CN1987350A - 接触式测长装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种接触式测长装置，其测量端子接触被测量物表面进行测量，其中该接触式测长装置上设有用于驱动该测量端子的驱动气缸；该驱动气缸上设有将吹入该驱动气缸内的气体排出一部分而保持该驱动气缸较小驱动压力的气体排出机构。

Description

接触式测长装置

技术领域

本发明关于一种接触式测长装置，特别是关于一种提供较小测量压力进行测量的接触式测长装置。

背景技术

一种现有接触式测长装置，其将与产品表面接触而进行测量，该接触式测长装置广泛应用于光学元件及工业元件等精密元件的形状测量领域。但该接触式测长装置提供一个垂直于水平面的测量压力，而当被测面为倾斜面时，该测量压力会迫使测量端子产生弯曲及压缩，从而导致测量误差的产生。因此，一般的接触式测长装置不适于进行高精度测量，例如对镜片的倾斜角等高精度部位的测量。

现有用于减少测量压力的方法有：(1)将设有测量端子的轴倾斜设置，用该轴的重力分力作为测量压力进行测量；(2)使用弹簧对设有测量端子的轴施加压力。但是上述二方法有如下缺点：利用轴重力的分力作为测量压力时，需靠轴的倾斜程度来改变测量压力，会降低测量精度、增加轴的调节难度；利用弹簧的弹力作为测量压力时，测量压力会随着弹簧的压缩而增加，所以会增大测量误差。

目前还有一种接触式测长装置，该接触式测长装置使用后部设有环状受压部的台阶轴，该环状受压部用于接受驱动装置(例如气泵)的气体压力。然而，由于气泵的脉动，所以很难得到较小且稳定的测量压力。

发明内容

鉴于以上内容，有必要提供一种提供稳定且较小测量压力的接触式测长装置。

本发明公开一种接触式测长装置，其测量端子接触被测量物表面进行测量，其中该接触式测长装置上设有用于驱动该测量端子的驱动气缸；该驱动气缸上设有将吹入该驱动气缸内的气体排出一部分而保持该驱动气缸较小驱动压力的气体排出机构。

作为本发明的改进，该气体排出机构包括设置在驱动气缸的前端部的孔、设置在驱动气缸的外周壁上的孔或设在驱动气缸与插入在驱动气缸内的气体吹入管间的间隙中任意一结构或多个结构组合。上述结构为，用于获得较小驱动压力的优选结构。

作为本发明的改进，该驱动气缸与用于向该驱动气缸内吹入气体的气体吹入管之间形成有空气轴承。该接触式测长装置包括至少一个引导机构，该驱动气缸的外周及该导引机构之间形成有空气轴承。上述结构可降低摩擦力，提高随动性，且使移动变得顺畅。

作为本发明的改进，将多个驱动气缸在水平面上平行并排设置。因平行并排设置，所以不会受到重力的影响，而且，因为将多个驱动气缸连接成一体，所以可以约束测量端子在非测量方向上的行进，也能提高非测量方向上的刚性，因此可确保测量端子沿正确的方向移动。

作为上述结构的改进，将多个驱动气缸在水平面上前后平行设置，且前后驱动气缸之间垂直设置有固定件。因该结构在测量方向上的导引长度增大，所以可提高测量端子的移动稳定性，同时可进一步提高在非测量方向上的刚性。

如上所述，本发明的接触式测长装置的驱动气缸上设有气体排出机构，因为该气体排出机构排出将吹入驱动气缸内并用于驱动测量端子的部分气体，所以能达到较小驱动压力，即该测量端子在较小驱动压力作用下，与被测量物轻轻接触。因此，无论测量位置如何变化，测量端子均能获得稳定且较小的测量压力，进而对设有倾斜部的被测量物也能精密测量。且即使被测量物非常脆弱，也能进行精密测量。又因本发明的接触式测长装置由为数不多的元件组成，所以有制造简单、价格低廉、不易损坏、操作简单及故障少等优点。

附图说明

图1是本发明第一实施例的接触式测长装置的横断面图；

图2是图1所示接触式测长装置的纵断面图；

图3a是本发明气体排出机构第一实施例的正视图；

图3b是本发明气体排出机构第二实施例的正视图；

图3c是本发明气体排出机构第三实施例的正视图；

图4a是本发明气体排出机构第一实施例的纵断面图；

图4b是本发明气体排出机构第二实施例及第三实施例的纵断面图；

图5a是本发明气体排出机构第四实施例的部分纵断面图；

图5b是沿图5a中X-X线的断面图；

图6a是本发明气体排出机构第五实施例的纵断面图；

图6b是沿图6a中Y-Y线的断面图；

图7是本发明接触式测长装置的应用实例的立体图；

图8是测量标准球(半径为5.5573mm)的测量结果示意图；

图9是测量凸面球(半径为10mm)的测量结果示意图；

图10是本发明第二实施例的接触式测长装置的断面图；

图11是本发明第三实施例的接触式测长装置的断面图。

具体实施方式

下面将参照附图详细说明本发明的实施例。

图1是本发明第一实施例的接触式测长装置的横断面图，图2是图1所示接触式测长装置的纵断面图。

本发明的接触式测长装置包括底座11及固设在该底座11的导引块12。该导引块12内设有多个导引孔13，该导引孔13相互平行且有一定间隔地贯穿该导引块12。每一导引孔13内分别穿插有可移动的多个驱动气缸14，且该导引孔13与驱动气缸14之间存在间隙，该间隙里充入气体就构成空气轴承113。在本实施例中，该导引块12内开设有二导引孔13，该二导引孔13内设有对应的二驱动气缸14。可以理解，该接触式测长装置可仅包括一个驱动气14。

驱动气缸14为管状，其由不锈钢、铝、钛、碳钢中任意一种材料制成。该驱动气缸14的前端部140，即驱动气14的从导引块12前方伸出的部位固设有一个杆状固定件15。该固定件15的中间部位固设有测量端子16。该测量端子16的头部呈针状，而其根部固定在该固定件15上。

驱动气缸14的后端部，即驱动气缸14的从导引块12后方伸出的部位固设有另一个杆状固定件17。该固定件15、固定件17防止该驱动气缸14相对该导引块12旋转，其可相对该导引块12平行地前后移动。该固定件17上固设有向后方伸出的标尺18，底座11上设有与该标尺18对应且用于读取该标尺18刻度的传感器19。在此，该标尺18和传感器19也可互相换位设置。

底座11上固设有比固定件17还要靠后的支撑体110，该支撑体110用于固定多个气体吹入管111。该气体吹入管111部分插设在该驱动气缸14的后端部内，给该驱动气缸14提供驱动气体，且因为该驱动气缸14的后端部内周面与气体吹入管111外周面之间留有间隙，所以当向驱动气缸14内吹入气体时，气体吹入管111与驱动气缸14之间形成空气轴承。上述气体可以使用一般空气，但也可使用其他气体。

如图2所示，该底座11及各上述构成物上面覆盖有盖体112。该盖体112前端开设有使测量端子16的前端部伸出的测量端子口(图未示)，盖体112的上面设有向空气轴承113提供气体的气体导管114。驱动该测量端子16的驱动气缸14上设有气体排出机构115。向驱动气缸14内部吹入气体时，气体排出机构115排出一部分气体，所以能实现较小且稳定的驱动压力。空气轴承113及气体排出机构115排出的气体，使盖体112的内部压力比外界气压稍高，因此可以防止外部的灰尘等异物侵入盖体112内部。

以下结合图3a至图6b说明气体排出机构115的几种不同实施例。

请参阅图3a及图4a，第一实施例的气体排出机构115a采用单孔结构。该气体排出机构115a包括开设在前端部140中心位置的孔116a。图3a中的孔116a包括开口部1160及锥形部1161，锥形部1161朝开口部1160方向直径逐渐变小，且开口部1160的直径等于锥形部116 1的最小直径，该锥形结构可使气体平滑流动，孔116a内部也可为圆柱状结构。

图3b及图4b，第二实施例的气体排出机构115b采用多孔结构。该气体排出机构115b包括开设在前端部140中心位置的孔116b及开设于该上述中心孔116b周围的多个孔116b。图3b中的孔116b包括开口部116 3及锥形部1164，锥形部1164朝开口部1163方向直径逐渐变小，且开口部1163的直径大致等于锥形部1164的最小直径，该锥形结构可使气体平滑流动，孔116b内部也可为圆柱状结构。

请参阅图3c及图4b，第三实施例的气体排出机构115c也采用多孔结构。该气体排出机构115c包括等间距排列且呈格子状的多个孔116c。图3c中的孔116c包括开口部1163及锥形部1164，锥形部1164朝开口部1163方向直径逐渐变小，且开口部1163的直径等于锥形部1164的最小直径，该锥形结构可使气体平滑流动，孔116c内部也可为圆柱状结构。

请参阅图5a及图5b，第四实施例的气体排出机构115d包括开设在该驱动气缸1 4的筒体上的多个孔117。孔117开设于靠近前端部140且不进入导引孔13内的驱动气缸14的筒体上，多个孔117导通筒外及筒内且等间距排列。该多个孔117内部采用圆柱状结构，其也可为与孔116a结构相同的锥形结构。因驱动气缸14前端部140封闭，所以在恶劣条件下也可使用。

请参阅图6a及图6b，第五实施例的气体排出机构115e包括驱动气缸14的内径及气体吹入管111的外径间的圆环状间隙118。同理，因驱动气缸14前端部140封闭，所以在恶劣条件下也可以使用。

本发明的气体排出机构115不仅可以采用上述实施例中任何一种，即气体排出机构115可仅于驱动气缸14的前端部140上开设孔116a、116b、116c，或仅于驱动气缸14筒体上开设孔117，或仅于驱动气缸14的内径及气体吹入管111的外径间设置圆环状间隙118，也可将上述任意两种或以上实施例结合使用。

下面说明本发明的接触式测长装置的使用方法及工作原理。使用该接触式测长装置时，首先将该接触式测长装置设置在安装有被测量物的加工设备旁边，且将该气体吹入管111和气体导管114通过软管与之气体供给源连接，以使该接触式测长装置开始工作。

当气体经过该气体吹入管111进入该驱动气缸14内，且积蓄一定压力时，该气体成为该驱动气缸14的驱动压力。此时，该驱动气缸14在该导引块12的导引孔13导引下，向前徐徐前进。

因为该驱动气缸14的前端设有用于固定该测量端子16的固定件15，所以该测量端子16和驱动气缸14一同移动，当该测量端子16与被测量物接触时，二者停止移动。又因该驱动气缸14的后端部设有标尺18，该标尺18也随该驱动气缸14一同移动，所以该驱动气缸14移动时，该传感器19可以感测该标尺18的移动距离，并传送给处理装置(图未示)。处理装置可对所得的数据进行计算处理。

因为驱动气缸14设有气体排出机构115，所以吹入驱动气缸14内的气体中有一部分气体从气体排出机构115排出，即在气体吹入驱动气缸14内同时有气体从驱动气缸14内通过气体排出机构115排出。因此驱动气缸14内的气体保持相对稳定，所以能产生稳定的驱动压力推动测量端子16运动。

此时，施加在测量端子16上的驱动压力，在一定范围内由孔11 6或117及驱动气缸14的底面积比确定，或由形成间隙118的底面积比确定，所以可将测量端子16的驱动压力降低为原驱动压力的几分之一。通过上述结构，测量端子16可获得较小且稳定的压力，所以测量物上即使有倾斜面及曲面，也不存在多余的测量压力，因而不会损坏测量端子16及被测物体表面，因此可以提高测量精度。

另外，插设在导引孔13内的驱动气缸14，通过上述空气轴承113，与导引孔13保持非接触式导引状态，且插设在驱动气缸14内的气体吹入管111也与驱动气缸14保持非接触状态。所以该驱动气缸14可在最小摩擦力状态下向前移动。因而，驱动气缸14及测量端子16可平滑移动，从而实现高精度测量。

另外，现有技术中，测量端子在垂直方向移动时，有必要使用用于补偿重力的平衡锤。然而，在本发明中，由于该测量端子16在水平上驱动，所以不需要使用平衡锤，因此可避免平衡锤对测量压力的影响。

图7是将本发明的接触式测长装置B用于超精密镜片模具加工设备A的立体示意图。该接触式测长装置B的结构和图1及图2所示的第一实施例的结构相同。该接触式测长装置B使用的驱动气缸14的内径为5.5mm，设在该驱动气缸14的前端部的气体排出孔的内径为25mm。该气体排出孔的形状为如图4a所示的单孔结构，该接触式测长装置B使用的气体为一般空气。

图8是利用本发明的接触式测长装置测量半径为5.5573mm的标准球的测量结果示意图。图8所示为测量标准球时测量值与理想值之间的一系列误差数据，可见测量误差在0.1μm范围内。与市场上销售的最高精度的测量仪器的测量结果相比较后可得知，本发明的接触式测长装置也能测得同等精度的测量值。

图9是利用本发明的接触式测长装置测量半径为10mm的凸面球的测量结果示意图。使用本发明的接触式测长装置测量加工面是由超精密加工设备加工而成的测量物，本应比较测量值与设计值寻求误差后补正该误差，但，该接触式测长装置的测量值已经满足精度小于0.1μm的设计值范围，无需补正。

加工倾斜角度较大的镜片时，可将本发明的接触式测长装置安装在镜片制造设备内，可以在镜片加工过程中实现对镜片倾斜角度的测量。这样不仅可以消除安装、拆卸被测量物时所产生的误差，且可以大幅度缩短测量时间。通过实践证明，在制造超硬合金制的玻璃镜片模具时，加工时间可缩短1/3～1/5。

图10是本发明第二实施例的接触式测长装置的断面图。如图10所示，二驱动气缸24A、24B平行但相互错开地前后设置。且驱动气缸24A、24B的前端部上设有用于排出一部分气体的气体排出机构215。因设有该气体排出机构215，所以本实施例的接触式测长装置也可以在较小测量压力下进行测长。

底座21上固设有二导引块22，该二导引块22平行且相互错开前后设置，该二导引块22内分别开设有贯通的导引孔23。该二导引孔23内分别插设该驱动气缸24A及24B。该驱动气缸24A、24B和导引孔23在空气轴承213作用下，可保持非接触状态。进而，该驱动气缸4A、4B在较小摩擦力条件下，可沿导引孔23的轴线方向前后移动。

驱动气缸24A的前端垂直固设有固定件250，该固定件250用于支撑及固定测量端子26。该驱动气缸24A的后端和驱动气缸24B的前端处垂直固设有另固定件270。该固定件270上固设有向后方向伸延的标尺28，并且该底座21上设有与该标尺28对应且用于读取标尺28的刻度的传感器29。

驱动气缸24A、24B的后端分别插设有用于吹入气体的气体吹入管211，且该驱动气缸24A、24B上还设有气体排出机构215。该气体排出机构215由下列任意一结构或者多个结构的组合而成，例如设置在驱动气缸24A、24B的前端部的孔、或设置在驱动气缸24A及24B外周面上的孔、或驱动气缸24A、24B与插设在该驱动气缸24A、24B后端的气体吹入管211之间的间隙。图10的气体排出机构215由设在驱动气缸24A、24B前端部的孔形成。因为第二实施例与第一实施例的气体排出机构215相同，所以在此不予详细说明。

在本实施例中，驱动气缸24A及24B、固定件250及270、测量端子26、标尺28构成一个移动体。从气体吹入管211向驱动气缸24A及24B内吹入气体时，一部分气体从气体排出机构215排出，所以可在较小驱动压力条件下进行接触式测长。又因驱动气缸24A及24B前后错开设置，所以会增加测长方向上的导引距离，实现稳定的测量。

图11是本发明第三实施例的接触式测长装置，该接触式测长装置包括底座31及固设在该底座31的二导引块32。该二导引块32内分别开设有导引孔33，其中导引孔33内穿插有可移动的驱动气缸34A，另导引孔33内穿插有可移动的驱动气缸34B，如图11所示，驱动气缸34A的前端部固设有测量端子36，且该测量端子36直接或如图10所示通过固定件370固设于驱动气缸34A的前端；驱动气缸34A后端部固设有向后方向伸延的标尺38，并且该底座31上设有与标尺38对应且用于读取标尺38刻度的传感器39。驱动气缸34A的后端与驱动气缸34B的前端垂直固设有固定件370。

驱动气缸34B的后端部插设有用于吹入气体的气体吹入管311，且该驱动气缸34B上设有气体排出机构315。该气体排出机构315包括设置在驱动气缸34B的前端部的孔、设置在驱动气缸34B外周壁上的孔或驱动气缸34B与插设在驱动气缸34B内的气体吹入管311间的间隙中任意一结构或者多个结构的组合。因第三实施例的气体排出机构315与第一实施例的气体排出机构115相同，因此在此不予详细说明。

图11的接触式测长装置不仅包括图10的接触式测长装置优点，且因其只设有气体吹入机构，所以可进一步简化该接触式测长装置的结构。

下面说明本发明的接触式测长装置的几种应用例：

(1)将本发明的接触式测长装置设在移动的机台上面，且沿水平方向移动该接触式测长装置，该接触式测长装置即可成为横型测长装置。

(2)如(1)中的机台沿X、Y及Z轴移动，且将进给机构进行数字化控制，本发明的接触式测长装置即可成为一种三维测长装置。这样，就可以精确测量有各种不规则形状的被测量物体。

(3)如果将本发明的接触式测长装置设在沿三轴方向或更多轴方向移动的数控机床上，即可以成连接器式测长装置。这样，较为方便地进行测量及各种补正。

(4)可将本发明的接触式测长装置作为其它各种测量仪器的横型测量端子使用。

Claims (11)

1.一种接触式测长装置，其包括测量端子，该测量端子接触被测量物表面进行测量，其特征在于：该接触式测长装置上设有至少一个用于驱动该测量端子的驱动气缸；该驱动气缸上设有将吹入该驱动气缸内的气体排出一部分而保持该驱动气缸较小驱动压力的气体排出机构。

2.如权利要求1所述的接触式测长装置，其特征在于：该气体排出机构包括设置在该驱动气缸的前端部的孔、设置在驱动气缸的外周壁上的孔、设在该驱动气缸与插入在该气缸内的气体吹入管间的间隙中任意一结构或多个结构组合。

3.如权利要求1所述的接触式测长装置，其特征在于：该设置在驱动气缸的前端部的孔包括开口部及锥形部，锥形部是朝开口部方向直径逐渐变小。

4.如权利要求1所述的接触式测长装置，其特征在于：该驱动气缸与用于向该驱动气缸内吹入气体的气体吹入管之间形成有空气轴承。

5.如权利要求1所述的接触式测长装置，其特征在于：该接触式测长装置包括至少一个导引机构，该驱动气缸的外周及该导引机构之间形成有空气轴承。

6.如权利要求1所述的接触式测长装置，其特征在于：该接触式测长装置包括至少两个驱动气缸，该至少两个驱动气缸平行并排设置。

7.如权利要求3所述的接触式测长装置，其特征在于：该接触式测长装置包括至少两个驱动气缸，该至少两个驱动气缸在水平面上前后平行设置，其中所有驱动气缸均与气体吹入管相通，而且前后驱动气缸之间垂直设置有固定件。

8.如权利要求3所述的接触式测长装置，其特征在于：该接触式测长装置包括至少两个驱动气缸，该至少两个驱动气缸在水平面上前后平行设置，其中至少一个驱动气缸未与气体吹入管相通，且至少一个驱动气缸与气体吹入管相通，而且至少两个驱动气缸之间垂直设置有固定件。

9.如权利要求1所述的接触式测长装置，其特征在于：该接触式测长装置还包括标尺和传感器，该标尺和传感器之一可与测量端子一起移动，该传感器用于读取该标尺刻度。

10.如权利要求1至8中任意一项所述的接触式测长装置，其特征在于：该接触式测长装置还包括底座，该底座用于支撑及固定上述构成物。

11.如权利要求1至8中任意一项所述的接触式测长装置，其特征在于：该接触式测长装置还包括盖体，该盖体防止外部的灰尘等异物侵入。

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