DE102016203399A1

DE102016203399A1 - Kontaktfühler

Info

Publication number: DE102016203399A1
Application number: DE102016203399.9A
Authority: DE
Inventors: Kazuhiko Hidaka; Takeshi Yamamoto
Original assignee: Mitutoyo Corp
Current assignee: Mitutoyo Corp
Priority date: 2015-03-05
Filing date: 2016-03-02
Publication date: 2016-09-08
Also published as: CN105937870B; US9869537B2; CN105937870A; JP2016161526A; US20160258732A1

Abstract

Ein Kontaktfühler umfasst einen Stift, eine Feder, einen magnetischen Körper und einen Permanentmagnet. Der Stift ist in einer X-Richtung versetzbar und eine Spitze des Stiftes tritt in Kontakt mit einem zu messenden Objekt. Ein erstes Ende der Feder ist fest und ein zweites Ende stellt eine Federkraft entlang der X-Richtung zur Verfügung. Eine Position des magnetischen Körpers ist in Bezug auf den Stift fixiert. Der Permanentmagnet ist getrennt von dem magnetischen Körper angeordnet, um eine magnetische Kraft entlang der X-Richtung zwischen dem magnetischen Körper und dem Permanentmagnet zu erzeugen.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft einen Kontaktfühler.
2. Beschreibung des Stand der Technik
Bei einer Koordinatenmessmaschine wird eine Scanmessung durchgeführt, indem ein Kontaktfühler in Kontakt mit einer Oberfläche eines zu messenden Objektes gebracht wird. Wenn ein elastisches Gelenk in einem Führungsmechanismus (in drei Axialrichtungen X, Y, Z) des Scanfühlers verwendet wird, wird eine Messkraft des Fühlers mittels einer Federkonstante in einer Biegerichtung des elastischen Gelenks erzeugt. Je größer eine Steifigkeit des Führungsmechanismusses ist, desto größer wird die Federkonstante, und desto größer wird die Messkraft des Fühlers. Wenn die Messkraft des Fühlers groß wird, werden bestimmte Einflüsse erzeugt, wie beispielsweise ein Einfluss aus einer Reibungskraft, die zwischen einem Werkstück und einem Stift während einer Messung erzeugt wird und ein Einfluss aus dem Biegen des Stiftes, der an der Probe angeordnet ist. Als ein Ergebnis wird eine hochgenaue Messung schwierig.
Im Gegensatz dazu ist eine Technik zum Stabilisieren der Messkraft bekannt, bei der die Schwankung der Messkraft eines Detektors vermindert wird, indem die Messkraft erfasst und gesteuert wird ( JP 2010-286475 A ).
Zusätzlich wird eine Technologie für eine Messeinrichtung für die Verwendung eines elastischen Gelenkmechanismusses vorgeschlagen, bei dem eine Rückstelleigenschaft des elastischen Gelenks unter Verwendung von Magneten eingestellt wird (H11-141537 A).
Jedoch haben die Erfinder der vorliegenden Erfindung ein Problem entdeckt, wie weiter unten erörtert, in Bezug auf die oben erwähnten Techniken. Beispielsweise wird, um die Messkraft einzustellen, die Steifigkeit der Feder oder des elastischen Gelenks, welches die Messkraft zur Verfügung stellt, verringert, und wenn die Federkonstante in der Biegerichtung gering wird, wird die Steifigkeit in einer weiteren Richtung, wie beispielsweise das Verdrehen oder das Krümmen, auch geringer. Im Ergebnis wird der Einfluss der Deformation abgesehen von der Biegerichtung aufgrund der Messkraft größer und führt zu einer Verschlechterung der Messgenauigkeit. Demgemäß, um eine hohe Genauigkeit für den Scanfühler zu erreichen, wird ein Scanfühler mit einer hohen Steifigkeit und einer geringen Federkonstante in der Biegerichtung benötigt.
Im Gegensatz dazu erzeugt in der in JP 2010-286475 offenbarten Technik, obwohl die Messkraft einstellbar ist, das Steuern der Messungskraft Wärme, welches die Form der Messmaschine in der Art einer thermischen Deformation und dergleichen beeinflusst und zu einer Verringerung der Messgenauigkeit führt. Zusätzlich wird ein elektrisches Rauschen durch Durchführen der Steuerung der Messkraft erzeugt, welches zu einer weiteren Verschlechterung der Messgenauigkeit führt. Ferner erhöht eine Notwendigkeit ein Steuergerät an der Formmessmaschine anzuordnen die Kosten der Formmessmaschine.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung wurde in Anbetracht der obigen Umstände erdacht und die vorliegende Erfindung stellt eine Messkraft eines Kontaktfühlers mit einer einfachen Konfiguration ein.
Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Kontaktfühler, der einen Stift umfasst, der in einer ersten Richtung versetzbar ist, wobei eine Spitze in Kontakt mit einem gemessenen Objekt tritt; ein elastisches Element (auch bezeichnet als ein Elastomer), von dem ein erstes Ende befestigt ist und ein zweites Ende eine Kraft an den Stift entlang der ersten Richtung anlegt; ein erstes magnetisches Element (erster Magnet) von dem eine Position in Bezug auf den Stift fest ist; und ein zweites magnetisches Element (zweiter Magnet), das getrennt von dem ersten magnetischen Element angeordnet ist, um eine Magnetkraft entlang der ersten Richtung zwischen dem ersten magnetischen Element und dem zweiten magnetischen Element zu erzeugen. Demgemäß kann die auf den Stift wirkende Messkraft eine sich ergebende Kraft der Federkraft und einer magnetischen Kraft sein. Dadurch können Veränderungen der Federkraft und der Magnetkraft als Antwort auf einen Versatz des Stiftes die Messkraft mit einem einfachen Aufbau einstellen.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist der oben beschriebene Kontaktfühler, bei dem eine Anziehungskraft, die durch die Magnetkraft erzeugt wird, auf eine Fläche zwischen dem ersten magnetischen Element und dem zweiten magnetischen Element wirkt. Demgemäß hebt die Magnetkraft die Federkraft auf. Dadurch wird es möglich, eine Größe einer Kraft zu hemmen, die auf den Stift wirkt, und die Größe der magnetischen Kraft aufzuheben. Als ein Ergebnis kann die Messkraft, die auf das gemessene Objekt wirkt, gehemmt und ausgeglichen werden.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist der oben beschriebene Kontaktfühler, bei dem die Größe der sich ergebenden Kraft der Kraft, die an den Stift durch das elastische Element angelegt wird, und der anziehenden Kraft konstant in Bezug auf den Versatz des Stiftes ist. Dadurch kann die Messkraft des Stiftes während der Messung stabilisiert werden.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist der oben beschriebene Kontaktfühler, bei dem eine abstoßende Kraft, die durch die Magnetkraft erzeugt wird, auf die Fläche zwischen dem ersten magnetischen Element und dem zweiten magnetischen Element wirkt. Demgemäß wird die Magnetkraft in der gleichen Richtung wie die Federkraft erzeugt. Dadurch kann die Größe der Kraft, die auf das zweite magnetische Element wirkt, erhöht werden. Als ein Ergebnis kann die Messkraft, die auf das gemessene Objekt wirkt, erhöht werden und das Ansprechverhalten der Messung kann verändert werden.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist der oben beschriebene Kontaktfühler, bei dem die Größe der sich ergebenden Kraft aus der Kraft, die an den Stift durch das elastische Element angelegt wird, und der anziehenden Kraft sich linear in Bezug auf den Versatz des Stiftes verändern. Dadurch kann die Messkraft des Stiftes während der Messung als Antwort auf den Versatz des Stiftes verändert werden.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist der oben beschriebene Kontaktfühler, bei dem sowohl das erste magnetische Element als auch das zweite magnetische Element ein Permanentmagnet ist. Dadurch können Wärme und Steuergeräusche am Auftreten gehindert werden, wenn ein Elektromagnet oder ein Aktuator verwendet werden.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist der oben beschriebene Kontaktfühler, bei dem eines aus dem ersten magnetischen Element und dem zweiten magnetischen Element ein Permanentmagnet ist und das andere ein magnetischer Körper ist. Dadurch können Wärme und Steuergeräusche am Auftreten gehindert werden, wenn der Elektromagnet oder der Aktuator verändert werden.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist der oben beschriebene Kontaktfühler, bei dem das erste magnetische Element an einem gegenüberliegenden Endabschnitt des Stiftes ausgehend von der Spitze vorgesehen ist und das zweite magnetische Element separat in der ersten Richtung in Bezug auf das erste magnetische Element vorgesehen ist. Dadurch kann die Messkraft in der ersten Richtung mit einem einfachen Aufbau eingestellt werden.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist der oben beschriebene Kontaktfühler, der ferner eine Stange, die sich in einer zweiten Richtung, die senkrecht zu der ersten Richtung ist, erstreckt, wobei ein erstes Ende der Stange in Kontakt mit dem gegenüberliegenden Endabschnitt des Stiftes in Bezug auf die Spitze steht; einen Arm, der sich in einer zweiten Richtung erstreckt, wobei ein erstes Ende mit einem zweiten Ende der Stange verbunden ist; und einen Hebelpunkt, der die Stange und den Arm hält, um in der Lage zu sein in einer dritten Richtung, die senkrecht zu der ersten und der zweiten Richtung ist, als eine Rotationsachse zu rotieren, umfasst. Das erste magnetische Element ist an einer separaten Position von dem Hebelpunkt der Stange oder des Armes vorgesehen. Demgemäß ist bei einem Kontaktfühler vom Hebeltyp die Messkraft, die auf den Stift wirkt, mit einem einfachen Aufbau einstellbar.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist der oben beschriebene Kontaktfühler, der ferner einen Kontaktverhinderungsabschnitt umfasst, der einen Kontakt zwischen dem ersten magnetischen Element und dem zweiten magnetischen Element verhindert. Demgemäß, wenn das erste magnetische Element und das zweite Element einander näher kommen, kann der Kontakt zwischen dem ersten magnetischen Element und dem zweiten magnetischen Element verhindert werden. Insbesondere, wenn die Anziehungskraft zwischen dem ersten magnetischen Element und dem zweiten magnetischen Element erzeugt wird, kann ein Versatz des Stiftes daran gehindert werden instabil zu werden.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist der oben beschriebene Kontaktfühler, bei dem ein Abstand zwischen dem ersten magnetischen Element und dem zweiten magnetischen Element bei jeder Messung verändert werden kann. Dadurch kann ein Messbetrag gemäß einem Messungszweck eingestellt werden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann die Messungskraft des Kontaktfühlers durch einen einfachen Aufbau eingestellt werden.
Die Merkmale, Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung, die oben beschrieben wurde, werden klar gestellt und hinzugefügt durch die folgende detaillierte Beschreibung und die beigefügten Zeichnungen. Auf die angehängten Zeichnungen wird nur Bezug genommen, um das Verständnis zu erleichtern und sie dienen nicht dazu, um die vorliegende Erfindung einzuschränken.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die vorliegende Erfindung wird ferner in der detaillierten Beschreibung, welche folgt, mit Bezugnahme auf die erwähnte Vielzahl an Zeichnungen durch nicht einschränkende Beispiele von beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben, in welchen gleiche Bezugszeichen ähnliche Teile in der Vielzahl an Ansichten der Zeichnungen wiedergeben, und wobei:
1 eine Vorderansicht ist, die schematisch eine Konfiguration eines Messfühlers gemäß einer ersten Ausführungsform darstellt;
2 ein Graph ist, der Kräfte darstellt, die auf den Kontaktfühler gemäß der ersten Ausführungsform wirken;
3 eine Vorderansicht ist, die schematisch eine Konfiguration eines Kontaktfühlers gemäß einer zweiten Ausführungsform darstellt;
4 eine Vorderansicht ist, die schematisch eine Konfiguration eines Kontaktfühlers gemäß einer dritten Ausführungsform darstellt;
5 ein Graph ist, der Kräfte darstellt, die auf den Kontaktfühler gemäß der dritten Ausführungsform wirken; und
6 eine Vorderansicht ist, die schematisch eine Konfiguration eines Kontaktfühlers gemäß einer vierten Ausführungsform darstellt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die hier gemachten Angaben dienen nur zum Zwecke der beispielhaften Darstellung und zum Zwecke der anschaulichen Diskussion der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung und werden im Zuge dessen vorgestellt, von dem geglaubt wird, dass es am nützlichsten ist und am einfachsten zu verstehen ist durch die Beschreibung der Prinzipien und der konzeptionellen Aspekte der vorliegenden Erfindung. In diesem Zusammenhang wird kein Versuch unternommen, um strukturelle Details der vorliegenden Erfindung detaillierter aufzuzeigen, als dies notwendig für das wesentliche Verständnis der vorliegenden Erfindung ist, wobei die Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnung es dem Fachmann ersichtlich macht, wie die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung in der Praxis ausgeführt werden können.
Im Folgenden werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Identische Bezugszeichen werden mit identischen Elementen in jeder der Vielzahl an Zeichnungen bezeichnet, und folglich werden, wo es notwendig ist, doppelte Eröterungen weggelassen.
Erste Ausführungsform
Zunächst erfolgt eine Beschreibung eines Kontaktfühlers 100 gemäß einer ersten Ausführungsform. 1 ist eine Vorderansicht, die schematisch eine Konfiguration des Kontaktfühlers 100 gemäß der ersten Ausführungsform zeigt. In 1 wird eine Richtung von unten nach oben entlang einer vertikalen Richtung auf einer Ebene des Zeichnungsblattes als eine X-Richtung bezeichnet. Zusätzlich wird die X-Richtung in 1 als eine erste Richtung bezeichnet.
Der Kontaktfühler 100 weist einen befestigten Abschnitt 1, eine Feder 2, eine Führung 3, einen Stift 4, einen magnetischen Körper 6 und einen Permanentmagneten 7 auf.
Der befestigte Abschnitt 1 ist ein Abschnitt, der an einer Messeinrichtung befestigt ist (wie beispielsweise eine Koordinatenmessmaschine). Um die Figur zu vereinfachen, wurden Details der Messeinrichtung in 1 nicht gezeigt.
Die X-Richtung wird als eine Längsrichtung bezeichnet und ein Endabschnitt der negativen X-Seite des Stiftes 4 kontaktiert ein zu messendes Objekt. Der Stift 4 wird von der Führung 3 gehalten, um nur in der X-Richtung beweglich zu sein. Der magnetische Körper 6 wird an dem Endabschnitt an der positiven X-Seite des Stiftes 4 gehalten. In dem Beispiel weist der magnetische Körper 6 eine kugelförmige Form auf. Ein Federverbindungsabschnitt 5 ist ein Abschnitt des Stiftes 4 und ist ein Element, welches sich zu einer Position über (positive X-Seite) dem befestigten Abschnitt 1 erstreckt, wobei er sich in einer senkrechten Richtung zu der X-Richtung von dem Stift 4 erstreckt.
Die Feder 2 ist mit dem befestigten Abschnitt 1 an einem ersten Ende und mit dem Federverbindungsabschnitt 5 an einem zweiten Ende verbunden, sodass eine Vergrößerungs-/Zusammenziehungsrichtung entlang der X-Richtung liegt.
Der Permanentmagnet 7 ist separat von dem magnetischen Körper 6 über (positive X-Seite) dem magnetischen Körper 6 angeordnet. Ähnlich zu dem befestigten Abschnitt 1 ist der Permanentmagnet 7 an beispielsweise der Messeinrichtung befestigt (wie beispielsweise der Koordinatenmessmaschine). In diesem Beispiel ist die positive Seitenoberfläche des Permanentmagnets 7 der Nordpol und die negative Seitenoberfläche ist der Südpol. Demgemäß ist die positive X-Seite des magnetischen Körpers der Nordpol.
Der Kontaktfühler 100 scannt ein zu messendes Objekt, während der Stift 4 die Messkraft an das zu messende Objekt durch Ausfahren der Feder 2 anlegt. Zusätzlich wird ein Profil des zu messendes Objektes durch Erfassen eines Versatzes in der X-Richtung in Bezug auf eine Bezugsposition gemessen.
2 ist ein Graph, der Kräfte darstellt, die auf den Kontaktfühler 100 gemäß der ersten Ausführungsform wirken. Wie in 2 gezeigt, wenn der Stift 4 zu der positiven X-Seite ausgehend von der Bezugsposition versetzt wird, erstreckt sich die Feder 2 weiter und daher wird eine Federkraft Fs, die an den Stift 4 in der negativen X-Richtung angelegt wird, stärker. Zusätzlich, da der magnetische Körper 6 sich dem Permanentmagnet 7 nähert, wird eine Anziehungskraft Fm, die durch die Magnetkraft erzeugt wird, die in einer Fläche zwischen dem magnetischen Körper 6 und dem Permanentmagneten 7 wirkt, stärker.
Wenn der Stift 4 zu der negativen X-Seite ausgehend von der Bezugsposition versetzt wird, zieht sich die Feder 2 zusammen und daher wird die Federkraft Fs, die an den Stift in der negativen X-Richtung angelegt wird, schwächer. Zusätzlich, da der magnetische Körper 6 sich weiter weg von dem Permanentmagneten 7 bewegt, wird die Anziehungskraft Fm, die durch die Magnetkraft erzeugt wird, die in der Fläche zwischen dem magnetischen Körper 6 und dem Permanentmagneten 7 wirkt, schwächer.
In Anbetracht des obigen wirken die Federkraft in der negativen X-Richtung und die Magnetkraft in der positiven Richtung auf den Stift 4. Im Speziellen kann dies so verstanden werden, dass die magnetische Kraft auf den Stift 4 wirkt, um die Federkraft aufzuheben. Zusätzlich, so wie der Versatz in Richtung der positiven X-Richtung des Stiftes größer wird, werden die Federkraft und die magnetische Kraft größer. So wie der Versatz in Richtung der negativen X-Richtung des Stiftes 4 größer wird, werden die Federkraft und die magnetische Kraft geringer. Demgemäß wird es möglich, die Größe einer Kraft Fa, die auf den Stift 4 wirkt, wesentlich zu verringern und die Größe der Kräfte aufzuheben. Als ein Ergebnis kann die Messkraft, die auf das gemessene Objekt wird, verringert und ausgeglichen werden.
Zusätzlich, falls ein Bereich MR, der in 2 gezeigt ist, als ein Messungsbereich eingestellt wird, kann die Messungskraft Fa innerhalb des Messbereiches im Allgemeinen konstant gehalten werden.
Wie oben erwähnt stellt der Kontaktfühler 100 die Messungskraft durch eine einfache Konfiguration ein, die ein flaches plattenartiges elastisches Element (eine Blattfeder) und den Permanentmagneten kombiniert. In anderen Worten gibt es keine Notwendigkeit eine Konfiguration einzuführen, die eine aktive Steuerung durchführt, wie beispielsweise einen Aktuator, um die Messkraft einzustellen. Demgemäß kann eine genaue Messung durchgeführt werden, da wärme und Rauschen, die in Verbindung mit der Steuerung erzeugt werden, verhindert werden können.
Zusätzlich ist die oben erwähnte Polarität des Permanentmagneten 7 rein beispielhaft. Beispielsweise können die Pole des Permanentmagneten 7 vertauscht werden. In diesem Fall ist die positive X-Seitenoberfläche des Permanentmagneten 7 der Südpol und die negative X-Seitenoberfläche ist der Nordpol. Demgemäß ist die positive X-Seite des magnetischen Körpers 6 der Südpol.
Zusätzlich ist die Feder 2 rein beispielhaft für einen elastischen Körper. In anderen Worten können unterschiedliche Federtypen, wie beispielsweise eine Spiralfeder oder andere elastische Elemente verwendet werden.
In der vorliegenden Ausführungsform und den folgenden Ausführungsformen können ein Permanentmagnet und ein Element, das aus einem magnetischen Material (magnetischer Körper) ausgebildet ist, auch als ein magnetisches Element bezeichnet werden.
Zweite Ausführungsform
Eine Beschreibung eines Kontaktfühlers 200 gemäß einer zweiten Ausführungsform erfolgt. 3 ist eine Vorderansicht, die schematisch eine Konfiguration des Kontaktfühlers 200 gemäß der zweiten Ausführungsform zeigt. Der Kontaktfühler 200 weist eine Konfiguration auf, bei der der magnetische Körper 6 des Kontaktfühlers 100 durch einen Permanentmagnet 8 ersetzt wird. In diesem Beispiel ist eine positive X-Seitenoberfläche des Permanentmagnets 8 der Nordpol und die negative X-Seitenoberfläche des Permanentmagnets 8 ist der Südpol. Die positive X-Seitenoberfläche des Permanentmagnets 7 ist der Nordpol und die negative X-Seitenoberfläche des Permanentmagnets 7 ist der Südpol. Daher wirkt eine Anziehungskraft aufgrund der Magnetkraft auf eine Fläche zwischen dem Permanentmagnet 7 und dem Permanentmagnet 8 ähnlich zu dem Kontaktfühler 100.
In Anbetracht des obigen, ähnlich zu dem Kontaktfühler 100 wirkt die Federkraft in der negativen X-Richtung und die Magnetkraft in der positiven X-Richtung auf den Stift 4. Als ein Ergebnis kann dies so verstanden werden, dass die Magnetkraft auf den Stift 4 wirkt, um die Federkraft aufzuheben. Zusätzlich, ähnlich zu dem Messfühler 100, wird es möglich die Größe der Kraft Fa, die auf den Stift 4 wirkt, wesentlich zu hemmen und die Größe der Kräfte aufzuheben. Als ein Ergebnis kann die Messkraft, die auf das gemessene Objekt wirkt, gehemmt und ausgeglichen werden.
Zusätzlich sind die Polaritäten der Permanentmagnete 7 und 8, die oben erwähnt wurden, rein beispielhaft. Zum Beispiel können die magnetischen Pole der Permanentmagnete 7 und 8 vertauscht werden. In diesem Beispiel sind die positiven X-Seitenoberflächen der Permanentmagnete 7 und 8 der Südpol und die negativen X-Seitenoberflächen sind der Nordpol.
Dritte Ausführungsform
Eine Beschreibung eines Messfühlers 300 gemäß einer dritten Ausführungsform erfolgt nun. 4 ist eine Vorderansicht, die schematisch eine Konfiguration des Messfühlers 300 gemäß der dritten Ausführungsform zeigt. Der Messfühler 300 weist eine Konfiguration auf, bei der der magnetische Körper des Messfühlers 100 durch einen Permanentmagnet 9 ersetzt wird.
In diesem Beispiel ist eine positive X-Seitenoberfläche des Permanentmagnets 9 der Südpol und eine negative X-Seitenoberfläche des Permanentmagnets 9 ist der Nordpol. Die positive X-Seitenoberfläche des Permanentmagnets 7 ist der Nordpol und die negative X-Seite des Permanentmagnets 7 ist der Südpol. Demgemäß wirkt eine Abstoßungskraft, die durch die Magnetkraft erzeugt wird, in der Fläche zwischen dem Permanentmagneten 7 und dem Permanentmagneten 9.
5 ist ein Graph der Kräfte darstellt, die auf den Kontaktfühler 300 gemäß der dritten Ausführungsform wirken. Wie in 5 gezeigt, erstreckt sich die Feder 2 weiter, wenn der Stift 4 in Richtung der positiven X-Seite ausgehend von der Bezugsseite versetzt wird und daher wirkt die Federkraft, die an den Stift 4 in der negativen X-Richtung angelegt wird, stärker. Zusätzlich, da der Permanentmagnet 9 sich dem Permanentmagnet 7 nähert, wird die Abstoßungskraft, die durch die Magnetkraft erzeugt wird, die in der Fläche zwischen dem Permanentmagnet 9 und dem Permanentmagnet 7 wirkt, stärker.
Die Feder 2 zieht sich zusammen, wenn der Stift 4 in Richtung der negativen X-Seite ausgehend von der Bezugsposition versetzt wird, und daher wird die Federkraft, die an den Stift 4 in der negativen X-Richtung angelegt wird, schwächer. Zusätzlich, da der Permanentmagnet 9 sich weiter weg von dem Permanentmagneten 7 bewegt, wird die Abstoßungskraft, die durch die Magnetkraft erzeugt wird, die in der Fläche zwischen dem Permanentmagnet 9 und dem Permanentmagnet 7 wirkt, schwächer.
In Anbetracht des obigen wirken die Federkraft in der negativen X-Richtung und die Magnetkraft (Abstoßungskraft) in der negativen X-Richtung auf den Stift 4. Im Speziellen kann dies so verstanden werden, dass die magnetische Kraft, die auf den Stift 4 wirkt, um zu der Federkraft hinzugefügt zu werden. Zusätzlich, so wie der Versatz des Stiftes größer in der positiven X-Richtung wird, werden die Federkraft und die Magnetkraft größer. So wie der Versatz des Stiftes 4 größer in der negativen X-Richtung wird, werden die Federkraft und die Magnetkraft geringer. Demgemäß wird es möglich, die Größe der Kräfte wesentlich zu erhöhen, die auf den Stift 4 wirken, sowie der Stift 4 in Richtung der positiven X-Richtung versetzt wird. Als ein Ergebnis kann die Messkraft, die auf das gemessene Objekt wirkt, linear als Antwort auf den Versatz des Stiftes verändert werden und daher kann das Ansprechverhalten der Messung verändert werden. Ferner ist ein Bereich MR, der in 5 gezeigt ist, ein Beispiel des Messbereiches.
Zusätzlich ist die Polarität der Permanentmagnete 7 und 9, die oben erwähnt wurden, rein beispielhaft. Zum Beispiel können die Magnetpole der Permanentmagneten 7 und 9 vertauscht werden. In diesem Beispiel ist die positive X-Seitenoberfläche des Permanentmagnets 7 der Nordpol und die negative X-Seite des Permanentmagnets 7 ist der Südpol. Die positive X-Seitenoberfläche des Permanentmagnets 9 ist der Südpol und die negative X-Seite des Permanentmagnets 9 ist der Nordpol.
Vierte Ausführungsform
Eine Beschreibung erfolgt nun eines Kontaktfühlers 400 gemäß einer vierten Ausführungsform. 6 ist eine Vorderansicht, die schematisch eine Konfiguration des Kontaktfühlers 400 gemäß der vierten Ausführungsform zeigt. In 6 wird eine Richtung von links nach rechts entlang einer horizontalen Richtung in Bezug auf eine Ebene des Zeichnungsblattes als eine X-Richtung bezeichnet, eine Tiefenrichtung von einer Vorderseite des Papiers hin zu einer Rückseite des Papiers entlang einer senkrechten Richtung zu der Ebene des Zeichnungsblattes wird als eine Y-Richtung bezeichnet und eine Richtung von unten nach oben entlang einer vertikalen Richtung der Ebene des Zeichnungsblattes wird als eine Z-Richtung bezeichnet. In anderen Worten sind die X-, Y- und Z-Richtungen zueinander orthogonale Richtungen. Ferner ist die Beziehung zwischen der X-, Y- und Z-Richtung die gleiche in den Zeichnungen, auf die im Folgenden und in der folgenden Beschreibung Bezug genommen wird. In diesem Beispiel wird die X-Richtung als eine zweite Richtung, die Y-Richtung als eine dritte Richtung, und die Z-Richtung als die erste Richtung bezeichnet.
Der Kontaktfühler 400 weist einen Hebelpunkt 11, eine Feder 12, eine Stange 13, einen Arm 14, einen Stift 15, einen befestigten Abschnitt 16, einen magnetischen Körper 18 und einen Permanentmagnet 18 auf.
Der Stift 15, der sich nach unten erstreckt (negative Z-Seite), ist an einem ersten Ende (Endabschnitt der negativen X-Seite) der Stange 13 befestigt, die sich in der X-Richtung erstreckt. Eine negative Z-Seite des Stiftes 15 kontaktiert das zu messende Objekt. Ein erstes Ende (Endabschnitt der negativen X-Seite) des Armes 14, der sich in der X-Richtung erstreckt, ist mit einem zweiten Ende der Stange 13 verbunden (Endabschnitt der positiven X-Seite). Die Stange 13 und der Arm 14 werden von dem Hebelpunkt 11 in der Nähe gehalten, wo sich die Stange 13 und der Arm 14 miteinander verbinden. Folglich können die Stange 13 und der Arm 14, zentriert an dem Hebelpunkt 11, um eine Rotationsachse in der Y-Richtung rotieren.
Der befestigte Abschnitt 16 ist ein Abschnitt, der an der Messeinrichtung befestigt ist (beispielsweise eine Koordinatenmessmaschine). Um die Figur zu vereinfachen, werden Details der Messeinrichtung nicht in 6 gezeigt. Die Feder 12 ist mit dem Arm 14 an dem ersten Ende und mit dem befestigten Abschnitt 16 an dem zweiten Ende verbunden, sodass eine Ausdehnungs-/Zusammenziehungsrichtung entlang der Z-Richtung liegt.
Ein Magnetkörperbefestigungsabschnitt 17, welches ein Abschnitt des Armes 14 ist, der sich nach oben erstreckt (an der positiven Z-Seite), ist an dem Arm 14 befestigt. Der magnetische Körper 18 ist an einem positiven Z-Seitenende des Magnetkörperanbringabschnittes 17 vorgesehen. In diesem Beispiel weist der magnetische Körper eine kugelförmige Form auf. Dadurch, ähnlich zu der Art wie die Positionen des magnetischen Körpers 6 und des Permanentmagneten 7 in Bezug auf den Stift 4 fixiert werden, gemäß der oben beschriebenen Ausführungsformen, wird eine Position des magnetischen Körpers 18 in Bezug auf den Stift 15 fixiert.
Der Permanentmagnet 19 ist separat in der positiven X-Richtung in Bezug auf den magnetischen Körper 18 vorgesehen. Ähnlich zu dem befestigten Abschnitt 16 wird der Permanentmagnet 19 an beispielsweise der Messeinrichtung (wie beispielsweise einer Koordinatenmessmaschine) befestigt. In diesem Beispiel ist eine positive Seitenoberfläche des Permanentmagnets 19 der Nordpol und eine negative X-Seitenoberfläche des Permanentmagnets 19 ist der Südpol. Demgemäß ist die positive X-Seite des magnetischen Körpers 18 der Nordpol. Als nächstes wird der Betrieb des Kontaktfühlers 400 beschrieben.
In diesem Beispiel wird als ein Betrag des Versatzes des Stiftes 15 der Versatz in einer Richtung gegen den Uhrzeigersinn in Bezug auf die Bezugsposition als ”–” und ein Versatz im Uhrzeigersinn in Bezug auf die Bezugsposition wird als ”+” bezeichnet.
Wenn die Stange 13 und der Arm 14 sich an der Bezugsposition befinden, wird ein Drehmoment in der Minusrichtung (gegen den Uhrzeigersinn) erzeugt, da die Feder 12 sich in einem ausgestreckten Zustand befindet. Zu diesem Zeitpunkt tritt eine Anziehungskraft in der Fläche zwischen dem magnetischen Körper 18 und dem Permanentmagneten 19 nur in der X-Richtung auf. Daher wird kein Drehmoment in der Z-Richtung erzeugt.
Beim Messen wird der Stift 15 gemäß einer Form des gemessenen Objektes versetzt. Demgemäß verändern sich ein von der Feder 12 erzeugtes Drehmoment und die Magnetkraft. Sowie der Stift 15 in der negativen Richtung (gegen den Uhrzeigersinn) versetzt wird, nimmt das Drehmoment, das durch die Feder 12 in der negativen Richtung erzeugt wird (gegen den Uhrzeigersinn), ab. Zusätzlich wird der magnetische Körper 18 auf rotierende Weise gegen den Uhrzeigersinn versetzt. Zu diesem Zeitpunkt erzeugt die Anziehungskraft in der Fläche zwischen dem magnetischen Körper 18 und dem Permanentmagneten 19 einen Anteil in der Z-Richtung. Daher wird Drehmoment in der positiven Richtung (im Uhrzeigersinn) durch die Anziehungskraft in der Fläche zwischen dem magnetischen Körper 18 und dem Permanentmagnet 19 erzeugt.
So wie der Stift 15 in der positiven Richtung (Richtung im Uhrzeigersinn) versetzt wird, steigt das Drehmoment, das durch die Feder 12 in der negativen Richtung erzeugt wird (gegen den Uhrzeigersinn), an. Zusätzlich wird der magnetische Körper 18 auf rotierende Weise im Uhrzeigersinn versetzt. Zu diesem Zeitpunkt erzeugt die Anziehungskraft in der Fläche zwischen dem magnetischen Körper 18 und dem Permanentmagnet 19 einen Anteil entlang der Z-Richtung. Daher wird Drehmoment in der negativen Richtung (gegen den Uhrzeigersinn) durch die Anziehungskraft in der Fläche zwischen dem magnetischen Körper 18 und dem Permanentmagneten 19 erzeugt.
Wie oben beschrieben wurde, wird die Messungskraft des Stiftes 15 durch das Drehmoment in der negativen Richtung (Richtung gegen den Uhrzeigersinn) erzeugt, welches eine Kombination des Drehmomentes, das durch die Feder 12 erzeugt wird, und des Drehmomentes, das durch die magnetische Kraft erzeugt wird, ist. Sowie der Versatz des Stiftes 15 sich in der negativen Z-Richtung erhöht, nimmt die Federkraft ab und die magnetische Kraft nimmt in einer entgegengesetzten Richtung zu der Federkraft ab und folglich heben die Federkraft und die magnetische Kraft einander auf. Sowie der Versatz des Stiftes 15 in der positiven Z-Richtung ansteigt, steigt die Federkraft an und die magnetische Kraft in der entgegengesetzten Richtung zu der Federkraft steigt an. Demgemäß, sowie der Stift 15 in Richtung der positiven Z-Richtung versetzt wird, wird es möglich, die Größe der Kräfte, die im Wesentlichen auf den Stift 4 wirken, konstant innerhalb des Messbereiches zu halten. Als ein Ergebnis wird eine hochgenaue Messung mit einer geringen Veränderung der Messkraft möglich.
So wie es hier festgelegt wird, ist die Feder 12 irgendein elastischer Körper oder eine Einrichtung, der seine ursprüngliche Form wieder einnimmt, wenn er entspannt wird, nachdem er deformiert wurde und ist nicht auf eine Metallfeder beschränkt. Stattdessen ist die Feder 12 nur ein Beispiel eines elastischen Elementes oder Elastomers. In anderen Worten können unterschiedliche Typen an Federn, wie beispielsweise eine Spiralfeder oder andere elastische Elemente oder Elastomere verwendet werden.
Gemäß dem obigen wird der magnetische Körper 18 an dem Arm 14 befestigt, jedoch ist dies nur beispielhaft. Der magnetische Körper kann an der Stange 13 befestigt werden, solange es keine Beeinflussung während der Messung gibt. Zusätzlich kann der magnetische Körper 18 an einer separaten Position zu dem Hebelpunkt 11 in der Z-Richtung angeordnet werden, solange es keine Beeinflussung während der Messung gibt. Ferner wird der Magnetkörperbefestigungsabschnitt 17 nicht benötigt und der magnetische Körper 18 kann einfach an der Stange 13 oder dem Arm 14 befestigt werden, sodass die Position des magnetischen Körpers 18 in Bezug auf den Stift 15 befestigt ist. Ferner kann der Permanentmagnet 19 einfach separat von dem magnetischen Körper 18 in der Radialrichtung eines Orbits (kreisförmiges Orbit) angeordnet werden, in welchem der magnetische Körper 18 versetzt wird.
Weitere Ausführungsformen
Ferner ist die vorliegende Erfindung nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt und kann modifiziert werden, wenn notwendig, ohne von dem Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Beispielsweise kann in den oben beschriebenen Ausführungsformen der Abstand zwischen den magnetischen Elementen, die an zueinander gegenüberliegenden Enden angeordnet sind, gemäß einem Messzweck verändert werden. Das heißt, ein Mechanismus, der es ermöglicht den Abstand zwischen den magnetischen Elementen zueinander an gegenüberliegenden Enden zu verändern, kann zu dem Kontaktfühler gemäß den oben beschriebenen Ausführungsformen hinzugefügt werden und der Abstand zwischen den magnetischen Elementen, die an aneinander gegenüberliegenden Enden angeordnet sind, kann wenn notwendig verändert werden, bevor eine Messung begonnen wird. Das heißt, in den oben beschriebenen Ausführungsformen, kann der Abstand zwischen dem magnetischen Körper 6 und dem Permanentmagnet 7, der Abstand zwischen dem Permanentmagnet 7 und dem Permanentmagnet 8, der Abstand zwischen dem Permanentmagnet 7 und dem Permanentmagnet 9 und der Abstand zwischen dem Permanentmagnet 18 und dem Permanentmagnet 19 jeweils verändert werden. Das Verändern des Abstandes zwischen den einander gegenüberliegenden magnetischen Elementen ermöglicht die Handhabung von Messungen, die eine hohe Messkraft erfordern und das Ansprechverhalten der Messung kann durch Verringern der Messungskraft gemäß einem Messzweck verändert werden. Als ein Ergebnis kann ein einfacher Aufbau verschiedene Messungen und gemessene Objekte handhaben.
Die Stange 13 und der Arm 14 sind unabhängig voneinander in der oben beschriebenen vierten Ausführungsform, jedoch ist dies nur beispielhaft. Folglich können die Stange 13 und der Arm 14 ein einstückiges Element sein.
Ein Kontaktfühler gemäß den oben erwähnten Ausführungsformen kann mit einem Kontaktverhinderungsabschnitt versehen werden, der einen Kontakt zwischen dem ersten magnetischen Element (magnetischer Körper 6, Permanentmagnet 8 und 9) und dem zweiten magnetischen Element (Permanentmagnet 7) verhindert. Der Kontaktverhinderungsabschnitt ist insbesondere effektiv, wenn eine Anziehungskraft auf eine Fläche zwischen dem ersten magnetischen Element und dem zweiten magnetischen Element wirkt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2010-286475 A [0003]
JP 2010-286475 [0006]

Claims

Kontaktfühler, umfassend: einen Stift (4, 15) mit einer Spitze an einem ersten Ende davon und der in einer ersten Richtung so versetzbar ist, dass die Spitze ein zu messendes Objekt kontaktieren kann; eine Feder (2) mit einem ersten festen Ende und einem zweiten Ende, das ausgebildet ist, um eine Kraft an den Stift (4, 15) entlang der ersten Richtung anzulegen; einen ersten Magnet (6, 8, 9, 18), der an dem zweiten Ende des Stiftes (4, 15) befestigt ist; und einen zweiten Magnet (7, 19), der separat von dem ersten Magnet (6, 8, 9, 18) vorgesehen ist, um eine Magnetkraft entlang der ersten Richtung zwischen dem ersten Magnet (6, 8, 9, 18) und dem zweiten Magnet (7, 19) zu erzeugen.
Kontaktfühler nach Anspruch 1, bei dem die Magnetkraft eine Anziehungskraft ist und in einer Fläche zwischen dem ersten Magnet (6, 8, 18) und dem zweiten Magnet (7, 19) wirkt.
Kontaktfühler nach Anspruch 2, bei dem eine Größe der sich ergebenden Kraft, die an den Stift, (4, 15) durch die Feder (2) angelegt wird, und der Anziehungskraft konstant in Bezug auf den Versatz des Stiftes (4, 15) ist.
Kontaktfühler nach Anspruch 1, bei dem eine Abstoßungskraft, die durch die Magnetkraft erzeugt wird, auf eine Fläche zwischen dem ersten Magnet (9) und dem zweiten Magnet (7) wirkt.
Kontaktfühler nach Anspruch 3, bei dem eine Größe einer sich ergebenden Abstoßungskraft, die an den Stift (4, 15) durch die Feder (2) angelegt wird, und der Anziehungskraft sich linear in Bezug auf den Versatz des Stiftes (4, 15) verändert.
Kontaktfühler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem sowohl der erste Magnet (8, 9) als auch der zweite Magnet (7) Permanentmagnete sind.
Kontaktfühler nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem einer aus dem ersten Magnet (6, 18) und dem zweiten Magnet (7, 19) ein Permanentmagnet ist, und der andere ein magnetischer Körper ist.
Kontaktfühler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das zweite Ende ein Ende des Stiftes (4) gegenüber der Spitze ist und der zweite Magnet (7) getrennt in der ersten Richtung in Bezug auf den ersten Magnet (6) vorgesehen ist.
Kontaktfühler nach einem der vorhergehenden Ansprüche ferner umfassend: eine Stange (13), die sich in einer zweiten Richtung senkrecht zu der ersten Richtung erstreckt, wobei die Stange (13) ein erstes Ende aufweist, das mit einem Abschnitt des Stiftes (15) gegenüber der Spitze verbunden ist; einen Arm (14), der sich in der zweiten Richtung erstreckt und ein erstes Ende aufweist, das mit einem zweiten Ende der Stange (13) verbunden ist; und einen Hebelpunkt (11), der die Stange (13) und den Arm (14) so hält, dass die Stange (13) und der Arm (14) in einer dritten Richtung als einer zu der ersten und zweiten Richtung senkrechten Rotationsachse rotierbar sind, wobei der erste Magnet (18) getrennt von dem Hebelpunkt (11) angeordnet ist.
Kontaktfühler nach einem der vorhergehenden Ansprüche ferner umfassend eine Kontaktverhinderungseinrichtung, die ausgebildet ist, um einen Kontakt zwischen dem ersten Magnet (6, 8, 9, 18) und dem zweiten Magnet (7, 19) zu verhindern.
Kontaktfühler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem ein Abstand zwischen dem ersten Magnet (6, 8, 9, 18) und dem zweiten Magnet (7, 19) für jede Messung veränderbar ist.