具有一體形成的接口以及保護單元的光學探針制造技術

本發明專利技術涉及具有一體形成的接口以及保護單元的光學探針。測量探針適于安裝至用于確定待測量的對象上的測量點的至少一個空間坐標的坐標測量機的探針頭，測量探針包括：光學測量單元，適于提供對象上的測量點的距離測量；以及探針接口(21)，用于將測量探針模塊化安裝至坐標測量機的探針頭及探針和坐標測量機之間的光學信號的傳遞、尤其雙向傳遞。探針接口(21)被設計為一體形成的模塊，模塊提供了測量探針在探針頭上的可重復安裝性，并且包括：球支承部的單側部件，所述單側部件包括至少三個凹部或者至少三個半球形凸起(23)；容納部(22)，其形成為以已知的精確位置和取向接收限定類型的探針套管(24)。

Optical probe with integrally formed interface and protection unit

The present invention relates to an optical probe having an integrally formed interface as well as a protection unit. The measuring probe adapted to be mounted to the probe head for coordinate measuring machine at least one space coordinate measuring point object determine the measurement on the measuring probe, including optical measuring unit for measuring distance measuring points provided on the object; and the probe interface (21), for the optical signal between the probe and probe head and the coordinate measuring machine probe module mounted to the coordinate measuring machine transmission, especially two-way transmission. The probe interface (21) is designed for the integrated module, the module provides a measurement probe installed in the probe head, the repeatability and includes: unilateral part of a ball bearing part, wherein the unilateral component comprises at least three recess or at least three hemispherical protrusions (23) containing part (22); the formation, for receiving limited probe casing type with precise position and orientation of the known (24).

【技術實現步驟摘要】
具有一體形成的接口以及保護單元的光學探針
本專利技術通常涉及用于將光學測量探針連接至坐標測量機(CMM)的探針頭的接口的具體設計。
技術介紹
通常的實踐是在坐標定位裝置(諸如坐標測量機(CMM))上檢查生產后的工件，以便檢查預定對象參數(例如對象的尺寸和形狀)的正確性。而且，在許多工業應用中關注的是檢測未知對象的表面。使用坐標測量機或者任何其他合適類型的掃描設備還能夠典型地提供這種測量。在常規3D坐標測量機中，探針頭被支撐用于沿著三個相互垂直軸線(沿X、Y及Z方向)移動。從而，探針頭能夠被引導至坐標測量機的測量體積的空間中的任何任意點，并且對象能夠利用由探針頭承載的測量傳感器(探針或者探測單元)測量。這種探測單元能夠設計為觸覺探針或者光學傳感器，例如基于三角測量或者干涉測量的原理提供對表面的測量。在簡單形式的機器中，平行于每個軸線安裝的合適的換能器或者線性編碼器能夠確定探針頭相對于機器基座的位置，因此，能夠確定被傳感器照射的對象上測量點的坐標。為了提供探針頭的可移動性，典型的坐標測量機能夠包括：框架結構，探針頭布置在該框架結構上；以及驅動部件，其用于將框架結構的框架部件相對于彼此移動。典型的通用系統是門式類型的坐標測量機，諸如DE4325337中描述的，或者是3D坐標測量鉸接臂，例如，從US5,402,582或者EP1474650已知的。使用光學傳感器的優勢為，其不是必須接觸待測量的部件，因此在測量期間不會使部件變形或者不破壞部件，觸覺探針就是這種情形。但是，與用于坐標測量機的光學測量方法并存的是，需要將光學信號從傳感器元件引導至坐標測量機的控制單元，其中，此處典型地使用光纖作為光學導體以及用于測量輻射的光學信號傳遞。合適的光纖在用于信號傳遞的通信中分布廣泛。為了聯接所述光纖，存在與相應的應用對象并列的多個插入聯接件，能夠使甚至高能量光學輻射經由光纖和插入聯接件傳遞，同時損失較低。但是，插入聯接件具有的決定性劣勢為：它們主要是被生產用于靜態連接。由于光學接口對污染和破壞的高水平靈敏性，它們不能夠頻繁被插入。公知聯接件的預測服務壽命為例如500至1000個插入周期。但是，實踐中打開它們僅是為了維護。此外，為了確保優化傳遞，在重新插入在一起之前需要清潔光纖的在光學接口處的表面。為了能夠使用坐標測量機來測量復雜測量對象，例如氣缸體，需要較頻繁地改變傳感器元件。必須以這種方式選擇用來測量特定工件的光學探針的類型，使得探針的測量屬性適合于工件的相應部分的形狀或者地形屬性。為了提供適合于相應測量要求的各個合適的探針，通常需要頻繁改變附接至CMM的探針頭的探針。而且，可獲得用于相應測量要求的多個具體探針以用于確保不同工件的精確測量。例如，為了測量鏜孔，探針能夠優選包括棱鏡或者鏡面，從而相對于探針觸針的延伸軸線以預定角度例如90°發射測量光束。正如粗略估計的，傳感器元件需要大約每個小時改變一次。因為坐標測量機通常一小時被驅動一次，因此每周易于達到100個插入周期，因此公知于通信的光學插入聯接件將最早在約3個月之后達到它們預期服務壽命的終點。為了能夠合理使用坐標測量機中的光學傳感器元件，光學聯接件必須滿足至少如機械或者機械/電聯接元件的堅固性和精度的相同要求。因而坐標測量機和相應的探針典型地包括接口，接口允許機械及光學地聯接兩個部件，尤其還允許電聯接兩個部件。通過這種接口，探針能夠相對快速地以及利用較低努力附接至探針頭以及由用于測量目的的探針頭攜帶以及定位。這種光學-機械接口例如公知于EP2356401B1。根據該方法，每當元件彼此聯接時，套管或者纖維必須精確地對準。聯接件包括用于該目的的具體對準單元。這種系統提供了用于角度對準的相當緊密的容差，這同時是該方法的一個劣勢。
技術實現思路
因此本專利技術的目的是提供一種改進的探針和/或CMM設計，其允許快速、容易以及高可重復性地使測量條件適應于期望測量要求。這些目的通過第一方面的特征實現。在其它方面中以可替換或者有利方式描述進一步發展的本專利技術的特征。本專利技術涉及坐標測量機的
更精確地，本專利技術處理的問題是如何模塊化地、精確地、可重復地以及可靠地將測量探針(尤其光學探針)與CMM的探針頭連接?？傮w構思是將相關接口部分集成為一個單個接口部件，以及通過該單個接口提供接口配對部分的精確對準性。典型地提供了兩側式接口，用于連接光學探針與探針頭。該接口的一個部分分配給探針頭，另一部分分配給光學探針。通過聯接這些部分，建立光學和/或電連接，并且可獲得利用由CMM控制的光學探針進行的測量。本專利技術涉及一種測量探針，其適于附接至坐標測量機的探針頭，坐標測量機用于確定待測量的對象的測量點的至少一個空間坐標。測量探針能夠優選設計為依靠發射以及接收測量激光束來提供對測量點的距離測量的光學探針。優選地，這種探針能夠是光學掃描探針或者三角測量傳感器。測量探針包括適于提供對對象上的測量點的距離測量的光學測量單元。這種測量單元能夠測量距離并且包括光學元件，例如激光源、透鏡組件等，用于提供如上所述的測量功能性。而且，測量探針包括探針接口，該探針接口提供了將測量探針模塊化安裝至坐標測量機的探針頭并且在探針和坐標測量機之間(當聯接至探針頭時)傳遞、尤其雙向傳遞光學信號。此外，探針接口設計為一體形成的模塊，其提供了將測量探針安裝至探針頭的可重復安裝性。探針接口包括球支承部的單側部件，所述球支承部包括至少三個凹部或者至少三個半球形凸起。換句話說，支承部的一側設計在探針接口一側。支承部的配對部分優選通過對應接口部分(機器接口)設置在CMM一側，尤其設置在探針頭上。通過將各接口部分進行聯接完成了支承部。正如提到的，形成至少三個凹部或者至少三個凸起。接口配對部分提供了那些未由探針接口提供的元件。因此，至少以及優選3球式支承部是通過將探針接口與對應配對接口部分聯接而提供的。3球式支承部有利地提供了以高精度及以限定的可重復橫向對準來安裝接口部分。探針接口還包括容納部，該容納部形成為以公知的精確位置和取向接收限定類型的探針套管。容納部包括根據精確位置和取向固定地布置的探針套管。容納部具有精確成形的尺寸，因而提供將光學套管布置在內部以及通過其調節的尺寸和形狀提供套管的精確對準。由此，依靠精確布置的套管，利用相應光學軸線的限定位置和取向，能夠提供激光的發射或接收方向。球支承部的部件和容納部由一個件形成(以集成方式)。尤其硬金屬主體包括所述的凹部和容納部，因而代表根據本專利技術的探針接口。優選地，凹部和容納部由硬金屬主體而成形。為了提供模塊化的可安裝接口配對部分的聯接，測量探針能夠包括聯接機構，聯接機構提供了通過磁聯接單元將測量探針模塊化安裝至探針頭，所述磁聯接單元適于根據需要提供磁吸引保持力，尤其其中，磁聯接單元包括電磁元件。探針接口能夠通過分別施加磁力而被保持至探針頭。聯接機構能夠包括彈性元件，尤其是彈簧，其在安裝狀態提供了沿配對機器接口的方向對探針接口的按壓，因而提供了接口的浮動支撐。根據本專利技術的實施例，測量探針包括防塵單元。尤其，防塵單元設計成以模塊化方式附接至測量探針并且能夠分別被拆卸。在上下文中，防塵單元能夠被構建為獨立單元，用于與光學測量探針結合(還見下文的描述)。防塵單元設計成使得處于未安裝狀態的探針套管通過保護元本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種測量探針，所述測量探針適于安裝至用于確定待測量的對象上的測量點的至少一個空間坐標的坐標測量機的探針頭，所述測量探針包括：●光學測量單元，所述光學測量單元適于提供所述對象上的測量點的距離測量，●探針接口(21、31、41、42、51、52、71)，所述探針接口用于：□將所述測量探針模塊化安裝至所述坐標測量機的探針頭，以及□所述探針和所述坐標測量機之間的光學信號的傳遞，尤其是雙向傳遞，其特征在于，所述探針接口(21、31、41、42、51、52、71)被設計為一體形成的模塊，所述模塊提供了所述測量探針在所述探針頭處的可重復安裝性，并且包括：●球支承部的單側部件，所述單側部件包括至少三個凹部(33、46、55、56、74)或者至少三個圓頂形凸起(23、45)，●容納部(22、32、43、44、53、54)：□所述容納部形成為以已知的精確位置和取向接收限定類型的探針套管(24、47、48、73)，以及□所述容納部根據所述精確位置和取向固定地布置所述探針套管(24、47、48、73)，其中，所述球支承部的所述單側部件和所述容納部形成為一個件。

【技術特征摘要】
2015.12.17 EP 15200781.11.一種測量探針，所述測量探針適于安裝至用于確定待測量的對象上的測量點的至少一個空間坐標的坐標測量機的探針頭，所述測量探針包括：●光學測量單元，所述光學測量單元適于提供所述對象上的測量點的距離測量，●探針接口(21、31、41、42、51、52、71)，所述探針接口用于：□將所述測量探針模塊化安裝至所述坐標測量機的探針頭，以及□所述探針和所述坐標測量機之間的光學信號的傳遞，尤其是雙向傳遞，其特征在于，所述探針接口(21、31、41、42、51、52、71)被設計為一體形成的模塊，所述模塊提供了所述測量探針在所述探針頭處的可重復安裝性，并且包括：●球支承部的單側部件，所述單側部件包括至少三個凹部(33、46、55、56、74)或者至少三個圓頂形凸起(23、45)，●容納部(22、32、43、44、53、54)：□所述容納部形成為以已知的精確位置和取向接收限定類型的探針套管(24、47、48、73)，以及□所述容納部根據所述精確位置和取向固定地布置所述探針套管(24、47、48、73)，其中，所述球支承部的所述單側部件和所述容納部形成為一個件。2.根據權利要求1所述的測量探針，其特征在于，所述測量探針包括聯接機構，所述聯接機構用于通過部件將所述測量探針模塊化安裝至所述探針頭：彈性元件(27)，尤其是彈簧，所述彈性元件在安裝狀態用于沿配對機器接口(11，41、42、51、52，61)的方向按壓所述探針接口(21、31、41、42、51、52、71)，因此提供了浮動支撐，和/或磁聯接單元，所述磁聯接單元適于根據需要提供磁吸引保持力，尤其其中，所述磁聯接單元包括電磁元件(49a、49b)。3.根據前述權利要求中任一項所述的測量探針，其特征在于，所述測量探針包括防塵單元(82、92)，其中所述防塵單元(82、92)被布置且設計成使得：●在所述測量探針的未安裝狀態下，通過保護元件(83、93)保護所述探針套管(24、47、48、73)以防接觸灰塵，所述保護元件(83、93)定位在阻擋位置，使得用于傳遞光學信號的路徑被至少部分地阻擋，以及●在所述測量探針的安裝狀態下，通過所述保護元件(83、93)提供了借助于所述探針套管(24、47、48、73)將光學信號傳遞至所述探針頭以及從所述探針頭傳遞光學信號，所述保護元件(83、93)定位在打開位置使得所述路徑未被阻擋。4.根據權利要求3所述的測量探針，其特征在于，所述防塵單元(82、92)根據權利要求10至15中任一項的實施例來設計。5.根據前述權利要求中任一項所述的測量探針，其特征在于，●所述探針套管(24、47、48、73)借助于粘著劑、尤其是借助于膠水固定在所述容納部(22、32、43、44、53、54)的內部，和/或●所述一體形成的模塊由金屬、尤其是硬金屬、尤其是碳化鎢制成。6.一種坐標測量機，所述坐標測量機用于確定待測量對象上的測量點的至少一個空間坐標，所述坐標測量機包括具有多個結構部件的機器結構，所述結構部件包括至少一個基座以及用于接近所述測量點的探針頭，其中，●所述機器結構用于將所述探針頭鏈接至所述基座，以及●所述探針頭包括用于將測量探針模塊化安裝至所述探針頭的機器接口(11、41、42、51、52、61)，其特征在于，所述機器接口(11、41、42、51、52、61)設計為一體形成的模塊，所述模塊提供了所述測量探針在所述探針頭處的可重復安裝性，并且包括：●球支承部的單側部件，所述單側部件包括至少三個凹部(13、46、55、56、64)或者至少三個圓頂形凸起(45)，●容納部(12、43、44、53、54)：□所述容納部形成為以已知的精確位置和取向接收限定類型的機器套管(14、47、48、63)，以及□所述容納部根據所述精確位置和取向固定地布置所述機器套管(14、47、48、63)，其中，所述球支承部的所述單側部件和所述容納部形成為一個件。7.根據權利要求6所述的坐標測量機，其特征在于，●所述機器套管借助于粘著劑、尤其是借助于膠水固定在所述容納部的內部，和/或●所述一體形成的模塊由金屬、尤其是硬金屬、尤其是碳化鎢或者硬化鋼制成，和/或●所述機器接口(11、41、42、51、52、61)包括適于根據需要提供磁保持力的磁聯接單元(49a、49b)，尤其其中，所述磁聯接單元包括電磁元件。8.一種由根據權利要求6或7所述的坐標測量機以及根據權利要求1至5中任一項所述的測量探針構成的系統，其特征在于，所述測量探針借助于它們的接口(11、21、31，41、42、51、52、61、71)聯接至探針頭，其中，探針接口(21、31、41、42、51、52、71)和機器接口(11、41、42、51、52、61)被設計為以及相對于彼此被布置為使得：●所述探針套...

【專利技術屬性】
技術研發人員：J·舍加，D·布呂爾曼，托馬斯·延森，
申請(專利權)人：赫克斯岡技術中心，
類型：發明
國別省市：瑞士,CH