專利名稱：具有壓電傳感器和熱絕緣的接觸探測器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種接觸探測器，用于檢查機床的位置或尺寸或者測量機器，其包括具有保護殼體以及支撐和定位區(qū)域的支撐框架、局部地收納在保護殼體內(nèi)并且包括攜帶適于接觸將檢查的部件的測頭的臂的可移動臂組、設(shè)置在支撐框架和可移動臂組之間、用于推動可移動臂組抵靠支撐和定位區(qū)域的推進設(shè)備、位于可移動臂組和處于支撐和定位區(qū)域的支撐框架之間的限制和定位系統(tǒng)，以及具有連接至支撐框架并且適于響應(yīng)于施加至測頭的力而提供信號的層狀壓電傳感器。
背景技術(shù)：
具有攜帶測頭的可移動臂組的接觸探測器用于坐標(biāo)測量儀和機床中，尤其在加工中心和加工車床中，用于檢查已經(jīng)或需要加工的工件、工具、機器平臺等。在每一個中這種探測器中，測頭和如機械工件之間的接觸由合適的設(shè)備告知，所述設(shè)備檢測可移動臂組相對于殼體的特定移動，并且控制讀取與機器滑動相關(guān)的傳感器，所述傳感器提供關(guān)于參考位置或原點的測量值。與在專利號US5299360A中所述的探測器相同，探測器的檢測和信號發(fā)送設(shè)備可以包括電路以及至少一個相關(guān)的開關(guān)，其響應(yīng)于在可移動臂和殼體之間發(fā)生的位移而機械地啟動，并且引起電路的閉合或更常見為電路的斷開。例如，從專利號N0.US4153998A中已知具有檢測設(shè)備的其他探測器，包括設(shè)置在支撐和定位系統(tǒng)處的電路。其他類型的接觸探測器可以包括具有非常不同類型和設(shè)置的檢測設(shè)備，其中包括應(yīng)力或壓電傳感器。專利公開號 N0.US3945124A、US4177568A、GB2049198、US4462162A 和US4972594A示出了這種類型的探測器。其中，專利號N0.US4972594示出了具有臂組的探測器，所述臂組包括臂和測頭，并且以可移動方式連接至固定框架。尤其，臂組在機械參考接點耦合至中間支點。探測器包括兩個檢測設(shè)備:層狀壓電傳感器，其在一個測頭已經(jīng)接觸將檢查的機械部件之后立刻產(chǎn)生信號，以及在上述機械參考接點由觸點閉合的電路。為了避免壓電傳感器發(fā)出錯誤信號，其對于振動或者其他噪音以及熱改變尤為敏感，這種壓電傳感器的信號被認(rèn)為指示僅當(dāng)通過由臂組移動以及隨之發(fā)生的機械接點之間的分離而引起電路斷開而確認(rèn)這種觸點位于特定延遲中時，在測頭和機械部件之間實際發(fā)生接觸。由于在接觸檢測中必須引入的延遲，這種用于確認(rèn)對不同類型的噪聲的無影響的程序可能引起問題。當(dāng)不可能完全地控制探測器和將檢查的部件之間的閉合率(由機器工作周期設(shè)定)，這種問題甚至增加。正如已經(jīng)提及的，壓電傳感器是熱敏的，即對熱變化敏感，并且當(dāng)發(fā)生溫度改變時，其可以產(chǎn)生可能引起錯誤接觸信號的電信號。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是實現(xiàn)一種接觸探測器，其特別可靠并且基本上不受由于諸如熱改變的環(huán)境噪聲而引起的錯誤的影響。此處的以及其他的目的和優(yōu)點由如權(quán)利要求1中限定的根據(jù)本發(fā)明的接觸探測器實現(xiàn)。根據(jù)本發(fā)明的接觸探測器包括具有保護性殼體的支撐裝置和用于具有臂和測頭的可移動臂組的支撐和定位區(qū)域。由例如包括三個支撐區(qū)域中的V形座部以及在可移動臂組中的相關(guān)徑向元件的等壓支架系統(tǒng)的限制和定位系統(tǒng)，驅(qū)使可移動臂組在支撐和定位區(qū)域出的限定位置抵靠支撐框架。檢測設(shè)備包括層狀壓電傳感器，優(yōu)選由聚偏二氟乙烯制成，其在支撐和定位區(qū)域連接至支撐框架。熱絕緣系統(tǒng)位于保護性殼體和在支撐和定位區(qū)域的傳感器之間，以使得壓電傳感器基本上不受溫度突然改變的影響熱絕緣系統(tǒng)優(yōu)選包括位于壓電傳感器和支撐框架之間的由熱絕緣材料、諸如玻璃纖維制成的元件。保護性殼體優(yōu)選由在于具有低熱系數(shù)特征的鐵鎳合金制成，諸如Invar 。熱絕緣系統(tǒng)還可以包括中空主體，收納保護性殼體并且限定了合適的熱絕緣中空空間。優(yōu)選地，傳感器包括設(shè)置在三個支撐區(qū)域處的三個分離的靈敏部分。根據(jù)本發(fā)明一個優(yōu)選實施例，探測器包括第二檢測設(shè)備，例如設(shè)置在可移動臂組和支撐框架之間的等壓支架系統(tǒng)處的電路。除了使用一個壓電傳感器之外，例如，可以使用這種第二檢測設(shè)備發(fā)信號以確認(rèn)壓電傳感器。


現(xiàn)在，參考作為非限制性實例給出的隨附附圖而描述本發(fā)明，其中:圖1是根據(jù)本發(fā)明的接觸探測器的簡化縱向截面；圖2A是圖1的接觸探測器的一個部件的透視圖，與圖1相比以放大的比例示出；圖2B和2C是從兩個不同角度對圖2A的部件的透視分解視圖；圖3是具有圖1的接觸探測器的部件的處理器件的電路示意圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明的探測器中信號的處理系統(tǒng)的電路示意圖；圖5是根據(jù)本發(fā)明的探測器中的不同處理系統(tǒng)的電路示意圖；圖6是與圖5的處理系統(tǒng)相關(guān)的電信號趨勢的圖示；圖7是根據(jù)本發(fā)明不同實施例的接觸探測器的簡化縱向截面，其中在是附圖中示出了一些部件；圖8是根據(jù)本發(fā)明第三不同實施例的接觸探測器的簡化縱向截面，其中在是附圖中示出了一些部件；圖9是根據(jù)本發(fā)明又一實施例的接觸探測器的簡化透視縱向截面；圖10是根據(jù)本發(fā)明的探測器中信號的處理方面的電路示意圖；以及圖11是關(guān)于壓電傳感器的信號處理的已知方案的電路示意圖。
具體實施例方式圖1的截面以非常簡單的方式示出了接觸探測器1，包括具有保護性殼體3的支撐框架2，所述保護性殼體3基本上是圓柱形的，并且包括例如彼此組裝的不同部分，其限定了縱向幾何軸，還包括可移動臂組5，局部收納在保護性殼體3中并且得以適當(dāng)?shù)闹?。支撐框?包括基本上圓柱形的內(nèi)部部件6，其借助于閉合板8而固定至保護性殼體3。更特別地，閉合板8螺紋連接至保護性殼體3，并且軸向地驅(qū)使內(nèi)部部件并將其保持在位置6中。內(nèi)部部件6具有用于可移動臂組5的支撐和定位區(qū)域7，而可移動臂組5包括攜帶適于接觸將檢查的部件的測頭11的臂9，其在圖1中以簡化方式示出，并且附圖標(biāo)記為13。具有壓縮彈簧15的推進設(shè)備設(shè)置在支撐框架2和可移動臂組5之間，并且驅(qū)使可移動臂組5抵靠支撐和定位區(qū)域7。位于可移動臂組5和支撐框架2之間的限制和定位系統(tǒng)17設(shè)置在支撐和定位區(qū)域7，并且包括具有三個支撐區(qū)域的等壓支架系統(tǒng)，每個支撐區(qū)域具有固定至支撐框架2、更具體地固定至內(nèi)部部件6的一對球，在圖中僅可見一個球，附圖標(biāo)記為19，并且每個支撐區(qū)域限定了 V形座部，在圖中采用相同的附圖標(biāo)記19，以及限定在可移動臂組5中的例如圓柱形的徑向元件21。圖1中所示的探測器I在非運作的狀況下，即當(dāng)測頭11和將檢查的部件14之間沒有接觸時，由于彈簧15的作用，三個徑向元件21設(shè)置在由球19限定的V形座部中，并且因而以唯一的方式限定了可移動臂組5關(guān)于支撐框架2的位置。根據(jù)備選方案，V形座部和徑向元件可以分別定位在可移動臂組5和支撐框架2中，或者限制和定位系統(tǒng)可以以不同的方式制成，例如具有不同的等壓支架系統(tǒng)，諸如已知為Kelvin稱合的系統(tǒng)。檢測設(shè)備23包括至少一個層狀壓電元件或傳感器25，其基本上設(shè)置在垂直于保護性殼體3的縱向幾何軸的平面上，并且在支撐和定位區(qū)域7連接至支撐框架2。尤其，根據(jù)圖2A、2B和2C，檢測設(shè)備23包括由諸如玻璃纖維的電絕緣材料制成的兩個環(huán)形電路板24和26,兩者之間牢固地固定和定位層狀壓電傳感器。每個電路板24和26的一側(cè)、更具體地為接觸層狀壓電傳感器25的一側(cè)，具有導(dǎo)電表面(例如，根據(jù)已知技術(shù)，由銅或金制成)，分別分成三個基本上不同的角度部分24’、24’’、24’’’和26’、26’’、26’’’。這樣，檢測設(shè)備23具有三個靈敏部分23’、23’ ’、23’ ’ ’，所述檢測設(shè)備23以下列方式固定至支撐框架2的一個區(qū)域，即每個靈敏部分23’、23’ ’、23’ ’ ’基本上關(guān)于三個支撐區(qū)域的一個、即關(guān)于圖1的實例中的球19對中之一而定中心。本發(fā)明可以包括電路板24、26和/或?qū)訝顗弘妭鞲衅?5的數(shù)量不同和/或結(jié)構(gòu)不同的靈敏部分23’、23’ ’、23’ ’ ’。例如，層狀壓電傳感器25可以形狀不同，或者由特定的加工處理而獲得，這本身是已知的。檢測設(shè)備23壓力鎖定在內(nèi)部部件6和支撐框架2的另一區(qū)域之間，并且在其間設(shè)置由熱絕緣材料制成的至少一個元件28。尤其，由閉合板8支撐的內(nèi)部部件6依次地支撐檢測設(shè)備23具有電路板24的一側(cè)抵靠由熱絕緣材料制成的元件28，并且因而將檢測設(shè)備23鎖定至支撐框架2。例如由玻璃纖維制成的元件28實現(xiàn)了保護性殼體3和在支撐和定位區(qū)域7的層狀壓電傳感器25之間的熱絕緣系統(tǒng)。元件28可以是環(huán)形的，或者可以分成不同部件，設(shè)置在電路板26的不同區(qū)域。根據(jù)用于將檢測設(shè)備23連接至支撐框架的備選方法，將電路板24在支撐和定位區(qū)域7膠合至內(nèi)部部件6，和/或電路板26膠合至熱絕緣材料制成的元件28。信號調(diào)節(jié)電子設(shè)備30中的處理器件包括微處理器37 (圖3)，并且設(shè)置在保護性殼體3內(nèi)，并且借助于導(dǎo)線而連接至檢測設(shè)備23的電路板24、26，所述導(dǎo)線在圖3中示意性示為數(shù)對導(dǎo)線32，每一對連接至電路板24中的終端和電路板26中的終端，兩個終端設(shè)置在三個靈敏部分23’、23’ ’、23’ ’ ’中之一處。層狀壓電傳感器25由壓電塑料材料制成的薄片獲得，優(yōu)選由聚合物材料制成，諸如聚偏二氟乙烯(PVDF)。該材料的特征使得其特征在于，在響應(yīng)于材料自身所經(jīng)受的加壓或減壓而產(chǎn)生電荷中具有非常高的靈敏性。而且，PVDF的特征在于是一種具有基本上無限可壓縮性的材料，因而，機械限制是非必須的。電路板24和26檢測和傳輸這種電荷至信號調(diào)節(jié)電子設(shè)備30，其中，如圖3中示意性所示，將從各個不同差動電荷放大器33的輸出中的信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字(如圖3中示意性所示，借助于功能模塊31)，并且在由軟件模塊35實施的加法器中合計相對絕對值，用于獲得單一力信號M，其值指示施加至層狀壓電傳感器25的總體力變化。微處理器37接收力信號M作為輸入，并且根據(jù)其發(fā)射接觸信號T，指示接觸發(fā)生，其借助于電線或無線系統(tǒng)而以已知方式傳送至附圖中未示出的外部接口。在根據(jù)圖1的實施例中，用于保護性殼體3的材料是鐵鎳合金，其特征在于具有極低的熱膨脹系數(shù)，諸如Invar (在美國和其他國家的注冊商標(biāo))通常約lppm/°C。探測器I如下運作。 探測器I和將檢查的部件14之間的相互移動，例如，沿著圖1中雙向箭頭X所表述的橫向方向，測頭11接觸部件13，并且在可移動臂組5上施加力，并將其傳遞至限制和定位系統(tǒng)17。在三個支撐區(qū)域的一個或兩個出口處，徑向元件21向各對球19施加推力，并且同時，在其他支撐區(qū)域釋放彈簧15所施加的推力。將推力作用和釋放作用傳遞至檢測設(shè)備23，更具體地傳遞至層狀壓電傳感器25，其在靈敏部分23’、23’’、23’’’處經(jīng)壓縮或減壓，并且因而產(chǎn)生借助于設(shè)置在電路板24和26中的終端而檢測的電荷，如上文簡單所公開的。產(chǎn)生的力信號指示施加在壓電傳感器25上的力變化，并且在微處理器37中得以處理，并且尤其當(dāng)超過確定閾值時檢測其，并且在特定延遲之后發(fā)射接觸信號T。通過測頭11和將檢查的部件13沿著與X不同的方向的相互接觸、例如沿著方向Z發(fā)生接觸而在層狀壓電傳感器25上引起類似的效應(yīng)，作為其結(jié)果，至少理論上而言，在三個支撐區(qū)域釋放推力，并且因而層狀壓電傳感器25在靈敏部分23’、23’ ’、23’ ’ ’處經(jīng)歷減壓。圖4示意性地示出了信號調(diào)節(jié)電子設(shè)備30中的可能有利手段，用于防止探測器I經(jīng)歷的熱改變不利地影響探測器I的性能并且因而提供錯誤的信號。事實上，制備層狀壓電傳感器25的材料可以經(jīng)受這種熱變化，并且引起產(chǎn)生相應(yīng)的不合需要的電荷。在根據(jù)圖4的簡圖的處理系統(tǒng)40的方案中，由層狀壓電傳感器提供的、更具體地在每個靈敏部分23’、23’’、23’’’處產(chǎn)生的并且數(shù)字化信號St，發(fā)送至濾波部件的入口，更具體的是低通濾波器34，在該實例中實施為軟件模塊，其特征在于具有約IHz的截至頻率，所述信號還發(fā)送至數(shù)字減法單元36，也實施為軟件模塊。單元36輸出信號Sd，以絕對值表示從低通濾波器34的輸出中的這種信號St和已濾波信號Sf之間的差。這樣當(dāng)信號St經(jīng)歷平緩的變化時，例如通常由溫度改變引起的平緩的變化，信號Sf經(jīng)歷相同的改變，并且由于來自單元36的輸出的信號Sd基本上等于零，因而沒有發(fā)出信號。然而，當(dāng)信號St的變化是突然時，隨著其作為測頭11和將檢查的部件13之間的接觸而發(fā)生，在信號Sf中未立即發(fā)生相應(yīng)變化，其維持不變，并且作為結(jié)果，單元36的輸出中的信號Sd經(jīng)歷突然變化。因而，僅當(dāng)不為零的力信號M將到達微處理器37的情況下，允許正確地發(fā)出信號并且相應(yīng)地產(chǎn)生接觸信號T。應(yīng)當(dāng)注意到，具有由例如玻璃纖維的熱絕緣材料制成的元件28的熱絕緣系統(tǒng)，防止了將突然的環(huán)境熱變化、例如由影響保護性殼體3的冷卻液噴射所引起的熱變化以突然的方式傳遞至層狀壓電傳感器25。這確保了圖4的有利手段的保護性作用是合適且可靠的。而且，使用具有低的熱膨脹系數(shù)特征的材料，諸如Invar ，用于保護性殼體3，防止環(huán)境熱變化引起保護性殼體3的尺寸改變。事實上，這種尺寸改變能夠?qū)㈦妷菏┘又翆訝顗弘妭鞲衅?5，并且引起進一步錯誤發(fā)信號。作為圖4的有利手段的備選方案(其中電路圖示出了優(yōu)選經(jīng)由軟件實施的功能性元件)，具有抵抗環(huán)境噪聲、更具體而言是熱變化引起的噪聲的其他可能的保護系統(tǒng)。在圖5和圖6中示意性地示出了可以包括在信號調(diào)節(jié)電子設(shè)備30中的一個這種系統(tǒng)。用于處理由層狀壓電傳感器25提供的信號的處理系統(tǒng)55包括優(yōu)選經(jīng)由軟件實施的設(shè)備，其允許當(dāng)引起層狀壓電傳感器25中產(chǎn)生不合需要的電荷的熱改變發(fā)生時，及時逐步地改變閾值S，并且在微處理器37中將力信號M的值與其比較。在圖5中，由模塊50和51表示的增量加法器提供了根據(jù)“FIFO”(先進先出)序列而檢測用于力信號M的多個值、尤其是檢測得的最近η個值的總和。處理單元52、54提供了對這η個檢測得的值的平均值以及根據(jù)計算得的平均值而分別處理和修改的閾值S。比較器56將當(dāng)前力信號M與這種閾值S比較。根據(jù)處理系統(tǒng)55，隨著收集這些值而實施對力信號M的值的平均，例如平均最后8192個值(即η=8192，考慮IOOkhz的典型采樣頻率)，并且閾值S根據(jù)該平均值而動態(tài)地改變。結(jié)果，力信號M的緩慢逐步變化、例如熱偏移現(xiàn)象或不需要的電容性效應(yīng)所引起的變化，也對應(yīng)于閾值S的變化，這防止了第一個(M)超過第二個(S)。如前文參考圖4和信號St所述，作為測頭11和將檢查的部件13之間接觸的結(jié)果，在層狀壓電傳感器25的輸出中具有信號的突然改變，并且因而與輸出信號同樣突然的力信號M的改變。在該情況下，閾值S及時地經(jīng)歷小且慢的改變，并且因而超過力信號Μ。結(jié)果，微處理器37產(chǎn)生接觸信號Τ。圖6示意性地示出了由于溫度增加引起的力信號M的緩慢逐步改變，閾值S如何及時動態(tài)地改變。在測頭11和將檢查的部件13接觸時，出現(xiàn)超過閾值S并且引起產(chǎn)生接觸信號T的力信號M的突然改變。即使如圖5和圖6所示的方案在逐步熱變化時適當(dāng)?shù)剡\作時，并且由設(shè)置在支撐和定位區(qū)域處的熱絕緣材料制成的(集成或分成不同部件)元件28的熱絕緣系統(tǒng)而確?；旧喜皇軠囟鹊耐蝗桓淖兊挠绊憽Ｔ趫D7中示出了根據(jù)本發(fā)明的探測器I’的備選方案。圖7的探測器I’基本上與圖1的探測器I相同，并且因而未重復(fù)對由相同的附圖標(biāo)記標(biāo)注的相同部件進行描述。唯一的差別是具有第二檢測設(shè)備，其本身是已知的，并且類似于參考專利號US4972594A在說明書第一部分中描述的方案。尤其，電路定位在限制和定位系統(tǒng)17處，當(dāng)三個進行元件21收納在V形座部并且接觸各對球19時閉合這種電路。第二檢測設(shè)備的電路包括將電路連接至信號調(diào)節(jié)電子設(shè)備30的電線，諸如在圖7中以簡化方式示出的具有一對線60的導(dǎo)線。在微處理器37中操作第二檢測設(shè)備的信號，以便于在預(yù)設(shè)時間間隔(例如，每隔10微秒)之后確認(rèn)由層狀壓電傳感器25產(chǎn)生的力信號M實際上對應(yīng)于發(fā)生在測頭11和將檢查的部件13之間的接觸。而且，由于在發(fā)射脈沖信號之后，不再可能從層狀壓電傳感器25接收關(guān)于系統(tǒng)狀態(tài)的信息(尤其是知曉可移動臂組5是否關(guān)于支撐框架2偏轉(zhuǎn))，可以從第二檢測設(shè)備獲得這種息。因而，雖然在圖1的探測器I中，限制和定位系統(tǒng)17僅用于所謂的“超行程”，即與測頭11集成的可移動臂組5關(guān)于支撐框架移動而用于避免在探測器I和將檢查的部件13之間接觸之后出現(xiàn)過大的壓力和破壞的可能性，但是在圖7的探測器I’中，可移動臂組5關(guān)于支撐框架2的移動還與第二檢測設(shè)備的操作相關(guān)，其發(fā)送信號被微處理器37用于正確地發(fā)射接觸信號T。圖8示出了根據(jù)本發(fā)明不同實施例的探測器I’ ’。探測器I’ ’包括探測器I和I’的許多部件，因而未重復(fù)描述標(biāo)注有相同附圖標(biāo)記的相同部件。圖8示出了未以截面顯示的保護帽4，其連接至支撐框架2，并且除此之外還包括密封墊圈，在圖1和圖7的簡化截面中省略這種帽。探測器I’ ’與探測器I和I’的主要差別是存在熱絕緣系統(tǒng)的另一部件，即絕緣中空主體64，其一端65連接至保護性殼體3。絕緣中空主體64包括基本上圓筒形的凹槽，其收納保護性殼體3，以至少在包括層狀壓電傳感器25所處的截面的一個縱向長度上，限定位于保護性殼體3和絕緣中空主體64之間的熱絕緣中空空間66。在圖8的實例中，熱絕緣中空空間66甚至在與鎖定端65相對的端處橫向地延伸。形成在熱絕緣中空空間66的氣墊(例如，厚度幾十毫米)允許探測器的熱絕緣，其中設(shè)置了檢測設(shè)備23，并且防止了將突然的環(huán)境熱變化、諸如由冷卻劑噴射而引起的熱變化突然地傳遞至層狀壓電傳感器25。這樣，可能的熱變化以逐步的方式到達層狀壓電傳感器25，而由于諸如參考圖4、圖5和圖6所述的系統(tǒng)，可以容易地避免負(fù)效應(yīng)。包括絕緣中空主體64的熱絕緣系統(tǒng)可以替代包括在簽署實施例中的由玻璃纖維制成的元件28，但是基本上，在如圖8中所示的本發(fā)明的實施例中，可以提供兩個熱絕緣系統(tǒng)。絕緣中空主體64可以由各種材料制成，例如鋼或鐵鎳合金，其特征在于具有低熱膨脹系數(shù)，諸如nvar 。在圖9中示出了根據(jù)本發(fā)明的接觸探測器的可能不同實施方式中的另一實施例。探測器I’ ’ ’的特征在于大部分類似于圖1、7和8的那些探測器1、I’和I’ ’，并且本文不再詳細(xì)描述。探測器I’ ’ ’與圖7的探測器I’相同，在該情況下包括具有微型開關(guān)74的第二檢測設(shè)備，其在圖9中未示出截面，并且由附圖標(biāo)記75標(biāo)注的導(dǎo)線而連接至信號調(diào)節(jié)電子設(shè)備30。本身已知的是，微型開關(guān)74包括軸向可移動的傳動軸76，其耦合至可移動臂組5，用于傳遞可移動臂組5的移動并且使得微型開關(guān)74因而發(fā)射信號。在該情況下包括微型開關(guān)74的第二檢測設(shè)備的這種信號，由微處理器37使用，如前述參考圖7的探測器I’所述，以正確地發(fā)射接觸信號T?？梢栽谂c圖9中所示探測器不同的接觸探測器中提供微型開關(guān)74。例如，探測器可以包括僅具有由熱絕緣材料制成的元件28的熱絕緣系統(tǒng)(與圖1和圖7的探測器I和I’相同)。圖10涉及圖3中所示的特殊有利實施方式，其中兩個電路板24、26電連接至各個差動電荷放大器33。更具體地，電路板24和26中的每個終端在此以附圖標(biāo)記24n和26N標(biāo)注，設(shè)置在靈敏部分23’、23’ ’和23’ ’ ’之一處的壓電元件25的端部，并且連接至電荷放大器單元84和86，其響應(yīng)于在各個終端24n和26n處提供的電荷Q (數(shù)量級為幾皮庫)而產(chǎn)生信號。例如由差動放大器88提供的來自電荷放大器單元84和86的輸出的信號差的絕對值，表示由在靈敏部分23’、23’ ’和23’ ’ ’之一處的壓電元件25產(chǎn)生的信號，并且根據(jù)圖3，其目的在于諸如在圖4中之一可以實施的任何其他處理之后，數(shù)字化并且與其他信號疊加。至于一個已知的實施例， 諸如圖11中概略示出的實施例，其中在壓電元件端部的終端之一接地，根據(jù)本發(fā)明，圖10的不同實施方式尤為有利，因為其允許顯著地減少可能的電噪聲。事實上，在根據(jù)本發(fā)明的探測器在機床上的應(yīng)用中(本文所示的實施例1、I’、I’、I’’’之一以及其他可能實施例中)，地線通常是機床自身的殼體，其通常具有大量電噪聲。當(dāng)采用諸如圖11中所示的已知實施方式時，由于接地產(chǎn)生的電噪聲可能引起決定性的應(yīng)用。諸如圖10中示意性所示的根據(jù)本發(fā)明的不同實施方式，基本上不受這種類型噪聲的影響，因為獲得的信號不取決于所使用的地線的特征。可以提供根據(jù)本發(fā)明的用于接觸探測器的其他實施例，而具有關(guān)于機械結(jié)構(gòu)和/或包括的信號處理的已知部件的備選實施方式。
權(quán)利要求
1.一種用于檢測機床或測量機中部件(13)的位置或尺寸的接觸探測器(I ;1’ ；1’’ ；1’’’)，其包括: 支撐框架(2)，其具有 保護性殼體(3)，以及 支撐和定位區(qū)域(7)， 可移動臂組(5)，其局部地收納在保護性殼體(3)內(nèi)，并且包括攜帶適于接觸將檢查的部件(13)的測頭(11)的臂(9)， 推進設(shè)備(15)，設(shè)置支撐框架(2)和可移動臂組(5)之間，用于驅(qū)使可移動臂組(5)抵靠支撐和定位區(qū)域(7)， 限制和定位系統(tǒng)(17)，位于支撐和定位區(qū)域(7)處可移動臂組(5)和支撐框架(2)之間，以及 檢測設(shè)備(23)，具有層狀壓電傳感器(25)，連接至支撐框架(2)，并且適于響應(yīng)于施加至測頭(11)的力而提供信號，其特征在于 所述層狀壓電傳感器 (25)設(shè)置在保護性殼體(3)中，并且在制成和定位區(qū)域(7)處連接至支撐框架(2)，以及 支撐框架(2)包括在所述支撐和定位區(qū)域(7)處位于保護性殼體(3)和所述層狀壓電傳感器(25)之間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的接觸探測器(I;1’ ；1’’其中所述熱絕緣系統(tǒng)包括由熱絕緣材料制成的至少一個元件(28)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的接觸探測器(I;1’ ；1’’其中由熱絕緣材料制成的所述至少一個元件(28)由玻璃纖維制成。
4.根據(jù)前述任意一項權(quán)利要求所述的接觸探測器(I’’其中所述熱絕緣系統(tǒng)還包括絕緣中空主體(64),保護性殼體(3)設(shè)置在所述絕緣中空主體(64)中。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的接觸探測器(I’’其中保護性殼體(3)為基本上圓筒形，而絕緣中空主體(64)具有基本上圓筒形凹槽，收納保護性殼體(3)，以在保護性殼體(3)和絕緣中空主體(64)之間限定熱絕緣中空空間(66)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或權(quán)利要求5所述的接觸探測器(I’’ ；1’ ’ ’ )，其中所述熱絕緣中空主體(64)由具有低熱膨脹系數(shù)的鐵鎳合金制成。
7.根據(jù)前述任意一項權(quán)利要求所述的接觸探測器(I;1’ ；1’’其中保護性殼體(3)由具有低熱膨脹系數(shù)的鐵鎳合金制成。
8.根據(jù)前述任意一項權(quán)利要求所述的接觸探測器(I;1’ ；1’’其中限制和定位系統(tǒng)(17)包括位于可移動臂組(5)和支撐框架(2)之間的等壓支架系統(tǒng)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的接觸探測器(I;1’ ；1’’其中所述等壓支架系統(tǒng)包括位于可移動臂組(5)和支撐框架(2)之間的三個支撐區(qū)域。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的接觸探測器(I;1’ ；1’’其中所述檢測設(shè)備(23)包括位于三個支撐區(qū)域的三個靈敏部分(23’、23’ ’、23’ ’ ’)。
11.根據(jù)權(quán)利要求9或權(quán)利要求10所述的接觸探測器(I;1’ ；1’’其中所述三個支撐區(qū)域的每一個包括V形座部(19)以及在推進設(shè)備(15)的推力下設(shè)置在V-形座部(19)中的徑向元件(21)，而V形座部(19)和徑向元件(21)分別限定在所述支撐框架(2)和可移動臂組(5)中。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的接觸探測器(I’’包括第二檢測設(shè)備(19、21、60)，其適于提供指示可移動臂組(5)和支撐框架(2)的相對位置的信號，還包括電路(60)，其當(dāng)徑向元件(21)設(shè)置在V形座部(19)中時閉合。
13.根據(jù)權(quán)利要求1至11中任意一項所述的接觸探測器(I’’包括第二檢測設(shè)備(19、21、60 ;74、75、76)，適于提供指示可移動臂組(5)和支撐框架(2)的相互位置的信號。
14.根據(jù)前述任意一項權(quán)利要求所述的接觸探測器(I其中所述層狀壓電傳感器(25)由聚偏二氟乙烯制成。
15.根據(jù)前述任意一項權(quán)利要求所述的接觸探測器(I包括連接至支撐框架(2)的信號調(diào)節(jié)電子設(shè)備(30)。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的接觸探測器(I;1’ ；1’’其中所述信號調(diào)節(jié)電子設(shè)備(30 )包括處理系統(tǒng)(40 )，其具有用于對層狀壓電傳感器(25 )提供的信號(St)的濾波部件(34)，處理系統(tǒng)(40)適于獲得已濾波信號(Sf)， 而將其與層狀壓電傳感器(25)提供的所述信號(St)比較，并且在逐步改變由層狀壓電傳感器(25)提供的所述信號(St)時，輸出基本上等于零的信號(Sd)。
全文摘要
一種用于檢測機床或測量機中部件(13)的位置或尺寸的接觸探測器(1；1’；1’’；1’’’)，包括具有保護性殼體(3)支撐框架(2)，以及具有測頭(11)以接觸將檢查的部件(13)的可移動臂組(5)。探測器包括由聚合物材料制成的層狀壓電傳感器(25)，諸如聚偏二氟乙烯，其連接至支撐框架，并且固定在支撐和定位區(qū)域(7)處，可移動臂組在等壓支架系統(tǒng)(17)限定的位置處依靠其上。熱絕緣系統(tǒng)設(shè)置在保護性殼體和壓電傳感器之間，并且優(yōu)選包括由熱絕緣材料、諸如玻璃纖維制成的至少一個元件(28)，其位于壓電傳感器和支撐框架之間。
文檔編號G01B7/00GK103189710SQ201180052669
公開日2013年7月3日 申請日期2011年10月25日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月29日
發(fā)明者C·達拉利奧, A·甘比尼 申請人:馬波斯S.P.A.公司