表面粗糙度測量單元和坐標測量設備的制作方法
表面粗糙度測量單元和坐標測量設備的制作方法
【專利摘要】本發明涉及表面粗糙度測量單元和坐標測量設備。根據本發明的表面粗糙度測量單元包括：接觸銷單元，其具有接觸銷和變位檢測器，接觸銷被設置成通過滑塊的通孔突出和縮回并且沿著工件表面掃描和移動，變位檢測器檢測接觸銷在與工件表面垂直的方向上的變位；驅動部，其沿著工件表面前后移動接觸銷單元；以及接合部，其將接觸銷單元和驅動部連結到坐標測量系統的測量頭保持件。表面粗糙度測量單元還包括檢測滑塊與工件表面的接觸的接觸檢測器。
【專利說明】表面粗糖度測量單元和坐標測量設備
[0001]相關申請的引用
[0002]本申請根據《美國法典》第35卷119條要求2012年10月18日提交的日本申請N0.2012-230818的優先權，該日本申請的全部公開內容通過引用包含于此。
【技術領域】
[0003]本發明涉及表面粗糙度測量單元和坐標測量設備。更具體地，本發明涉及能夠安裝到坐標測量設備且與坐標測量設備一起使用的表面粗糙度測量單元。
【背景技術】
[0004]已知坐標測量設備用于測量工件的三維輪廓形狀(例如，日本特開2006-201105號公報)。
[0005]坐標測量設備包括:測量頭，測量頭在觸針的頂端具有與工件接觸的接觸球；移動機構，該移動機構在X軸方向、Y軸方向和Z軸方向上三維地移動測量頭；以及主機，該主機用于測量和記錄測量頭的移動。已知測量頭的示例是當接觸球推入工件一定量時輸出接觸信號的接觸探頭。
[0006]還存在如下情況:將諸如工件表面上微小的不平坦和起伏(也可以稱為表面紋理)的表面粗糙度作為測量對象。日本特開平11-190621號公報公開了一種表面紋理測量裝置。日本特開平11-190621號公報公開的表面紋理測量裝置包括接觸銷單元和沿著工件表面前后移動接觸銷單元的驅動部，該接觸銷單元包括在與工件表面垂直的方向上可變位的接觸銷。
[0007]接觸銷單元包括接觸銷和變位檢測器，該接觸銷測量由表面粗糙度表示的表面紋理，該變位檢測器檢測所述接觸銷的變位。表面紋理測量裝置利用驅動部沿著工件表面前后移動接觸銷單元，并且此時利用變位檢測器檢測接觸銷的變位。然后表面紋理測量裝置將該變位轉換為電信號，并且對電信號進行預定的處理以獲得工作表面粗糙度的測量值。
【發明內容】
[0008]當測量工件的加工精度時，例如，除了工件的三維輪廓形狀以外，可能需要測量工件的表面粗糙度。當工件的輪廓形狀和表面紋理兩者都被測量時，直至此時，利用坐標測量設備測量工件的表面輪廓，之后將工件從坐標測量設備轉移到表面紋理測量裝置。然后，利用表面紋理測量裝置測量工件表面的表面粗糙度。然而，當需要這種轉移時，則需要更多的步驟，由此大大地降低了測量效率。
[0009]日本特開昭63-289410號公報描述了能夠測量工件的表面粗糙度的坐標測量裝置。具體地，公開了將接觸銷單元安裝于坐標測量裝置的Z主軸的頂端的思想。
[0010]在日本特開昭63-289410號公報中描述的技術中，接觸銷單元被安裝到坐標測量裝置的Z主軸的頂端，并且，通過移動機構移動坐標測量裝置的Z主軸以沿著工件表面驅動接觸銷單元。然而，當接觸銷單元被坐標測量裝置的移動機構驅動時，接觸銷單元在與接觸銷單元的行進方向垂直的方向上因為來自活動的坐標測量的震動而不可避免地振蕩。在這種情況下，考慮到測量工件的表面粗糙度所需的分辨率，確定測量結果是表面粗糙度還是由于坐標測量裝置的移動機構所產生的振蕩而導致的誤差是幾乎不可能的。換言之，當接觸銷單元測量工件的表面粗糙度時，有必要將接觸銷單元從坐標測量裝置的移動機構分離。因而，難以將坐標測量裝置的移動機構作為表面粗糙度測量裝置的驅動部使用。此外，存在另一種擔心。當測量表面粗糙度時，首先需要通過使用坐標測量裝置的移動機構將接觸銷單元適當地設定在工件的預定位置處。然而，即使當接觸銷單元與工件表面接觸時，也不可能檢測到接觸銷單元是否已經被適當地設定在工件表面上，由此不能適當地測量表面粗糙度。因此，不能簡單地通過將接觸銷單元安裝到坐標測量裝置的Z主軸的頂端來測量表面粗糙度。
[0011]為了解決上述情況設計了本發明，并且本發明的目的是提供能夠連結到坐標測量設備的表面粗糙度測量單元。
[0012]根據本發明的表面粗糙度單元包括:接觸銷單元，其具有接觸銷和變位檢測器，接觸銷被設置成通過滑塊的通孔突出和縮回并且沿著工件表面掃描和移動，變位檢測器檢測接觸銷在與工件表面垂直的方向上的變位；驅動部，其沿著工件表面前后移動接觸銷單元；和接合部，其將接觸銷單元和驅動部連結到坐標測量裝置的保持件。表面粗糙度測量單元還包括檢測滑塊與工件表面的接觸的接觸檢測器。
[0013]本發明提供了能夠連結到坐標測量裝置的表面粗糙度測量單元。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0014]下面參照所附的多張附圖并借助于本發明的示例性實施方式的非限定性示例，在【具體實施方式】中進一步地說明本發明，其中相似的附圖標記表示附圖中多個視圖的相似的部分。
[0015]圖1示出了根據第一實施方式的坐標測量系統的構造；
[0016]圖2 (a)、圖2 (b)和圖2 (C)示出了根據第一實施方式的表面粗糙度測量單元的外觀；
[0017]圖3示出了根據第一實施方式的驅動部的內部；
[0018]圖4示出了根據第一實施方式的探頭的截面的一部分；
[0019]圖5示出了根據第一實施方式的探頭與工件接觸的狀態；
[0020]圖6 Ca)示出了根據第二實施方式的碰撞檢測器；
[0021]圖6 (b)示出了根據第二實施方式的碰撞檢測器；以及
[0022]圖7示出了根據第一實施方式的表面粗糙度測量單元與標準球。
【具體實施方式】
[0023]此處借助于示例示出了僅用于本發明的實施方式的說明性討論的細節，并且為了提供對于本發明的原理和概念性方面的說明被認為是最有用的及容易理解的而呈現這些細節。在這方面，沒有嘗試示出比對本發明進行基本理解所必需的細節更詳細的本發明的結構細節，而結合附圖的說明使得對于本領域技術人員來說如何在實踐中實現本發明的構成是顯而易見的。[0024]本發明的關鍵點是能夠安裝到坐標測量裝置并且與坐標測量裝置一起使用的表面粗糙度測量單元的構造。然而，為了便于稍后的說明，首先說明包括坐標測量裝置的坐標測量系統的構造。
[0025]圖1示出了坐標測量系統100的構造。坐標測量系統100包括坐標測量裝置120和計算機終端140。
[0026]坐標測量裝置120包括:臺架121，在臺架121上放置工件W ;測量頭122，其掃描和測量工件W的輪廓形狀；以及移動機構130，其在X、Y和Z方向上三維地移動測量頭122。
[0027]此處，示出的測量頭122具有接觸式傳感器探頭單元，在接觸式傳感器探頭單元中，接觸球127設置于觸針(stylus)的頂端；然而，接觸式傳感器探頭可以變成不同種類。(在稍后的說明中，將提供對能夠替代接觸式傳感器探頭單元而使用的表面粗糙度測量單元的說明。)
[0028]如圖1所示，XYZ垂直坐標系被定義為機器坐標系。X方向是圖1中的左右方向，Y方向是圖1中紙張的前后方向，而Z方向是上下方向。
[0029]移動機構130包括門狀框架131、X-滑動器133、Z軸主軸134以及驅動機構(圖中未示出)。門狀框架131具有水平梁132，該水平梁132在X軸方向上橫向橋接且能夠在Y軸方向上移動。
[0030]X-滑動器133具有在Z軸方向上延伸的柱體并且能夠沿著水平梁132在X軸方向上滑動。Z軸主軸134被插入到X-滑動器133的內部，并且在Z軸方向上是可滑動的。
[0031]驅動機構(圖中未示出)由門狀框架131、在各軸向上驅動X-滑動器133和Z軸主軸134的馬達等構成。
[0032]具有測量頭122的接觸式傳感器探頭被安裝到Z軸主軸134的底端并且包括接觸球127。坐標測量裝置120利用移動機構130移動測量頭122并且使接觸球127與工件W接觸，以測量工件W的形狀。
[0033]如上所述，坐標測量系統100的測量頭的頂端是可替換的。例如，接觸式傳感器探頭單元與測量頭一起使用，并且首先測量工件的輪廓形狀。接著，表面粗糙度測量單元安裝到坐標測量系統以替換接觸式傳感器探頭單元。由此，利用表面粗糙度測量單元測量工件的表面粗糙度。
[0034](第一實施方式)
[0035]說明根據本發明的第一實施方式的表面粗糙度測量單元。表面粗糙度測量單元能夠被連結到坐標測量系統100的移動機構130，并且替代接觸式傳感器探頭使用。在下文中，參照【專利附圖】
【附圖說明】本發明的實施方式。
[0036]圖2 Ca)是表面粗糙度測量單元I的側視圖。圖2 (b)是表面粗糙度測量單元I的俯視圖。圖2 (c)是表面粗糙度測量單元I的主視圖。
[0037]表面粗糙度測量單元I包括接觸銷單元3、驅動部4、第二支撐部6和接合部40。表面粗糙度測量單元I通過接合部40連結到移動機構130(具體地，Z軸主軸的底端)。(第二支撐部6連接到接合部40以將接觸銷單元3和驅動部4結合到接合部40。稍后將作為第二實施方式說明細節。)
[0038]圖3是說明驅動部4的內部機構的圖。圖4是說明接觸銷單元3的內部機構的圖。首先參照圖4說明接觸銷單元3的機構。[0039]接觸銷單元3包括內部具有空間的殼體18、在殼體18的內部能夠振蕩的接觸銷桿20以及變位檢測器16。殼體18包括大致筒狀主體和從主體前端突出的突出部(nose) 17。此外，滑塊(skid) 11被設置到突出部17的頂端。
[0040]滑塊11在其內部具有L形通孔19，并且通孔19連接到突出部17內部的中空部。
[0041]接觸銷桿20包括在其頂端指向下的接觸銷12(為了便于說明，表面粗糙度測量單元I的上下方向被定義為圖2 (a)和圖3至圖6 (b)的紙張上示出的上下方向。此外，紙張的左側表示表面粗糙度測量單元I的前側；紙張的右側表示表面粗糙度測量單元I的后側)。接觸銷桿20穿過主體和突出部17。接觸銷12以從滑塊11的底端的開口面向外部的方式設置于接觸銷桿20的頂端。接觸銷桿20的中間部通過板簧21被安裝到主體的內部空間。板簧21用作接觸銷桿20的振蕩點并且彈性地支撐接觸銷桿20，使得接觸銷12平衡在從滑塊11的底面稍微突出的狀態下。
[0042]變位檢測器16設置于主體的內部。變位檢測器16具有鐵氧體板22和感應檢測器23。
[0043]鐵氧體板22被安裝到接觸銷桿20后端的上表面。感應檢測器23被安裝到主體的內部空間的與鐵氧體板22相對的位置。
[0044]滑塊11的底面是在測量時與工件W接觸的工件接觸面。當滑塊11的底面沿著工件W的被測量面移動時，接觸銷12根據被測量面的表面粗糙度上下移動。當接觸銷12上下移動時，感應檢測器23檢測該上下移動。感應檢測器23輸出檢測信號，并且利用該信號測量工件W的被測量面的表面粗糙度。接觸銷單元3向外輸出工件W的被測量面的表面粗糙度的測量結果。
[0045]再參照圖3，接著說明驅動部4。圖3示出了驅動部4的機構。驅動部4包括第一支撐部7、驅動機構24以及接觸檢測器15。而且，由虛線示出驅動部殼5。
[0046]第一支撐部7包括L形框架25、將接觸銷單元3連結到框架25的連結件14以及限制框架25的移動方向的引導部26。
[0047]框架25置于接觸銷單元3的上方并且使接觸銷單元3的后端是懸臂支承的。這里，框架25具有如下形狀:組件25a被定位成類似屋頂地懸浮在接觸銷單元3的上側，并且組件25b從組件25a成直角地彎曲并且面對接觸銷單元3的后端。
[0048]連結件14將接觸銷單元3的后端連結到組件25b。這里，連結件14具體為板簧。當沒有被施加其它力時，板簧對接觸銷單元3向接觸銷單元3與組件25a分離的方向施力。如圖3所示，接觸銷單元3的前端(也就是，滑塊11)以低于接觸銷單元3的后端的方式傾斜。
[0049]引導部26具有引導軸27并且支撐框架25，使得框架25能夠平移。引導軸27插通設置于組件25a的上表面的軸承27a和27b的通孔。
[0050]驅動機構24由馬達28、進給螺桿29和螺桿接收螺帽30構成。與進給螺桿29螺紋連接的螺桿接收螺帽30被設置在組件25b的底端面。理所當然，進給螺桿29和引導軸27彼此平行地設置。
[0051]馬達28被連接到螺紋連接到螺桿接收螺帽30的進給螺桿29的終端。當驅動馬達28轉動時，進給螺桿29在與被測量面平行的方向上移動，并且框架25沿著引導軸27移動。[0052]這里，對馬達28、進給螺桿29、螺桿接收螺帽30設置在框架25的組件25b的底面側的構造提供說明，然而，馬達28、進給螺桿29和螺桿接收螺帽30可以設置在框架25的側面側或者頂面側。
[0053]接觸檢測器15設置在接觸銷單元3與框架25之間，以檢測滑塊11在工件W上的接觸。圖5示出了滑塊11 (以及接觸銷12)與工件W接觸的狀態。具體地，接觸檢測器15由光傳感器151和屏蔽板152構成。
[0054]光傳感器151設置在組件25a的底面并且具有光發射器151a和光接收器151b。光發射器151a發光，而光接收器151b接收光。當光接收器151b不能接收到光時，能夠檢測到在光發射器151a和光接收器151b之間存在阻擋光的物體。此外，屏蔽板152在接觸銷單元3的殼體18的頂面設置在與光傳感器151相對的位置。
[0055]如上所述，在滑塊11與工件W的被測量面沒有接觸的狀態下，由連結件14對接觸銷單元3施力使得滑塊11低于接觸銷單元3的后端。在該狀態下，由于接觸銷單元3與組件25a分離，所以屏蔽板152不會阻擋光傳感器151的光。另一方面，當滑塊11與工件W的被測量面接觸時，滑塊11由被測量面推高，由此接觸銷單元3被推高。因此，接觸銷單元3的頂面和組件25a的底面彼此接近，并且屏蔽板152阻擋光傳感器151的光。采用這種方式，光傳感器151檢測接觸銷單元3的傾斜度由滑塊11接觸工件W所引起的微小改變。當接觸檢測器15檢測到滑塊11已經接觸工件W時，表面粗糙度測量單元I輸出檢測結果。一旦接收到該檢測結果，移動機構130停止在接近工件W的方向上運動。此后，表面粗糙度測量單元I開始測量工件W的表面粗糙度。換言之,轉動地驅動馬達28,由此,接觸銷單元3沿工件W的表面前后移動。
[0056]根據本實施方式的表面粗糙度測量單元I能夠檢測滑塊11與工件W的被測量面接觸時所引起的接觸銷單元3的傾斜度的微小改變。因此，雖然僅通過使用坐標測量裝置120的移動機構130的驅動精確性難以將接觸銷單元3設定于工件W的表面的適當位置，但是能夠通過使用來自接觸檢測器15的檢測信號使得滑塊11 (以及接觸銷12)與工件W適當接觸。此外，由于當接觸檢測器15檢測到滑塊11與工件W之間的接觸時，停止通過移動機構130使表面粗糙度測量單元I運動，也能夠防止諸如損壞像滑塊11等精密組件等的事故。此外，由于接觸檢測器15能夠精確地檢測滑塊11與工件W之間的接觸，所以沒有必要朝工件W緩慢地移動表面粗糙度測量單元I來避免事故。因而，能夠進一步地提高測量效率。也可以是如下的另一種構造:用作接觸檢測器15的接觸銷單元3基于接觸銷12的變位檢測與工件W接觸。然而，考慮到接觸銷單元3的變位檢測器16的測量范圍和分辨率，接觸銷單元3必須朝工件相當緩慢地移動。在這一點上,本實施方式的接觸銷單元不要求將表面粗糙度測量單元I緩慢地移向工件W，由此，能夠進一步地提高測量效率。此外，由于本實施方式的測量單元I包括驅動滑塊11的驅動部4，當測量表面粗糙度時可以停止移動機構130的驅動。因而，不會發生由于移動機構130的驅動導致的表面粗糙度測量結果的錯誤。因此，本實施方式的測量單元I能夠精確地檢測表面粗糙度。此外，本實施方式的測量單元I不使用坐標測量裝置的移動機構130來測量表面粗糙度，由此，例如，該測量單元I能夠被安裝到諸如機器人、機床等其它裝置。
[0057](第二實施方式)
[0058]除了第一實施方式中說明的接觸檢測器以外，本發明的表面粗糙度測量單元I還包括碰撞檢測器50。碰撞檢測器50檢測表面粗糙度測量單元1，而不是滑塊11，與未預料到的障礙物碰撞。
[0059]表面粗糙度測量單元I的接觸銷單元3需要進行高精度的平移。因而，在一定程度上限制了滑塊11、引導部26和驅動機構24之間的位置關系，因此，必然難以確保滑塊11的底端面與驅動部殼5的底面之間的足夠間隙。例如，如圖2 (a)至2 (c)所示，滑塊11的底端與驅動部殼5的底面通常彼此大致等聞。因而，在由于有缺陷的加工等引起在工件W的表面留下不平坦處或者凸起的情況下，例如，當使得表面粗糙度測量單元I更接近工件W的表面以使滑塊11與工件W的表面接觸時，可能的情況是，表面粗糙度測量單元I本身，諸如驅動部殼5的底面，可能在滑塊11之前與突起等碰撞。
[0060]因而，當嘗試利用連結到移動機構130的表面粗糙度測量單元I測量工件W時，例如，碰撞檢測器50防止表面粗糙度測量單元I在操作者不期望的位置被突起(例如，工件W的表面上的有缺陷加工)損壞。
[0061]圖6 (a)和圖6 (b)示出了第二支撐部6的構造。第二支撐部6設置在外蓋6a的內部。
[0062]第二支撐部6包括支撐部殼51、卷簧52、支撐板53、光傳感器55和屏蔽板56。碰撞檢測器50由光傳感器55和屏蔽板56構成。
[0063]支撐部殼51是內部中空的殼體并且由在下表面具有凹部的矩形頂板51a、在中央部具有孔51d的矩形底板51b以及連接頂板51a的外周與底板51b的外周的壁51c構成。將接觸銷單元3的驅動部殼5連接到支撐板53的連接構件54被插入到底板51b的孔51d中。
[0064]支撐板53是矩形的并且經由三個或更多鋼球57將支撐板53保持在底板51b上。(因為圖6 (a)和圖6 (b)是側視圖，所以圖6 (a)和圖6 (b)應當被解釋成僅具有兩個可見的鋼球57)多個接收孔58設置在底板51b的上表面上以接收鋼球57。接收孔58設置成防止鋼球57滾動并且接收孔58是錐形凹部。
[0065]在這里，將支撐部殼51的頂板51a、底板51b和支撐板53描述成具有矩形形狀；然而，形狀不限于此。這些形狀可以例如是圓形、等邊三角形、等腰三角形和正方形等。換言之，需要設置至少三個鋼球57來保持支撐部殼51的表面。
[0066]支撐板53被固定地連結到連接構件54，并且根據驅動部殼5的傾斜度而以相同角度傾斜。
[0067]卷簧52設置在頂板51a與支撐板53之間。通過卷簧52的彈性力使支撐板53按壓底板51b。用于插入卷簧52的凹部設置到頂板51a的底面和支撐板53的頂面兩方。在底板51a用作座部而支撐板53用作支撐部的狀態下,支撐板53安放在底板51b上。
[0068]光傳感器55設置到壁51c。光傳感器55包括光發射器55a和光接收器55b。在光發射器55a與光接收器55b之間發光和接收光，由此,光傳感器55檢測在光發射器55a與光接收器55b之間是否存在阻擋光的物體。屏蔽板56設置到支撐板53的與壁51c中的光傳感器55相對的側面。當支撐板53與底板51b平行時，屏蔽板56被設置成插入在光傳感器55的光發射器55a與光接收器55b之間。圖6 (b)不出了驅動部殼5與障礙物接觸的狀態。當障礙物與驅動部殼5的前端部附近的底面接觸時，驅動部殼5的前端部被升高，并且驅動部殼5傾斜。在驅動部殼5傾斜的同時，通過連接構件連接到驅動部殼5的支撐板53傾斜。因此，插入到光傳感器55的屏蔽板56變位，并且光傳感器55的檢測狀態改變。因而，能夠檢測到驅動部殼5已經與外部障礙物接觸。因此，根據本實施方式的表面粗糙度測量單元I能夠檢測與被測量面之外的外部障礙物的接觸。此外，當碰撞檢測器50如上所述地檢測到表面粗糙度測量單元I與未預料到的障礙物碰撞時，表面粗糙度測量單元I通過移動機構130的移動被停止。由此，能夠防止諸如由于與未預料到的障礙物碰撞而導致表面粗糙度測量單元I損壞等事故。
[0069](校準)
[0070]在下文中，提供對表面粗糙度測量單元I安裝到坐標測量系統100且與坐標測量系統100 —起使用的情況進行校準的說明。圖7示出了表面粗糙度測量單元I和標準球200。當使用表面粗糙度測量單元I時，表面粗糙度測量單元I首先被連結到移動機構130，然后利用標準球200在測量工件W的形狀之前進行偏移校準。
[0071 ]為了校準，利用在頂端具有接觸球127的偏移校準頭300替換上述接觸銷單元。這樣做的原因如下。雖然表面粗糙度測量單元I能直接地測量標準球200，但是因為表面粗糙度測量單元I的滑塊11不是球形的，所以即使當滑塊11與標準球200的表面上的多個點接觸也不能夠適當地測量標準球200。因而，偏移值出現偏差。還可以在已經考慮到偏差的偏移值的情況下進行校對；然而，這是不期望的，因為偏差基于標準球200或者標準球200上的測量點而有差異。因此，優選使用在頂端具有接觸球127的偏移校準頭300用于校準。
[0072]當進行校準時，接觸球127從一個方向接近標準球200并且與標準球200接觸。由此，由接觸球127測量標準球200的中心點的坐標。(由于表面粗糙度測量單元I僅能從一個方向感測工件，從一個方向接近足以進行標準球200的測量。)計算由接觸球127測量的標準球200的中心點坐標與存儲于計算機終端140中作為標準值的標準球200的中心點坐標之間的差，由此，校正表面粗糙度測量單元I的偏移量。此外，在偏移校準頭300的接觸球127與接觸銷單元3的滑塊11之間存在尺寸差別；然而，可以利用設計值來校準該尺寸差另1J。
[0073]如上所述，根據本發明的表面粗糙度測量單元I包括接觸檢測器15，該接觸檢測器15檢測滑塊11的測量面在工件W上的接觸。因而，即使使用坐標測量裝置120的移動機構130的驅動精確性，表面粗糙度測量單元I (也就是滑塊11)也能夠被準確地設定在工件W上。
[0074]此外，表面粗糙度測量單元I包括碰撞檢測器50。因而，例如，在表面粗糙度測量單元I接近工件時，即使當操作者未預料到的障礙物接觸驅動部殼5的底面，也能夠立即檢測到與障礙物的碰撞，并且防止對表面粗糙度測量單元I造成損壞。
[0075]本發明不限于上述實施方式，并可以在不偏離本發明的范圍的情況下根據需要進行修改。例如，雖然已經說明了具有門狀框架的坐標測量裝置，根據本實施方式的表面粗糙度測量單元當然還可以應用到具有多關節移動機構的坐標測量裝置(例如，日本特開2007-47014號公報公開了多關節型坐標測量裝置)。此外，例如已經說明了接觸銷和接觸銷桿彼此垂直的表面粗糙度測量單元。然而，接觸銷單元自身的內部結構不受限制，而且接觸銷和接觸銷桿可以以直線方式連結。此外，根據本發明的表面粗糙度測量單元可以被安裝到機器人和機床等，并且可以和它們一起使用。已經使用光傳感器作為用于接觸檢測器15和碰撞檢測器50的示例。然而，接觸檢測器15和碰撞檢測器50的具體構造當然不受本實施方式中的示例的限制，并且還可以使用機械接觸開關。
[0076]注意，已提供的前述示例僅是為了說明的目的并且不能被解釋為限制本發明。雖然已經參考示例性實施方式描述了本發明，應該理解的是，這里使用的詞語是描述和說明性的詞語，而不是限制性的詞語。在不偏離本發明自身的方面的范圍和精神的情況下，可以在所附權利要求的范圍內做出改變，如之前的陳述和修改。雖然這里已經參考具體的結構、材料和實施方式描述了本發明，但是本發明的意圖并不限于這里公開的具體內容；而是，本發明延伸至諸如在所附權利要求的范圍內的所有功能等同的結構、方法和用途。
[0077]本發明不限于上述實施方式，在不偏離本發明的范圍的情況下，可以進行各種變型和修改。
【權利要求】
1.一種表面粗糙度測量單元，其包括: 接觸銷單元，所述接觸銷單元包括: 接觸銷，所述接觸銷被構造成在沿著工件表面的掃描運動期間通過滑塊的通孔突出和縮回；和 變位檢測器，所述變位檢測器被構造成檢測所述接觸銷在與所述工件表面垂直的方向上的變位； 驅動部，所述驅動部被構造成沿著所述工件表面前后移動所述接觸銷單元； 接合部，所述接合部被構造成將所述接觸銷單元和所述驅動部連結到坐標測量裝置的測量頭保持件，以及 接觸檢測器，其被構造成檢測所述滑塊與所述工件表面的接觸。
2.根據權利要求1所述的表面粗糙度測量單元，其特征在于，當所述滑塊與所述工件表面接觸時，所述接觸檢測器檢測所述接觸銷單元在與所述工件表面垂直的方向上相對于所述驅動部的變位。
3.根據權利要求2所述的表面粗糙度測量單元，其特征在于， 所述驅動部包括框架，所述框架被引導軸引導，所述框架被構造成借助于來自馬達的動力沿著所述引導軸前后移動， 所述接觸檢測器包括: 第一傳感器，其被設置到所述接觸銷單元和所述驅動部中的一方；以及第二傳感器，其被設置到所述接觸`銷單元和所述驅動部中的另一方的與所述第一傳感器相對的位置處，并且 所述第一傳感器被構造成檢測與所述第二傳感器的接近或接觸。
4.根據權利要求3所述的表面粗糙度測量單元，其特征在于，所述第一傳感器是光傳感器，并且所述第二傳感器是能插入地且能縮回地設置在所述光傳感器的光發射器與光接收器之間的屏蔽板。
5.根據權利要求1所述的表面粗糙度測量單元，其特征在于，所述表面粗糙度測量單元還包括施力部件，所述施力部件被構造成對所述接觸銷單元向第一方向施力，所述第一方向被定義為所述接觸銷從所述滑塊的通孔露出的方向。
6.根據權利要求5所述的表面粗糙度測量單元，其特征在于， 所述驅動部包括被構造成前后移動的框架；并且 所述接觸銷單元通過連結件懸臂支承于所述框架。
7.根據權利要求6所述的表面粗糙度測量單元，其特征在于，所述連結件是被構造成對所述接觸銷單元向所述第一方向施力的板簧。
8.根據權利要求1所述的表面粗糙度測量單元，其特征在于，所述表面粗糙度測量單元還包括: 座部，其被固定地安裝到殼體；以及 支撐部，其被構造成能夠坐落于所述座部并且能與所述座部分離，其中: 所述驅動部被固定地連接到所述支撐部， 通過第二施力部件對所述支撐部向第一方向施力，所述第二施力部件坐落于所述座部，并且當所述支撐部受到與所述第一方向相反的方向上的力時，所述支撐部與所述座部分離，所述第一方向被定義為所述接觸銷從所述滑塊的通孔露出的方向。
9.根據權利要求8所述的表面粗糙度測量單元，其特征在于，所述表面粗糙度測量單元還包括傳感器，所述傳感器被構造成檢測所述支撐部坐落于所述座部的狀態或所述支撐部與所述座部分離的狀態。
10.一種坐標測量設備，其包括: 根據權利要求1至9中任一項所述的表面粗糙度測量單元；以及 坐標測量裝置，所述表面粗糙度測量單元作為測量頭被連接到所述坐標測量裝置。
【文檔編號】G01B21/30GK103776415SQ201310485327
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2013年10月16日 優先權日:2012年10月18日
【發明者】平野宏太郎, 濱伸行, 新井雅典, 松宮貞行 申請人:株式會社三豐
【專利摘要】本發明涉及表面粗糙度測量單元和坐標測量設備。根據本發明的表面粗糙度測量單元包括：接觸銷單元，其具有接觸銷和變位檢測器，接觸銷被設置成通過滑塊的通孔突出和縮回并且沿著工件表面掃描和移動，變位檢測器檢測接觸銷在與工件表面垂直的方向上的變位；驅動部，其沿著工件表面前后移動接觸銷單元；以及接合部，其將接觸銷單元和驅動部連結到坐標測量系統的測量頭保持件。表面粗糙度測量單元還包括檢測滑塊與工件表面的接觸的接觸檢測器。
【專利說明】表面粗糖度測量單元和坐標測量設備
[0001]相關申請的引用
[0002]本申請根據《美國法典》第35卷119條要求2012年10月18日提交的日本申請N0.2012-230818的優先權，該日本申請的全部公開內容通過引用包含于此。
【技術領域】
[0003]本發明涉及表面粗糙度測量單元和坐標測量設備。更具體地，本發明涉及能夠安裝到坐標測量設備且與坐標測量設備一起使用的表面粗糙度測量單元。
【背景技術】
[0004]已知坐標測量設備用于測量工件的三維輪廓形狀(例如，日本特開2006-201105號公報)。
[0005]坐標測量設備包括:測量頭，測量頭在觸針的頂端具有與工件接觸的接觸球；移動機構，該移動機構在X軸方向、Y軸方向和Z軸方向上三維地移動測量頭；以及主機，該主機用于測量和記錄測量頭的移動。已知測量頭的示例是當接觸球推入工件一定量時輸出接觸信號的接觸探頭。
[0006]還存在如下情況:將諸如工件表面上微小的不平坦和起伏(也可以稱為表面紋理)的表面粗糙度作為測量對象。日本特開平11-190621號公報公開了一種表面紋理測量裝置。日本特開平11-190621號公報公開的表面紋理測量裝置包括接觸銷單元和沿著工件表面前后移動接觸銷單元的驅動部，該接觸銷單元包括在與工件表面垂直的方向上可變位的接觸銷。
[0007]接觸銷單元包括接觸銷和變位檢測器，該接觸銷測量由表面粗糙度表示的表面紋理，該變位檢測器檢測所述接觸銷的變位。表面紋理測量裝置利用驅動部沿著工件表面前后移動接觸銷單元，并且此時利用變位檢測器檢測接觸銷的變位。然后表面紋理測量裝置將該變位轉換為電信號，并且對電信號進行預定的處理以獲得工作表面粗糙度的測量值。
【發明內容】
[0008]當測量工件的加工精度時，例如，除了工件的三維輪廓形狀以外，可能需要測量工件的表面粗糙度。當工件的輪廓形狀和表面紋理兩者都被測量時，直至此時，利用坐標測量設備測量工件的表面輪廓，之后將工件從坐標測量設備轉移到表面紋理測量裝置。然后，利用表面紋理測量裝置測量工件表面的表面粗糙度。然而，當需要這種轉移時，則需要更多的步驟，由此大大地降低了測量效率。
[0009]日本特開昭63-289410號公報描述了能夠測量工件的表面粗糙度的坐標測量裝置。具體地，公開了將接觸銷單元安裝于坐標測量裝置的Z主軸的頂端的思想。
[0010]在日本特開昭63-289410號公報中描述的技術中，接觸銷單元被安裝到坐標測量裝置的Z主軸的頂端，并且，通過移動機構移動坐標測量裝置的Z主軸以沿著工件表面驅動接觸銷單元。然而，當接觸銷單元被坐標測量裝置的移動機構驅動時，接觸銷單元在與接觸銷單元的行進方向垂直的方向上因為來自活動的坐標測量的震動而不可避免地振蕩。在這種情況下，考慮到測量工件的表面粗糙度所需的分辨率，確定測量結果是表面粗糙度還是由于坐標測量裝置的移動機構所產生的振蕩而導致的誤差是幾乎不可能的。換言之，當接觸銷單元測量工件的表面粗糙度時，有必要將接觸銷單元從坐標測量裝置的移動機構分離。因而，難以將坐標測量裝置的移動機構作為表面粗糙度測量裝置的驅動部使用。此外，存在另一種擔心。當測量表面粗糙度時，首先需要通過使用坐標測量裝置的移動機構將接觸銷單元適當地設定在工件的預定位置處。然而，即使當接觸銷單元與工件表面接觸時，也不可能檢測到接觸銷單元是否已經被適當地設定在工件表面上，由此不能適當地測量表面粗糙度。因此，不能簡單地通過將接觸銷單元安裝到坐標測量裝置的Z主軸的頂端來測量表面粗糙度。
[0011]為了解決上述情況設計了本發明，并且本發明的目的是提供能夠連結到坐標測量設備的表面粗糙度測量單元。
[0012]根據本發明的表面粗糙度單元包括:接觸銷單元，其具有接觸銷和變位檢測器，接觸銷被設置成通過滑塊的通孔突出和縮回并且沿著工件表面掃描和移動，變位檢測器檢測接觸銷在與工件表面垂直的方向上的變位；驅動部，其沿著工件表面前后移動接觸銷單元；和接合部，其將接觸銷單元和驅動部連結到坐標測量裝置的保持件。表面粗糙度測量單元還包括檢測滑塊與工件表面的接觸的接觸檢測器。
[0013]本發明提供了能夠連結到坐標測量裝置的表面粗糙度測量單元。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0014]下面參照所附的多張附圖并借助于本發明的示例性實施方式的非限定性示例，在【具體實施方式】中進一步地說明本發明，其中相似的附圖標記表示附圖中多個視圖的相似的部分。
[0015]圖1示出了根據第一實施方式的坐標測量系統的構造；
[0016]圖2 (a)、圖2 (b)和圖2 (C)示出了根據第一實施方式的表面粗糙度測量單元的外觀；
[0017]圖3示出了根據第一實施方式的驅動部的內部；
[0018]圖4示出了根據第一實施方式的探頭的截面的一部分；
[0019]圖5示出了根據第一實施方式的探頭與工件接觸的狀態；
[0020]圖6 Ca)示出了根據第二實施方式的碰撞檢測器；
[0021]圖6 (b)示出了根據第二實施方式的碰撞檢測器；以及
[0022]圖7示出了根據第一實施方式的表面粗糙度測量單元與標準球。
【具體實施方式】
[0023]此處借助于示例示出了僅用于本發明的實施方式的說明性討論的細節，并且為了提供對于本發明的原理和概念性方面的說明被認為是最有用的及容易理解的而呈現這些細節。在這方面，沒有嘗試示出比對本發明進行基本理解所必需的細節更詳細的本發明的結構細節，而結合附圖的說明使得對于本領域技術人員來說如何在實踐中實現本發明的構成是顯而易見的。[0024]本發明的關鍵點是能夠安裝到坐標測量裝置并且與坐標測量裝置一起使用的表面粗糙度測量單元的構造。然而，為了便于稍后的說明，首先說明包括坐標測量裝置的坐標測量系統的構造。
[0025]圖1示出了坐標測量系統100的構造。坐標測量系統100包括坐標測量裝置120和計算機終端140。
[0026]坐標測量裝置120包括:臺架121，在臺架121上放置工件W ;測量頭122，其掃描和測量工件W的輪廓形狀；以及移動機構130，其在X、Y和Z方向上三維地移動測量頭122。
[0027]此處，示出的測量頭122具有接觸式傳感器探頭單元，在接觸式傳感器探頭單元中，接觸球127設置于觸針(stylus)的頂端；然而，接觸式傳感器探頭可以變成不同種類。(在稍后的說明中，將提供對能夠替代接觸式傳感器探頭單元而使用的表面粗糙度測量單元的說明。)
[0028]如圖1所示，XYZ垂直坐標系被定義為機器坐標系。X方向是圖1中的左右方向，Y方向是圖1中紙張的前后方向，而Z方向是上下方向。
[0029]移動機構130包括門狀框架131、X-滑動器133、Z軸主軸134以及驅動機構(圖中未示出)。門狀框架131具有水平梁132，該水平梁132在X軸方向上橫向橋接且能夠在Y軸方向上移動。
[0030]X-滑動器133具有在Z軸方向上延伸的柱體并且能夠沿著水平梁132在X軸方向上滑動。Z軸主軸134被插入到X-滑動器133的內部，并且在Z軸方向上是可滑動的。
[0031]驅動機構(圖中未示出)由門狀框架131、在各軸向上驅動X-滑動器133和Z軸主軸134的馬達等構成。
[0032]具有測量頭122的接觸式傳感器探頭被安裝到Z軸主軸134的底端并且包括接觸球127。坐標測量裝置120利用移動機構130移動測量頭122并且使接觸球127與工件W接觸，以測量工件W的形狀。
[0033]如上所述，坐標測量系統100的測量頭的頂端是可替換的。例如，接觸式傳感器探頭單元與測量頭一起使用，并且首先測量工件的輪廓形狀。接著，表面粗糙度測量單元安裝到坐標測量系統以替換接觸式傳感器探頭單元。由此，利用表面粗糙度測量單元測量工件的表面粗糙度。
[0034](第一實施方式)
[0035]說明根據本發明的第一實施方式的表面粗糙度測量單元。表面粗糙度測量單元能夠被連結到坐標測量系統100的移動機構130，并且替代接觸式傳感器探頭使用。在下文中，參照【專利附圖】
【附圖說明】本發明的實施方式。
[0036]圖2 Ca)是表面粗糙度測量單元I的側視圖。圖2 (b)是表面粗糙度測量單元I的俯視圖。圖2 (c)是表面粗糙度測量單元I的主視圖。
[0037]表面粗糙度測量單元I包括接觸銷單元3、驅動部4、第二支撐部6和接合部40。表面粗糙度測量單元I通過接合部40連結到移動機構130(具體地，Z軸主軸的底端)。(第二支撐部6連接到接合部40以將接觸銷單元3和驅動部4結合到接合部40。稍后將作為第二實施方式說明細節。)
[0038]圖3是說明驅動部4的內部機構的圖。圖4是說明接觸銷單元3的內部機構的圖。首先參照圖4說明接觸銷單元3的機構。[0039]接觸銷單元3包括內部具有空間的殼體18、在殼體18的內部能夠振蕩的接觸銷桿20以及變位檢測器16。殼體18包括大致筒狀主體和從主體前端突出的突出部(nose) 17。此外，滑塊(skid) 11被設置到突出部17的頂端。
[0040]滑塊11在其內部具有L形通孔19，并且通孔19連接到突出部17內部的中空部。
[0041]接觸銷桿20包括在其頂端指向下的接觸銷12(為了便于說明，表面粗糙度測量單元I的上下方向被定義為圖2 (a)和圖3至圖6 (b)的紙張上示出的上下方向。此外，紙張的左側表示表面粗糙度測量單元I的前側；紙張的右側表示表面粗糙度測量單元I的后側)。接觸銷桿20穿過主體和突出部17。接觸銷12以從滑塊11的底端的開口面向外部的方式設置于接觸銷桿20的頂端。接觸銷桿20的中間部通過板簧21被安裝到主體的內部空間。板簧21用作接觸銷桿20的振蕩點并且彈性地支撐接觸銷桿20，使得接觸銷12平衡在從滑塊11的底面稍微突出的狀態下。
[0042]變位檢測器16設置于主體的內部。變位檢測器16具有鐵氧體板22和感應檢測器23。
[0043]鐵氧體板22被安裝到接觸銷桿20后端的上表面。感應檢測器23被安裝到主體的內部空間的與鐵氧體板22相對的位置。
[0044]滑塊11的底面是在測量時與工件W接觸的工件接觸面。當滑塊11的底面沿著工件W的被測量面移動時，接觸銷12根據被測量面的表面粗糙度上下移動。當接觸銷12上下移動時，感應檢測器23檢測該上下移動。感應檢測器23輸出檢測信號，并且利用該信號測量工件W的被測量面的表面粗糙度。接觸銷單元3向外輸出工件W的被測量面的表面粗糙度的測量結果。
[0045]再參照圖3，接著說明驅動部4。圖3示出了驅動部4的機構。驅動部4包括第一支撐部7、驅動機構24以及接觸檢測器15。而且，由虛線示出驅動部殼5。
[0046]第一支撐部7包括L形框架25、將接觸銷單元3連結到框架25的連結件14以及限制框架25的移動方向的引導部26。
[0047]框架25置于接觸銷單元3的上方并且使接觸銷單元3的后端是懸臂支承的。這里，框架25具有如下形狀:組件25a被定位成類似屋頂地懸浮在接觸銷單元3的上側，并且組件25b從組件25a成直角地彎曲并且面對接觸銷單元3的后端。
[0048]連結件14將接觸銷單元3的后端連結到組件25b。這里，連結件14具體為板簧。當沒有被施加其它力時，板簧對接觸銷單元3向接觸銷單元3與組件25a分離的方向施力。如圖3所示，接觸銷單元3的前端(也就是，滑塊11)以低于接觸銷單元3的后端的方式傾斜。
[0049]引導部26具有引導軸27并且支撐框架25，使得框架25能夠平移。引導軸27插通設置于組件25a的上表面的軸承27a和27b的通孔。
[0050]驅動機構24由馬達28、進給螺桿29和螺桿接收螺帽30構成。與進給螺桿29螺紋連接的螺桿接收螺帽30被設置在組件25b的底端面。理所當然，進給螺桿29和引導軸27彼此平行地設置。
[0051]馬達28被連接到螺紋連接到螺桿接收螺帽30的進給螺桿29的終端。當驅動馬達28轉動時，進給螺桿29在與被測量面平行的方向上移動，并且框架25沿著引導軸27移動。[0052]這里，對馬達28、進給螺桿29、螺桿接收螺帽30設置在框架25的組件25b的底面側的構造提供說明，然而，馬達28、進給螺桿29和螺桿接收螺帽30可以設置在框架25的側面側或者頂面側。
[0053]接觸檢測器15設置在接觸銷單元3與框架25之間，以檢測滑塊11在工件W上的接觸。圖5示出了滑塊11 (以及接觸銷12)與工件W接觸的狀態。具體地，接觸檢測器15由光傳感器151和屏蔽板152構成。
[0054]光傳感器151設置在組件25a的底面并且具有光發射器151a和光接收器151b。光發射器151a發光，而光接收器151b接收光。當光接收器151b不能接收到光時，能夠檢測到在光發射器151a和光接收器151b之間存在阻擋光的物體。此外，屏蔽板152在接觸銷單元3的殼體18的頂面設置在與光傳感器151相對的位置。
[0055]如上所述，在滑塊11與工件W的被測量面沒有接觸的狀態下，由連結件14對接觸銷單元3施力使得滑塊11低于接觸銷單元3的后端。在該狀態下，由于接觸銷單元3與組件25a分離，所以屏蔽板152不會阻擋光傳感器151的光。另一方面，當滑塊11與工件W的被測量面接觸時，滑塊11由被測量面推高，由此接觸銷單元3被推高。因此，接觸銷單元3的頂面和組件25a的底面彼此接近，并且屏蔽板152阻擋光傳感器151的光。采用這種方式，光傳感器151檢測接觸銷單元3的傾斜度由滑塊11接觸工件W所引起的微小改變。當接觸檢測器15檢測到滑塊11已經接觸工件W時，表面粗糙度測量單元I輸出檢測結果。一旦接收到該檢測結果，移動機構130停止在接近工件W的方向上運動。此后，表面粗糙度測量單元I開始測量工件W的表面粗糙度。換言之,轉動地驅動馬達28,由此,接觸銷單元3沿工件W的表面前后移動。
[0056]根據本實施方式的表面粗糙度測量單元I能夠檢測滑塊11與工件W的被測量面接觸時所引起的接觸銷單元3的傾斜度的微小改變。因此，雖然僅通過使用坐標測量裝置120的移動機構130的驅動精確性難以將接觸銷單元3設定于工件W的表面的適當位置，但是能夠通過使用來自接觸檢測器15的檢測信號使得滑塊11 (以及接觸銷12)與工件W適當接觸。此外，由于當接觸檢測器15檢測到滑塊11與工件W之間的接觸時，停止通過移動機構130使表面粗糙度測量單元I運動，也能夠防止諸如損壞像滑塊11等精密組件等的事故。此外，由于接觸檢測器15能夠精確地檢測滑塊11與工件W之間的接觸，所以沒有必要朝工件W緩慢地移動表面粗糙度測量單元I來避免事故。因而，能夠進一步地提高測量效率。也可以是如下的另一種構造:用作接觸檢測器15的接觸銷單元3基于接觸銷12的變位檢測與工件W接觸。然而，考慮到接觸銷單元3的變位檢測器16的測量范圍和分辨率，接觸銷單元3必須朝工件相當緩慢地移動。在這一點上,本實施方式的接觸銷單元不要求將表面粗糙度測量單元I緩慢地移向工件W，由此，能夠進一步地提高測量效率。此外，由于本實施方式的測量單元I包括驅動滑塊11的驅動部4，當測量表面粗糙度時可以停止移動機構130的驅動。因而，不會發生由于移動機構130的驅動導致的表面粗糙度測量結果的錯誤。因此，本實施方式的測量單元I能夠精確地檢測表面粗糙度。此外，本實施方式的測量單元I不使用坐標測量裝置的移動機構130來測量表面粗糙度，由此，例如，該測量單元I能夠被安裝到諸如機器人、機床等其它裝置。
[0057](第二實施方式)
[0058]除了第一實施方式中說明的接觸檢測器以外，本發明的表面粗糙度測量單元I還包括碰撞檢測器50。碰撞檢測器50檢測表面粗糙度測量單元1，而不是滑塊11，與未預料到的障礙物碰撞。
[0059]表面粗糙度測量單元I的接觸銷單元3需要進行高精度的平移。因而，在一定程度上限制了滑塊11、引導部26和驅動機構24之間的位置關系，因此，必然難以確保滑塊11的底端面與驅動部殼5的底面之間的足夠間隙。例如，如圖2 (a)至2 (c)所示，滑塊11的底端與驅動部殼5的底面通常彼此大致等聞。因而，在由于有缺陷的加工等引起在工件W的表面留下不平坦處或者凸起的情況下，例如，當使得表面粗糙度測量單元I更接近工件W的表面以使滑塊11與工件W的表面接觸時，可能的情況是，表面粗糙度測量單元I本身，諸如驅動部殼5的底面，可能在滑塊11之前與突起等碰撞。
[0060]因而，當嘗試利用連結到移動機構130的表面粗糙度測量單元I測量工件W時，例如，碰撞檢測器50防止表面粗糙度測量單元I在操作者不期望的位置被突起(例如，工件W的表面上的有缺陷加工)損壞。
[0061]圖6 (a)和圖6 (b)示出了第二支撐部6的構造。第二支撐部6設置在外蓋6a的內部。
[0062]第二支撐部6包括支撐部殼51、卷簧52、支撐板53、光傳感器55和屏蔽板56。碰撞檢測器50由光傳感器55和屏蔽板56構成。
[0063]支撐部殼51是內部中空的殼體并且由在下表面具有凹部的矩形頂板51a、在中央部具有孔51d的矩形底板51b以及連接頂板51a的外周與底板51b的外周的壁51c構成。將接觸銷單元3的驅動部殼5連接到支撐板53的連接構件54被插入到底板51b的孔51d中。
[0064]支撐板53是矩形的并且經由三個或更多鋼球57將支撐板53保持在底板51b上。(因為圖6 (a)和圖6 (b)是側視圖，所以圖6 (a)和圖6 (b)應當被解釋成僅具有兩個可見的鋼球57)多個接收孔58設置在底板51b的上表面上以接收鋼球57。接收孔58設置成防止鋼球57滾動并且接收孔58是錐形凹部。
[0065]在這里，將支撐部殼51的頂板51a、底板51b和支撐板53描述成具有矩形形狀；然而，形狀不限于此。這些形狀可以例如是圓形、等邊三角形、等腰三角形和正方形等。換言之，需要設置至少三個鋼球57來保持支撐部殼51的表面。
[0066]支撐板53被固定地連結到連接構件54，并且根據驅動部殼5的傾斜度而以相同角度傾斜。
[0067]卷簧52設置在頂板51a與支撐板53之間。通過卷簧52的彈性力使支撐板53按壓底板51b。用于插入卷簧52的凹部設置到頂板51a的底面和支撐板53的頂面兩方。在底板51a用作座部而支撐板53用作支撐部的狀態下,支撐板53安放在底板51b上。
[0068]光傳感器55設置到壁51c。光傳感器55包括光發射器55a和光接收器55b。在光發射器55a與光接收器55b之間發光和接收光，由此,光傳感器55檢測在光發射器55a與光接收器55b之間是否存在阻擋光的物體。屏蔽板56設置到支撐板53的與壁51c中的光傳感器55相對的側面。當支撐板53與底板51b平行時，屏蔽板56被設置成插入在光傳感器55的光發射器55a與光接收器55b之間。圖6 (b)不出了驅動部殼5與障礙物接觸的狀態。當障礙物與驅動部殼5的前端部附近的底面接觸時，驅動部殼5的前端部被升高，并且驅動部殼5傾斜。在驅動部殼5傾斜的同時，通過連接構件連接到驅動部殼5的支撐板53傾斜。因此，插入到光傳感器55的屏蔽板56變位，并且光傳感器55的檢測狀態改變。因而，能夠檢測到驅動部殼5已經與外部障礙物接觸。因此，根據本實施方式的表面粗糙度測量單元I能夠檢測與被測量面之外的外部障礙物的接觸。此外，當碰撞檢測器50如上所述地檢測到表面粗糙度測量單元I與未預料到的障礙物碰撞時，表面粗糙度測量單元I通過移動機構130的移動被停止。由此，能夠防止諸如由于與未預料到的障礙物碰撞而導致表面粗糙度測量單元I損壞等事故。
[0069](校準)
[0070]在下文中，提供對表面粗糙度測量單元I安裝到坐標測量系統100且與坐標測量系統100 —起使用的情況進行校準的說明。圖7示出了表面粗糙度測量單元I和標準球200。當使用表面粗糙度測量單元I時，表面粗糙度測量單元I首先被連結到移動機構130，然后利用標準球200在測量工件W的形狀之前進行偏移校準。
[0071 ]為了校準，利用在頂端具有接觸球127的偏移校準頭300替換上述接觸銷單元。這樣做的原因如下。雖然表面粗糙度測量單元I能直接地測量標準球200，但是因為表面粗糙度測量單元I的滑塊11不是球形的，所以即使當滑塊11與標準球200的表面上的多個點接觸也不能夠適當地測量標準球200。因而，偏移值出現偏差。還可以在已經考慮到偏差的偏移值的情況下進行校對；然而，這是不期望的，因為偏差基于標準球200或者標準球200上的測量點而有差異。因此，優選使用在頂端具有接觸球127的偏移校準頭300用于校準。
[0072]當進行校準時，接觸球127從一個方向接近標準球200并且與標準球200接觸。由此，由接觸球127測量標準球200的中心點的坐標。(由于表面粗糙度測量單元I僅能從一個方向感測工件，從一個方向接近足以進行標準球200的測量。)計算由接觸球127測量的標準球200的中心點坐標與存儲于計算機終端140中作為標準值的標準球200的中心點坐標之間的差，由此，校正表面粗糙度測量單元I的偏移量。此外，在偏移校準頭300的接觸球127與接觸銷單元3的滑塊11之間存在尺寸差別；然而，可以利用設計值來校準該尺寸差另1J。
[0073]如上所述，根據本發明的表面粗糙度測量單元I包括接觸檢測器15，該接觸檢測器15檢測滑塊11的測量面在工件W上的接觸。因而，即使使用坐標測量裝置120的移動機構130的驅動精確性，表面粗糙度測量單元I (也就是滑塊11)也能夠被準確地設定在工件W上。
[0074]此外，表面粗糙度測量單元I包括碰撞檢測器50。因而，例如，在表面粗糙度測量單元I接近工件時，即使當操作者未預料到的障礙物接觸驅動部殼5的底面，也能夠立即檢測到與障礙物的碰撞，并且防止對表面粗糙度測量單元I造成損壞。
[0075]本發明不限于上述實施方式，并可以在不偏離本發明的范圍的情況下根據需要進行修改。例如，雖然已經說明了具有門狀框架的坐標測量裝置，根據本實施方式的表面粗糙度測量單元當然還可以應用到具有多關節移動機構的坐標測量裝置(例如，日本特開2007-47014號公報公開了多關節型坐標測量裝置)。此外，例如已經說明了接觸銷和接觸銷桿彼此垂直的表面粗糙度測量單元。然而，接觸銷單元自身的內部結構不受限制，而且接觸銷和接觸銷桿可以以直線方式連結。此外，根據本發明的表面粗糙度測量單元可以被安裝到機器人和機床等，并且可以和它們一起使用。已經使用光傳感器作為用于接觸檢測器15和碰撞檢測器50的示例。然而，接觸檢測器15和碰撞檢測器50的具體構造當然不受本實施方式中的示例的限制，并且還可以使用機械接觸開關。
[0076]注意，已提供的前述示例僅是為了說明的目的并且不能被解釋為限制本發明。雖然已經參考示例性實施方式描述了本發明，應該理解的是，這里使用的詞語是描述和說明性的詞語，而不是限制性的詞語。在不偏離本發明自身的方面的范圍和精神的情況下，可以在所附權利要求的范圍內做出改變，如之前的陳述和修改。雖然這里已經參考具體的結構、材料和實施方式描述了本發明，但是本發明的意圖并不限于這里公開的具體內容；而是，本發明延伸至諸如在所附權利要求的范圍內的所有功能等同的結構、方法和用途。
[0077]本發明不限于上述實施方式，在不偏離本發明的范圍的情況下，可以進行各種變型和修改。
【權利要求】
1.一種表面粗糙度測量單元，其包括: 接觸銷單元，所述接觸銷單元包括: 接觸銷，所述接觸銷被構造成在沿著工件表面的掃描運動期間通過滑塊的通孔突出和縮回；和 變位檢測器，所述變位檢測器被構造成檢測所述接觸銷在與所述工件表面垂直的方向上的變位； 驅動部，所述驅動部被構造成沿著所述工件表面前后移動所述接觸銷單元； 接合部，所述接合部被構造成將所述接觸銷單元和所述驅動部連結到坐標測量裝置的測量頭保持件，以及 接觸檢測器，其被構造成檢測所述滑塊與所述工件表面的接觸。
2.根據權利要求1所述的表面粗糙度測量單元，其特征在于，當所述滑塊與所述工件表面接觸時，所述接觸檢測器檢測所述接觸銷單元在與所述工件表面垂直的方向上相對于所述驅動部的變位。
3.根據權利要求2所述的表面粗糙度測量單元，其特征在于， 所述驅動部包括框架，所述框架被引導軸引導，所述框架被構造成借助于來自馬達的動力沿著所述引導軸前后移動， 所述接觸檢測器包括: 第一傳感器，其被設置到所述接觸銷單元和所述驅動部中的一方；以及第二傳感器，其被設置到所述接觸`銷單元和所述驅動部中的另一方的與所述第一傳感器相對的位置處，并且 所述第一傳感器被構造成檢測與所述第二傳感器的接近或接觸。
4.根據權利要求3所述的表面粗糙度測量單元，其特征在于，所述第一傳感器是光傳感器，并且所述第二傳感器是能插入地且能縮回地設置在所述光傳感器的光發射器與光接收器之間的屏蔽板。
5.根據權利要求1所述的表面粗糙度測量單元，其特征在于，所述表面粗糙度測量單元還包括施力部件，所述施力部件被構造成對所述接觸銷單元向第一方向施力，所述第一方向被定義為所述接觸銷從所述滑塊的通孔露出的方向。
6.根據權利要求5所述的表面粗糙度測量單元，其特征在于， 所述驅動部包括被構造成前后移動的框架；并且 所述接觸銷單元通過連結件懸臂支承于所述框架。
7.根據權利要求6所述的表面粗糙度測量單元，其特征在于，所述連結件是被構造成對所述接觸銷單元向所述第一方向施力的板簧。
8.根據權利要求1所述的表面粗糙度測量單元，其特征在于，所述表面粗糙度測量單元還包括: 座部，其被固定地安裝到殼體；以及 支撐部，其被構造成能夠坐落于所述座部并且能與所述座部分離，其中: 所述驅動部被固定地連接到所述支撐部， 通過第二施力部件對所述支撐部向第一方向施力，所述第二施力部件坐落于所述座部，并且當所述支撐部受到與所述第一方向相反的方向上的力時，所述支撐部與所述座部分離，所述第一方向被定義為所述接觸銷從所述滑塊的通孔露出的方向。
9.根據權利要求8所述的表面粗糙度測量單元，其特征在于，所述表面粗糙度測量單元還包括傳感器，所述傳感器被構造成檢測所述支撐部坐落于所述座部的狀態或所述支撐部與所述座部分離的狀態。
10.一種坐標測量設備，其包括: 根據權利要求1至9中任一項所述的表面粗糙度測量單元；以及 坐標測量裝置，所述表面粗糙度測量單元作為測量頭被連接到所述坐標測量裝置。
【文檔編號】G01B21/30GK103776415SQ201310485327
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2013年10月16日 優先權日:2012年10月18日
【發明者】平野宏太郎, 濱伸行, 新井雅典, 松宮貞行 申請人:株式會社三豐
相關技術
網友詢問留言
已有0條留言
- 還沒有人留言評論。精彩留言會獲得點贊！
1