CN207593401U - 一种连接在触发式测头上的探针 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种连接在触发式测头上的探针，所述探针包括一体设置的位于上端的探针本体、位于底端的针头以及用于连接探针本体和针头的连接结构，所述探针本体的顶部用于与所述触发式测头连接；所述针头为片状结构，针头的上端面和下端面均为平面且呈圆形，且针头中与其上端面和下端面平行的每个径向切面均呈圆形，但上端面、下端面和多个径向切面的圆直径设置为并不完全相同，使得所述针头为非圆柱形结构。本实用新型提供的探针与触发式测头连接在CNC机床上，可以在线检测异形工件的尺寸精度，无需将工件从CNC机台上取下做检测。且该探针能根据工件产品待测部位的实际形状灵活设计，其制作简单，易于推广，适用于数控加工与制造行业。

Description

一种连接在触发式测头上的探针

技术领域

本实用新型涉及CNC加工和测量领域，用于CNC机床加工陶瓷、金属、塑胶等产品零部件。本实用新型具体涉及一种用于检测工件加工精度的连接在触发式测头上的探针。

背景技术

现代社会科技发展日新月异，越来越多的产品与材料涉及数控加工，各个零部件之间的配合精度也越来越高。产品加工过程中，因温度变化，局部材质差异，装夹稳定性，刀具磨损等许多因素，导致加工的产品尺寸不稳定。现有的技术是产品在CNC机床上加工完成后，将产品从夹具上取下来，然后用治具夹持，放在检测仪器上进行量测。

具体地，对工件抽检包含两种情况。一、有的工件的检测需要对工件切片，具体是将工件从中间切开后，再使用投影仪测量。抽检的工件数量大概为1/20，这样抽检后的工件本身都被破坏掉，影响工件的成本和产量。二、另有部分工件的检测并不需要对工件切片，但也都需要将工件从CNC机床上取下，放在检测仪器如三次元测量仪、投影仪下检测，有的尺寸较大的工件还可能会使用千分尺检测。

在上述第二种情况时，当量测的数据与图纸要求的尺寸有偏差时，再通过机床调节功能，对产品尺寸进行调整，使其达到尺寸要求。这种加工方法存在两个方面的缺陷：1.工件从CNC机床夹具上取下来，然后夹持在量测仪器的治具上，这是两个不同的夹持过程，会使产品与空间水平线的垂直度，倾斜度等发生变化，从而导致量测仪器产生误差。2.工件从CNC机床取下来后，如果尺寸不合乎要求，很难再次装回CNC机床的夹具上进行返修，因为再次装夹会有很大的装夹误差，这样会使产品产生报废，而使成本上升。也就是说，对第二种情况来说，只有个别工件可以再次装回CNC机床上返修而修好，因而第二种情况使得工件的报废率也很高。

因此，本领域需要在工件产品CNC加工完成后，数控机床上有一种量测装置，工件不需要从夹具上取下来，就能量测产品的尺寸，根据量测结果，迅速对产品再次进行修复，使其达到理想的精度。

现有技术中提供的触发式测头可以作为在线量测工具用于CNC机床上。但现有技术中提供的触发式测头例如雷尼绍测头的探针的针头一般为整体圆柱状，使用圆柱形针头的外圆面与工件(工件待检测处一般为平面或圆柱面)接触而产生信号，当测头与工件上不同的两个点碰触时，CNC机床能计算出这两个点之间的距离，以此来检测两点间距离的精度是否合格。

但这样的探针显然不适合形状结构复杂的待测工件，因此本领域需要相应触发式测头开发一种探针来使得CNC机床上可以通过测头在线检测异形工件的尺寸精度。

实用新型内容

为了克服CNC加工后的产品无法实现在线探测，本实用新型开发了一款仿形探针，其针头可以随工件的形状而改变设计。工件产品在CNC机台上加工完成后，不需要将其从夹具上取下来，直接用探针探测产品形状特征，达到在线测量尺寸的目的。

因此，本实用新型提供一种连接在触发式测头上的探针，所述探针包括一体设置的位于上端的探针本体、位于底端的针头以及用于连接探针本体和针头的连接结构，所述探针本体的顶部用于与所述触发式测头连接；所述针头为片状结构，针头的上端面和下端面均为平面且呈圆形，且针头中与其上端面和下端面平行的每个径向切面均呈圆形，但上端面、下端面和多个径向切面的圆直径设置为并不完全相同，使得所述针头为非圆柱形结构。

在一种具体的实施方式中，所述探针为不锈钢探针。

在一种具体的实施方式中，所述探针还包括一体设置在探针本体(11)顶部的外螺纹结构(14)。

在一种具体的实施方式中，所述连接结构包括在上的圆台段(121)和在下的圆柱段(122)，所述圆柱段(122)的直径为1～3mm。

在一种具体的实施方式中，针头的母线为弧线、折线或倾斜的直线，且针头的母线设置为与待测工件(02)的待测位置仿形设置。

在一种具体的实施方式中，所述针头(13)的厚度为0.3～1mm。

在一种具体的实施方式中，所述针头(13)的厚度为0.5～0.6mm。

在一种具体的实施方式中，所述针头(13)的直径为1～10mm。针头的直径为1～10mm是指包括针头的上端面、下端面以及各个径向切面的直径均为1～10mm。

在一种具体的实施方式中，所述针头(13)的直径为2～5mm。

在一种具体的实施方式中，所述探针本体(11)的直径为4～6mm。

本实用新型至少具有如下有益效果：

1)本实用新型提供的探针与触发式测头连接在CNC机床上，可以在线检测异形工件的尺寸精度，无需将工件从CNC机台上取下做检测。

2)本实用新型提供的探针能根据工件产品待测部位的实际形状灵活设计，其制作简单，易于推广，适用于数控加工与制造行业。

3)本实用新型提供的探针可以在例如每生产10个工件后检测一次，甚至可以每个工件都检测，该探针和方法并不会在检测后对工件产生任何破坏作用。在检测时，将触发式测头和探针从CNC刀库中调出使用。而在CNC加工工件时，将触发式测头和探针收回至CNC刀库中，并从CNC刀库中调出相应的加工刀具即可。

附图说明

图1为使用本实用新型所述探针检测的待测工件结构示意图，

图2为待测工件的过圆心轴向切面结构示意图，

图3为本实用新型所述探针与测头连接前的结构示意图，

图4为本实用新型所述探针用于检测待测工件时的结构示意图，

图5为本实用新型中另一个探针用于检测待测工件时的结构示意图。

具体实施方式

本领域技术人员可知的，触发式测头分为红外线测头和无线电测头两种。其中，当红外线测头接近工件表面时，测针偏斜，紧接着触发信号传输到红外线接收器中。该接收器将光信号转换成一个电信号并传递到控制器。控制器侦测到各轴的当前位置之后就会生成基于当前校验数据的测量结果。触发式测头的工作原理为：在测头内部有一个闭合的有源电路，该电路与一个特殊的触发机构相连接，只要触发机构产生触发动作，就会引起电路状态变化并发出声光信号，指示测头的工作状态；触发机构产生触发动作的唯一条件是测头的测针产生微小的摆动或向测头内部移动，当测头连接在机床主轴上并随主轴移动时，只要测针上的触头在任意方向与工件(任何固体材料)表面接触，使测针产生微小的摆动或移动，都会立即导致测头产生声光信号，指明其工作状态。

本实用新型中的待测工件一般为旋转对称工件，即工件本身是由母线旋转构成的旋转对称结构，工件上的待测位置一般也是旋转对称结构。工件上的待测位置可以是凹面、凸面、斜面或折面。

本实用新型中在检测工件的尺寸精度时，探针和针头无需旋转。只需要随着CNC主轴平动以与工件上的不同位置点接触而获取工件尺寸精度数据。

本实用新型中，仿形是指针头的母线设置为与待测工件待测量处的旋转母线仿形。例如图4中待测工件待测处的母线为曲线，则针头的母线也设置为与工件待测处母线的曲率一致，因而针头的外壁可以顺利地与工件待测处匹配接触。图5中待测工件待测处的母线为一条夹角为锐角的折线，则针头的母线也设置为与该锐角角度一致的折线。

例如图2中工件的A尺寸需要控制在10.13±0.03mm，即A尺寸的公差在0.03mm，当测头和探针测得某工件的A尺寸公差大于0.03mm，则该工件需要重新在CNC机床上返修加工。该工件后续的若干工件的CNC生产也需要相应调整加工参数。具体地，机床内设置了函数，探针探测得到的产品数据反馈给机床伺服系统，机床伺服系统对超出公差的数据进行自动补偿，即机床自动调出返修程式，对产品进行返修加工。

本实用新型中，所述针头也可以设置为长条状，即其上下两端面均呈长条形，但优选其上下两端面均设置成圆形，以利于针头在CNC主轴带动下前后左右平动即可顺利地检测工件待测处的前后左右四个不同点，而快速得到左右两点间的距离A，以及前后两点间的距离A。本实用新型中测头和探针检测工件上的两个不同点时用于测算两点间距离的精度，而检测工件上的三个不同点时用于测算工件待测处的圆度。

如附图所述，本实用新型提供一种CNC仿形探针，根据工件产品的实际特征与图纸要求尺寸，通过机械加工工艺，制作一种仿形探针。将探针通过M4螺纹连接在雷尼绍测头上，然后将测头安装在机器主轴上，用仪表(例如千分表)校正针头跳动(径向跳动)在允许误差内，设置CNC数控指令，使主轴按照设定的轨迹移动，针头接触到工件后，发出红外线信号，机床接收器收到信号后进行数据处理，计算出所需要的产品特征尺寸。

在具体的实施例中，需要检测图1中工件产品的精度，具体是检测图2中尺寸A的精度。需要先加工出如图3所示的探针。先选材：选用Cr₁₂MoV模具钢等硬质耐磨的金属圆棒材料制作包括针头在内的探针。再将上述材料经过调制热处理至硬度为28HRC～32HRC，以释放材料应力，防止加工或使用时探针产生形变。采用车床加工工艺，先对探针整体进行开粗，然后精车，再然后车出M4螺纹，最后用切断刀将整个探针从毛坯上割断。这样一体化设置的探针只需要一次装夹，能保证针头整体同心度在0.01mm内，满足探针精度要求。将探针通过M4螺纹与测头拧紧，将测头装上机床主轴，并用仪表校正，探针的径向跳动在0.003mm内。再编写探测轨迹程序，执行指令，使探针按照设定的轨迹进入产品内腔(如图4)，探针向左移动接触到内凹面时，测头会给机床发出红外线信号，然后依次向右，向前，向后探测产品四个点，机床系统根据4次红外线信号计算出A尺寸，A尺寸超出公差值的数据，系统会输入刀具半径补偿，机器将测头和探针收回刀库后，再次取出CNC加工刀具，启动CNC加工程序，对产品尺寸进行修复。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干简单推演和替换，都应当视为属于本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种连接在触发式测头上的探针，所述探针包括一体设置的位于上端的探针本体(11)、位于底端的针头(13)以及用于连接探针本体和针头的连接结构(12)，所述探针本体的顶部用于与所述触发式测头(01)连接；所述针头为片状结构，针头的上端面(131)和下端面(132)均为平面且呈圆形，且针头中与其上端面和下端面平行的每个径向切面均呈圆形，但上端面、下端面和多个径向切面的圆直径设置为并不完全相同，使得所述针头为非圆柱形结构。

2.根据权利要求1所述的探针，其特征在于，所述探针为不锈钢探针。

3.根据权利要求1所述的探针，其特征在于，所述探针还包括一体设置在探针本体(11)顶部的外螺纹结构(14)。

4.根据权利要求1所述的探针，其特征在于，所述连接结构包括在上的圆台段(121)和在下的圆柱段(122)，所述圆柱段(122)的直径为1～3mm。

5.根据权利要求1所述的探针，其特征在于，针头的母线为弧线、折线或倾斜的直线，且针头的母线设置为与待测工件(02)的待测位置仿形设置。

6.根据权利要求1所述的探针，其特征在于，所述针头(13)的厚度为0.3～1mm。

7.根据权利要求6所述的探针，其特征在于，所述针头(13)的厚度为0.5～0.6mm。

8.根据权利要求1所述的探针，其特征在于，所述针头(13)的直径为1～10mm。

9.根据权利要求8所述的探针，其特征在于，所述针头(13)的直径为2～5mm。

10.根据权利要求1所述的探针，其特征在于，所述探针本体(11)的直径为4～6mm。