專利名稱：自動更換測針裝置和測針自動更換方法
技術領域：
本發明屬于精密測量技術領域，涉及三坐標測量機，主要涉及三坐標測量機 的測針更換裝置和方法，具體講就是一種新型的自動更換測針裝置和測針自動更 換方法。
背景技術：
隨著精密測量技術的快速發展，坐標測量設備越來越多的使用在自動化生產 線和產品檢測等方面，例如使用坐標測量機對齒輪、葉片、曲軸、凸輪等復雜結 構的產品進行檢測和檢驗。坐標測量機不斷更新換代以滿足工業生產的需要，這 使得人們對具有新功能、高精度、高度自動化的檢測設備的需求不斷提高。在使用三坐標測量機對一些帶外圓面、臺階面、內孔、內凹槽、異型面等復 雜零件進行測量時，由于被測工件表面的形狀和尺寸不同，就需要不斷更換各種 形狀的測針進行測量。目前所公開的有關測頭更換裝置，可以分為四大類。第一類是利用氣動力實 現測頭更換。專利US5228205中就是利用改變氣室中空氣壓力的大小實現測頭的 加緊和拆除。此類機構使得測頭的裝卸方便可靠，但是要通過適當的氣動控制方 式使得系統控制稍顯復雜。第二類是利用電磁力的實現測頭更換。專利US4637119、 L)S4649623、 US4938083、 US5041806中就是利用電磁鐵的共同作用實現測頭的安裝和拆除。 這種結構是通過控制電磁鐵中電流的大小和方向來實現磁力的增大和減小，其特 點是磁力大小可以調節，控制方式簡單，但是其缺點是電磁力的反復作用會引起 周圍導磁材料磁化，而且使得永磁鐵的磁力作用減小。第三類是利用機械力實現測頭的更換。專利US422簡8、 US4637119、 US4979284、 US5101548中利用機械裝置的相互運動提供的機械力實現測頭的裝 夾和拆除。此類型的機構體積較大，結構復雜，容易產生振動、彈性變形等不良 因素影響測量精度。第四類利用永磁鐵的磁力和輔助的機械力實現測頭更換。專利US5327657、 US6430828、 US6772527中測頭的安裝是通過永磁鐵的磁力作用，而測頭的拆除 是靠機械裝置的輔助作用實現的。其特點是測頭的安裝和拆卸可靠，磁力持久， 是現在應用較多的一種方式。但是測頭的拆卸過程中是通過改變軸向位移而改變 其磁力作用的大小，這就使得測頭在拆除過程中所需提供的軸向作用力很大，對 精密測頭內部的元部件的裝配定位精度可能產生較大的影響。在專利US7024738 中測頭安裝支架可以繞安裝軸回轉，但其在每個測頭安裝座上都有一個機械輔助 拆除系統，使得結構累贅，控制過程復雜。
以上四類對于側頭的更換裝置和方法均存在在更換過程中施力過大，具體就 是軸向力尤其是將測頭部件取出時的拔力過大的問題，由于測頭是精密件，其中 內部的一些構件是采用很細的彈簧連接或控制的，外力的施力過大時，會對內部 必然產生影響，嚴重時會影響到測頭的使用壽命，甚至會損壞測頭。實際測量過 程中因為測針的存取而損壞測頭機構和發生測量精度不準是急待解決的技術問 題。
本發明項目組對國內外專利文獻和公開發表的期刊論文檢索，再尚未發現與 本發明密切相關和一樣的報道或文獻。
發明內容
本發明的目的是克服上述技術或設備存在的缺點，提供一種使得測針更換工 作更加簡單容易，測針更換過程運行平穩，測針模塊拆除時所需的軸向作用力很 小，結構精簡，不需復雜的控制，能很好的保護測頭結構，提高測頭的使用壽命 的自動更換測針裝置和方法。
下面對本發明進行詳細說明
本發明的構思是通過電機帶動下控制測針模塊存貯架進行回轉和擺動，與測 頭的直線運動配合來實現測針模塊的自動更換，以減小軸向作用力。
本發明的實現在于作為一種自動更換測針裝置，包括有測頭、測針模塊、測 針模塊存貯架、保護蓋和控制計算機，測針模塊的底部有定位球，其中裝有永磁
鐵，與測量機測針的存取控制相關，其特征在于測針存放架通過底板安裝在坐 標測量機工作臺面上，測針固裝在測針模塊上，測針模塊是圓周帶有凸臺的圓柱 形金屬板，測針模塊的外圓凸臺上設計有定位塊；底板上靠近兩端分別安裝有軸 承座3a和軸承座3b，在軸承座3a的外側有L型的電機安裝板也固定安裝在底 板上，L型的電機安裝板的外側安裝有電機，在軸承座3b的外側安裝有主動齒
輪和從動齒輪，主動齒輪和從動齒輪相互嚙合，齒數和模數相等，電機的軸與短 軸4a固連，短軸4b與主動齒輪固連，在短軸4a和短軸4b之間固定安裝有測針 模塊存貯架，測針模塊存貯架是一塊長方體形狀的板，上面開設有至少一個U 型凹槽，即U型支承座，根據實際所使用的測針數目可以開設有多個U型凹槽， 其中放置測針模塊，測針模塊的外圓凸臺直徑與測針模塊存貯架中存放該測針模 塊的U型凹槽直徑相適配，在從測頭上拆除測針模塊時，測針模塊存貯架在電機 的帶動下作小角度擺動；在底板上還有安裝有軸承座9a和軸承座9b，在軸承座 9a和軸承座9b之間安裝有從動軸，從動軸的一端與從動齒輪固連，從動軸上固 連有保護蓋，保護蓋是一體化的保護蓋，為帶邊沿的長方形蓋狀體，其大小和形 狀與測針模塊存貯架適應。在坐標測量機和其它在線檢測設備中，當使用測頭對被測工件的尺寸和形狀 進行檢測時，由于不同的測量要求，所用在測量過程中可能需要更換不同規格和 形狀的測針對工件進行測量。這樣就需要在測量過程中不斷更換不同類型的測頭 測針。本發明為解決測針在存取過程中軸向力過大的問題，采用了單獨的測針存放架的設計，分別將測針模塊存貯架和測針保護蓋固裝在主動和從動軸上，通過 正反兩齒輪的嚙合實現了測針模塊存貯架的旋轉和測針保護蓋的自動打開，配合 計算機控制、在電機的帶動下，測針模塊能夠相對于測頭進行擺動，從而大大減 小測針部件在存取過程中受軸向力沖擊的影響，保護了測頭，方便了存取，同時 還實現了測針保護蓋在存取過程的自動打開與閉合。定位塊的設置限制測針模塊 的周向位移，保證了各個環節包括測針模塊與測頭的安裝過程以及存放于存貯架 的過程穩定可靠。本發明的實現還在于測針模塊上固裝有不同尺寸和規格測針，其外圓凸臺 直徑也各不相同，存放該測針模塊的測針模塊存貯架上的U型凹槽的直徑也各不 相同，各自一一對應。不同的測針模塊其圓周方向上的凸臺直徑不同，所對應U型支承座的凹槽 直徑也不同。這樣，各個測針模塊只能安裝到自己的對應U型支承座中，而不能 安裝到其它的U型支承座中，使得在使用過程中測針模塊的對應位置不會產生混 淆。本發明的實現還在于測針模塊存貯架上，開有5個li型凹槽，它們分別置入
5個測針。
本發明還是一種測針自動更換方法，其實現在于采用自動更換測針裝置， 具體的操作步驟是
從測針存放架上取出測針模塊，安裝于測量機的測頭上的步驟包括有 第一步在計算機的控制下，原來處于豎直位置的測針模塊存貯架在電機帶動
下轉90度，因測針模塊存貯架上的主動齒輪帶動與保護蓋固連的從動
齒輪進行回轉，則測針保護蓋反方向轉90度，實現測針模塊存貯架和
保護蓋的打開，與底板平行； 第二步在測量設備的帶動下，測頭向著靠近測針模塊的方向運動，直到測頭上
的三組圓柱短銷和測針模塊上的三個球體相接觸，然后，測針模塊上的
永磁鐵將會產生一定大小的磁力使得測頭和測針模塊相結合； 第三歩在測量設備的帶動下，測頭朝外運動，此時，測針模塊將和測頭一起向
外運動，脫離測針模塊存貯架中的U型支承座的支撐； 第四歩測針模塊存貯架和保護蓋在電機的帶動下，轉回到原來的豎直位置，
從測量機測頭上拆除測針模塊，裝回測針存放架的步驟，包括有 第一步在計算機的控制下，原來處于豎直位置的測針模塊存貯架在電機帶動下
轉90度，存貯架上的主動齒輪帶動保護蓋上的從動齒輪進行回轉，實
現測針模塊存貯架和保護蓋的打開，與底板平行； 第二步在測量設備的帶動下，測頭和安裝在其上的測針模塊運動到達測針模塊
對應的U型支承座的位置； 第三步在測量設備的帶動下，測頭緩慢向上運動，同時，電機帶動存貯架繞自
身回轉軸做15 30度的小角度回轉； 第四步在測量設備的帶動下，測頭快速向上運動，測針模塊被保留在存貯架中
U型支承座的位置上； 第五步測針模塊存貯架和保護蓋在電機的帶動下，回轉到原來的豎直位置。 這就完成了從測頭上拆除測針模塊的工作過程。
存取測針模塊的過程中，由于測針模塊和測頭部件是通過磁力相連接的，而 測頭一直保持高精度的運行軌跡，不能有偏轉或擺動，本發明通過控制電機帶動 測針模塊存貯架在回放測針模塊到測針存放架時，作小角度回轉，減小了軸向磁
力的作用。有效地解決了從測頭上拆除測針模塊的過程中測頭受軸向磁力大的技 術難題。本發明在回放測針模塊到測針存放架時，電機帶動存貯架繞自身回轉軸線做 15 30度的小角度回轉，減小了軸向磁力的作用，使得測針模塊的更換從較大軸向力的直接拔取，因減小了軸向磁力而變成了輕取，解決了測頭在測針拆除過 程中承受軸向力大的問題。本發明還專門設計了測針存放架，與主動軸固連的測 針模塊存貯架兩端通過軸承座進行支撐，而且一端和控制電機的軸相固連， 一端 與齒輪固連，正反齒輪嚙合，分別固連于主動軸和從動軸，在電機的帶動下兩軸 反向轉，實現存貯架與保護蓋的自動打開，水平到位，另外測針存取完成后，經 電機帶動自動恢復到豎直位置以及合蓋，即測針模塊存貯架和保護蓋實現同步回 轉。本發明使得測針更換過程運行平穩，更換的步驟程序更加簡單容易，測針模 塊拆除時所需的軸向作用力很小，裝置設計的結構精簡，不需復雜的控制，包括 不需手動控制和不需更多的計算機軟件控制，能很好的保護測頭結構，有效地提 高了測頭的使用壽命。
圖1是發明的組成示意圖的主視圖； 圖2是圖1的俯視圖；圖3是在本發明自動更換測針裝置中將測針保護蓋剖開后的俯視圖； 圖4是測針模塊存貯架6和保護蓋均旋轉90度后的俯視圖； 圖5是圖2中沿著A—A截面的剖面圖；圖6是一個測針模塊的結構示意圖，其中圖6 (a)是主視圖，圖6 (b)是俯 視圖；圖7是一個測頭的局部結構示意圖，其中圖7 (a)是主視圖，圖7 (b)是仰 視圖；圖8是在更換測針模塊的過程中，給測頭上安裝測針模塊的操作過程簡圖； 圖9是在更換測針模塊的過程中，從測頭上拆除測針模塊的操作過程簡圖。
具體實施例方式實施例l:如圖1所示，本發明是一種自動更換測針裝置，包括有測頭21、測針模塊ll、測針模塊存貯架6、保護蓋5和控制計算機，測針模塊的底部有定
位球13，其中裝有永磁鐵14，與測量機測針的存取控制相關，專門設計的測針 存放架通過底板10安裝在坐標測量機工作臺面上，根據測量需求可以選定置于 工作臺面的某一合適位置上，測針16固裝在測針模塊11上，為了使得測針16 便于更換，將測針16安裝在標準的模塊板17上，可以通過螺紋方式連接或者直 接焊接在模塊板上制成標準的測針模塊11，詳見圖6b。為了減小磁力對測量結 果的影響，測針模塊安裝板17的材料需要使用非導磁材料，而且要求其重量不 能太大。可以選用鋁、鋁合金。本例中選用鋁合金作測針模塊安裝板，這樣，測 針的更換就簡化為對測針模塊11的更換。
測針固裝在測針模塊11上，測針模塊11是圓周帶有凸臺19的圓柱形金屬 板，測針模塊的外圓凸臺19上設計有定位塊15;底板10上靠近兩端分別安裝 有軸承座3a和軸承座3b，在軸承座3a的外側有L型的電機安裝板2也固定安 裝在底板10上，L型的電機安裝板2的外側安裝有電機l，在軸承座3b的外側 安裝有主動齒輪7和從動齒輪8，主動齒輪7和從動齒輪8相互嚙合，齒數和模 數相等，電機1的軸與短軸4a固連，短軸4b與主動齒輪7固連，在短軸4a和 短軸4b之間固定安裝有測針模塊存貯架6。測針模塊存貯架6是一塊長方體形 狀的板，上面開設有U型凹槽，即U型支承座，根據實際所使用的測針數目開設 有若干U型凹槽，本例中開有五個U型凹槽，以放置最常用的測針，在長方體形 狀的板上還設有兩個限位銷12a和12b，用于限制測針模塊存貯架6與保護蓋5 的相對距離。
測針模塊存貯架6中放置測針模塊11，測針模塊11的外圓凸臺直徑與測針 模塊存貯架6中存放該測針模塊的U型凹槽直徑相適配，在從測頭21上拆除測 針模塊11時，測針模塊存貯架6在電機1的帶動下作小角度擺動；在底板10 上還有安裝有軸承座9a和軸承座9b，在軸承座9a和軸承座9b之間安裝有從動 軸20，從動軸20的一端與從動齒輪8固連，從動轉軸20上固連有保護蓋5，保 護蓋5是一體化的保護蓋，為帶邊沿的長方形蓋狀體，其大小和形狀與測針模塊 存貯架6適應。
圖5是將圖2沿著A—A線的位置進行剖切后的剖視圖，測針模塊11卡裝在 存貯架6中的U型支承座中，在沒有進行測針模塊更換操作時，測針模塊存貯架 6和保護蓋5與底板10相垂直，且二者是相互靠攏的，兩個限位銷12a和12b，
用于限制測針模塊存貯架6與保護蓋5的相對距離。測針模塊保護蓋5可以繞軸 20進行回轉。其作用是防止與測頭相鄰的工作表面與空氣或工作環境中的油污、 灰塵、有害氣體等接觸，起到防潮、防塵、抗腐蝕、抗氧化的作用。實施例2:參見圖3，總體裝置同實施例l，測針模塊是固裝有不同尺寸和規 格測針的測針模塊ll，其外圓凸臺直徑也各不相同，參見圖4，存放該測針模塊 的U型凹槽的直徑也各不相同，各自一一對應。由于存貯架6上可安放多個測針 模塊，規定對于每一規格的測針，其測針模塊只能安裝在存貯架的一個U型支承 座的位置上，不允出現許多個測針模塊可以安裝在一個U型支承座上的情況。否 則會出現測量設備錯誤安裝不符合要求的測針，使得測量無法進行或者測量結果 錯誤。圖6是測針模塊11的結構詳圖。測針模塊的外圓周面設計有一定寬度的凸 臺19，為了使得測針模塊能夠穩定地安放在存貯架6上，在測針模塊存貯架6 的對應位置開設有相應直徑和寬度的U型凹槽，即就是將測針模塊11卡放在此 U型凹槽中，通過測針模塊上的凸臺19的前后表面18a、 18b實現測針模塊在存 貯架6上的軸向定位，見圖6b。為了實現上述要求，每個測針模塊上的凸臺19的直徑和寬度均不相同，這樣 就不會出現不同規格的測針模塊均能安裝在同一個U型支承座中的情況，避免測 針模塊更換時產生混亂的現象，保證裝置可靠的工作。實施例3:參見圖3，總體裝置同實施例l，其中的測針模塊存貯架6上， 開有5個U型凹槽，它們分別置入長、短球形測端測針、彎頭測端測針、星形測 端測針、盤形測端測針常用類型的測針。實施例4:總體裝置同實施例l，其中的測針模塊存貯架6上，開有6個U 型凹槽，同時測針模塊存貯架6也相對長些。實施例5:總體裝置同實施例l，其中的測針模塊存貯架6上，開有8個U 型凹槽，同時測針模塊存貯架6也相對長些。實施例6:總體裝置同實施例l，其中的測針模塊存貯架6上，開有2個U 型凹槽，同時測針模塊存貯架6也相對短些，存放檢測最常用的長、短球形測針。 實施例7:如圖6和圖7所示，在測針模塊ll中，與測頭21相鄰的表面上， 沿著圓周均勻分布互成120度的三個圓球13。在測頭21與測針模塊相鄰表面的
對應位置，沿著圓周均勻分布互成120度的三組圓柱銷22，每組圓柱銷各由兩 個相互平行的短銷22a、 22b組成。測針模塊11和測頭21的精確定位就是通過 三個球13和三組圓柱銷22的接觸實現的。這就是所謂的開爾文式定位法，又稱 為開氏定位法，本發明也釆用了這樣的定位法。在測針模塊ll的內部安裝有一 定磁場強度的永磁鐵14，當測針模塊11和在測頭21結合時，就能通過此永磁 鐵14的作用實現二者的相互吸附，使得測針模塊11安裝在測頭21上。
為了避免存取過程測針模塊11在存貯架6中產生軸向回轉，造成當測針模塊 11與測頭21結合時，測針模塊上的球副13和測頭21上的圓柱銷22的對應位 置錯開，而不能進行安裝和定位。所以在每個測針模塊ll外圓凸臺的最下面設 有一個定位塊15，那么在存貯架的U型支承座上相應地開設有一個凹槽，通過 此定位塊15實現測針模塊在存貯架中的周向定位，保證不因測針模塊存貯架6 的運動而導致其中的測針模塊ll的周向轉動，提高整個裝置的平穩可靠性，參 見圖4和圖6(a)。 實施例8:
參見圖1和圖2，本發明裝置的最左端安裝有電機l，其通過L型的電機安裝 板2和底板10相連。測針模塊存貯架6是一塊長方體形狀的板，其兩端分別和 圓柱型回轉短軸4a、 4b相連。回轉短軸4a、 4b分別安裝在兩端軸承座3a和3b 上。在電機1的帶動下測針模塊存貯架6可繞其兩端軸承座3a和3b的軸線回轉。 在長方體形狀的測針模塊存貯架6的上面根據實際所使用的測針數目開設有相 應地U型凹槽。在圖1至4中為五個U型支座，即可以安放五個不同規格的測針 模塊。
當然，測針模塊存貯架6的尺寸可以根據測量機實際所使用測針的數目進行 變化，相應地增加或者減小測針座的數目，參見實施例4 6。
在右端，齒輪7和回轉短軸4b相連，作為主動輪，與主動齒輪7嚙合的從動 齒輪8和測針模塊保護蓋5的回轉軸相連。測針模塊保護蓋5所在的從動軸20 通過兩端軸承座9a、 9b進行支撐。這樣主動齒輪7的回轉帶動從動齒輪8進行 反向回轉，即就能實現測針模塊保護蓋5的反向回轉。這里設計兩個齒輪的齒數 和模數相等，則這一對齒輪的轉速相同，而轉向相反。此處，規定在電機的帶動 下測針模塊存貯架的最大回轉角度為90度，則測針模塊保護蓋的最大回轉角度
也為90度，二者可以同時轉動，且能實現的反向轉動。通過上述的傳動機構， 就能實現在更換測針模塊時，保護蓋5的打開，更換工作完成后，保護蓋5能夠 合上，這樣使得暫時不用的測針模塊受到保護，避免受到污染或腐蝕。
實施例9:
本發明還是一種測針自動更換方法，采用自動更換測針裝置，參見圖8和
圖9,具體的操作步驟是
從測針存放架上取出測針模塊，安裝于測量機的測頭上的步驟包括有 第一步在計算機的控制下，原來處于豎直位置的測針模塊存貯架6在電機1
帶動下轉90度，因測針模塊存貯架6上的主動齒輪7帶動與保護蓋5 固連的從動齒輪8進行回轉，則測針保護蓋5反方向轉90度，實現測 針模塊存貯架6和保護蓋5的打開，與底板10平行；
第二步在測量設備的帶動下，測頭21由上而下向著靠近測針模塊ll的方向運
動，直到測頭21上的三組圓柱短銷22a 、 22b和測針模塊11上的三個 球體13相接觸，然后，測針模塊11上的永磁鐵14將會產生一定大小 的磁力使得測頭21和測針模塊11相結合；
第三步在測量設備的帶動下，測頭21朝外運動，此時，測針模塊ll將和測頭 21 —起向外運動，脫離測針模塊存貯架6中的U型支承座的支撐；
第四步測針模塊存貯架6和保護蓋5在電機1的帶動下，轉回到原來的豎直位
置，
以上完成了給測頭體21上安裝測針模塊11的工作過程。
從測量機測頭上拆除測針模塊，裝回測針存放架的步驟，包括有 第一步在計算機的控制下，原來處于豎直位置的測針模塊存貯架6在電機1
帶動下轉90度，存貯架6上的主動齒輪7帶動保護蓋5上的從動齒輪 8進行回轉，實現測針模塊存貯架6和保護蓋5的打開，與底板10平 行；
第二步在測量設備的帶動下，測頭21和安裝在其上的測針模塊11運動到達測
針模塊11對應的U型支承座的位置； 第三步在測量設備的帶動下，測頭21緩慢向上運動，同時，電機l帶動存貯
架6繞自身回轉軸做30度的小角度回轉； 第四歩在測量設備的帶動下，測頭21快速向上運動，測針模塊ll被保留在存貯架6中1)型支承座的位置上； 第五步測針模塊存貯架6和保護蓋5在電機1的帶動下，回轉到原來的豎直位置。至此完成了測針模塊的一個整個的取用和回放過程。實施例10:結合圖8，對本發明從測針存放架上取出測針模塊，安裝于測量機的測頭上'的步驟進行詳細說明，利用(a)、 (b)、 (c)、 (d)、 (e)五個圖表示了 在測頭21上安裝測針模塊11的工作步驟。首先，在(a)圖中處于豎直位置的測 針模塊存貯架6在電機1帶動下繞回轉軸沿著逆時針方向回轉90度。同時在另 外一端，存貯架6上的主動齒輪7帶動保護蓋5上的從動齒輪8進行回轉，則后 者會沿著順時鐘方向回轉90度，結果如(b)圖所示，存貯架6和保護蓋5打開， 與工作臺面平行。其次，如(c)圖所示，測頭21由上而下沿著靠近測針模塊11 的方向運動，直到測頭21上的三組圓柱短銷22和測針模塊11上的三個球體13 相接觸。然后，在(d)圖中，測針模塊11上的永磁鐵14將會產生一定大小的磁 力使得二者相結合。所以，測頭21在測量設備的帶動下向左運動時，測針模塊 11和測頭21—起向外運動，脫離存貯架6的支撐。最后，在測針模塊ll安裝 到測頭21上以后，測針模塊存貯架6和保護蓋5在電機1的帶動下，回轉到原 來的平衡位置，即就是(e)圖的位置，這就完成了給測頭21上安裝測針模塊11 的工作過程。實施例ll:結合圖9，對本發明從測量機測頭上拆除測針模塊，裝回測針存 放架的歩驟進行詳細說明，利用圖9的(a)、 (b)、 (c)、 (d)、 (e)五個圖表示了 從測頭體上拆除測針模塊的工作步驟。首先，在(a)圖中測針模塊存貯架6和保 護蓋5在電機的帶動下回轉到水平位置，即存貯架6和保護蓋5打開，測頭21 和安裝在其上的測針模塊11在測量設備的帶動下從左向右運動到達測針模塊對 應的U型支承座的位置，如(b)圖所示。其次，在(c)圖中，測頭21向上運動， 而電機1帶動存貯架6繞自身回轉軸線做角度值為0 = 15 30度的小范圍回轉。 本例中^=25度，這使得磁力作用下的測針模塊和測頭21在分離時，不再是靠 測頭單純的較大的軸向拉力進行脫離，而是測針模塊擺過一定的角度之后，再使 二者沿著軸向分離。這種方法是在電機1帶動下，存貯架6的擺動不但使得測針
模塊11和測頭21之間的磁力作用迅速減小，而且有效地保護了精密測頭內部各 個元件的精度及其裝配定位關系。這在精密測量中是極其重要的。在(d)圖中， 當測頭21和測針模塊11分離后，測頭21向上運動，遠離存貯架6。存貯架6 和保護蓋5在電機1的帶動下，回轉到原來的平衡位置，即到達(e)圖的位置， 這就完成了從測頭21上拆除測針模塊11的工作過程。
實施例12:具體的測針更換過程和步驟同實施例8，不同之處是在回放測針 過程中的第三歩中電機l帶動存貯架6繞自身回轉軸的角度回轉為15度。
實施例13:具體的測針更換過程和步驟同實施例8，不同之處是在回放測針 過程中的第三步中電機l帶動存貯架6繞自身回轉軸的角度回轉為28度。
這里，通過磁力作用使得測針模塊11和測頭21結合的優點是磁力穩定，拆 合方便。而且最重要的是測量過程中，如果出現由于操作不當或者其他原因造成 的測量力過大，甚至出現沖擊、振動時，當其作用力超過磁性結合力，測針模塊 11可以和測頭21自行脫開，這樣就不會撞壞測針，起到對測針和測頭系統的保 護作用。本發明廣泛應用于三坐標測量機等精密測量技術領域。
權利要求
1.一種自動更換測針裝置，包括有測頭、測針模塊、測針模塊存貯架、保護蓋和控制計算機，測針模塊的底部有定位球，其中裝有永磁鐵，與測量機測針的存取控制相關，其特征在于測針存放架通過底板(10)安裝在坐標測量機工作臺面上，測針(16)固裝在測針模塊(11)上，測針模塊11是圓周帶有凸臺(19)的圓柱形金屬板，測針模塊的外圓凸臺(19)上設計有定位塊(15)；底板(10)上靠近兩端分別安裝有軸承座(3a)和軸承座(3b)，在軸承座(3a)的外側有L型的電機安裝板(2)也固定安裝在底板(10)上，L型的電機安裝板(2)的外側安裝有電機(1)，在軸承座(3b)的外側安裝有主動齒輪(7)和從動齒輪(8)，主動齒輪(7)和從動齒輪(8)相互嚙合，齒數和模數相等，電機(1)的軸與短軸(4a)固連，短軸(4b)與主動齒輪(7)固連，在短軸4a和短軸4b之間固定安裝有測針模塊存貯架(6)，測針模塊存貯架(6)是一塊長方體形狀的板，上面開設有至少一個U型凹槽，即U型支承座，其中放置測針模塊(11)，測針模塊(11)的外圓凸臺直徑與測針模塊存貯架(6)中存放該測針模塊的U型凹槽直徑相適配，在從測頭上拆除測針模塊時，測針模塊存貯架(6)在電機1的帶動下作小角度擺動；在底板(10)上還有安裝有軸承座(9a)和軸承座(9b)，在軸承座(9a)和軸承座(9b)之間安裝有從動軸(20)，從動軸(20)的一端與從動齒輪(8)固連，從動轉軸上固連有保護蓋(5)，保護蓋(5)是一體化的保護蓋，為帶邊沿的長方形蓋狀體，其大小和形狀與測針模塊存貯架(6)適應。
2. 根據權利要求1所述的自動更換測針裝置，其特征在于所說的測針模塊(ll) 上固裝有不同尺寸和規格測針，其外圓凸臺(19)直徑也各不相同，存放該測針模 塊(11)的測針模塊存IC架(6)上的U型凹槽的直徑也各不相同，各自一一對應。
3. 根據權利要求2所述的自動更換測針裝置，其特征在于所說的測針模塊存 貯架(6)上，開有5個U型凹槽。
4. 一種測針自動更換方法，其特征在于采用自動更換測針裝置，具體的操作 步驟是-從測針存放架上取出測針模塊，安裝于測量機的測頭上的步驟包括有 第一步在計算機的控制下，原來處于豎直位置的測針模塊存貯架(6)在電機(1)帶動下轉90度，因測針模塊存貯架(6)上的主動齒輪(7)帶動與保護蓋(5) 固連的從動齒輪(8)進行回轉，則測針保護蓋(5)反方向轉90度，實現測針模塊 存貯架(6)和保護蓋(5)的打開，與底板(10)平行；第二歩在測量設備的帶動下，測頭(21)向著靠近測針模塊(11)的方向運 動，直到測頭(21)上的三組圓柱短銷(22)和測針模塊(11)上的三個球體13 相接觸，然后，測針模塊(ll)上的永磁鐵14將會產生一定大小的磁力使得測頭(21) 和測針模塊.(11)相結合；第三步在測量設備的帶動下，測頭21朝外運動，此時，測針模塊ll將和測 頭(21) —起向外運動，脫離測針模塊存貯架(6)中的U型支承座的支撐；第四步測針模塊存貯架(6)和保護蓋(5)在電機(1)的帶動下，轉回到原來的豎直位置，從測量機測頭上拆除測針模塊，裝回測針存放架的步驟，包括有第一歩在計算機的控制下，原來處于豎直位置的測針模塊存貯架(6)在電機(1)帶動下轉90度，存貯架(6)上的主動齒輪(7)帶動保護蓋(5)上的從動齒 輪(8)進行回轉，實現測針模塊存貯架(6)和保護蓋(5)的打開，與底板(10) 平行；第二步在測量設備的帶動下，測頭(21)和安裝在其上的測針模塊(11)運動到達測針模塊(11)對應的U型支承座的位置；第三步在測量設備的帶動下，測頭(21)緩慢向上運動，同時，電機(1)帶動存貯架(6)繞自身回轉軸做15 30度的小角度回轉；第四步在測量設備的帶動下，測頭(21)快速向上運動，測針模塊(11)被 保留在存貯架(6)中U型支承座的位置上；第五步測針模塊存貯架(6)和保護蓋(5)在電機(1)的帶動下，回轉到原來的豎直位置。
全文摘要
本發明是自動更換測針裝置和測針更換方法。在回放測針模塊到測針存放架時，用電機帶動存貯架繞自身轉軸做小角度回轉，減小了軸向磁力，解決了從測頭上拆除測針模塊使測頭受軸向磁力大的技術難題。還專門設計了測針存放架，與主動軸固連的測針模塊存貯架一端和控制電機軸固連，一端與齒輪固連，兩齒輪嚙合并分別固連主動軸和從動軸，電機帶動兩軸反向回轉，實現存貯架與保護蓋的自動打開及自動回復到豎直位置并合蓋。本發明測針更換過程運行平穩，步驟程序更加簡單容易，裝置結構精簡，不需復雜控制，能很好的保護測頭，有效提高了測頭的使用壽命。本發明廣泛應用于三坐標測量機等精密測量技術領域。
文檔編號G01B5/008GK101153790SQ20071001830
公開日2008年4月2日 申請日期2007年7月20日 優先權日2007年7月20日
發明者波 劉, 勞奇成, 盧春霞, 瓊 吳, 強懷博, 平 李, 王建華, 王曉麗 申請人:西安工業大學