[发明专利]表面跟踪器

说明书

本发明涉及一表面跟踪器，该跟踪器能可靠而精确地测量工件表面。

众所周知，目前已有接触式的表面测量系统，以供连续跟踪和测量工件表面轮廓之用。这一系统包含有表面轮廓跟踪器，装于计算机数据控制三座标测量机或类似测量仪上。跟踪器带有在工件表面上运动的接触式测头，通过检测测头的三维座标值，便可以确定工件的轮廓，这对于形状复杂工件的测量是非常有用的。

例如，一种这样的跟踪已作为美国第3，869，799号专利公布，该跟踪器上有一沿三个坐标方向均能自由运动的检测销，通过使该销追随工件表面，便可实现对所需工件表面轮廓的跟踪。在这种表面跟踪器中，其测量头总是与工件接触的。通过计算测头的测量位移和跟踪器本身的运动，可以得出所需的工件表面的坐标值。另一方面，也可以让测头位移量保持恒定，而控制跟踪器本身的运动，从跟踪器的各座标移动中记录下工件表面的座标值。

在任何情况下，测头总是以一定的预压力与工件接触，因此，测头必须可靠地相对于基座安装，使测头在各个方向的压力均保持恒定。只有大大减小各个部件的摩擦阻力即弹簧的滞后性，才能获得这种稳定的压力。

在上述系统中，其接触压力是通过使用与各座标方向平行的片簧来保持的，这些片簧同时也起复位作用，使测头回复至原点位置即基准位置上。这一系统的缺点在于，由于片簧安装的位置精度没有规律性、片簧的非线性特性和片簧发生变形等原因，使跟踪器的测量值出现方位偏差。

虽然也曾采用过其他方案，但往往由于跟踪器的滑动部件有摩擦损失和其他原因而降低了对工件表面的跟踪能力，这也限制了它在工件测量时的移动速度，因此，这种跟踪器不能很好地作工件表面轮廓测量。

本发明的目标是要提供一种具有高跟踪能力的表面跟踪器，其接触测头在各个方向均保持恒压的情况下与工件表面接触，并能可靠而精确地复位至原点位置即基准位置上。

为达到上述目的，本发明表面跟踪器是由基座和与基座垂直，可沿各自的方向运动的X、Y、Z轴滑座组成，这些滑座通过悬挂弹簧相对于基座悬挂着。

事实上，该基座是通过支杆从基板上悬伸出来的一个支承座，其上支承着Z轴滑座，可沿垂直方向运动。Z轴滑座通过相邻滑座间形成的滑槽与Y轴滑座和X轴滑座连接，这样，X轴滑座和Y轴滑座可作相互垂直运动。设置在最低位置的X轴滑座与测头刚性连接，测头与被测工件接触。

X轴滑座和Y轴滑座的原点位置即基准位置是由复位弹簧确定的，该复位弹簧的下端与X轴滑座连接，上端支承于基座上，并可沿垂直方向滑动。

这样，测头的原点位置可由悬挂弹簧和复位弹簧两者共同确定。

本发明的另一特征是在各相邻滑动表面之间导入压缩空气，形成空气支承，这样，每一滑座均在气浮状态下支承，没有摩擦损失，具有良好的复位性能。

图1是本发明表面跟踪器的纵截面图。

图2是沿图1中Ⅱ-Ⅱ剖视方向的纵截面图。

图3是沿图2中Ⅲ-Ⅲ剖视方向的横截面图。

参看图例，本发明所示的表面跟踪器，其结构如下，跟踪器上有基板10，其顶面可固定于众所周知的计算机数控三座标测量机的测头夹持器上（图未示），通过手动或自动方式可使跟踪器运动至三座标测量机的任何座标位置。

基座16通过固定杆12和14刚性地装在基板10上，故可以支承测头24，使之通过Z轴滑座18，Y轴滑座20和X轴滑座22作任一方向的运动。

从图3可见，基座16是制成方槽形的，带有内周边16a，Z轴滑座的方形滑轴18a装于其中，可作垂直方向（Z轴方向）的滑动。

如图2所示，Z轴滑座18导向块18b，通过Y轴滑槽20a与y轴滑座20相啮合，这样，Y轴滑槽20可在Y轴方向相对于Z轴滑座18自由滑动。

如图1所示Y轴滑座20还有滑槽20b，X轴滑座22通过X轴滑块22a与之可滑动地啮合。因此，X轴滑座22可在X轴方向相对于Y轴滑座20自由滑动。

滑座18、20和22均相对于基座悬挂，如图1所示，弹簧系耳26和28从Z轴滑座18的导向块18b的两端向外伸出，系耳26和28与悬挂弹簧30和32的下端连接，悬挂弹簧30和32的上端与基板10刚性连接，因此，包括测头在内的整个滑座组件被支承在一定位置上，其整个重量由悬挂弹簧30和32的拉力平衡。