮盘72这样形成，即它的外周表面的直径逐渐改变，并以步进方式改变凸轮盘72的旋转量，允许臂38的压力以步进方式改变，从而为测量头10定义的行程量能够被改变。

图6(a)是第四个实施例的夹具机构80的结构概念视图，图6(b)是沿着图6(a)中的线6(b)-6(b)的截面图。与图2所示的第一个实施例的夹具机构30相似的部件将用相同的标号标示，不再进行详细介绍。

如图6(a)和6(b)所示的夹具机构80将凸轮盘82和杆84集成一体。沿着箭头L所示闭合方向旋转杆84，引起在凸轮盘82周围形成的凸轮表面中的突起表面83沿着箭头M所示的方向挤压臂38的末端38B。这使得轴承件36沿着轴承件36中的狭缝部分37的闭合方向弹性变形，将轴承件36固定到摆动支撑轴28(见图1)，并将测量杆32固定到基杆14。

在第四个实施例的夹具机构80中，利用测量杆32偏转等于前行程量的偏转量而得到的便于零点位置设定的效果基本上与第一个和第二个实施例的效果相同，不再进行详细介绍。

第四个实施例和第三个实施例相似，其结构特征在于固定件包括凸轮盘，并设置有接合装置，该接合装置以步进方式保持凸轮盘的旋转量。接合装置88包括在凸轮盘82的表面上形成的多个凹进部分85和固定在测量杆32上的球状活塞86。

具体而言，接合装置88按如下方式配置。通孔32C设置在测量杆32的末端的端表面中，在通孔32C里提供有内螺纹。沿着圆周方向设置有用于配合到内螺纹中的外螺纹的球状活塞86被拧入测量杆32中的通孔32C中，并被定位以在其末端接合凸轮盘82的凹进部分85。

球状活塞86具有可以缩进的球86A，所述球86A被弹簧沿着突起方向偏压，所述的弹簧未示出。利用配合在凹进部分85中的球86A调节凸轮盘82的旋转。然而，调节力并不太大，大于预定值的旋转扭矩将使得旋转的调节无效。

具有上述配置的接合装置88可以以步进方式保持凸轮盘82的旋转量。凸轮盘82这样形成，即它的外周表面的直径逐渐改变，以步进方式变化凸轮盘82的旋转量允许臂38的压力以步进方式改变，结果使得为测量头10定义的行程量能够被改变。

图7(a)是第五个实施例的夹具机构90的结构概念视图，图7(b)是沿着图7(a)中的线7(b)-7(b)的截面图。与图2所示的第一个实施例的夹具机构30相似的部件将用类似的标号标示，不再进行详细介绍。

第五个实施例的配置特征在于固定件91包括凸轮盘92等，固定件91没有突出到测量杆32外面。如图7(a)和7(b)所示的夹具机构90包括具有凸轮盘92的固定件91和臂38等。

固定件91包括凸轮盘92、轴94和销钉95，所述轴94穿过凸轮盘92并和凸轮盘92集成一体，所述销钉95穿过凸轮盘92和轴94，使它们结合在一起。在轴94两侧形成有和轴94同轴的六角孔94A，六角孔94A能够和六角扳钳配合，用以顺时针和逆时针旋转固定件91。旋转固定件91的工具不仅仅限于六角扳钳。

通孔32D、32D设置在测量杆32的两侧，固定件91的轴94经由干轴承96、96可旋转地固定在通孔32D、32D中。干轴承96、96被挤压装配到通孔32D、32D中。上述结构允许测量杆32、固定件91的轴94和干轴承96大致互相齐平，形成平的外表，在测量杆32的外侧没有突出。

在第五个实施例的夹具机构90中，利用测量杆32(见图1)偏转等于前行程量的偏转量产生的方便设定零点位置的效果基本上与第一个和第二个实施例相同，不再进行详细介绍。

依照本发明的测量头的各个实施例已经被描述，本发明不仅仅限制于上述的示例性实施例，各种各样的方式是可能的。

例如，尽管在各个实施例中描述了应用于用于测量外径的量具的测量头的夹具机构，它们不是限制性的，可以应用于用于测量内径的量具。在这种测量头的情况下，夹具机构可以这样设计，使得测量杆相对于零点位置偏转到正侧，因为前行程量被设置在这个方向。

另外，各种各样的方式如实施例的各个例子的组合是可能的。例如，这样一种方式是可能的，即组合在图7(a)和7(b)所示的第五个实施例中使用的测量杆32外侧无突起的配置和如图6(a)和6(b)所示的第四个实施例中使用的夹具机构80。

工业实用性

如上所述，本发明的固定件的特征在于：当所述固定件沿着闭合方向旋转时，它使测量杆偏转预定的量，从而，在固定件打开时触点邻接母片的位置将自动被设定到预定的行程量，例如，前行程量。在这种机构里，随着触点邻接母片，沿着闭合方向旋转固定件以将轴承件固定到轴部分上允许轴承件的恢复力(或者由反作用引起的力)由轴承件通过固定件向测量杆传递。结果，测量杆将由零点位置向着负侧或者沿着前行程量方向偏转，实质上消除了设定零点位置的需要。这使得在小巧且简单的结构中调节零点位置成为可能。

Claims

1.一种测量头，包括：

测量头主体；

基杆，所述基杆安装在测量头主体上，可沿着测量方向和缩进方向摆动；和

测量杆，所述测量杆的基端通过夹具机构牢固地并且可释放地安装到设置在基杆末端部分的轴部分上，测量杆包括位于其末端的、邻接被测物体的触点，

其中夹具机构包括：

轴承件，所述轴承件设置在测量杆的基端，并且在其中形成狭缝部分，以允许轴部分装配在该狭缝部分中，使狭缝部分沿着狭缝的闭合方向弹性变形，以使轴承件固定在该轴部分上；和

固定件，所述固定件沿着打开方向和闭合方向可转动地安装在测量杆上，沿着打开方向旋转固定件将释放被轴承件固定的轴部分，沿着闭合方向旋转固定件将沿着轴承件中的狭缝部分的闭合方向弹性地变形轴承件，以通过轴承件将测量杆固定到轴部分上，此时固定件利用在固定件中产生的旋转力来偏转测量杆，使其偏转预定的量。

2.根据权利要求1所述的测量头，进一步包括调节装置，所述调节

装置调节基杆的摆动量，并可变地控制测量杆的行程量。

3.根据权利要求1所述的测量头，其特征在于：夹具机构被密封，以防止外物从外部进入。

4.根据权利要求1所述的测量头，其特征在于：固定件被构造为可以手动地或者通过工具旋转。

5.根据权利要求1所述的测量头，其特征在于：固定件包括凸轮，并且，提供接合装置，所述接合装置以步进方式保持凸轮的旋转量。