TW201835525A

TW201835525A - 用於機械零件的尺寸及／或幾何檢查的雙向量測頭

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Publication number: TW201835525A
Application number: TW107105948A
Authority: TW
Inventors: 賽墨里馬爾泰利
Original assignee: 義大利商馬普斯公司
Priority date: 2017-02-24
Filing date: 2018-02-22
Publication date: 2018-10-01
Also published as: JP7062677B2; KR20190121349A; US20190383593A1; CA3049294A1; EP3586079B1; TWI782954B; EP3586079A1; KR102395649B1; WO2018153921A1; JP2020508450A; US11105603B2

Abstract

一種雙向量測頭(1)包括：固定框架(12)；探測片(2)；運動學運動總成(13)，其由該固定框架支撐且承載該探測片，以使該探測片沿著彼此垂直的兩個量測方向(D1、D2)來移動，及至少一個位置感測器(3a、3b)，其被安裝在該運動學運動總成上且沿著至少一個量測方向偵測該探測片之該位置。該運動學運動總成具有四個支柱，每一支柱垂直於該兩個量測方向延伸：第一支柱(14)係剛性地連結至該支撐框架，第二支柱(15)被調適成用於沿著兩個量測方向平移且支撐該探測片，第三支柱(16)及第四支柱(7)各執行幾乎只沿著該兩個量測方向之一者的移位。該運動學運動總成可為變形機構。依照較佳實施例，該運動學運動總成進一步包括兩個平衡元件(60)，各平衡元件(60)被鉸接至該固定框架以繞垂直於該量測方向之旋轉軸線(33)來旋轉且包括被機械式地拘束至該第三支柱或該第四支柱之一端。

Description

用於機械零件的尺寸及／或幾何檢查的雙向量測頭

本發明係關於一種用於機械零件的尺寸及/或幾何檢查的雙向量測頭。

用以執行機械零件的尺寸及/或幾何檢查的雙向量測站(其具有兩個自由度)係包括：座部，其被調適成用以接收機械零件且將機械零件阻擋在固定位置中；及量測頭，其具有沿著兩個彼此垂直之量測方向被可移動地安裝之探測片(亦即，探針具有兩個自由度且在平面上係可自由移動)，其被彈性地推壓在機械零件之表面上，且被耦接至兩個位置感測器，兩個位置感測器係沿著各自的量測方向來偵測探測片之位置。　　具有兩個自由度之習知量測頭包含：被安裝在固定框架上的第一機構，其僅具有一個自由度(亦即，其允許藉由使彈性元件變形而沿著第一量測方向來線性移位，彈性元件傾向於保持第一機構處於中間平衡位置中)且設置有第一位置感測器；及被安裝在第一機構上之第二機構(具體係位於第一機構之可移動部分上)，其僅具有一個自由度(亦即，其允許藉由使彈性元件變形而沿著垂直於第一量測方向之第二量測方向來線性移位，彈性元件傾向於保持第二機構處於中間平衡位置中)且設置有第二位置感測器。探針係與第二機構之可移動部分整合，以便於能夠沿著第一量測方向(由於第一機構之自由度)與第二量測方向(由於第二機構之自由度)兩者來移動。　　整體而言，每個機構皆係一種變形機構(意即，其使自己的形狀變形以引起線性移位)，且由一個鉸接平行四邊形(意即，由於四個桿的端部被兩兩鉸接，所以兩個相對的桿具有相同的長度)所組成。　　位置感測器係以兩種不同的方式來使用：在機械零件之尺寸及/或幾何檢查期間，位置感測器係被使用以執行必要的量測，而在雙向量測頭之運行期間(亦即，在雙向量測頭從之前的工作位置至下一個工作位置之移位期間)，位置感測器係被使用以偵測意外的及不想要的撞擊。換言之，在雙向量測頭之運行期間，探針不應接觸任何類型的障礙物(意即設置傳輸路徑以避免所有預期的及可預見的障礙物)。因此，若在運行期間，雙向量測頭之位置感測器偵測到探測片之(意外的)移位，歸因於對著意外的障礙物撞擊所造成的探測片之此種(意外的)移位，則雙向量測頭之移位係立即地中斷，且產生需要操作人員介入的碰撞警報。　　在雙向量測頭之運行期間，雙向量測頭所經受之加速度(正向或負向)不應太高，因為太高的加速度可能導致探測片之顯著的慣性移位(亦即，僅由於慣性力所造成之移位)，其將被視為碰撞(且因此會產生錯誤的碰撞警報)。　　上述習知量測頭之缺點係在於，從慣性的觀點來看，其係不對稱的：在量測頭沿著量測方向中之一者移位期間，沿著量測方向移位之質量係大約為沿著另一個量測方向移位之質量的兩倍，因為兩個機構係被串聯配置(也就是說，欲移動第一機構亦必須移動整個第二機構)。因此，沿著一量測方向之移位與沿著另一個量測方向之移位係具有不同的動態行為。在沿著兩個量測方向之動態行為中的此種差異(非同質性)係使得在對機械零件及通道進行尺寸及/或幾何檢查期間之操作複雜化，因為其總是需要對量測頭沿著兩個量測方向之移動執行不同的控制。　　再者，在量測方向上，探測片的慣性係高的(意即，第一機構的慣性係高的，因為其必須｢攜帶｣整個第二機構)，且因此在運行期間，沿著此量測方向之最大允許加速度係中等的。結果，運行係相對地較慢(因此增加了雙向量測頭不執行量測期間的停機時間)，其係以檢查程序的整體效率為代價。

本發明之目的係提供一種用於執行機械零件之尺寸及/或幾何檢查的雙向量測頭，該量測頭從該慣性觀點來看係同質的，其在不同的量測方向上係具有相同的行為，且同時係容易及便宜地實施。　　本發明之進一步目的係提供一種適當地平衡的量測頭，該量測頭可以承受高加速度且同時係容易及便宜地實施。　　如由該所附之申請專利範圍所主張的，本發明係提供一種雙向量測頭，其用於執行機械零件的尺寸及/或幾何檢查。

在圖1中，元件符號1係表示為用於對機械零件(未圖示)執行尺寸及/或幾何檢查的整個量測頭。　　量測頭1通常係量測站(未圖示)的一部分，用於執行對機械零件之尺寸及/或幾何檢查。量測站係包括用於接收機械零件及且將機械零件阻擋於固定位置中之座部(未圖示)。再者，量測站係包括量測頭1，量測頭1係設置有探測片2，探測片2係沿著彼此垂直的兩個量測方向D1及D2而被可移動地安裝(亦即，探測片2係自由地在平面中移動且具有兩個自由度)，其被彈性地推抵著機械零件之表面，且被耦接至沿著對應之量測方向D1及D2來偵測探測片2之位置的兩個位置感測器3a及3b (在圖5及圖6中所展示的)。　　依照在圖1中所繪示的，量測頭1係包括由金屬材料(通常係鋼)所製成之平行四邊形外殼4及具有供桿6穿過之貫穿開口5。桿6之一端係外部的(亦即，其係位於外殼4之外部)且支撐連接有(例如鉤住)探測片2之座部7(在圖2中係更佳地被繪示)。如在圖2中所展示的，探測片2係藉由具有定位｢三腳架｣的安全耦接器而被緊固至座部7，安全耦接器係包括例如(但不限於)三對的滾珠8，三對的滾珠8係部分地從座部7之緊固表面突出且三個對應的圓柱體(未圖示)係與探測片2之基部整合且被容納在成對的滾珠8之間。再者，座部7係設置有兩個磁體9，其將探測片2之基部磁性地耦接至座部7。探測片2可以不同於在圖2中所繪示的方式而被連接至桿6之端部。　　如在圖1中所展示的，外殼4係包含兩個罩蓋10及11，其等藉由各自的螺釘而被固定至外殼4且可被移除以接達外殼4之內部(圖2係繪示沒有罩蓋11之外殼4)。如在圖2中所展示的，量測頭1係包括固定框架12，固定框架12係被配置在外殼4內部且藉由螺釘(未圖示)而與外殼4整合(或被剛性地拘束至外殼4)。再者，量測頭1係包括被配置在外殼4內部之運動學運動總成13，運動學運動總成13係由固定框架12支撐且承載探測片2(亦即，其承載探測片2被固定至其上之桿6)，以使探測片2沿著彼此垂直之兩個量測方向D1及D2(如在圖1中所展示的)來移動。在所繪示的實施例中，運動學運動總成13係變形機構。　　如在圖3至圖6中所繪示的，變形機構13係包括四個支柱14至17，其被配置在平行四邊形之頂點處(例如，形狀上如在附圖中所展示之正方形)。每個支柱14至17係垂直於兩個量測方向D1及D2來延伸，且具有至少一個外部表面。在較佳實施例中，每個支柱14至17係具有四個鈍表面，意即係大致上平坦之表面。更詳言之，兩個內部表面(意即，面向由四個支柱14至17所定界之正方形之內側)及兩個外部表面(意即，面向由四個支柱14至17所定界之正方形之外側)，其等係兩兩彼此平行且彼此相對(換言之，每個支柱14至17係具有彼此垂直的兩個外部表面及彼此垂直的兩個內部表面，每個內部表面係平行於對應的外部表面)。支柱14係被剛性地連接至固定框架12(亦即，其係與固定框架12整合)，且因此當探測片2移動時不會發生相對於固定框架12的任何移位。支柱15係與支柱14相對(意即，支柱15係相對於支柱14而被配置在由四個支柱14至17所定界之正方形之相對頂點處)，支撐探測片2(意即，其係支撐探測片2被剛性地安裝於其上之桿6)，且被調適成沿著兩個量測方向D1及D2來平移(與其被剛性地連接至其上之探測片2一起)。支柱16係被放置在支柱14與15之間，且僅當支柱15(意即，由支柱15所支撐之探測片2)沿著量測方向D1移動時才平移。詳言之，支柱16之移位幾乎只或大致上僅沿著量測方向D1發生。實際上，支柱16之移位之主要分量係在量測方向D1上的一個分量，而在量測方向D2上之移位之分量係可忽略的且可能可被補償的。換言之，當探測片2沿著量測方向D1移動時，支柱16係沿著量測方向D1來執行對應的實質移位，且沿著量測方向D2來執行可忽略實體的移位。支柱17係在相對於支柱16之相反側上被放置於支柱14與支柱15之間，且僅當支柱15(意即，由支柱15所支撐之探測片2)沿著量測方向D2移動時來平移。詳言之，支柱17之移位幾乎只或大致上僅沿著量測方向D2發生。實際上，支柱17之移位之主要分量係沿著量測方向D2的一個分量，而沿著量測方向D1之移位分量係可忽略的且可能可被補償的。換言之，當探測片2沿著量測方向D2被移動時，支柱17係沿著量測方向D2來執行對應的實質移位，且沿著量測方向D1來執行可忽略的移位。　　兩個位置感測器3a及3b(在圖5及圖6中係部分地可見的)係被安裝在變形機構13上，以沿著對應的量測方向D1或D2來偵測探測片2的每個位置。詳言之，位置感測器3a係包括被剛性地連接至固定框架12之固定部分及被剛性地連接至支柱16之可移動部分，以便於偵測支柱16沿著量測方向D1之移位。同樣地，位置感測器3b係包括被剛性地連接至固定框架12之固定部分及被剛性地連接至支柱17之可移動部分，以便於偵測支柱17沿著量測方向D2之移位。依照較佳的(但非限制性的)實施例，位置感測器3a及3b係包括換能器，例如LVDT(｢線性可變移位換能器｣)，每個換能器係包括被固定至固定框架12的繞組及被容納在繞組中且與固定至支柱16或支柱17之桿整合之可移動核心。　　依照在本文中未繪示之替代性及完全地等效之實施例，兩個單向位置感測器3a及3b係被單一雙向位置感測器所代替，雙向位置感測器係機械地被直接地耦接至支柱15，意即其包括：固定部分，固定部分係被剛性地拘束至固定框架12；及可移動部分，可移動部分係被剛性地連接至支柱15，以偵測支柱15 沿著兩個量測方向D1及D2之移位。　　作為替代，以上所提及之換能器可以係屬於不同類型的，例如屬於光學類型的。　　變形機構13係包括變形連結元件18至25，其藉由導引其等之移位而將支柱14至17彼此連結。　　更詳言之，在本文中所述及在附圖中所繪示之變形機構13係包括四個可彈性變形的外部橫桿18至21，其中之各者係平行於量測方向D1或D2來延伸，被剛性地拘束至兩個對應支柱14至17之外部表面(藉由各自的螺釘被螺合至支柱14至17的螺紋孔中)，且將兩個對應支柱14至17彼此連接。詳言之，外部橫桿18係將支柱14與支柱16彼此連接且平行於量測方向D2來延伸，外部橫桿19係將支柱14與支柱17彼此連接且平行於量測方向D1來延伸，外部橫桿20係將支柱15與支柱16彼此連接且平行於量測方向D1來延伸(因此其係與外部橫桿19平行且相對)，及外部橫桿21係將支柱17與支柱15彼此連接且平行於量測方向D2來延伸(因此其係與外部橫桿18平行且相對)。外部橫桿18至21係兩兩彼此平行且彼此相對。此外，垂直於量測方向D1及D2來量測的所有四個外部18至21橫桿之高度即使係非必須的，亦可與支柱14至17之高度大致上相同。依照在附圖中所展示之較佳的(但非限制性的)實施例，每個外部橫桿18至21係具有通孔，通孔尤其用作於減輕外部橫桿18至21且到達一些內部組件。　　變形機構13係包括四個內部可彈性變形橫桿22至25，其各者係平行於量測方向D1或D2來延伸，其被剛性地拘束至兩個對應支柱14至17的內部表面(藉由各自的螺釘而被螺合至支柱14至17之螺紋孔中)，且將兩個對應支柱14至17彼此連結。詳言之，內部橫桿22係將支柱14與17彼此連結且平行於量測方向D1來延伸，內部橫桿23係將支柱15與支柱16彼此連結且平行於量測方向D1來延伸(因此其係平行於內部橫桿22且與內部橫桿22相對)，內部橫桿24係將支柱14與支柱16彼此連結且平行於量測方向D2來延伸，且內部橫桿25係將支柱17與支柱15彼此連結且平行於量測方向D2來延伸(因此其係平行於內部橫桿24且與內部橫桿24相對)。內部橫桿22至25係兩兩平行且相對。此外，垂直於量測方向D1及D2所量測之所有四個內部橫桿22至25之高度可以係不同的，例如遠低於支柱14至17之高度(此設計選擇所具有的唯一目的係用以限制變形機構13內部之總體尺寸)。　　如先前所陳述的，四個支柱14至17係被配置在正方形之頂點處，且因此四個外部橫桿18至21皆具有與量測方向D1及D2中之一者平行所取之相同長度。同樣地，四個內部橫桿22至25皆具有與量測方向D1及D2中之一者平行所取之相同長度。換言之，所有四個外部橫桿18至21係具有相同的尺寸(且彼此係如此多地相同使得其等係可互換的)且所有四個內部橫桿22至25係具有相同的尺寸(且彼此係如此多地相同使得其等係可互換的)。　　依照未繪示之不同而大致上等效之實施例，四個支柱14至17係被配置在矩形(非正方形)之頂點處，矩形之尺寸係沿著兩個量測方向D1及D2中之一者而更大。　　如在圖7中更佳地繪示的，每個橫桿18至25(外部或內部)係具有被放置在兩個對應支柱14至17與兩個橫向部分27之間的中央部分26，被放置在中央部分26之相對側上之兩個橫向部分27係被拘束至對應的支柱14至17且具有比中央部分26更低的厚度。依照在附圖中所繪示之較佳的(但非限制性的)實施例，每個橫桿18至25係包括主要元件28，主要元件28係從橫桿18至25之一端延伸至另一端且界定橫向部分27及中央部分26之一部分兩者，而被定位於中央之加固元件29係界定中央部分26之另一部分且被剛性地拘束(例如焊接)至主要元件28。依照在附圖中所繪示之實施例(非限制性的)，加固元件29係具有與主要元件28相同的厚度，且因此中央部分26之厚度係橫向部分27的厚度的兩倍。　　在其被拘束至對應的支柱14至17之點處(意即，在橫向部分27中之一者處)附近，每個橫桿18至25係具有弱化區域30，其係厚度減少區域，以局部地增加橫桿18至25本身之撓性。弱化區域30係由一個凹部所組成，凹部局部地減小橫桿18至25之截面，且增加其被剛性地拘束至其上之每個支柱附近之其撓性(舉例而言，在弱化區域30處，橫桿18至25之厚度係包括介於橫向部分27之其餘部分之厚度的20%與35%之間)。依照在附圖中所繪示之較佳的(但非限制性的)實施例，每個弱化區域30係完全地被放置在橫向部分27中且開始於橫向部分27與中央部分26之間之邊界區域處。再者，每個弱化區域30係完全地被配置在中央部分26與穿孔31之間的橫向部分27中，其中係插入緊固螺釘以將橫桿緊固至對應的支柱14至17。　　依照以上已經描述的，清楚的是，每個橫桿18至25係具有集中在支柱14至17附近(意即，在弱化區域30處)之彈性撓性。由於此種彈性撓性，變形機構13可沿著兩個量測方向D1及D2彈性地變形，藉此使探測片2(被剛性地拘束至支柱15)沿著兩個量測方向D1及D2來移動。　　依照較佳的實施例，變形機構13係包括兩個平衡元件60，平衡元件60之各者係藉由合適的鉸鏈機構而被在中心地鉸接至固定框架12，以圍繞著垂直於量測方向D1及D2之旋轉軸線33來旋轉。兩個平衡元件60係被彼此垂直地配置，更詳言之，其等係沿著彼此垂直的方向來延伸，且兩個旋轉軸線33係彼此平行。在附圖中所描述及展示之實施例中，兩個旋轉軸線33係不重合，亦即，其等彼此以相距一定距離(不同於零)來配置。再者，兩個平衡元件60係被配置在沿垂直於量測方向D1及D2所取之不同高度處，以便彼此重疊及間隔開。詳言之，固定框架12係包括與支柱14整合之支撐板34，其係平行於量測方向D1及D2兩者來配置，承載兩個平衡元件60之鉸鏈機構，且被定位於兩個平衡元件60之間。在附圖中所展示之實施例中，內部橫桿22至25係以此種方式來配置，即兩個皆平行於兩個量測方向D1或D2中之一者之內部橫桿係被定位於支撐板34之一側上，而另外兩個皆平行於兩個量測方向D1或D2中之另一者之內部橫桿係被定位於支撐板34之相對側上。詳言之，參照圖3及圖4，分別地連接支柱14及支柱17以及支柱15與支柱16且係平行於量測方向D1之內部橫桿22及23係被放置在支撐板34之一側上(依照在圖3中所展示之定向在所述板的上方)，而分別地連接支柱14及支柱16以及支柱15與支柱17且係平行於量測方向D2之另外兩個內部橫桿24及25係被定位在支撐板34之相對側上(依照在圖4中所展示之定向在板的上方)。每個平衡元件60係具有被機械地拘束至支柱16或至支柱17之第一端(意即，平衡元件60係被機械地拘束至支柱16而另一個平衡元件60係被機械地拘束至支柱17)。依照在附圖中所展示之較佳的(但非限制性的)實施例，每個平衡元件60之第一端係藉由連接桿35而被機械地拘束至對應的支柱16或支柱17，連接桿35係被鉸接在平衡元件60之第一端之一側上及在對應的支柱16或支柱17之另一側上。依照一個替代實施例，每個平衡元件60可藉由彈性金屬薄片而被拘束至對應的支柱16或支柱17，彈性金屬薄片係具有連接至各自平衡元件60之端部之一端及被固定(例如螺合)至與各自的支柱16或支柱17整合之剛性支撐元件之另一端。此允許消除藉由連接桿所形成之連接中不可避免地存在之間隙。　　當其被拘束至其上之支柱16或支柱17沿著各自的量測方向D1或D2來移動時，每個平衡元件60係圍繞其旋轉軸線33來執行旋轉。參照在本文中所描述及繪示之實施例，當其被拘束至其上之支柱17執行移位時，在圖3中所展示之平衡元件60係圍繞旋轉軸線33來旋轉。如先前所陳述的，由於支柱17幾乎只沿著量測方向D2來移位，所以當探測片2沿著量測方向D2來移動時，在圖3中所展示之平衡元件60係進行旋轉。另一方面，在圖4中所展示之平衡元件60僅當其被拘束至其上之支柱16執行移位時才執行旋轉。由於支柱16幾乎只沿著量測方向D1來移位，所以當探測片2沿著量測方向D1移動時，在圖4中所展示之平衡元件60係進行旋轉。平衡元件60的同時旋轉係發生於當探測片2之移位包括沿著量測方向D1之分量及沿著量測方向D2之分量兩者時。　　每個平衡元件60係包括臂32及慣性補償配重36，其具有在平衡元件60之與第一端相反的第二端處被剛性地耦接至臂32之校正質量(機械地被拘束至對應的支柱16或支柱17)。藉由可調整的機械連接件將配重36固定至臂32，可調節的機械連接件能夠根據探測片2及探測片2被固定至其上之桿6來調整配重36之位置，更詳言之，係根據其等之總重量。配重36亦可在與空間原因相關的一定範圍內取決於桿及探測片之重量而以具有不同質量及尺寸的配重來進行替換。　　當支柱16或支柱17沿著對應的量測方向D1或D2來移動時，相對平衡元件60(藉由連接桿35而被拘束至支柱16或支柱17)係圍繞著旋轉軸線33來旋轉。　　配重36的存在係保證了整個系統(其包括變形機構13、探測片2及探測片被連接之其上的桿6)在量測方向D1及D2上的平衡。由於事實上被施加至系統之力的力矩相對於每個平衡元件60圍繞旋轉軸線33旋轉之力矩係相同的，所以獲得系統的平衡。換言之，由探測片2、桿6及連接至支柱16或支柱17之變形機構13之部分整體所施加之力與被拘束至支柱16或支柱17之平衡元件60之第一端與旋轉軸線33之間之距離的乘積係等於由配重36所施加之力與旋轉軸線33與配重36之重心之間之距離的乘積。每當量測頭1經受到平移加速度時，系統的平衡係生效。例如，當量測頭1被垂直地安裝時，意即當包含量測方向D1及D2之平面係垂直於地面時，每個平衡元件60之配重36係起到其作用。在此種情況下，配重36之功能係當量測頭1處於工作位置時及當其處於靜止位置時用以平衡兩者之重力，以保持系統的平衡。無論量測頭1之定位如何，配重36係在運行期間亦起到其作用，即使若施加高加速度亦能確保系統的平衡。　　依照在本文中所描述及繪示之較佳的實施例，配重36係具有在附圖中所展示之特定的形狀，其中，質量係以此種方式來分配，以便於取決於由變形機構13所施加之尺寸來獲得盡可能小的體積(配重36在旋轉期間係不得對著橫桿22至25來撞擊)且需要維持重心盡可能地遠離旋轉軸線33。　　依照在圖8及圖9中所繪示的(為了簡單起見，係呈現將單一平衡元件60鉸接至固定框架12之支撐板34)，每個平衡元件60係被機械連接至兩個相對的彈性元件37及38，其傾向於將平衡元件60保持在中間平衡位置中。依照較佳的實施例，每個彈性元件37或38係包括部分地容納螺釘39或40之桿的螺旋彈簧。每個螺釘39或40係具有頭部，頭部係用作為彈性元件37或38抵靠於其上以被壓縮之抵靠部。換言之，每個彈性元件37或38之一端係以此種方式靠抵在對應的螺釘39或40之頭部，使得彈性元件37或38可抵靠在對應的螺釘39或40之頭部來壓縮。　　如在圖10中更清楚地展示的，每個平衡元件60係被耦接至單向預負載槓桿41，單向預負載槓桿41係被鉸接至固定框架12，更詳言之，係被鉸接至支撐板34，以圍繞著對應的平衡元件60之旋轉軸線33來旋轉(意即，平衡元件60及單向預負載槓桿41係被調適成用以圍繞著相同的旋轉軸線33來旋轉)。每個單向預負載槓桿41係被調適成用以相對於平衡元件60在第一方向上旋轉，且被阻止相對於平衡元件60在相反於第一方向之第二方向上旋轉(以以下所描述的方式)。此外，每個單向預負載槓桿41係被調適成用以相對於固定框架12 (意即，相對於固定框架12之支撐板34 )在第二方向上旋轉，且被阻止相對於固定框架12(意即，相對於固定框架12之支撐板34 )在相反於第二方向之第一方向上旋轉(以以下所描述的方式)。更詳言之，單向預負載槓桿41係與平衡元件60一起相對於固定框架12在第二方向上旋轉。　　支撐被壓縮在螺釘40之頭部與單向預負載槓桿41之間之彈性元件38之螺釘40係被螺合至被容納在固定框架12中之螺紋孔43中，且支撐被壓縮在螺釘頭39與平衡元件60之間之彈性元件37之螺釘39係被螺合至被設置在單向預負載槓桿41中之螺紋孔42中。　　螺釘39係穿過位在平衡元件60中之穿孔44，更詳言之，係位在平衡元件60之臂32中，且不接觸平衡元件60。同樣地，螺釘40係穿過位在單向預負載槓桿41中之穿孔45，且不接觸單向預負載槓桿41。依照在附圖中所繪示之較佳的實施例，每個單向預負載槓桿41係被放置在對應的平衡元件60下方，意即在平衡元件60與固定支撐件12之支撐板34之間，且包括平行於旋轉軸線33來延伸的兩個第一懸伸部46及47或可移動的懸伸部，懸伸部係從單向預負載槓桿41懸伸且接合兩個對應的U形座部48及49，且被設置在重疊的平衡元件60中，更詳言之，係被設置在平衡元件60之臂32中。螺釘39被螺合至其中之螺紋孔42係被設置在可移動的懸伸部47中。固定框架12(特別地係固定框架12之支撐板34)係被放置於每個單向預負載槓桿41的下方，且具有平行於旋轉軸線33來延伸之兩個第二懸伸部50及51或固定懸伸部，懸伸部係從固定框架12懸伸且接合兩個對應的L形座部52及53，且被設置在重疊的單向預負載槓桿41中；螺釘40被螺合至其中之螺紋孔43係被設置在固定的懸伸部51中。　　由於每個單向預負載槓桿41之兩個可移動的懸伸部46及47的存在，其接合每個平衡元件60之對應的座部48及49，所以平衡元件60可圍繞著旋轉軸線33且相對於單向預負載槓桿41在第一方向上旋轉，依照第一方向，座部48及49兩者係移動離開對應的可移動的懸伸部46及47(如在圖8中所展示的，其中，在平衡元件60與單向預負載槓桿41之間係發生相對的旋轉)。平衡元件60亦可與單向預負載槓桿41整合地圍繞著旋轉軸線33在第二方向(相反於第一方向)上旋轉，依照第二方向，單向預負載槓桿41之可移動的懸伸部46及47兩者係藉由在旋轉移動中｢拖拉｣單向預負載槓桿41來接合平衡元件60之對應的座部48及49之壁(如在圖9中所展示的，其中平衡元件60與單向預負載槓桿係共同地旋轉)。　　由於存在接合每個單向預負載槓桿41之對應的座部52及53之兩個固定懸伸部50及51，所以單向預負載槓桿41係被阻止圍繞著旋轉軸線33且相對於固定框架12在第一方向上旋轉，依照第一方向，兩個座部52及53係對著對應的固定懸伸部50及51｢撞擊｣。單向預負載槓桿41可圍繞著旋轉軸線33且相對於固定框架12在第二方向上旋轉，依照第二方向，座部52及53兩者係移動離開對應的固定懸伸部50及51。　　提供一對銷54，每個銷係進入被設置在各自的平衡元件60中之對應的穿孔，更詳言之，穿孔係被設置在此平衡元件32之臂32中及被設置在各自的單向預負載槓桿41中，以使平衡元件60及單向預負載槓桿41圍繞著旋轉軸線33來旋轉。第二銷55係通過每個連接桿35之穿孔且進入被設置在對應的平衡元件60之一端中的空腔56，以在連接桿35與平衡元件60之間提供一個旋轉耦接。　　如在圖8中所繪示的，當連接桿35沿著第一方向(在圖8中係向上)來移動時，平衡元件60係圍繞著旋轉軸線33而沿著第一方向(在圖8中係逆時針方向)來旋轉，以伴隨連接桿35之移動，而單向預負載槓桿41係因為其被固定懸伸部50及51(在圖8中僅部分地係可見的)所施加之機械拘束停止而因此不移動(或不圍繞著旋轉軸線33來旋轉)。在此種情況下，彈性元件38係不受任何應力的影響(因為其位於與固定框架12整合之螺釘40之頭部與不移動之單向預負載槓桿41之間），而彈性元件37係被壓縮(因為其被放置在與不移動的單向預負載槓桿41整合之螺釘39之頭部與相反地會移動之平衡元件60之間)。　　如在圖9中所繪示的，當連接桿35在第二方向上移動，例如相反於上述的方向(在圖9中係向下)時，平衡元件60係在第二方向上(在圖8中係順時針方向)圍繞著旋轉軸線33來旋轉以伴隨連接桿35之移動，且單向預負載槓桿41亦與平衡元件60一起圍繞著旋轉軸線33來旋轉。因此，平衡元件60與單向預負載槓桿41係相對於固定框架12在第二方向上(在圖9中係順時針方向)一起旋轉。在此種情況下，彈性元件38係被壓縮(因為其被放置在與固定框架12整合之螺釘40之頭部與移動的單向預負載槓桿41之間)，而彈性元件37係不受任何應力的影響(因為其位於與單向預負載槓桿41整合之螺釘39之頭部與平衡元件60之間，兩者皆以相同的運動規律來移動)。　　依照未繪示之可能的實施例，第一抵接元件係沿著量測方向D1來構成端部止動件且限制支柱16沿著量測方向D1本身之衝程(特別地，第一抵接元件係成形為便於用以限制支柱16在兩個方向上之衝程，意即其構成右端部止動件及左端部止動件兩者)。同樣地，第二抵接元件係沿著量測方向D2來構成端部止動件且限制支柱17沿著量測方向D2本身之衝程(特別地，第二抵接元件係成形為便於用以限制支柱17在兩個方向上之衝程，意即其構成右端部止動件及左端部止動件兩者)。依照可能的實施例，兩個抵接元件係皆直接地被耦接至支柱15(意即，兩者皆直接地作用在支柱15上)；此防止由探測片2或由桿6所受到的任何衝擊被傳輸至變形機構13的其他組件而推動變形機構13本身。亦可提供被耦接至支柱15之單一抵接元件，例如具有適當的尺寸的銷，其藉由適當地與固定框架12接合(例如具有使銷能夠以一定餘隙來移動的孔)來限制支柱15沿著量測方向D1及D2兩者而在兩個方向上之衝程。　　依照未繪示之可能的實施例，單一阻尼元件(例如設置有黏滯性流體)可被機械地耦接至支柱15，以抑制支柱15沿著量測方向D1及D2兩者之平移移動。或者，第一阻尼元件可被機械地耦接至支柱16以抑制支柱16沿著量測方向D1之平移移動，而第二阻尼元件可被機械地耦接至支柱17以抑制支柱17沿著量測方向D2之平移移動。阻尼元件的功能係用以在檢查階段期間及當量測頭1在檢查循環之末端處返回至其靜止位置時，防止沿著量測方向D1及D2而在探測片2中產生顯著的振盪，藉此確保更大的穩定性。　　迄今為止在附圖中所描述及繪示之量測頭1中，具有各自配重36之平衡元件60、單向預負載槓桿41及內部橫桿22至25係被放置在支撐板34之相對側上，且因此通常係位於不同的幾何平面上。依照一替代性實施例，其可以此種方式來設計變形機構13，使得其所有組件通常係位於單一平面上，例如位於支撐板34之相同側上。詳言之，藉由將不同的組件即外部橫桿18至21及內部橫桿22至25以及平衡元件60適當地設定尺寸，例如藉由採用具有適當的校正質量及尺寸的配重36，其可固定兩個平衡元件60，同時維持與支撐板34之相同面成90°之相互配置，使得其等被配置在垂直於量測方向(D1、D2)所量測之相同高度處。依照進一步之替代性實施例(未圖示)，支柱(14至17)及外部橫桿(18至21)以及內部橫桿(22至25)可被實現為單一件，例如由固體加工而成。　　依照不同的實施例(位繪示)，迄今為止所描述之作為變形機構之替代方案，運動學運動總成13係包括滑動元件，例如四個滑架，每個滑架係被連結至兩個支柱，以使其等能夠依照探測片之移位的函數沿著量測方向D1及D2中之一者獨自地線性移動來執行往復。　　以上所描述之量測頭1係提供了幾個優點。　　首先，從慣性的觀點來看，上述量測頭1之行為係完全地同質的。換言之，沿著兩個量測方向D1及D2，上述量測頭1之慣性係相同的。量測頭1亦可被認為係各向同性的，即在由量測方向D1及D2所界定之平面中係具有相同的(同質的)行為。此允許在機械零件之尺寸及/或幾何檢查之階段期間及在運行期間簡化對量測頭1之移動的控制，因為其可在量測頭1上在所有的方向上施加相同的加速度。此外，變形機構13之特定構形，且尤其是慣性補償之配重36的存在係保證了量測頭1在量測方向D1及D2兩者上的平衡，且因此保證在運行期間量測頭1經受甚至非常高的加速度的可能性，藉此使量測頭1在一個檢查循環與另一個檢查循環之間的停機時間最小化，而總體上增加了量測程序的效率。　　最後，上述量測頭1製造起來係容易且便宜的，因為其建構需要使用習知的製造技術及材料(其可容易地在市場上找到)。

1‧‧‧量測頭

2‧‧‧探測片

3a‧‧‧位置感測器

3b‧‧‧位置感測器

4‧‧‧平行四邊形外殼

5‧‧‧貫穿開口

6‧‧‧桿

7‧‧‧座部

8‧‧‧滾珠

9‧‧‧磁體

10‧‧‧罩蓋

11‧‧‧罩蓋

12‧‧‧固定框架

13‧‧‧變形機構

14‧‧‧支柱

15‧‧‧支柱

16‧‧‧支柱

17‧‧‧支柱

18‧‧‧外部橫桿

19‧‧‧外部橫桿

20‧‧‧外部橫桿

21‧‧‧外部橫桿

22‧‧‧內部橫桿

23‧‧‧內部橫桿

24‧‧‧內部橫桿

25‧‧‧內部橫桿

26‧‧‧中央部分

27‧‧‧橫向部分

28‧‧‧主要元件

29‧‧‧加固元件

30‧‧‧弱化區域

31‧‧‧穿孔

32‧‧‧臂

33‧‧‧旋轉軸線

34‧‧‧支撐板

35‧‧‧連接桿

36‧‧‧慣性補償配重

37‧‧‧彈性元件

38‧‧‧彈性元件

39‧‧‧螺釘

40‧‧‧螺釘

41‧‧‧單向預負載槓桿

42‧‧‧螺紋孔

43‧‧‧螺紋孔

44‧‧‧穿孔

45‧‧‧穿孔

46‧‧‧可移動的懸伸部

47‧‧‧可移動的懸伸部

48‧‧‧座部

49‧‧‧座部

50‧‧‧懸伸部

51‧‧‧懸伸部

52‧‧‧座部

53‧‧‧座部

54‧‧‧銷

55‧‧‧第二銷

56‧‧‧空腔

60‧‧‧平衡元件

D1‧‧‧量測方向

D2‧‧‧量測方向

現在參照作為非限制性實例所給出之附圖來描述本發明，其中：　　圖1係依照本發明之用於機械零件之尺寸及/或幾何檢查之雙向量測頭的透視圖；　　圖2係圖1之量測頭的透視圖，其中罩蓋及探測片已經被移除；　　圖3及圖4係圖1之量測頭之變形機構的兩個透視圖，分別地係俯視圖及仰視圖；　　圖5及圖6係圖3及圖4之變形機構的兩個平面圖，分別地係俯視圖及仰視圖；　　圖7係圖3及圖4之變形機構之橫桿的平面圖；　　圖8及圖9係位於兩個相對端部位置中之圖3及圖4之變形機構之配重及預加載系統的兩個平面圖；及　　圖10係圖8及圖9之配重及預加載系統的透視圖及分解圖，其中配重質量已經被移除。

Claims

一種用於機械零件(2)的尺寸及/或幾何檢查的雙向量測頭(1)，該量測頭(1)包含：　　固定框架(12)；　　探測片(2)，被調適成用以接觸該機械零件(2)；　　運動學運動總成(13)，由該固定框架(12)所支撐且承載該探測片(2)以使該探測片(2)沿著彼此垂直之兩個量測方向(D1、D2)移動；及　　至少一個感測器(3a、3b)，被安裝在該運動學運動總成(13)上且沿著至少一個量測方向(D1；D2)來偵測該探測片(2)之位置；　　該量測頭(1)之特徵在於該運動學運動總成(13)包括：　　第一支柱(14)，剛性地連接至該固定框架(12)；第二支柱(15)，與該第一支柱(14)相對置，其承載該探測片(2)且與該探測片(2)一起沿著該兩量測方向(D1、D2)來移動；及第三支柱(16)與第四支柱(17)，各幾乎只沿著該第一量測方向(D1)及第二量測方向(D2)之一者來移位；及　　連結元件(18-25)，藉由導引該支柱(14-17)的移位而連結該支柱(14-17)。
如申請專利範圍第1項之量測頭(1)，其中　　該支柱(14-17)垂直於該兩個量測方向(D1、D2)而延伸；　　該第三支柱(16)僅當該第二支柱(15)沿著該第一量測方向(D1)移動時藉由幾乎只沿著該第一量測方向(D1)移位而移動；且　　該第四支柱(17)僅當該第二支柱(15)沿著該第二量測方向(D2)移動時藉由幾乎只沿著該第二量測方向(D2)移位而移動。
如申請專利範圍第1或2項之量測頭(1)，其中，該運動學運動總成(13)係變形機構。
如申請專利範圍第1或2項之量測頭(1)，其中，該連結元件(18-25)包括可彈性變形橫桿，該可彈性變形橫桿被剛性地拘束至該支柱(14-17)。
如申請專利範圍第4項之量測頭(1)，其中，該支柱(14-17)各包括至少一個外部表面，該可彈性變形橫桿包括兩兩平行且相對置的四個外部橫桿(18-21)，各外部橫桿平行於該對應量測方向(D1；D2)而延伸，且被剛性地拘束至兩個對應支柱(14-17)之該至少一個外部表面且將該兩個對應支柱(14-17)彼此連結在一起。
如申請專利範圍第5項之量測頭(1)，其中，該支柱(14-17)各包括至少一個內部表面，該可彈性變形橫桿包括兩兩平行且相對置的四個內部橫桿(22-25)，各內部橫桿平行於該對應量測方向(D1；D2)而延伸，且被剛性地拘束至兩個對應支柱(14-17)之該至少一個內部表面且將該兩個對應支柱(14-17)彼此連結在一起。
如申請專利範圍第6項之量測頭(1)，其中，該支柱(14-17)之各者之該至少一個內部表面係平行且相對置於該支柱(14-17)之該至少一個外部表面。
如申請專利範圍第4項之量測頭(1)，其中，該可彈性變形橫桿(18-25)之各橫桿包含厚度減少區域(30)以在該橫桿被剛性地拘束至各支柱處的附近局部地增加該橫桿(18-25)之撓性。
如申請專利範圍第1或2項之量測頭(1)，其中，該固定框架(12)包括支撐板(34)，其與該第一支柱(14)整合在一起且被配置成平行於該兩量測方向(D1、D2)。
如申請專利範圍第1或2項之量測頭(1)，其中，該四個支柱(14-17)被配置在矩形的頂點處。
如申請專利範圍第1或2項之量測頭(1)，其進一步包括兩個平衡元件(60)，各平衡元件(60)藉由各自鉸鏈機構而鉸接至該固定框架(12)以繞垂直於該量測方向(D1、D2)之旋轉軸線(33)旋轉且具有被機械式地拘束至該第三支柱(16)或至該第四支柱(17)之第一端。
如申請專利範圍第11項之量測頭(1)，其中，該兩個平衡元件(60)被配置成彼此垂直。
如申請專利範圍第11項之量測頭(1)，其中，該兩個平衡元件(60)被配置在沿垂直於該量測方向(D1、D2)所取之不同高度處。
如申請專利範圍第11項之量測頭(1)，其中，該固定框架(12)包括支撐板(34)，該固定框架(12)與該第一支柱(14)整合在一起、被配置成平行於該兩量測方向(D1、D2)、承載用於該兩個平衡元件(60)的鉸鏈機構、且被配置在該兩個平衡元件(60)之間。
如申請專利範圍第11項之量測頭(1)，其中，各平衡元件(60)在與該第一端相對置之第二端處包含具有校正質量之配重(36)。
如申請專利範圍第15項之量測頭(1)，其中，各平衡元件(60)包含臂(32)且各配重(36)藉由可調整的機械連接件而固定至對應的該臂(32)。
如申請專利範圍第11項之量測頭(1)，其中，各平衡元件(60)之該第一端藉由連接桿(35)而被機械式地拘束至對應的該支柱(16、17)，該連接桿(35)具有被鉸接至該平衡元件(60)之該第一端的一端及被鉸接至對應的該支柱(16、17)之另一端。
如申請專利範圍第11項之量測頭(1)，其中，各平衡元件(60)被機械連接至傾向於將該平衡元件(60)保持在中間平衡位置的至少一個彈性元件(37、38)。
如申請專利範圍第11項之量測頭(1)，其中　　各平衡元件(60)被耦接至單向預負載槓桿(41)，該單向預負載槓桿(41)被鉸接至該固定框架(12)，以繞對應的該平衡元件(60)之該旋轉軸線(33)旋轉；且　　各單向預負載槓桿(41)被防止相對於該固定框架(12)在第一方向上旋轉，且被調適成與該平衡元件(60)一起相對於該固定框架(12)在相反於該第一方向之第二方向上旋轉。
如申請專利範圍第19項之量測頭(1)，其中，各單向預負載槓桿(41)具有兩個可移動的懸伸部(46；47)，平行於該旋轉軸線(33)延伸，其從該單向預負載槓桿(41)懸伸且接合被設置在各該平衡元件(60)中之兩個對應座部(48、49)。
如申請專利範圍第19項之量測頭(1)，其中，該固定框架(12)包括兩個固定懸伸部(50、51)，平行於該旋轉軸線(33)延伸，其從該固定框架(12)懸伸且接合被設置在該單向預負載槓桿(41)中之兩個對應座部(52、53)。
如申請專利範圍第20項之量測頭(1)，其中，該固定框架(12)包括兩個固定懸伸部(50、51)，平行於該旋轉軸線(33)延伸，其從該固定框架(12)懸伸且接合被設置在該單向預負載槓桿(41)中之兩個對應座部(52、53)。