专利名称：机械零件的线性尺寸检测头的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种机械零件的线性尺寸检测头，包括一个机壳，一个带有第一及第二部分的可移动臂，其中第一部分部分地位于机壳内部而第二部分完全位于机壳外部，一个位于机壳内并与第一部分相连的位置传感器，一个与第二部分相连用于接触被检测零件的探头，一个零点设定装置，它通过调整所述臂的第一部分及第二部分之间的相互布置来调整所述检测头，以检测不同标称尺寸的零件，所述零点设定装置包括一个位于所述可移动臂和所述机壳之间的可移动机械参考装置，其大致安装于所述机壳的外部，所述可移动机械参考装置可处于两个位置，该两个位置分别用于将所述可移动臂的第一部分保持在相对于机壳的预定位置，和释放所述第一部分。
背景技术：
气动检测头，更具体地说，用于检测磨床机械加工件线性尺寸的气动检测头是公知的。它包括一个或者两个可移动臂，每个臂包括两个可以相互调整的部分，第一部分与所述检测头的传感器相连，第二部分带有一个探头，用于接触检测件。
意大利专利IT 1179306中描述了一些形式的上述气动检测头，其中可移动臂的两个部分通过摩擦相连的方式相互相连，同时含有可移动机械参考装置的零点设定装置位于其相应的检测头机壳的外部，该零点设定装置能够以一种极为简单的方式实现检测头的机械零点设置。更具体地说，所述机械参考可以设置在零点设定位置，该位置确定并设定或者辅助设定所述移动臂两个部分中与所述传感器直接相连部分的布置。这种布置与所述传感器的一个零点配置相对应，并且当需要从测量一种确定的标称尺寸的零件，如，一个确定的直径，变为测量不同的标称尺寸(直径)的零件时这种布置被锁定。为了对检测头进行零点设定，将一个新的标称尺寸的样件放置在测量位置(例如外部磨床的活顶尖和尾顶尖之间)，并且手动向所述臂的带有探头的部分施力。这个力必须足够大以改变上述部分与另一部分之间的布置，并且移动探头使其与样件相接触。由于有机械参考装置的存在，在上述操作过程中，所述传感器信号大体保持在零点检测值。
一旦所述探头被移动到接触到所述零件并停止施加于所述臂的力，所述机械零点设定操作结束。机械参考装置被移动从而解锁了所述可移动臂与所述传感器相连的部分，并且使得整个可移动臂能够测量位移，同时组成所述臂的两个部分的布置由于摩擦相连而保持不变。
所述零点设定通过一个简单的电子零点设定操作可以更加精确的实现，该操作包括操作一个位于一个放大器内的电位器，该放大器检测并显示所述与可移动臂相连的传感器的信号。
这样，在根据意大利专利IT 1179306所述的检测头中，由于所述零点位置的锁定，就可能通过一种极为简单而快捷的方式实现机械零点设定操作。通过这种方式，有经验并且熟练的操作者为达到使探头接触到样件同时一个测量信号大致为零的条件而不得不执行的过长或者重复性的操作，就可以被避免。由于所述摩擦相连和可移动机械参考部分都位于所述检测头机壳的外部，进一步使得将所述零点设定装置应用于一般的检测头而不需大量结构上的改变和/或可能影响位于所述检测头机壳内部的组成部分的结构改变成为可能。
在检测机械加工工具正在加工的机械零件的操作过程中或者在将检测头和被测零件之间移近或者移远的过程中，所述臂可能会受到冲击。虽然所述的冲击可能很小并且不会破坏所述臂或者是所述检测头的其他组成部分，但是它们可能会改变由摩擦相连设定的所述臂不同部分之间的布置，并且进而改变零点位置。除了需要停止机械加工以再次进行零点设定操作这个严重的问题之外，还可能发生这样的情况，即零点位置的改变没有被注意到并且检测操作也没有停止，其结果是错误可能在机械零件的加工过程中发生。
此外，在前述意大利专利中所提及的检测头中，在零点设定操作的过程中，正确的零点位置可能被需要施加的不可忽视的力所导致的臂的弯曲所改变，这种改变是在一种不可预知的情况下发生的，从而改变每一个臂的不同部分之间的摩擦相连。
发明内容
本发明的目的是提供一种检测头，它包括一个以一种简单、快捷的方式，非常准确，安全又非常稳定的进行零点设定操作的装置，提高了所述检测头的整体可靠性。
本发明另一目的是提供一种检测头，它有一个可靠，非常紧凑又易于使用的零点设定装置，无须实质性的改造就可以用在市场上现存的检测头中。上述及其他一些目的及优点将通过权利要求1所述的检测头加以实现。
下面结合本发明优选实施例的附图对本发明予以说明，并且上述附图是以非限制性的方式示例性的给出，其中图1和图2是一个气动检测头(gauging head)的部分侧视剖面图，包括一个处于不同工作状态的本发明所述的快速零点设定机构；图3是沿图1所示的箭头III方向观察得到的检测头的俯视图；图4是沿图1所示的箭头IV方向观察得到的所述检测头的放大的主视图；图5是沿图4中V-V线的部分去除的剖视图，显示了所述零点设定机构的结构细节—一些不是剖视图；图6是类似于图5的零点设定机构的部分去除的剖视图，此时所述零点设定机构工作于图2所示的状态。
具体实施例方式
图1至图5所示的气动检测头包括一个机壳1-大体上为棱形，如平行六面体(parallelepipedon)形，它有一个较低的闭合盘2和一个前部闭合盘3。所述闭合盘3通过一个固体块4支承一个有回弹力的可变形元件，该可变形元件获得了一个支点5并形成了一个垂直于图1和图2所示平面的几何旋转轴。
一个固定于支点5的可移动的测量臂7包括一个第一部分8和一个第二部分9，该第一部分8部分位于所述壳体1内部，该第二部分9完全位于壳体1的外部并且相对于所述第一部分8是可调的。所述第一部分8由两部分构成，一个臂7的末端部分8t，该末端部分8t几乎完全位于所述壳体1的内部并从所述前闭合盘3的开口14突出，一个所述臂7的中间部分8c，该中间部分8c刚性相连于从盘3突出于机壳1所述末端部分8t的末端。所述末端部分8t和中间部分8c之间的刚性相连可以通过如螺栓16等方式实现。一部分显示于图4中的有回弹力的垫片17与一个移动臂7相连，并且在盘3与机壳1相连，而实现密封，同时允许可移动臂7的测量移动。
一个弹簧10，如一个复位弹簧，位于机壳1和所述第一部分8之间，更具体地说，是位于机壳1和第一部分8的末端部分8t之间。参见图1和图2，所述弹簧10推动所述臂7逆时针旋转。所述可移动臂7连接于已知的有磁芯的差动变压器位置传感器11，未显示于图中，位置传感器11由一个相连于所述部分8的杆件12，和一个包括差动变压器绕组的支承部13支承。电缆15中的电线伸出支承部13，固定于机壳1，并且将所述检测头连接至电源、放大和显示单元，未显示于图中。
位于所述机壳1外部的第二部分9，由两部分组成，即所述臂7的中间部分9c和所述臂7的末端部分9t，该中间部分9c以可调的方式相连于部分8，后面将做详细描述，所述臂7的末端部分9t通过螺栓18刚性相连于所述中间部分9c。在末端部分9t的自由端所述臂7的第二部分9带有一个探头19，该探头19受所述弹簧10的作用接触被测零件(图中没有示出)的表面。
一个零点设置装置40包括一个快速锁定/解锁装置20用以在确定的相互布置下锁定和解锁所述可移动臂7的第一部分8和第二部分9，后面将做详细描述。所述快速锁定/解锁装置20，如图5和6中分别相应于图1和图2中的布置而详细显示的，包括-一个第一部分8的中间部分8c的末端中空部件21，它形成有一个大体上平行于臂7的几何旋转轴的锁定轴；-一个导向部件22，其以大体上刚性的方式而对准所述锁定轴地相连于所述中空部件21的内部，并带有一个螺纹孔23，和精确导向面36；
带有一个止推(thrust)销24的止推元件，与所述螺纹孔23相连，并在非螺纹的部分可沿锁定轴方向移动的与所述导向面36相连，所述止推元件包括一个位于所述中空部件21的外侧末端的头25并且在中空部件21内部的自由端形成一个止推面26；-一个大体为盘状的传送元件27，与所述止推销24的头部25共轴地相连并且通过一个螺纹径向定位销(dowel)28锁定到头部25上；-一个连接元件33形成有一个外部截头锥形夹紧面31，其一侧通过螺栓37刚性地固定于所述第二部分9的中间部分9c，其另一侧部分地在所述中空部件21的通孔处位于其内部，并且该中空部件21形成一个内部截头锥形夹紧面32。一个支撑面34形成于位于中空部件21内部的所述相连部件33的端部区域并且与所述销(pin)24的止推面26配合；以及-一个弹性压缩元件，更具体地说一个弹簧35，安装于所述导向部件22和所述连接元件33之间，用以在外部夹紧面31和内部夹紧面32之间施加一个大致恒定的止推力。
所述传送元件27有足够的厚度，形成一个大致为圆筒形的侧表面30，并且其特点是在不同的角度区段有不同的径向尺寸。更具体地，在图中所示的例子中，传送部件27和相应的侧表面30在大约为90度角度区域中径向尺寸比其他270度的径向尺寸小。
一个驱动杆29径向与所述传递部件27向相连，例如通过螺纹相连，在图中未示出，用以驱动传递部件27绕所述锁定轴实现旋转移动。
所述零点设定装置40还包括一个突出的元件41和一个参考定位销42，该突出的元件41刚性固定于机壳1的盘3，该参考定位销42与所述突出元件41可调节地相连，所述定位销42形成一个第一接合(abutment)和参考面43。所述传送元件27的侧表面30在有着更大的径向尺寸的270度区域形成有一个与所述可移动臂7一体的第二接合和参考面44，特别是与所述第一部分8的中间部分8c为一体，以在将在后面加以描述的零点设定阶段与所述第一接合和参考面43相配合。
所述快速锁定/解锁装置20的传递部件27实现所述零点设置装置40的可移动机械参考。所述传送元件27绕所述锁定轴的旋转移动受手动操作的驱动杆29的影响，并且在零点设定阶段帮助确定并设定所述可移动臂7的第一部分8的机械零点位置，在该位置由传感器11提供的信号至少大体上保持一个零测量值。
图中所示的所述检测头的操作，更具体地说是所述零点设定装置的操作将在后面加以描述。
当所述传送部件27位于如图2和6所示的位置时，即侧表面30相应的减小的径向尺寸的区域面向所述参考定位销42，所述检测头位于测量位置以对确定标称尺寸的被测零件进行测量。事实上，在该位置时，位于所述螺纹孔23中的所述销24的布置是，所述面26向支撑面34施加一个恒定的止推力，该力足够使所述截头锥形面31和32相对锁定并且以一种固定的方式锁定在所述可移动臂7的第一部分8和第二部分9之间共同位置(mutual position)。此外，在前面提到的传送元件27所在的位置，与机壳1一体的所述第一支承和参考面43与侧表面30分离(如前所述，有着较小径向尺寸的90度区域面向参考定位销42)，并且不影响所述可移动臂7的测量移动。
当需要转而测量不同标称尺寸的测量件时，如，标称尺寸较大，就要执行下述操作。操作者，通过手动操作杆29，使得传递部件27逆时针方向旋转直到参考定位销42在较大径向尺寸区接触到侧表面30。图1，3，4和5即显示了这种情况。
定位销42的第一定接合和参考面43和第二接合和参考面44之间的接触，即，所述传递部件27的侧表面30的270度区域由弹簧10的作用而保持。在这种情况下，或者“零”情况下，所述部分8被保持在一个相对于机壳1预定的位置，这样由传感器11传输的信号大致上相当于由连接于所述检测头的单元提供的零指示值。如果需要的话，这种参考状况可以通过旋转定位销42以调整所述面43相对于所述元件41的位置而更改，只要所述更改在可能的检测头设定阶段是必要的。
所述传送元件27的逆时针旋转会使得所述止推销24相应地旋转，从而移离所述连接元件33，直到到达装置20的解锁状态(图5)，由于有适当的预防性设定，当存在如图1所示的配置时，上述操作得以实现。在解锁的状况下，弹簧35在夹紧面31和32之间施加一个力，这个力足够使两者在一个相互的角度位置(mutual angularposition)相对静止，所述位置可以通过臂7的部分8和部分9之间的轻微的推动力而改变。
在这种配置中，操作者操作臂7第二部分9的末端9t以驱动探头19与样件相接触。很明显，通过相对于第一部分8相对旋转第二部分9就可以实现。最后，操作者再次移动所述杆29至图2中所示的位置，这样相对于机壳1释放所述移动臂7的部分8(进一步使所述第一接合和参考面43和所述第二接合和参考面44相互分离)并且将第一部分8和第二部分9锁定在一起。所述面36有助于精确地导引所述销24沿锁定轴的移动并且保持所述销24在锁定位置沿所述轴对准(图6)，避免了由于与孔23之间螺纹相连的余隙所带来的错位，这就提高了零点设定装置40的重复性。这样，所述机械零点设定操作结束并且可以通过操作一个连接于所述检测头的单元中的特定电位器来实现电子零点设定而完成零点设定。
对于前述检测头的设定是提前进行的，并且在操作中只进行一次，当预见到仅仅通过操作径向定位销28以将传送元件27与所述销24的头部在一个允许的角度位置相连，如前所述，发生下列情况在图1所示的配置中(所述装置20的解锁位置)，当后者相对于机壳1固定于零点位置时，所述臂7的第二部分9相对于第一部分8解锁，-并且在图2所示的配置中(装置20的锁定位置)，当所述臂7能够自由执行测量时，第一部分8和第二部分9之间的锁定相对于机壳1移动。
这样，本发明所述的检测头继承了意大利专利1179306中所述检测头的优点，如，零点设定装置位于机壳外部，这种特性使得应用变得灵活，通过加以简单快速的变动，就可以应用于现有的检测头也可以用于那些难以在内部加入一个简单机构的检测头。
在本发明带来的附加的优点中，一方面使得用一种坚固且安全的方式锁定所述可移动臂7的配置能为可能，即，组成臂7的部分8和部分9之间的相互位置，另一方面使得改变所述零点设定配置而无须向臂7施加过多的力成为可能，从而避免了臂7的弯曲。
此外，至此所显示并描述的实施例有进一步的优点，即仅仅通过所述杆29的一个移动就可以实现从零点设定状态至工作状态的转换，反之亦然，其中·在零点设定状态下(图1和图5)传感器11的机械零点位置被设定，并且可能通过保持所述状态不变，而通过改变所述移动臂7的配置驱动探头19至样件，并且·在工作状态下(图2和图6)，当臂7能够执行测量移动时，移动臂7的配置，即组成臂7的部分8和部分9之间的相互位置被锁定并且基本上是不能移动的。
进一步，在前述意大利专利1179306中已经揭示的优点，包括无须使用特殊工具而简单并且快捷地进行零点设定操作，在上述检测头中得到了加强，其中在操作零点设定机构40以形成一个预定的机械零点位置前，甚至不需要手动移动所述臂7。
虽然目前为止所显示的实施例中的检测头只有一个可移动臂7，但是很明显，所述零点设定装置40可以用于已知的检测头每一个可移动臂，该检测头有一个机壳，两个相对于机壳移动的可移动臂，并且与相关传感器相连用于内外径检测。一个相似的有两个可移动臂的检测头(未显示)有两个突出部件与所述机壳为一个整体，它与元件41完全类似，相连的参考定位销42用于与相连于所述两个臂7的可移动机械参考部分27的外侧面30相配合。所述两个零点设定装置的任何一个的结构特征和操作都和图中所述的机构40相类似。
本发明结合气动检测头加以说明，即测量机械零件尺寸与标称或者参考尺寸之间的差值的检测头。然而，本发明也可以被很好的用于绝对值检测头中，即直接测量机械零件尺寸的检测头。在类似的检测头中，所述零点设定装置使得能以简单、快捷的方式改变测量范围。
在实际应用中，分别将组成可移动臂7的组成部分8和9分为两个部分8t，8c和9t，9c，但是对于本发明的检测头这并不是必须的，所述第一部分8和/或第二部分9可以制成一个单件。图中所示的两个部分的结构在后面应用于现有的检测头中是有优势的，其中通过用带突出部分41的盘3替换所述闭合盘，并且通过与相连于支点5和传感器11的末端部分8t相同的(identifiable)的第一部分，和与带有探头19的末端9t相同的(identifiable)的第二部分之间插入新的附加部分8c和9c，就可以简单的完成对现有检测头的改造，其中附加部分8c和9c由零点设定机构40相连。
另一个可能的结构细节，与上述显示并描述的不同，预见用一个已知的系统来取代所述精确导引面36(或在精确导引面36加上一个已知系统)，以提高销24与所述孔23之间的螺旋相连。更具体地说，可以预见在止推销24与所述孔23之间插入一种螺纹插件，或者螺纹自锁插件，包括多角摩擦线圈(polygonal frction coils)。这可以通过一种非常坚固的方式调整止推销24相对于导引元件22之间的位置，并且从而提高了所述可移动臂7的第一部分8和第二部分9之间锁定的可靠性。本发明的检测头可以有很多其他的替换结构，如，所述快速锁定/解锁装置20和/或所述零点设定机构40的可移动机械参考可以通过不同的方式实现，实质是已知的，并且可以彼此之间物理隔离。甚至如图所示的所述第一参考面43相对于所述定位销42面的位置也可以通过不同的方式加以实现或布置，并且与一个不同的部分相连，仍然与所述机壳1为一体。
权利要求
1.一种用于机械零件线性尺寸检测的检测头，包括机壳(1)，可移动臂(7)，带有部分地位于所述机壳(1)内部的第一部分(8)，和完全位于所述机壳(1)外面的第二部分(9)，在机壳(1)内部的位置传感器(11)，与所述第一部分(8)相连，与所述第二部分(9)相连接的探头(19)，用于接触被测零件，零点设定装置(40)，通过调整所述可移动臂(7)的第一部分(8)和第二部分(9)之间的相互布置以调整所述检测头，来检测不同标称尺寸的零件，所述零点设定装置(40)包括一个位于所述可移动臂(7)和所述机壳(1)之间的可移动机械参考部分(27)，其大体上位于所述机壳(1)的外部，所述可移动机械参考部分(27)适合于具有两个位置，在该两个位置可分别将所述可移动臂(7)的所述第一部分(8)保持在一个相对于机壳(1)预先设定的位置和释放所述第一部分(8)，其特征在于所述零点设定装置(40)包括一个位于所述可移动臂(7)的第一部分(8)和第二部分(9)之间的快速锁定/解锁装置(20)。
2.根据权利要求1所述的检测头，其中所述零点设定装置(40)包括与所述机壳(1)为一体的第一支承和参考面(43)，所述可移动机械参考部分(27)包括与所述可移动臂(7)为一体的第二接合和参考面(44)，所述第一接合和参考面(43)和所述第二接合和参考面(44)适合于相互配合以限定所述预先设定的位置。
3.根据权利要求2所述的检测头，其中所述快速锁定/解锁装置(20)限定所述第二接合和参考面(44)。
4.根据权利要求3所述的检测头，其中在所述快速锁定/解锁装置(20)适合于在位于解锁位置时，所述第一接合和参考面(43)和第二接合和参考面(44)相互接触以限定所述预先设定位置，而适合于在位于锁定位置时，所述第一接合和参考面(43)和所述第二接合和参考面(44)相互分离。
5.根据权利要求4所述的检测头，其中所述快速锁定/解锁装置(20)包括锁定面(32，31)，其与所述可移动臂(7)的第一部分(8)和第二部分(9)为一体，并且止推元件(24)适合于可一个靠在另一个上地推动所述锁定面(32，31)以使所述可移动臂(7)的第一部分(8)和第二部分(9)在所述快速锁定/解锁装置(20)的所述锁定位置上相对彼此锁定。
6.根据权利要求5所述的检测头，其中所述快速锁定/解锁装置(20)包括弹性压缩元件(35)，适合于使所述锁定面(32，31)在所述快速锁定/解锁装置(20)的解锁位置保持彼此支撑。
7.、根据权利要求5或6所述的检测头，其中所述止推元件包括止推销(24)，该止推销(24)适合于沿一锁定轴一个在另一个上地推动所述锁定面(32，31)。
8.根据权利要求5至7中任一权利要求所述的检测头，其中所述快速锁定/解锁装置(20)包括与所述止推元件(24)相连并且手动操作的传送元件(27)，所述传送元件(27)和所述止推元件(24)与所述可移动臂(7)的第一部分(8)相连。
9.根据从属于权利要求7的权利要求8所述的检测头，其中所述传送元件(27)大致为盘形，与止推销(24)相连并且用于绕所述锁定轴旋转移动，所述传送元件(27)形成所述可移动机械参考部分并包括一个弯曲的侧表面(30)，该弯曲的侧表面(30)限定了所述第二接合和参考面(44)。
10.根据权利要求9所述的检测头，其中所述第二接合和参考面(44)是由所述弯曲的侧表面(30)的较大径向尺寸的部分形成的。
11.根据权利要求9或10所述的检测头，包括径向与所述传送元件(27)相连的驱动杆(29)，用于使得操作者能够手动操作所述传送元件(27)以执行所述绕锁定轴的旋转移动，而将所述快速锁定/解锁装置(20)从锁定位置转换为解锁位置，反之亦然。
12.根据权利要求2至11中任一权利要求所述的检测头，其中所述机壳(1)包括闭合盘(3)，该闭合盘有一个开口(14)用于允许所述可移动臂(7)通过和测量移动，和与所述闭合盘(3)为一个整体的突出元件(41)，该突出元件(41)带有所述第一接合和参考面(43)。
13.根据权利要求12所述的检测头，其中一个参考定位销(42)以可调的方式相连于所述突出部件(41)并限定所述第一接合和参考面(43)。
14.根据前述任一权利要求所述的检测头，其中所述可移动臂(7)的所述第一部分(8)和所述第二部分(9)中的每一个都包括所述可移动臂(7)的末端部分(8t，9t)和中间部分(8c，9c)，其相互刚性相连，所述快速锁定/解锁装置(20)布置成在所述中间部分(8c，9c)之间，所述可移动机械参考部分(27)在所述可移动臂(7)的第一部分(8)与中间部分(8c)相连。
全文摘要
一种气动检测头包括一个基本上密闭的机壳，一个包括第一部分、第二部分及一个零点设定机构的可移动臂，其中第一部分部分位于所述机壳内并与一个位置传感器相连；第二部分位于机壳外部，包括一个探头以接触检测件；所述零点设定装置用以调整气动检测头以检测不同标称尺寸的检测件。所述零点设定机构位于机壳的外部，包括一个位于所述臂的第一及第二部分之间的快速锁定/解锁装置，和一个与所述臂的第一部分相连的可移动机械参考装置，并且包括一个参考面与另一个相应参考面相配合，用以将所述臂的第一部分相对于机壳保持在一个预定位置。所述快速锁定/解锁装置和所述可移动机械参考装置一起操作以解锁所述臂各部分之间的连接，同时保持预定位置，并且可以锁定所述两个部分同时释放所述臂。
文档编号G01B7/00GK1890530SQ200480034369
公开日2007年1月3日 申请日期2004年11月16日 优先权日2003年11月20日
发明者C·达拉利奥 申请人:马波斯S.P.A.公司