[发明专利]用于测量仪器中的探针式设备

说明书

技术领域

在下文中，将描述一种用于测量仪器中的探针式设备。这些设备也被称为接触式触发探头（touch trigger probe）。更具体地，该接触式触发探头与一维、二维或三维精度接触式传感器协同工作，以对绝缘的陶瓷工件或封装（coated）工件以及可导电的金属工件进行测量。 

背景技术

金属加工工厂已经发展为具备制造越来越多样化和复杂化的零部件的能力。这至少部分归功于完善的检测和测量系统。坐标测量仪（Coordinate measurement machine，简称CMM）是用于测量工件表面部件的坐标的电子仪器。对具有探头系统的坐标测量仪的使用以及在加工过程中对机械工具的检查有助于最大限度地提高生产力，保持所能达到的最高质量标准。 

测量在很大程度上取决于探头中探针接近特征（access a feature）然后保持接触点的精度的能力。典型的探针仪器具有与待测表面物理接触的探针和用于将探针移动转换为待处理电信号的传感器。该探针与该表面接触的部位通常是具有精细制造的形状轮廓的尖端。由于其有限的形状，某些探针形状可能比其它形状对待测表面有更大影响。因此需要谨慎选择探针的尺寸和形状。这些特征可能对测量过程中收集到的信息产生影响。探针和探头是细长的棒状杆，也是与坐标测量仪一起用来探查表面的接触端或接触点。 

最常见地，探针的形状是一个圆桶形棒或具有球形尖端的锥体。探针是一种细长杆，形状类似圆珠笔。探针可以稍微弯曲，以便其易于夹持。在许多不同的应用中，探针和探头用于超精密尺寸测量。尺寸计量接触尖端和探头通常由红宝石、硬质合金（cement carbide）或陶瓷材料构成。测量探头或尖端接触工件以获取诸如厚度、外径、内径、浑圆度、锥度或角度等测量值。坐标测量仪用于在三维结构上移动用于定位点坐标的探头，同时整合空间和正交关系。探头半径也很重要，因为一些测量需要专用的特定半径，以满足行业规范。一 般来说，接触尖端由单件材料（single piece of material）构成，但也有些还包含焊接、铆接或粘贴到尖端的红宝石或金刚石添加物。接触尖端的材料可能会影响读数。例如，接触尖端可以是由单晶红宝石合成的Al₂O₃红宝石球、由Si₃N₄硬压而成的氮化硅球、由ZrO₂烧结而成的氧化锆球、由氧化铝Al₂O₃烧结的白色陶瓷制成的氧化铝空心球、由银钢(silver steel)制成的银钢盘、由银钢制成的银钢简单圆柱体、由红宝石球合成的端部为圆柱体的红宝石球、由碳化钨制成的端部为圆柱体的碳化钨球、由银钢制成的银钢简单指针，其中银钢简单指针具有角度为30°-120°、由碳化钨或其它材料制成的、具有半径长指针的锥体。 

红宝石球探针是用于大多数检测应用的标准探针。其坚硬的、高度球面状的尖端确保了长久的精度。红宝石球可安装于由各种材料制成的杆上，其中所述的各种材料包括非磁性不锈钢、陶瓷和碳纤维材料。盘测针是球体的包含赤道面在内的薄的截面，用于探测底部切口和槽。他们的侧视半径等于盘直径的一半。一个简单的盘只要求对一个直径进行测量，但将有效探测限制在X方向和Y方向。 

弯曲或偏转探针会导致精度下降。保持球尽可能的大，能够最大化球/杆间隙，从而降低了不准确测量的机率；较大的球可以减小待检测工件表面的任何压力。具有相对较细的杆能够为接近某些测量点提供灵活性。 

技术问题

然而，无论是常见的球尖端还是盘形尖端提供关键或专用的高速、高精度测量任务中要求的灵活性和精度。 

发明内容

解决方案 

因此，本发明提出一种用于测量仪器中的探针式设备，包括棒状杆(rod-shaped stem)和与所述棒状杆附连（attach）的接触尖端，其中，所述接触尖端通常是桶状(barrel-shaped)。 

术语“桶状尖端”指的是具有圆形底面或顶面、中间向外凸出的圆柱体。向外凸出的圆柱体壁的半径或曲率比桶状圆柱体的顶面或底面的半径大。侧视图中，向外凸出的圆柱体壁的半径或曲率也明显大于桶形圆柱体高度的一半。 桶状尖端的向外凸出的圆柱形壁的区域内具有桶赤道（barrel equator），该桶赤道由正交延伸至桶状尖端中心轴线（Z）的桶赤道半径定义且具有最大横向延伸（X，Y）。