专利名称：一种特别用于仿形靠模机床的探头装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及到一种探头装置，特别是一种用于仿形靠模机床的探头装置，这种类型的探头装置包括一个支承结构，一个借助弹性的悬挂装置而由所述结构支承的细长形状的可移动件，可操作使得该可移动件能够相对于该结构沿着相对于一规定的静止位置的三个单独的轴执行有限的位移;该可移动件安装在一个探头件的一端上。
传感器装置可提供代表沿可移动件的轴相对于支承结构的位移大小和方向的电信号。
按照本发明的该探头装置其特征在于该悬挂装置包括第一个和第二个片状件中至少一个具有一个孔;一个在每一个片状件的外和内边缘之间形成的螺旋形的缝，该缝绕该孔以大于360°的角延伸;
该片状件设置在沿探头件轴间隔的相应位置中的该支承结构与该探头件之间，每一个片状件的周边部分和围绕孔的部分一个固定到该支承结构上，另一个固定在探头件上。
按照本发明的探头装置的其它特点和优点将从下面的通过非限制性实例与参照附图方式的详述中变得更加清楚。


图1是按照本发明的一个探头装置的透视图;
图2是在图1的Ⅱ-Ⅱ线位置剖开的部分截面图;
图3是在图2的Ⅲ-Ⅲ线位置剖开的截面图;
图4是按照本发明的包括在探头装置中的片状悬挂件的平面图;
图5是表示如在图4中的片状悬挂件的径向弹性常数K做为角α函数的变化情况图;
图6是由被包括在探头装置中的电位传感器提供处理信号的电路图;
图6a是可用在按照本发明的探头装置中的位置传感器的电流/距离特性变化图;
图7是用于计算探头件相对于支承结构沿着一坐标轴位移的方法的说明图;
图8为计算探头件相对于坐标轴位移而设置的电路部分的部分方框图。
参看图1和图2，在一个典型的实施例中表示的该探头装置1包括一个实际上是园筒形状的支承壳，它包括一个上部倒置的杯形件2，该杯形件2通过一种环状的内连件4而连接到位于下面的管形件3上。
该杯形件2通过在图1和图2中的螺钉5固定在中间件4上。该中间件4通过图2中的螺钉6也连接在管形件3上。
在杯形件2的上壁的孔中安装着一个多极电连接头7(图1)。
在该管形件3的下端连接一个平截头园锥的环形件8。
在该管形件3中固定了另外一个具有较短长度的管形件9(图2)。
在上述的管形支承结构中有一通常以图2中的10表示的一个移动组件。该移动件包括一个主体11，该主体11在所述典型的实施例中基本为一个中空的园柱体。
该主体的下端具有带阶梯形外型的园锥形截面，该园锥形截面特别形成一个环形的台肩12。该端部具有一个带螺纹的中心孔，在该中心孔中拧入一个螺钉13，利用该螺钉13使一个环形件14固定在该主体的端部上。另一个环形件15通过螺钉16连接到该件14上。
一个探头杆17通过螺钉18固定到该环形件15上。
正如特别在图1中看到的，该探头杆17具有逐渐向下的锥形外形，以及在底部端接一个球19。
该探头杆17以宽的间隙延伸到该探头装置支承外壳的园锥形端件8的中心孔中。
该主体11的上端也有一个具有阶梯形外型的锥形截面，以及特别形成了一个台肩20。该端部也有一个带螺纹的中心孔，在该中心孔中拧入一个螺钉21，该螺钉21的头部固定一个环形件22。一个成形件24通过螺钉23而固定在该成形件22上;该成形件24的功能下面将更详细的加以说明。
该移动件10同轴的配置着并且以宽的间隙位于上述的管形外壳中，并自它那里弹性地以一种方式悬挂下来，这种方式将在下面说明，例如可以相对于该外壳，沿着图1所示的正交轴X、Y和Z有限移动的方式进行。该乙轴与该探头装置的纵轴相重合。
在典型的实施例中示出的在该支承结构2-9中的移动件10的悬挂利用两对片状的悬挂件A1、A2;B1、B2得到的，这些悬挂件中的一个可以参看图4中的平面图。
这些悬挂件具有一般的环形的形状，特别是具有如图4示出的园环形状。在该图中，该片状的悬挂件的中心孔由25表示。
在每一个片状件的外边缘26与25之间的区域形成了一个最好是对数型的螺旋形缝27。
该每一个片状悬挂件的螺旋形缝27围绕该中心孔25以大于360°的角度延伸。在图4中示出的该实施例中，该螺旋形缝27由一个距该轴为R0的起始点28延伸，以及在实现围绕孔25的三个循环之后中止于点29。这种缝因此角度值为1080°。
如上所述，该缝27最好具有公式为R＝R0emd的对数螺旋形式，其中R表示其一般点距该轴的距离，R0是该螺旋的起始点的半径，以及α是相对于一轴测量的角度，该轴通过螺旋起始点，如图4所示。
该片状悬挂件A1、A2、B1和B2适宜于由基礎回火钢制造，以及它们的螺旋的缝可以通过沿边电火花腐蚀形成。
该悬挂件A1、A2如图2所示配置成围绕在移动件10的主体11的上端。这些悬挂件的孔25的直径实际上等于该主体的端部的外径。
该片状件A2放置在主体11上端的台肩20上。该环形台肩最好具有一个小于该悬挂件的螺旋形缝27与中心孔25之间的最小距离的半径值。
该悬挂件A2的外周边部分放置在环形件32的上台肩上，该环形件32固定在位于内管形件9之上的管形外壳3上。该台肩最好具有小于该悬挂件的螺旋缝27与外边缘26之间的最小距离的半径值。
在悬挂件A1和A2之间放入各自的内和外间隔垫圈30和31，该间隔垫圈30和31具有相同的厚度。
由悬挂件A1和A2以及放入它们之间的垫圈所形成的部件在环32的上台肩与环形内连件4的下边缘4a之间的园柱表面处被卡住。在中心，这个部件被定位在移动件主体11的环形台肩20与锁紧件22的下边缘之间。该悬挂件A1、A2的外边缘26被限制在该管形件3周围的内表面内。
类似的，该悬挂件B1、B2和放置在它们之间的两垫圈33、34的组件特别是无内间隙的放置在移动件10的主体11的下端，并固定在台肩12与锁紧件14的顶部边缘之间的中部。该部件的边缘轴向地固定在管形件3的内台肩3a与环形件35的下边缘之间，该环形件35固定在管形件9之下的该管形件3的内部。
每一对片状的悬挂件A1、A2和B1、B2之间配置一层小球36，该小球36的直径等于或者小于片状件之间的距离，并大于它们的螺旋形缝27的宽度。这些球浸在两个悬挂件和相关的间隔垫圈之间的环形间隙中的粘性液体中。在每一对片状件的相对的面上适宜涂复一种具有高粘度材料的薄膜，特别是比在其中浸入球36的粘性液体的粘度大的粘性油脂。这种高粘度材质特别引起进入该片状悬挂件的螺旋形缝中以这样一种起阻挡层作用的方式来阻碍或者阻止这种粘性液体的漏出。
该球36和浸入该球36的粘性液体，在运行时产生一种有效的振动阻尼作用。
上述的该悬挂件A1到B2的特殊外形是例如允许该移动件10沿着图1的三个独立的轴X、Y和Z相对于一静止位置实现一种有限的位移，在该静止位置，这个移动件实际上相对于周围的支承结构而同心的延伸。
特别是该悬挂件允许该移动件10在X、Y平面通过各个该移动件所在平面的弹性变形而位移。该移动件10在所在X、Y平面方向的位移引起该螺旋形缝27的宽度在这位移方向上减少，以及在相对的方向该缝变宽。
通过发明者进行的计算和试验特别可能确定，图4所示类型的悬挂件具有一个经向的弹性常数K，作为角α函数的该弹性常数K的变化定性地表示在图5中。特别是确定了径向弹性常数K相对于平均值K。实际上具有一种正弦曲线的变化，这种正弦曲线变化在角α变化约180°时为一周期。随着该螺旋形缝围绕悬挂件的中心孔的旋转数增加，该径向的弹性常数的波动宽度逐渐减少。
在图2表示的该实施例中，与螺旋形缝的循环数无关，该经向的弹性常数的(可能的)波动作用能够通过配置悬挂件A1、A2(B、B2)彼此角位移90°或270°而实际上消除。以这种方式由每一对的片状的悬挂件形成的该部件的平均径向的弹性常数实际上是一个常数。
当该探头装置的该可移动件10受到沿着乙轴的位移时，该片状悬挂件A1-B2弹性变形出了它们位于静止位置的平面，为了探测该移动件10相对于支承外壳的位移大小，例如可安置-现在将说明的传感器。
为了探测移动件沿着平行于X、Y平面方向的位移，该环形件35在其内表面上装有4个等角距的传感器41-44(图2和图3)，该四个传感器面对着移动件10的主体11的外表面。每一个传感器包括一个可朝主体11直射一辐射光束的光电二极管，以及一个相关的光电晶体管用于接收由该主体11反射或者散射出的辐射线。
该成对的传感器装置41、42和43，44以这样形式安排即当移动件10朝着一个传感器位移时，由该传感器的光电晶体管接收的辐射增加，而由同一对传感器中的另一个传感器接收的辐射相应的减少。
类似的，四个另外的等角距的传感器固定在环形件32的内表面上(图2)，这四个传感器中仅两个在图2中是可见的，在图2中该两个传感器表示为51和52。
为了探测移动体10沿着乙轴的位移的信号和大小，一个突出横向的托架55(图2)固定到环形内连件4的内部，该托架55在其两个相对的表面装有二个传感器61、62，而且，每一个传感器都包括一个光发射二极管和一个相关的光电晶体管。
托架55在件24的一端表面24a与所述件24的一突出附件24C的表面24b之间延伸，件24沿可移动件10的横轴延伸，而表面24b适于平行于表面24a。
即使没必要的话，托架55也最好以这样一种方式放置，即当可移动件10相对于周围的支承结构处在静止位置时，传感器61和62与面对的表面24a和24b之间隔开相同的距离。
该传感器装置61和62和相关的表面24a和24b以这样的形式设置即移动件10沿着乙轴的位移，引起由一传感器的光电晶体管接收的辐射增加和由另一个传感器的光电晶体管接收的辐射相应的减少。
由传感器61和62的光电晶体管在运行时提供的信号可以按微分方式结合到一起，以提供一个关于可移动件10的轴向移动的大小和信号的指示。
在图6中示出了由并列的位置传感器对，特别是由该成对传感器51、52提供处理信号的电路实施例，自然，相应的电路可以用于处理由另外一对并列的传感器提供的信号。
参看图6，该传感器51的光电晶体管的集电极连接到放大器70的反向输入端，该放大器70的非反向输入端连接到一个直流标准电压电源VR1上。
一个电阻器R1连接到放大器70的反向输入端与输出端之间。利用一个电阻器R2这个放大器的输出端连接到一般用80表示的积分器上，该积分器80包括一个运算放大器90，其非反向的输入端连接到一个直流标准电压源VR2上，并且电容器C连接到这个放大器的反向输入端与输出端之间。
该放大器90的输出端连接到晶体管TR1的基极上，实施例中的该晶体管TR1是一个npn型的。这个晶体管的集电极连接到一个标准电压源Ve上，以及该发射极经过一个电阻器R3连接到传感器51的光电二极管的阳极上。
上述线路的安排是这样，即根据主体11的表面之间的距离变化，该主体11反射/发散由该光电二极管朝光电晶体管发射的辐射线，在光电晶体管中的电流实际上保持不变。
为此该电路相应地改变施加到传感器的光电二极管上的电流。然而，横跨电阻器R3的端部增大的电压正比于该电流，所以指出了传感器51与移动件10的主体11之间的距离d1。该电阻器R3的两端部连接到一个放大器100的输入端上。
对于传感器52的光电二极管和光电晶体管在线路中的连接情况完全类似于上述电路的连接情况，以及该电路的元件单除了终极放大器100′以外都用相同的数字表示。
该放大器100和100′的输出端连接到微分放大器110的(+)和(-)输入端上。
在放大器100和100′运行时提供了相应的表示传感器51、52与可移动件10的主体11之间距离d1和d2的输出信号。在微分放大器110的输出端有一个确定的信号，该确定的信号表示出可移动件相对于周围的支承结构沿着与传感器51和52成一直线方向的位移。
根据相对于表面的距离的变化(该表面反射或者发散入射的辐射线)，在上述类型的传感的光电晶体管中流动的电流以图6a示出的方式变化。正如在该图中示出的，对于距离d≥d0，在光电晶体管中的电流的变化实际上与距离成反比例。通过示出的该光电晶体管集电极的电流为Ic和该传感器与表面之间的距离为d(该表面反射或者发散由光电二级管射出的辐射线)，则某一点具有Ic＝β.I△.1/d，其中β是距离，I△是流入光电二极管的电流和d是传感器距一表面的距离，该表面反射或发散由光电二极管射出的辐射线。
由这个关系可以推导出I△＝(1/β).Ie.d正如已经说明的那样，图6的电路可以予先安排，以便当距离d1和d2变化时，保持在传感器的光电晶体管中流动的电流实际上不变。此时在传感器51和52的光电二极管中流动的电流直接分别正比于距离d1和d2。
因此在微分放大器110的输出端提供的信号实际上正比于d1和d2的差，该差对应于可移动件的轴线沿着与上述两个传感器成一直线的方向上的位移。
当探头装置的可移动件10端部上的球19受到一沿着垂直于Z轴方向的位移时，该可移动件实际上在正好有点平行于Z轴的方向上没有移动而执行与转动相结合的平移运动。这样，例如如果参见图7，由这里用O表示的静止位置开始，探头装置的端球19受到一沿X轴的位移X，则探头装置的可移动件的轴由于还执行围绕Y轴的轻微转动而从图7虚轮廓线所示的静止位置处位移。
重要的是转动运动的中心尽可能远离探头球19，为此目的，一对片状悬挂件B1和B2适宜于比片状悬挂件对A1和A2在径向方向上更易弯曲。
这可以容易地通过用比上片状悬挂件对A1、A2的螺旋槽的宽度大些的宽度形成片状悬挂件B1和B2的螺旋槽而简单地获得。
在探头球19沿X轴位移的情况下，正如图7所示意表示的那样，一对传感器51、52和一对传感器41、42及有关电路分别提供了表示可移动件的轴线相对于静止位置的位移X1和X2(图7)的信号。
所给的两对传感器51、52和41、42相对于探头球19的高度Z1和Z2是已知的，从图7可以很容易得到关于探头球19的运动距离X的如下近似的表达式Y = X2· (Z1)/(Z1- Z2) - X2· (Z2)/(Z1- Z2)在图8中，微分放大器表示为110和110′，在该两个微分放大器中得到了由传感器对51、52和41、42分别提供的信号。由这些放大器输出的信号正比于X1和X2。
该放大器110和110′的输出端连接到处理电路EC上，该处理电路EC根据上面指示的关系处理接受的信号，以及因此在其输出端提供了可以表示该探头球19沿着X轴的有效位移X的信号。
由另外两对沿着Y轴排成直线的传感器提供的信号可以按与前面说明的完全类似的方式参考成对的传感器51、52和41、42进行处理。
参看图2，由不同的位置传感器形成的信号处理电路适宜于安装在这里用PCB表示的电路板上，该电路板安装在该装置的支承外壳上部的内部中。这些传传感器与这些电路之间的连接导线适宜于沿着在支承外壳的内部管形件9中，和在管形件3中、以及假若需要的话，在如图2所示的内连件4的通道中所提供的槽通过。
该上述的探头装置具有良好的工作精度和相当简单的结构。所有的该装置可以以简单的和经济的适宜的方式制造。
自然，保持同样的发明原理，实施例和结构的细节相对于已经说明的和做为非限制性实施例说明的可以广泛的变化，而不脱离本发明的范围。
这样，例如，没有必要用两对片状悬挂件使移动件悬挂到支承结构上，而通常利用一个上悬挂件和一个下悬挂件就足够了。
该片状件不必是平的，例如可以是园锥形的。
而且，位置传感器的数量、类型和安排可以与上面说明的不同，特别是用于探测可移动件沿着X和Y轴位移的传感器的数量可以减少。此外，该传感器可以由可移动件支承而不由支承结构支承。
由传感器提供的信号的处理可以由与上述的电路不同的电路得到。
振动的阻片可以采用本来公知类型的其它结构，例如借助粘性液体(油或其它类似物)得到，该粘性液体被封闭在由体11和周围外壳3之间所组成的环状间隙中，在环状间隙的两端部之间明显具有环形弹性密封件装置。
权利要求
1.一种特别用于仿形靠模机床的探头装置，该装置包括一个支承结构(2-9)，一个借助于弹性的悬挂装置(A1、A2、B1、B2)被结构(2-9)支承的细长的可移动件(10)可操作使得可移动件(10)能相对于该结构(2-9)沿着相对规定的静止位置的三个单独的轴(X、Y、Z)执行有限的位移；该可移动件(10)安装在探头件(17，19)的一端上，以及运行的传感器装置(41-44；51，52；61，62)用于提供代表可移动件(10)相对于该支承结构(2-9)、沿着该轴(X、Y、Z)位移的大小和符号的电信号；该装置的特征在于所述的悬挂装置包括；第一个和第二个片状件(A1，A2；B1，B2)中的至少每一个具有一个孔(25)；一个位于每一个片状件(A1，A2；B1，B2)的外边缘(26)与内边缘(25)之间区域中形成的螺旋形的缝(27)，这样，该缝(27)围绕该孔(25)以大于360°的角延伸；该片状件(A1，A2；B1，B2)放入该支承结构(2-9)与该可移动件(10)之间，并且位于沿着该可移动件(10)的轴间隔开的各个横向位置上；每一个片状件(A1，A2；B1，B2)的周边部分和围绕孔(25)的部分一个固定在该支承结构(2-9)上，以及另一个固定在可移动件(10)上。
2.按照权利要求1所述的探头装置，其特征在于，该悬挂件包括沿着该可移动件(10)的轴间隔开的第一和第二对片状件(A1，A2;B1，B2);每一对片状件(A1，A2;B1，B2)彼此短距离设置。
3.按照权利要求2所述的探头装置，其特征在于，在每一对片状件(A1，A2;B1，B2)之间都设置着用于阻尼振动的阻尼装置(3b)。
4.按照权利要求3所述的探头装置，其特征在于，该阻尼装置至少包括浸在粘性液体中的一层球(36)。
5.按照权利要求4所述的探头装置，其特征在于，每一对片状件(A1，A2;B1，B2)的相对面涂复一层高粘度材质的薄膜，特别是一种粘度大于该粘性液体的油脂;该高粘度材料伸进该片状件(A1，A2;B1，B2)的螺旋形缝(27)中，以这样的一种起阻挡层作用的方式来阻碍或阻止该粘性液体的漏失。
6.按照任何一个前述的权利要求的探头装置，其特征在于，该片状件(A1，A2;B1，B2)是平面的。
7.按照权利要求1至5中的任何一个探头装置，其特征在于，这些片状件(A1，A2;B1，B2)实际上是园锥形的。
8.按照任何一个前述的权利要求的探头装置，其特征在于，这些片状件(A1，A2;B1，B2)的缝(27)实际上具有对数螺旋形式。
9.按照任何一个前述权利要求的探头装置，其特征在于，最靠近探头件(17，19)的一个或多个片状件(B1、B2)均具有螺旋缝(27)，这些螺旋缝(27)的宽度大于距该探头件(17，19)更远的一个或多个片状件(A1、A2)上的缝(27)的宽度。
10.按照权利要求2至9中任何一个探头装置，其特征在于，每一对片状件(A1，A2;B1，B2)的缝(27)是以结果使该对的径向弹性常数实际上不变的这样一种方式相互成角度地偏置。
11.按照权利要求2、8和10的探头装置，其特征在于，每一对片状件(A1，A2;B1，B2)的缝(27)彼此成角度地偏置90°或270°。
12.按照任何一个前述权利要求的探头装置，其特征在于所述的传感器包括对于每个轴(X、Y、Z)，至少第一和第二传感器中的每一个包括一辐射线发射器和一有关的接受器，该接受器以由支承结构(2-9)或可移动件(10)的表面反射或散射的辐射线作为可移动件(10)相对于支承结构(2-9)的相对位置函数变化的这样一种方式连接到可移动件(10)上或连接到支承结构(2-9)上，可移动件(10)沿这个轴相对于支承结构(2-9)的位移引起朝传感器的接受器上的反射和/或发散的辐射线增加，而朝另一个传感器的接受器上反射和/或发散的辐射线减少。
13.按照权利要求12的探头装置，其特征在于，对于不平行于可移动件(10)的(Z)轴的两轴(X，Y)中的每一个，该传感器装置包括靠近一个片状件或一对片状的悬挂件(B1，B2)配置的第一个和第二个传感器(41、42;43、44);以及靠近另一片状件或者另外一对片状悬挂件(A1、A2)配置的第三个和第四个传感器(51，52)。
14.按照权利要求13的探头装置，其特征在于，该第一个和第二个传感器，以及该第三个和第四个传感器相对于可移动件(10)的轴分别位于完全相反的位置。
15.按照权利要求12至14中的任何一个探头装置，其特征在于，每一个传感器包括一个发光二极管和一个光电晶体管，以及一处理电路(70-90;TRI100、100′);该处理和控制电路被安排成供到发光二极管一个电流(I△)，该电流(I△)以使在光电晶体管中流动的电流(Ic)实际上保持不变的这样一种方式变化。
全文摘要
一个探头装置包括一支承结构、在探头件一端装载的可移动件(10)。在支承结构中沿三个轴(X、Y、Z)可移动的安装着一个可移动件(10)，可移动件(10)通过一些片状件(A
文档编号G01B5/016GK1091346SQ9311996
公开日1994年8月31日 申请日期1993年12月23日 优先权日1992年12月24日
发明者M·韦斯科, G·扎拉梅拉 申请人:菲迪亚股份公司