测头及测针组件的制作方法

本发明涉及测量技术领域，尤其涉及一种测头及测针组件。

背景技术：

现代机械加工中的一个重要要求是加工工件的精度，利用测头测针来提高机械加工的精度是常用的手段。测头测针主要是由测球、测杆、测柄三部分组成，测头是测量机触测被测零件的发讯开关，用来拾取信号；测针安装在测头上作为触发式传感器的执行元件。常用的测头，按结构原理可分为机械式、光学式和电气式等；而按测量方法又可分为接触式和非接触式两类。测头作为信息采集的核心部件十分重要，是工件测量尺寸的第一反馈环节。

现有技术中，测头仅仅能够进行5个维度的测量，而对于z轴(纵向)向下的方向，无法触发信号。例如，在一些复杂工件例如内沟槽、底平面或负角度等需测量时，需要纵向向外延伸测头，而z轴(纵向)向下测头的方向无法采集数据。另一方面，现有技术中，测头测量完毕后采取弹簧结构复位，时间长有磨损和疲劳问题，会严重降低复位精度，使用寿命短。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种测头及测针组件，用以解决现有技术中的问题。

为解决上述问题，本发明提供了：

一种测头，包括第一定位件、第二定位件和第三定位件，所述第一定位件和所述第三定位件分别固定在所述测头的上层和下层，所述第三定位件的中心设有内孔，所述第二定位件穿设于所述内孔中；

所述第一定位件的下表面设有2n个凸出件，所述第二定位件的上表面设有n个凸出件，所述第三定位件的上表面设有2n个凸出件；其中，n≥3，所述第三定位件与所述第二定位件上的所述凸出件之间通过所述第一定位件的所述凸出件连接。

作为对上述的测头的进一步可选的方案，所述第一定位件、第二定位件和第三定位件的材质或工艺处理后均为绝缘体，所述凸出件为导体；所述凸出件为定位棒或定位球。

作为对上述的测头的进一步可选的方案，所述第一定位件的下表面设有2n个互不接触的定位棒，所述第二定位件的上表面设有n个互不接触的定位球，所述第三定位件的上表面设有2n个互不接触的定位球。

作为对上述的测头的进一步可选的方案，所述定位棒沿径向延伸，包括内端和外端；所述内端用于与所述第二定位件的定位球相接触，所述外端用于与所述第三定位件的定位球相接触。

作为对上述的测头的进一步可选的方案，所述第一定位件、所述第二定位件和所述第三定位件分别设有容纳所述凸出件的凹槽。

作为对上述的测头的进一步可选的方案，所述第一定位件和所述第三定位件上的所述凸出件两个为一组，每两组所述凸出件之间的夹角为360/n度；所述第二定位件上的每两个所述凸出件之间的夹角为360/n度。

作为对上述的测头的进一步可选的方案，所述第一定位件位于所述第二定位件和所述第三定位件的正上方。

作为对上述的测头的进一步可选的方案，所述测头还包括位于所述第一定位件上方的第一磁铁；

所述第一定位件中心设有第一通孔，所述第一通孔内固定装配有第二磁铁；所述第一磁铁和所述第二磁铁相互排斥；

所述第二定位件中心设置第三磁铁，所述第三磁铁和所述第二磁铁相互吸引。

作为对上述的测头的进一步可选的方案，还包括将所述电路板与所述凸出件导通的信号柱，所述信号柱与所述第三定位件上的所述凸出件点接触。

一种测针组件，所述测针组件包括测针和上述的测头，所述测针固定连接在所述测头轴心线正下方。

本发明的有益效果是：本发明提出一种测头及测针组件，测头在6个维度移动均可以触发信号，测头在竖直方向上可以向里也可以向外。通过凸出件的组合两两之间点接触，实现全闭环通路，极小的偏移量都会使得信号断开，从而触发信号。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1示出了测头及测针组件的整体结构示意图；

图2示出了定位棒定位球电信号连接的结构示意图；

图3示出了测头及测针组件的结构爆炸图；

图4示出了第三磁铁及第二定位件的结构示意图；

图5示出了定位球固定座的结构示意图。

主要元件符号说明：

1-外壳；2-电路板；3-第一磁铁；4-固定框架；5-信号柱；6-第二磁铁；7-第一定位件；8-定位棒；9-定位球；10-第二定位件；11-第三定位件；12-密封圈；13-测针固定件；14-测针；15-第三磁铁。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

实施例一

如图1和图3所示，为测头及测针14组件的整体结构示意图和爆炸图，测针14组件包括测头和测针14，测针14固定连接在测头轴心线正下方。在测头内部有一个有源电路，当测针14组件静止时是闭合的通路。当使用该测针14组件进行测量时，测针14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14产生微小的摆动或向测头内外移动，当测针14偏离一个很小的角度，会切断原本闭合的有源电路，形成触发动作，只要测针14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。

结合图4和图5所示，测头包括固定在测头上下两层的第一定位件7、第二定位件10和第三定位件11，第一定位件7、第二定位件10和第三定位件11是测头中的3个定位元件，能够支撑和固定有源电路的各个连接组件。第一定位件7位于第三定位件11的上方，第三定位件11的中心设有内孔，第二定位件10穿设于内孔中。即第一定位件7位于第二定位件10和第三定位件11的上方，第二定位件10直径小于等于第三定位件11的内孔直径。

第一定位件7的下表面设有2n个互不接触的凸出件，第二定位件10的上表面设有n个互不接触的凸出件，第三定位件11的上表面设有2n个互不接触的凸出件。

第一定位件7、第二定位件10和第三定位件11的材质或工艺处理后为绝缘体，避免定位件和其上设置的凸出件相互导通，造成短路。同一个定位件上的凸出件之间互不接触，凸出件之间只能通过不同定位件上的凸出件相互接触进行导通。即第一定位件7上的凸出件两两之间不接触，由于第一定位件7为绝缘体，因此第一定位件7上的凸出件相对于第一定位件7绝缘；同理，第二定位件10上的凸出件相对于第二定位件10绝缘；第三定位件11上的凸出件相对于第三定位件11绝缘。

其中，n≥3，第三定位件11与第二定位件10上的凸出件之间通过第一定位件7的凸出件连接，即相连的凸出件共有n组。

当n＝3时，第一定位件7的下表面设有6个凸出件，第二定位件10的上表面设有3个凸出件，第三定位件11的上表面设有6个凸出件，第一定位件7上的凸出件和第三定位件11上的凸出件相连，第一定位件7上的凸出件和第二定位件10上的凸出件相连，共有3组凸出件。

在本实施例中，凸出件为定位棒8或定位球9，定位棒8为圆柱体，圆柱体的圆弧状侧面凸出第一定位件7(或第二定位件10或第三定位件11)的表面。

在另一实施例中，凸出件为圆锥滚子，圆锥滚子为圆锥和半球的组合体，其中半球侧面凸出第一定位件7(或第二定位件10或第三定位件11)的表面。

优选的实施方式是第一定位件7的下表面设有2n个定位棒8，第二定位件10的上表面设有n个定位球9，第三定位件11的上表面设有2n个定位球9。定位棒8沿径向延伸，包括内端和外端；内端用于与第二定位件10的定位球9相接触，外端用于与第三定位件11的定位球9相接触。

在本实施例中，第一定位件7、第二定位件10和第三定位件11分别设有容纳凸出件的凹槽，凸出件固定在凹槽中。

在本实施例中，第一定位件7和第三定位件11上的凸出件两个为一组，每两组凸出件之间的夹角为120°；第二定位件10上的每两个凸出件之间的夹角为120°。即n＝3，第一定位件7和第三定位件11上设有3组(6个)凸出件，第二定位件10上设有3个凸出件。

进一步的，如图2所示，第一定位件7的下表面设有3组(6个)定位棒8，第二定位件10的上表面设有3个定位球9，第三定位件11的上表面设有3组(6个)定位球9。定位棒8沿径向延伸，包括内端和外端；内端用于与第二定位件10的定位球9相接触，外端用于与第三定位件11的定位球9相接触。

定位棒8或定位球9是导电材质的，在测头静止的状态下，每组第一定位件7上的定位棒8将设置在第二定位件10上表面的一个定位球9和设置在第三定位件11上表面的两个定位球9分别相连。形成“球-棒-球-棒-球”的导体相互连接。由于第二定位件10设置在第三定位件11的中心内孔中，第二定位件10直径小于等于第三定位件11的内孔直径，可以理解为，第二定位件10上表面的定位球9为内圈球，第三定位件11上表面的3组(6个)定位球9为外圈球。位于上方的第一定位件7下表面的一组定位棒8将一个内圈球和一组外圈球连接起来，形成“外圈球-棒-内圈球-棒-外圈球”。

在本实施例中，第一定位件7位于第二定位件10和第三定位件11的上方，第三定位件11与测头的外壳1固定连接。通过在第二定位件10的中心设置第三磁铁15(如图4所示)，使得第二定位件10有向心的吸合力，能够从根本上提高测头开启和合位的精度，同时磁铁复位，磁铁间没有磨损和疲劳，能够延长测头的使用寿命。

测头上方固定设置电路板2，电路板2下方固定有第一磁铁3，第一磁铁3设置在电路板2的下方。或者电路板是中空环形，此时，第一磁铁3可位于电路板上方或电路板中间，电路板中心设置第一磁铁3。电路板2设置在第一定位件7的上方，第一磁铁3也设置在第一定位件7的上方。

第一定位件7中心设有第一通孔，第一通孔内固定装配有第二磁铁6，第二磁铁6为圆柱体或阶梯圆柱体。第二磁铁6从第一通孔穿出的凸出部分位于第一磁铁3正下方，第一磁铁3和第二磁铁6相互排斥，使得第二磁铁6向测针14方向挤压第一定位件7，静止时，第一定位件7在磁铁的作用下，紧密贴合在第三定位件11的上表面的凸出件顶面。第三磁铁15与第二磁铁6相互吸引，静止时，第二定位件10在磁铁的作用下，紧密贴合在第一定位件7的上表面的凸出件顶面。

在另一实施例中，移除第一磁铁3，在第一定位件7上方设置一个压缩弹簧，其他结构不变，第一定位件7通过弹簧固定在电路板2下方，第三定位件11与测头的外壳1固定连接，位于第一定位件7的下方。第二定位件10与测针固定件13固定连接，测针14固定连接在测针固定件13上。当测针14微小的摆动(前后左右)或向测头内外移动时，第一定位件7和第二定位件10也随之产生位移量，当移开测针14后，第一定位件7与第二定位件10在弹簧的压力作用下进行复位，第一定位件7与第二定位件10在磁铁的相吸力作用下进行复位。

测头还包括将电路板2与凸出件导通的信号柱5，信号柱5与第三定位件11上的凸出件点接触。信号柱5也是导电材质的。信号柱5将电路板2和第三定位件11上的3组定位球9相连，将3组“球-棒-球-棒-球”连入闭环的通路。

如图1所示，测针14组件包括测针14和测头，测针14固定连接在测头轴心线正下方。测针14包括位于测头顶端的电路板2，电路板2下方固定设置第一磁铁3，电路板2四周设有固定框架4，固定框架4内固定有信号柱5，信号柱5另一端连接下方的第三定位件11。第一磁铁3下方设置有第二磁铁6，第二磁铁6与第一定位件7固定连接，第一定位件7下方设置第三定位件11，第三定位件11内孔中活动设置第二定位件10，第一定位件7、第二定位件10和第三定位件11端面上设有凸出件。第三定位件11与外壳1固定连接。第二定位件10下方连接测针固定件13，测针固定件13与第二定位件10一体成型或固定连接，测针固定件13穿出测头的外壳底部，通过密封圈12密封，测针固定件13另一端连接测针14。

当测针14组件进行精密测量时，将测针14组件竖直放置，测针14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14产生微小的摆动或向测头内外移动。测针14微小的位移带动测针固定件13产生位移，而测针固定件13进一步带动第二定位件10产生位移。

当测针14前后左右摆动，第二定位件10将在平面上发生转动，第二定位件10上的3个定位球9将跟随转动，从而发生相对于定位棒8的位移，由于第二定位件10上的3个定位球9两侧分别与第一定位件7上的定位棒8点接触，一旦发生相对位移，则接触点断开，使得原本通路的闭环电路断开，信号柱5将断开信号传递给电路板2，从而触发信号。

当测针14相对于测头向外移动，即测针14向下移动时，第二定位件10跟随向下移动，第二定位件10上的3个定位球9也向下移动，由于3个定位球9两侧分别与第一定位件7上的3组(6个)定位棒8点接触，此时一旦发生相对位移，则接触点断开，使得原本通路的闭环电路断开，信号柱5将断开信号传递给电路板2，从而触发信号。

当测针14相对于测头向内移动，即测针14向上移动时，第二定位件10跟随向上移动，第二定位件10上的3个定位球9也向上移动，在第二定位件10的压力下，第一定位件7跟随向上移动，第一定位件7上的3组(6个)定位棒8发生相对位移，第三定位件11上的每个定位球9与定位棒8点接触，当定位棒8发生位移时，定位棒8与第三定位件11上的定位球9的接触点断开，使得原本通路的闭环电路断开，信号柱5将断开信号传递给电路板2，从而触发信号。

进一步的，第一磁铁3和第二磁铁6的排斥力大于第三磁铁15与第二磁铁6的吸引力，使得当第二定位件10在平面上发生转动时，第一定位件7的位置固定不动。

3组“球-棒-球-棒-球”连入闭环的通路，定位球9与定位棒8之间点接触，当测针14前后左右摆动，第二定位件10将在平面上发生转动，即第二定位件10上的定位球9相对于第一定位件7上的定位棒8进行滚动，滚动运动可以提高触发精度和复位精度，相对之间发生运动所需的力更小，减小测针形变与被测物体的形变。

实施例二

本实施例与实施例一的区别在于，第一定位件7、第二定位件10和第三定位件11上分布的定位棒8或者定位球9之间的数量及夹角不同。

在本实施例中，n＝4，第一定位件7和第三定位件11上的凸出件两个为一组，每两组凸出件之间的夹角为90°；第二定位件10上的每两个凸出件之间的夹角为90°。即第一定位件7的下表面设有4组(8个)定位棒8，第二定位件10的上表面设有4个定位球9，第三定位件11的上表面设有4组(8个)定位球9。定位棒8沿径向延伸，包括内端和外端；内端用于与第二定位件10的定位球9相接触，外端用于与第三定位件11的定位球9相接触。在测头静止的状态下，每组第一定位件7上的定位棒8将第二定位件10上的一个定位球9和第二定位件10上的两个定位球9分别相连，形成4组“球-棒-球-棒-球”的导体相互连接。

或者，n＝6，第一定位件7和第三定位件11上的凸出件两个为一组，每两组凸出件之间的夹角为60°，第二定位件10上的每两个凸出件之间的夹角为60°，形成6组“球-棒-球-棒-球”的导体相互连接。

或者，n＝n(n≥3且n为整数)，第一定位件7和第三定位件11上的凸出件两个为一组，每两组凸出件之间的夹角为360°/n，第二定位件10上的每两个凸出件之间的夹角为360°/n，形成n组“球-棒-球-棒-球”的导体相互连接。

实施例三

在本实施例中，第一定位件7、第二定位件10和第三定位件11表面定位棒8或者定位球9的分布与实施例一不同。

在本实施例中，第一定位件7的下表面设有2n个定位球9，第二定位件10的上表面设有n个定位球9，第三定位件11的上表面设有2n个定位球9；其中，n≥3，第三定位件11与第二定位件10上的定位球9之间通过第一定位件7的定位球9连接，即相连的凸出件共有n组，形成n组“球-球-球-球-球”的导体相互连接。

或者，第一定位件7的下表面设有2n个定位球9，第二定位件10的上表面设有n个定位棒8，第三定位件11的上表面设有2n个定位棒8；其中，n≥3，第三定位件11上的定位棒8与第二定位件10上的定位棒8之间通过第一定位件7的定位球9连接，即相连的凸出件共有n组，形成n组“棒-球-棒-球-棒”的导体相互连接。

本发明提出的测头及测针组件，测头在6个维度移动均可以触发信号，测头在竖直方向上可以向里也可以向外。通过凸出件的组合两两之间点接触，实现全闭环通路，极小的偏移量都会使得信号断开，从而触发信号，触发精度和复位精度大大提高。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。