[发明专利]测量探针

说明书

本发明涉及一种测量探针，更具体地说是能够对工件上的多轴变化作出反应的测量探针。

欧洲专利第240151A号中的一个实施例提供一个用于计量仪的多轴连续测量探针，更具体地说是一种与一个测量仪配合使用的对工件的三维变化作出反应的形状测量装置，这种测量仪带有移动探针的装置，因而所得到的数据是探测信号与位移信号的函数。

用于形状测量的连续探针与触发探针不同。连续探针通过与工件连续接触来测量其形状。整个测量工作可能对工件的每一给定面积进行一系列的测量，由于工件的三维形状，探针必须在每两次这种测量之间重新定位。这种探针易于与触发探针区分，后者进行间歇的接触，以获得坐标测量读数。此外，触发探针有一个机械限定的静止位置，由此静止位置确定一个固定的基准位置，由这个基准位置出现所有的位移，而这个基准位置必须总是可复现的，即：针头的位移触发一个给出接触点坐标的输出信号，而不是将探针自身的位移测量值作为输出信号。

熟悉计量学专业的人都知道，测量探针在一个很定的位移范围内操作，并且它们在这个范围内的操作精确度是标定的。从英国专利第1499003号中得知，其针头在X，Y和Z轴上位移的探针由分离的多组弹性悬浮装置，即三组垂直的片簧提供，针头的静止位置就是每组弹簧的松弛状态。对于这些探针，它们的大小限制了探针接触复杂工件的能力，它们的运动部件的惯性又限定了数据收集的速率。

数据收集的速率直接与探针的频率响应相关。该频率响应是与探针针尖跟随轮廓外形变化的速度相关的参数-如果频率响应不足，针尖就可能与工件脱离接触，在连续形状测量中这点必须予以避免。例如在圆度测量中，工件是在一个转盘上旋转-旋转的最大速度主要是由测量探针的频率响应来控制。具有较高频率响应的探针允许使用较大范围的旋转速度，并促进了在这种旋转速度下探针跟随轮廓外形变化的能力。因此，一个较高的旋转速度增加了数据的获得率以及用于工件检查的仪器的能力，即：合适的频率响应增大了多轴探针相对于单轴探针的优越性，为完成所有的测量数据，后者需要数次重新定位。

探针的频率响应受到探针运动部件的惯性和针头测量刚度的影响。高的惯性减少频率响应，而高的测量刚度增加频率响应。因此良好的频率响应只能在具有高测量刚度的高惯性探针上获得。然而，高的测量刚度必然会引起由针尖施加到工件上的大的力，如果这个力太大势必会降低用这种探针进行的测量准确性。

英国专利第2004656号公布了另一种具有多轴位移能力和基准点位置的测量探针的结构，这种探针用固定在壳体的边缘上的弹性件将针头装在壳体上，其基准点位置由弹性件推动一块安装板使针头接触壳体来确定，针头从这一位置绕着几个不同的枢轴点移动。这一安排也同样存在上述缺点，特别是在精确度和结果的重复性（由于由多于一个枢轴点而引起的机械变化）以及频率响应方面。

英国专利GB2112139号公布了一种多根线缆和作用在包括一个针头的各个部件上的弹簧结构。弹簧中没有一个是反向的，而且似乎没有东西可以阻止所有的弹簧同时闭合。所有部件似乎都能任意地扭转，而且并没有表示出针尖的运动如何能够产生出测量输出信号。

本发明的目的是克服这些缺点，提出一种探针，它具有更高的精确度，所获的结果的可重复性和加强频率响应的特点。此外，对于在一个圆度测量仪上进行的形状测量而言，由本发明的实施例可以认识到，在针头的轴向方向上（Z方向）探针的刚度要求比针头在X，Y方向上移动的探针刚度更高。这个测量刚度是与施加在针头上使其位移的测量力相连系的。

在一个实施例中，还保证了使用中的针头重新定位不会损害结果的重复性。

本发明包括各种不同的方式。其中一个方式提出了一种测量工件用的探针，它包括由相反方向作用的回复力安装悬置针头的装置，这些回复力中至少有一个是弹性力，以便确定一个平衡的静止位置。

可以配置调整回复力中至少一个回复力的装置。

所谓弹性力就是一种其强度随着逆弹性力方向上的位移而增加的力，例如一般由弹簧施加的力。由于力的强度随着位移而变化，所以，它可以用来抵抗一个或多个其它的力以确定一个平衡位置。应当注意到，虽然相对的一个力或几个力在实际上一般都是弹性力，但并不一定要求他们是弹性力。如果一个弹性力被一个恒力所对抗，平衡将出现在弹性力等于恒力的位置。

本发明的另一种方式是提供了一种在工件上进行多轴连续测量的探针，它包括一个由相反方向作用的回复力悬置安装的针头，这些回复力中至少有一个是弹性力，以便确定一个平衡的静止位置。