專利名稱：自供電坐標(biāo)探針的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于與工業(yè)IW或坐標(biāo)測量機(jī)一起使用的，特別是適合于用在計(jì)算機(jī)數(shù)控(CNC)機(jī)床中的測量探針。本發(fā)明特別涉及一種用于在工件上進(jìn)行測量的自供電工具。
背景技術(shù)：
育^多自動地取代不同類型的工具以便于對工##1行各種加工或觀糧作業(yè)的 機(jī)床已經(jīng)為現(xiàn)有技術(shù)所熟知并廣泛應(yīng)用。模塊化的工具可以簡單并且可拆卸地 固定在機(jī)床上，這樣就無需為^#定的操作配備特定的機(jī)床。只要這樣的工具中具有電路，就需要給電路供電，或者至少需要預(yù)先在工 具支架間設(shè)置某種形式的可拆卸電連接。模塊化探針頭通常安裝在標(biāo)準(zhǔn)刀架上，例如莫爾斯錐柄，所述標(biāo)準(zhǔn)刀架然 后可拆卸地連接到轉(zhuǎn)軸(spindle)或旋轉(zhuǎn)軸機(jī)床上，用于執(zhí)行各種各樣的測量 和尺寸的控制。通常這都是在對工件執(zhí)行例如銑削、鏜削或者其它加工操作之 前完成的。這種模i央化探針頭用于例如在開始加工操作前保證工件的正確定位， 或者用于檢查工件的尺寸是否在可接受的范圍內(nèi)。由于與探針殼體相連的柄部通常不具有任何電源或電連接，在這種情況下 為這種探針頭供電常常是有問題的。當(dāng)探針與旋轉(zhuǎn)軸相連時(shí)不可能將探針與任 何電線相連接，該狀況幾乎總是這樣的，這時(shí)必須考慮完全地自行供電。為了執(zhí)行測量操作，普遍的是使用內(nèi)置電池給探針頭供電，還可用于為機(jī) 床控制單元傳輸信息。電池有限的使用壽命使得需要有規(guī)律iM"電tfeit行充電 和/或手動更換電池，但這樣的要求還是苛刻且耗費(fèi)時(shí)間的。由于有了發(fā)電機(jī)，多種可將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能的系統(tǒng)已被提議用作電池的 替換方案以解決這一供電問題。US5564872介紹了一種采用流入流體壓縮空氣的內(nèi)置式水輪機(jī)作為電動機(jī) 械轉(zhuǎn)換器的無線探針。類似地，US4716657和US2007006473介紹了一種測量 探針，這些解決方案都需要密封管來傳輸流動流體，在安裝探針時(shí)為了避免流體 泄漏或者壓力損失，也需要帶有探針的工具支架的精確密封。這些不易于實(shí)現(xiàn)， 且需要對刀架進(jìn)行特殊的設(shè)計(jì)。當(dāng)可能時(shí)，在絕大多數(shù)情況下，探針與流體回路之間的連接(例如切害U流體線)必須手動且分別i艦行。JP3223602公開了另一種產(chǎn)生電能的解決方案，在轉(zhuǎn)動時(shí)機(jī)床的轉(zhuǎn)軸直接 驅(qū)動探針中的發(fā)電機(jī)，同時(shí)探針的外殼被固定到機(jī)床頭上的非轉(zhuǎn)動元件上。這 要求除標(biāo)準(zhǔn)錐柄外的第二機(jī)械連接，并且當(dāng)由一種機(jī)械操作到另一種操作傳遞 時(shí)不能快速和簡單的更換工具。因此，需要提供一種不^±述限制的用于具有電路的模塊化探針頭的電能 自生成系統(tǒng)。 發(fā)明內(nèi)容基于本發(fā)明，實(shí)現(xiàn)上述目的^I過一種具有如獨(dú)立權(quán)利要求所述技術(shù)特征 的接觸式探針以及產(chǎn)生電能的方法。從屬權(quán)禾腰求中詳細(xì)描述了多個(gè)優(yōu)選實(shí)施 例。特別地，實(shí)9Ul述目的是艦一種用于t服的坐標(biāo)探針，包括支承元件， 所述支承元件與所述機(jī)床的旋轉(zhuǎn)軸相連接；坐標(biāo)傳感器，所述坐標(biāo)傳感器用于 測量工件表面上各點(diǎn)的坐標(biāo)，所述坐標(biāo)傳感器采用電氣的或電子的電路；發(fā)電 機(jī)，所述發(fā)電機(jī)為所述電氣的或電子的電路供電，其特征在于，驅(qū)動元件，能 至少部分自由地相對于所述發(fā)電機(jī)的定子繞軸轉(zhuǎn)動，所述發(fā)電機(jī)被有效地設(shè)置 成根據(jù)所述驅(qū)動元件與所述定子之間角逸度的相對差ft^產(chǎn)生電能。，解決方案首先在電力消耗方面改進(jìn)了整體系統(tǒng)的效率。這種己經(jīng)由機(jī) 床產(chǎn)生且可以以另外的形式儲存以及再利用的轉(zhuǎn)換能量，真正地?zé)o需使用任何 附加的能量源；此外，由于在機(jī)側(cè)不存在電力獨(dú)立性的問題，因此傳遞給探針 的機(jī)械能在理論上是沒有限制的。使用飛輪作為初始能量源使得系統(tǒng)現(xiàn)存的機(jī) 械能最佳的轉(zhuǎn)換成電能生產(chǎn)。，解決方案的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，為具有獨(dú)立電源的模i央化接觸探針提供一 種適用于各種操作目的的通用的解決方案。由于使用了在附接探針外殼內(nèi)以獨(dú) 立方式產(chǎn)生的動能，因此無需特殊的設(shè)計(jì)或者調(diào)節(jié)裝置將它與機(jī)床相連接；這 一解決方案可使用任何常規(guī)的支承工具。JJ^解決方案的其它優(yōu)點(diǎn)是使用方便和簡單，而且可以幾乎免維護(hù)地運(yùn)行。


結(jié)合附圖且借助對實(shí)施例的描述將有助于更好地理解本發(fā)明，在附圖中圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的探針的剖面圖。圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的探針的透視圖。圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的電力產(chǎn)生單元的頂視圖。圖4示出了根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的電力產(chǎn)生單元。圖5和6示出了本發(fā)明的另一實(shí)施例。 圖7示出了本發(fā)明的另一實(shí)施例。
具體實(shí)施方式
圖1示出了根據(jù)一個(gè) 實(shí)施例以及本發(fā)明應(yīng)用實(shí)例的探針11的剖面圖。為了簡化說明，假定探針11應(yīng)用于常規(guī)的CNC銑削機(jī)床12中，該機(jī)床具有3 個(gè)線性軸XYZ以及一個(gè)旋轉(zhuǎn)軸15，這并不應(yīng)當(dāng)理解為對本發(fā)明柳艮制，探針 可應(yīng)用于各種樣式的機(jī)床12中。在這個(gè)例子中，探針11 ffi31支架可拆卸地固定在機(jī)床12的轉(zhuǎn)軸15上，該 支架包括在使用中與所述豐，兼容的標(biāo)準(zhǔn)錐體13。為了簡明起見，在附圖中顯 示錐體與探針成一整體。然而，必須理解本發(fā)明的探針不受該特定連接方式的 限制。錐柄通常是可分離的刀架的一部分，以允許與不同機(jī)床的互操作性。轉(zhuǎn) 軸15受驅(qū)動繞旋轉(zhuǎn)軸14旋轉(zhuǎn)，也定義為將探針去除并連接至轉(zhuǎn)軸15的方向。用于將工作工具固定在機(jī)床12上的上面描述的夾鉗機(jī)構(gòu)己經(jīng)被廣泛應(yīng)用； 因此優(yōu)選地，探針11的柄部13無需任何特別的設(shè)計(jì)即可與常規(guī)的機(jī)床12互操 作。ffim機(jī)床12的XYZ軸進(jìn)行適當(dāng)?shù)木幊?，本發(fā)明的緊固系統(tǒng)不僅可允許 探針11在三維測量空間中的任何位置移動，還允許驅(qū)動探針11與機(jī)床轉(zhuǎn)軸15 一起進(jìn)行旋轉(zhuǎn)；任何能可拆卸地連接這種具有旋轉(zhuǎn)驅(qū)動特性的探針的系統(tǒng)都適 用于本發(fā)明。在錐柄13的相對端，夕卜殼27支承著表面感測和/或觀懂裝置，例如接觸式 觸發(fā)探針11 ，表面感測和減測量體包括與探測電路22連接的延長觸針26， 雌自身能連接至U遙觀係統(tǒng)單元24上，用于向遙控單元(圖中未示出)發(fā)射測 量結(jié)果和/或接收測量過程的指令。若延長觸針26有偏差，檢測電路22的電觸 點(diǎn)23—斷開，電信號就被觸發(fā)。本發(fā)明并不僅限于這"f寺殊類型的探針，也能 使用模擬探針和非接觸探針，例如激光探針，在進(jìn)行測量時(shí)生成工件表面上各 點(diǎn)的坐標(biāo)的測量值。已測量的坐標(biāo)值經(jīng)適當(dāng)編碼后傳至遙測系統(tǒng)單元24用于無線數(shù)據(jù)的傳輸。 W的傳輸可以fflil光學(xué)的或射頻傳輸，例如艦紅外線或艦無線電鏈路34， 如圖中所示使用用于短距離傳輸?shù)睦缢{(lán)牙技術(shù)或任何無線技術(shù)。優(yōu)選小功率 傳輸系統(tǒng)。在需要更高帶寬和/或更M巨離的情況下，也可預(yù)見采用其它無線數(shù) 據(jù)傳輸技術(shù)如WLAN。優(yōu)選地，為了節(jié)電，遙測系統(tǒng)24的I/0接口可以定期關(guān)掉，或者設(shè)置缺省值為空閑且只在預(yù)定的時(shí)間段內(nèi)準(zhǔn)備傳輸?shù)臓顟B(tài)。其他無線 傳輸技術(shù)例如GPRS或EDGE也可以使用；以上所列的無線技術(shù)并非窮舉。接觸檢測電路22和/或遙測單元24的電力主要由發(fā)電機(jī)16供給。根據(jù)圖1 所示的伏選實(shí)施例，發(fā)電機(jī)16的轉(zhuǎn)子17被設(shè)置在驅(qū)動元件28的下方，根據(jù)該 實(shí)施例，驅(qū)動元件是與探針可轉(zhuǎn)動連接的飛輪。肯巨提供足夠的慣性矩來維持它 的角ilit獨(dú)立于探針外殼26的轉(zhuǎn)動。飛輪28可以是例如與發(fā)電機(jī)16的旋轉(zhuǎn)軸 連接的一個(gè)附加模塊(add-on module),因此允許現(xiàn)有的發(fā)電機(jī)模塊16具有改 進(jìn)的可量測性。轉(zhuǎn)子17承載著永磁體19，當(dāng)定子18與轉(zhuǎn)子17之間有相對轉(zhuǎn)動時(shí)，在定 子18的繞組20中會產(chǎn)生感應(yīng)電流。本發(fā)明的探針11被安裝在機(jī)床的轉(zhuǎn)軸上，因而可以高速轉(zhuǎn)動。在本發(fā)明的 多個(gè)實(shí)施例中，定子和轉(zhuǎn)子可以同時(shí)轉(zhuǎn)動，而在其它情況中當(dāng)轉(zhuǎn)子處于靜止?fàn)?態(tài)時(shí)發(fā)電機(jī)的定子可以自轉(zhuǎn)。術(shù)語"定子"和"轉(zhuǎn)子"不應(yīng)解釋為在任何特定的參考 系中的絕對靜止或絕對轉(zhuǎn)動，而是相對的含義。下面將對一個(gè)發(fā)電循環(huán)的例子 進(jìn)行描述。CNC tW的轉(zhuǎn)軸15首先被致動，帶著探針外殼27旋轉(zhuǎn)。飛輪28 由于其具有大的慣性矩不會跟著外殼26運(yùn)動。如果考慮在被固定到探針外殼上 的參考系中的系統(tǒng)，那么發(fā)電機(jī)16"看'到轉(zhuǎn)子17和飛輪28以相反的方向相對 旋轉(zhuǎn)。只要轉(zhuǎn)軸繼續(xù)轉(zhuǎn)動，優(yōu)選安裝在低摩擦系數(shù)軸承上的飛輪也會在一段相當(dāng) 長的時(shí)間內(nèi)繼續(xù)自轉(zhuǎn)(相對于探針外殼27)。轉(zhuǎn)子的永磁體19在定子的繞組20 上仍然產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。如果允許電流在繞組中循環(huán)，則產(chǎn)生凈值正電力，電 力制動會跟著發(fā)生，飛輪達(dá)到與外殼一樣的角速度(在固定到探針外殼上的參 考系中)，那么它的動肖戰(zhàn)尤轉(zhuǎn)化為電能。一旦飛輪28的車鍵等于外殼的轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)軸15和探針的外殼27就會停止轉(zhuǎn) 動。這時(shí)飛輪28相對于發(fā)電機(jī)16的定子看起來是按照轉(zhuǎn)軸最初的旋轉(zhuǎn)方向進(jìn)行自傳。飛輪28的動能可再一次轉(zhuǎn)化為電能，直到飛輪28再次達(dá)到外殼的角 速度。必要時(shí)可重復(fù)多次，發(fā)電循環(huán)。上述實(shí)施例，只要在轉(zhuǎn)軸速度突然變化后的瞬態(tài)階段存在轉(zhuǎn)軸的角加速度 或角減速度，貝何利用飛輪28的慣量來產(chǎn)生電能。如果轉(zhuǎn)軸以恒定的角驗(yàn)轉(zhuǎn) 動，飛輪也以相同的速度轉(zhuǎn)動，則不會產(chǎn)生能量。同樣可以根據(jù)另一 來使轉(zhuǎn)軸倒轉(zhuǎn)而不是簡單的停止轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)，從而 使飛輪相對于定子的轉(zhuǎn)速加倍。倒轉(zhuǎn)可以周期重復(fù)的進(jìn)行以持續(xù)產(chǎn)生能量。為 了增大飛輪28的慣性矩，也就是意味著在給定的每^中轉(zhuǎn)數(shù)(ipm)情況下能 存儲更多的動能，飛輪28應(yīng)盡可旨腿擇重的制作材料，例如像鐵、鉬、鉤、鉛 等重金屬。另一方面，為了減小發(fā)電機(jī)16的尺寸同時(shí)增加它的輸出，磁體19 雌為具有高磁能積的稀土永磁體，如,^鈷磁體或NIB(釹鐵硼)磁體。發(fā)電單元16能夠?yàn)樯厦嫣岬降乃须娐?2， 24提供電九更普mt也能為 遙測系統(tǒng)單元和/或坐標(biāo)探針11的I/O無線傳輸單元24的一部分電氣的或電子 電路提供電力。只要飛輪28與探針外殼27之間的相對轉(zhuǎn)動速度不等于零就會 產(chǎn)生電力供應(yīng)，也就是當(dāng)轉(zhuǎn)子17實(shí)際上相對于定子18進(jìn)行轉(zhuǎn)動時(shí)。例如當(dāng)探 針的外殼27加速或減速時(shí)這也會發(fā)生。由于慣性效應(yīng)用于^供轉(zhuǎn)子17和定子18的相對轉(zhuǎn)動，與現(xiàn)有技術(shù)中氣動 系 常提供的解決方案正相反，因此在機(jī)床和探針之間不需要空氣密封機(jī)構(gòu)。 因此，探針ll育的多更容易并且更快速i腿行安裝和替換。根據(jù)圖1所示的優(yōu)選實(shí)施例，探針進(jìn)一步包含另一個(gè)電路，例如電壓轉(zhuǎn)換 器25，以便用于放大發(fā)電機(jī)16產(chǎn)生的電壓并且將該電壓提升到其他電路22， 24適于工作的電壓水平。電路工作的合適的電壓范圍通常至少為約34伏。電 壓轉(zhuǎn)換器可以是固態(tài)的電壓倍增器，或者任何能夠使輸出電壓高于輸入電壓的 固態(tài)AC/DC轉(zhuǎn)換器。因此，可以生成比所述發(fā)電機(jī)16產(chǎn)生的電壓更高的直流 電壓。轉(zhuǎn)換器25優(yōu)選安裝在發(fā)電機(jī)16的輸出和遙測系統(tǒng)24的輸入t間，以便 為發(fā)射和接收階段有必要提供更大的電壓。將發(fā)電機(jī)16的輸出轉(zhuǎn)換為直流電壓 的步驟，只要必要時(shí)就能產(chǎn)生更高的直流電壓，滿足任何電氣的或電子電路22， 24的需要。沒有任何能量儲存機(jī)構(gòu)的探針頭11是可以想象到的。但是這種情況中當(dāng)執(zhí) 行測量操作和/或數(shù)據(jù)傳輸操作時(shí)需要產(chǎn)生能量，這是個(gè)很強(qiáng)的制約因素。需要8在探針ll內(nèi)設(shè)置能量存儲單元32，以便用于存儲由發(fā)電機(jī)16提供的能量。那 么只需每隔一段時(shí)間執(zhí)行能量產(chǎn)生周期，并且 不在實(shí)際測量期間進(jìn)行。能量存儲單元32可以作為探針內(nèi)給電路22， 24供電的主能量源，只用于 發(fā)電機(jī)16關(guān)閉的時(shí)候；也可以當(dāng)發(fā)電機(jī)16被操作和/或當(dāng)探針11用于測量目的 時(shí)用作輔助能量源，或者用作存儲由發(fā)電機(jī)15形成的多余能量的緩沖器。因此 這種存儲單元32能可供選擇地使用或與發(fā)電機(jī)16結(jié)合使用，這樣為操作提供 了更好的靈活性。例如允許在可接受的觀糧時(shí)間內(nèi)執(zhí)行觀糧而不需要探針任何 部分的任何轉(zhuǎn)動，更一般地只在絕對必需的時(shí)flM致動發(fā)動機(jī)。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，能量存儲單元32儲存所產(chǎn)生的電能，且例 如是可充電蓄電池或緩沖電容器。也可以使用具有卓越存儲特性的電化學(xué)雙層 電容器(EDLCs)。為了最小化向探針11提供電力的維持需求，只要檢測到電力短缺就可以預(yù) 先對存儲裝置32自動充電。為此，可將能量測量單元33連接到能量存儲裝置 32從而在任何給定時(shí)間都可以指示現(xiàn)有存儲的電量。it^地，這種能量測量單 元33也可以連接到遙測系統(tǒng)24并能在一達(dá)到最小電力水平就觸發(fā)，報(bào)警信 號給控制單元(圖中未示出)。 一旦接收到這樣的報(bào)警信號，控制單元就會設(shè)置 IW轉(zhuǎn)軸15繞旋轉(zhuǎn)軸14轉(zhuǎn)動從而接通發(fā)電機(jī)16，這樣就能夠提供足夠的能量 并存儲在存儲裝置32中。驅(qū)動機(jī)床12的旋轉(zhuǎn)軸14以及將動能轉(zhuǎn)化為電能的步 驟可以重復(fù)多次以達(dá)到需要的能量水平。圖2示出了根據(jù)另一個(gè)4繼實(shí)施例的探針11的透視圖，圖中示出了內(nèi)部發(fā) 電機(jī)16的機(jī)構(gòu)。剖面圖中育^多看到在外殼27中位于柄部13下面與轉(zhuǎn)子17 — 體形成的慣量塊28，以及適于容納7lc磁體19的孔。轉(zhuǎn)子17對面是定子18以及 嵌入定子的繞組20。在定子18下面安裝著用于存儲所產(chǎn)生的電能的緩沖電容器，或者其它任何 己公知形式的能量存儲單元32。緩沖電容器32與電路板35相連接，電路板上 設(shè)置有各種電子元件，例如包括CPU36，接觸檢測電路22以及遙測系統(tǒng)單元 24 (圖中未示出)中的元件。除了CPU，其它元件都不可見，這是因?yàn)樗鼈兌?亍允選安裝在殼體21內(nèi)的電路下面，殼體提供了必要的空間用于安置它們。例如 由天線或紅外端口組成的遙觀係統(tǒng)24的無線傳輸部分優(yōu)選被安裝在殼體21的 外表面上用于最小化信號的衰減作用。在殼體21的一邊可以看見該無線傳輸部分。只要探針觸針26相對于其安裝軸有偏轉(zhuǎn)，CPU36就^^用于處理由檢測 電路22接受到的信號。在圖2中，該安裝軸與探針11以及機(jī)床12的旋轉(zhuǎn)軸14 一致。然后信號傳到遙測系統(tǒng)單元24用于傳輸給遙控單元。然而正如本文之前 己經(jīng)提到的，CPU36也可用作數(shù)據(jù)發(fā)射和接收接口。在分析了M無線電鏈路 34接受的指令后，致動發(fā)電機(jī)16動作使探針11執(zhí)行一個(gè)測量程序。在包含了 能量觀糧單元的{，實(shí)施例中，CPU還 與能量測量單元33相連接。在這種 情況下，只要電量過低CPU36就處理報(bào)警信號的發(fā)送，并且M51無線電鏈路34 將信號發(fā)射給遙控單元(圖中未示出)。CPU 36還負(fù)責(zé)確定哪種消耗電量的操 作應(yīng)在存儲能量下運(yùn)行，以及明附操作需要由發(fā)電機(jī)16實(shí)時(shí)供應(yīng)電力能量。圖3示出發(fā)電機(jī)16的頂視圖，發(fā)電機(jī)包括一系列嵌到轉(zhuǎn)子17上面的磁體 19。每一系列連續(xù)的磁體19的磁極都是反向配置(N， S分別代表北極和南極) 從而使得繞組20中的感應(yīng)磁通量是交替的。圖中的發(fā)電機(jī)16包括用于只沿一 個(gè)方向向轉(zhuǎn)子18的飛輪28傳輸支承元件13的旋轉(zhuǎn)的單向離合器29。在這個(gè)例 子中，離合器29基于轉(zhuǎn)子18外周的波狀齒30與固定在探針外殼27上的棘爪 31的協(xié)作。明顯地看至體實(shí)施例只是給出了一W列子，許多其它的艦離合器 或自由輪離合器也可應(yīng)用于本發(fā)明。當(dāng)機(jī)床12的轉(zhuǎn)軸15被自由驅(qū)動時(shí)，離合 器可允許轉(zhuǎn)子17的飛輪28以與外殼27相同的速度受驅(qū)動，也就是如實(shí)施例所 示順時(shí)針轉(zhuǎn)動，以及當(dāng)機(jī)床旋轉(zhuǎn)軸14沿與第一方向相反的方向被驅(qū)動時(shí)脫開飛 輪28。 一旦轉(zhuǎn)軸15停止旋轉(zhuǎn)，探針外殼27的減速將大大快過轉(zhuǎn)子18的 ， 轉(zhuǎn)子18由于慣慰巨將繼續(xù)自轉(zhuǎn)，并且飛輪28將脫開。轉(zhuǎn)子17的最終相對轉(zhuǎn)動 速度如前所述可用于產(chǎn)生電流。包括單向離合器29縮短了發(fā)電周期，因?yàn)轱w輪28育g瞬間加速到與探針相 同的每併中轉(zhuǎn)數(shù)。發(fā)電機(jī)16只需要以一個(gè)旋轉(zhuǎn)方向操作，這將使構(gòu)造和附屬電 路簡單化。為了使發(fā)電機(jī)16產(chǎn)生的能量最大化，轉(zhuǎn)子17的轉(zhuǎn)動中的摩^f^員失應(yīng)該盡 可能的低。為此，輥，針敏繊軸承(圖中未示出)可被預(yù)先安裝在轉(zhuǎn)子17的 軸上，并且在閉鎖機(jī)構(gòu)(blocking mechanism)的棘爪31和齒30上使用任何適 合的潤滑材料。如圖3所示的實(shí)施例，轉(zhuǎn)子17也可與飛輪28—體形成，飛輪承載著用于在定子的繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電流的磁體19。圖4示出一可選擇的變型實(shí)施例，其中飛輪28和探針外殼27在一個(gè)零件上形成，由此磁體19將固定在該零件上或 者組合在外殼27的內(nèi)表面上。因此附圖標(biāo)記17， 27和28合并在探針外殼上。 在這個(gè)實(shí)施例中，定子18的繞組優(yōu)選設(shè)有最小的缺口以給所有圓形分布的線圈 提供足夠大的感應(yīng)電流。包括環(huán)形多極磁體的套圈環(huán)可以代替那些多個(gè)磁體19 設(shè)置在外殼27的內(nèi)部。如圖4所示，在本發(fā)明的這個(gè)實(shí)施例中，支柱13優(yōu)i^t也直接與定子18連 接，并驅(qū)動它繞軸14轉(zhuǎn)動，同時(shí)諸如;魏軸承的軸承接頭37 4鈔卜殼不跟隨自 轉(zhuǎn)運(yùn)動。本發(fā)明公開的探針11的設(shè)計(jì)方法提供了一種自供電機(jī)械結(jié)構(gòu)以及一種幾 乎無需維護(hù)的操作。根據(jù)本發(fā)明的探針11工作時(shí)在能量方面應(yīng)該是完全自足的， 這樣永不需要更換用來增加系統(tǒng)的整體實(shí)用性的蓄電池。根據(jù)需要產(chǎn)生電流將 具有最大的靈活性，即無論何時(shí)需要間歇地包括外部的預(yù)定時(shí)間段，并且任何 可能的電路操作也具有最大的靈活性。自供電機(jī)械結(jié)構(gòu)具有較通?？捎玫慕鉀Q 方法更高的能效，因?yàn)椴恍枰鐨鈩酉到y(tǒng)這樣的附加系統(tǒng)提供進(jìn)行能量轉(zhuǎn)化 的動能。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，如圖5所示，驅(qū)動元件28是探針外罩的一部 分，可轉(zhuǎn)動的連接到探針體，并且提供了突出的葉片121使其空氣動力阻力最 大。這樣當(dāng)轉(zhuǎn)軸13開始旋轉(zhuǎn)，驅(qū)動元件將以較低的M而不是與轉(zhuǎn)軸相同的速 度轉(zhuǎn)動。這種角速度的差值使得繞組20產(chǎn)生電量。可以發(fā)現(xiàn)，本實(shí)施例與之前 的實(shí)施例原理相同，也就是利用探針驅(qū)動元件和定子元件之間的轉(zhuǎn)速差值，因 此在發(fā)電機(jī)定子與轉(zhuǎn)子之間。相對于之前的實(shí)施例，差別在于速度的不同不是 由慣量產(chǎn)生的，而是由葉片121構(gòu)成的空氣動力制動產(chǎn)生的。有利的是，i!M 和發(fā)電量能夠不確定地或在需要的時(shí)候維持，而在之前的實(shí)施例中，在加速和 減速階段限制了能量的產(chǎn)生，因而基于慣量的變量是必須間歇的。在理想情況 下，本實(shí)施例中產(chǎn)生的電能等于空氣動力制動裝置中耗散的機(jī)械能。很顯然圖5僅提供了一種葉片的外形和配置的例子，也可以用其它形式未 超出本發(fā)明范圍的空氣動力制動裝置代替。 一種優(yōu)選的，M用自展式葉片， 當(dāng)轉(zhuǎn)軸不轉(zhuǎn)動時(shí)采用緊密配置將葉片折起接近探針本體，為了獲得最大的阻力 在伸展配置中使葉片從探針本體伸出。離心力、空氣動力、或任何其它方法或其結(jié)合都可驅(qū)動葉片展開。根據(jù)圖6所示本發(fā)明的另一個(gè) ，當(dāng)開動CNC IW4，針移動到預(yù)定的 制動位置時(shí)，驅(qū)動元件28處于制動狀態(tài)。在示例中，驅(qū)動元件28是探針外罩 的一部分，可轉(zhuǎn)動i鵬麟針本體，安裝在t臟臺的制動元件130與驅(qū)動元件 28接觸從而阻礙了它的運(yùn)動。如果在這個(gè)位置轉(zhuǎn)軸被設(shè)置成轉(zhuǎn)動，裝載磁體的 驅(qū)動元件28將不會跟著轉(zhuǎn)動，那么電能由繞組20產(chǎn)生。關(guān)于制動元件130的外形和位置，很顯然本發(fā)明包含多種變型和可供選擇 的方法，圖6所示的指針艦JtR是給出的一個(gè)對列。制動元件130的位置也不 是固定的。制動元件130的位置不固定。在優(yōu)選的變型中，制動元件130并入 刀具庫，CNCmj^可以從刀具庫中自動拾取刀具和探針。為了改善制動效果，在本發(fā)明的這個(gè)變型中還可加入許多可選的特征。例 如驅(qū)動元件28和/或固定指針130可具有橡膠狀表面或具有高摩擦系數(shù)材料的表 面。此外或可選擇的，驅(qū)動元件28可具有凹部和凸部，如圖6所示的那樣與指 針130配合在一起。根據(jù)圖7所示的實(shí)施例，驅(qū)動元件28沒有與探針本體連接，而是固定在機(jī) 床參考面的預(yù)定位置，例如在刀具庫中。在這一變型中，探針上安裝了繞組20， 驅(qū)動元件68具有多個(gè)永久磁體19。為了產(chǎn)生電能，驅(qū)動CNCIW使探針插入 驅(qū)動元件，或者至少與驅(qū)動元件之間有磁性關(guān)系，然后設(shè)置轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)足夠的時(shí) 間以使蓄電池中存儲需要的能量。這一實(shí)施例的4尤點(diǎn)在于探針更輕便。安裝了探針的CNC或者坐標(biāo)機(jī)的定位準(zhǔn)輸性通常是足夠的，以保證探針準(zhǔn) 確地插入驅(qū)動元件68，以及在這兩個(gè)元件之間可沒有任何接觸地自由轉(zhuǎn)動。探 針插入驅(qū)動元件應(yīng)該仔細(xì)地編程以避免不必要的接觸。為了使探針的插入更簡單，比較有利的是給驅(qū)動元fm供一個(gè)或多個(gè)可轉(zhuǎn)動元件，探針可以位于轉(zhuǎn)動元件的上面。這樣的話，驅(qū)動元件最好包括一個(gè)彈 性支架，可用來補(bǔ)償探針的對準(zhǔn)不當(dāng)。事實(shí)上如圖6實(shí)施例所示的情況，驅(qū)動 元件應(yīng)有利地結(jié)合到刀具庫中或者嵌入刀架中。這種有利的配置允許在觀懂開 始就產(chǎn)生所需的能量。本發(fā)明的多個(gè)實(shí)施例，涉及一種可連接到機(jī)床的探針，包括為電氣的或電 子電路22提供電能的發(fā)電機(jī)16，以及能關(guān)于發(fā)電機(jī)的定子做相對旋轉(zhuǎn)的驅(qū)動元 件28。驅(qū)動元件的旋轉(zhuǎn)軸4腿是探針的對稱軸。驅(qū)動元件不連接任何外部能量12源，僅僅M31觸發(fā)機(jī)床旋轉(zhuǎn)軸的活動令其進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。
有利地，本發(fā)明的驅(qū)動元件并不直接連接到機(jī)宋的任何活動元件，但是可 以轉(zhuǎn)動地安裝在探針本身，或者固定在機(jī)床的參考臺上。重要地，本發(fā)明的探 針除了與旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)軸連接，不需要其它附加的連接裝置來安裝到*幾床上，旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn) 軸可以用具有標(biāo)準(zhǔn)錐柄的常規(guī)的刀架實(shí)現(xiàn)。這樣本發(fā)明的探針就與標(biāo)準(zhǔn)探針充 分兼容，無需任何改動就能被安裝和用于標(biāo)準(zhǔn)刀架中。探針的自供電功能可以 簡單的由向機(jī)床的轉(zhuǎn)軸發(fā)送合適的旋轉(zhuǎn)指令而被啟動。
根據(jù)本發(fā)明的不同實(shí)施例，iiil驅(qū)動元件的損耗性制動來獲得驅(qū)動元件的
相對轉(zhuǎn)動。在其它的變型中，驅(qū)動元件的相對轉(zhuǎn)動簡單地產(chǎn)生于機(jī)床臺面的固 定位置或者類j以刀架或刀具庫的支撐裝置。
根據(jù)本發(fā)明的不同變型和實(shí)施例，能量可以在任何位置產(chǎn)生，或僅當(dāng)探針 被移動到關(guān)于與制動裝置或驅(qū)動元件相同的特殊位置時(shí)產(chǎn)生。
附圖標(biāo)記列表
11探針
12TO
13支承元件(錐柄)
14鵬勺旋轉(zhuǎn)軸
15鵬的轉(zhuǎn)軸
16發(fā)電單元
17發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子
18發(fā)電機(jī)定子
19磁體
20繞組
21電路外殼
22接觸檢測電路
23電觸點(diǎn)
24遙測系統(tǒng)單元
25電壓轉(zhuǎn)換電路
26探針觸針27 探針外殼
28 飛輪，驅(qū)動元件
29 單向閉鎖裝置
30 波狀齒
31 棘爪
32 能量存儲單元
33 育g量測量單元
34 無線傳輸鏈路
35 電路板
36 CPU
37 軸承接頭
121 空氣動力制動葉片
130 制動指針
135 凹部
1權(quán)利要求
1、一種用于機(jī)床的坐標(biāo)探針，包括支承元件，所述支承元件與所述機(jī)床的旋轉(zhuǎn)軸相連接；坐標(biāo)傳感器，所述坐標(biāo)傳感器用于測量工件表面上各點(diǎn)的坐標(biāo)，所述坐標(biāo)傳感器采用電氣的或電子的電路；發(fā)電機(jī)，所述發(fā)電機(jī)為所述電氣的或電子的電路供電，其特征在于，驅(qū)動元件，所述驅(qū)動元件至少部分自由地相對于所述發(fā)電機(jī)的定子繞軸轉(zhuǎn)動，所述發(fā)電機(jī)被有效地設(shè)置成根據(jù)所述驅(qū)動元件與所述定子之間角速度的相對差值來產(chǎn)生電能。
2、 如權(quán)利要求1所述的坐標(biāo)探針，其中所述定子包M^組。
3、 如權(quán)利要求1所述的坐標(biāo)探針，其中所述驅(qū)動元件被設(shè)置成i!3i啟動機(jī) 床旋轉(zhuǎn)軸令其相對于發(fā)電機(jī)定子進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。
4、 如權(quán)利要求1所述的坐標(biāo)探針，其中所述坐標(biāo)探針除了與所述機(jī)床的旋 轉(zhuǎn)軸相連接以產(chǎn)生電能外，不需要其它附加的連接 來連接到機(jī)床上。
5、 如權(quán)利要求1所述的坐標(biāo)探針，其中所述驅(qū)動元件是可轉(zhuǎn)動地連接到坐 標(biāo)探針上的飛輪。
6、 如權(quán)利要求1所述的坐標(biāo)探針，其中所,標(biāo)傳KI是觸針式探針，并 且所述電氣的或電子的電路是觸針與工件的接觸檢測電路。
7、 如權(quán)禾腰求1所述的坐標(biāo)探針，其中所述電氣的或電子的電路^il測系 統(tǒng)單元的一部分和/或所述坐標(biāo)探針的輸A/輸出無線傳輸單元的一部分。
8、 如權(quán)利要求5所述的坐標(biāo)探針，還包括單向離合器，當(dāng)所述機(jī)床旋轉(zhuǎn)軸 沿第一方向受到驅(qū)動時(shí)所述單向離合器用于向飛輪傳輸支承元件的旋轉(zhuǎn)，當(dāng)所 述機(jī)床旋轉(zhuǎn)軸沿與第一方向相反的方向受到驅(qū)動時(shí)所述單向離合器脫開所述飛 輪。
9、 如權(quán)利要求1所述的坐標(biāo)探針，進(jìn)一步包括用于存儲由發(fā)電單元提供的 電能的能量存儲裝置。
10、 如權(quán)利要求9所述的坐標(biāo)探針，進(jìn)一步包括連接到所述能量存儲裝置上的能量測量單元。
11、 如權(quán)利要求5所述的坐標(biāo)探針，其中飛輪與發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子一體形成，并且裝載有7JC久磁體或稀土磁體或釹鐵硼磁體。
12、 如權(quán)利要求5所述的坐標(biāo)探針，其中所述探針外織到了飛輪的作用。
13、 如權(quán)禾腰求1所述的坐標(biāo)探針，進(jìn)一步包括交^/直流電壓轉(zhuǎn)換電路， 用于產(chǎn)生高于所述發(fā)電機(jī)產(chǎn)生電壓的直流電壓。
14、 如權(quán)利要求1所述的坐標(biāo)探針，其中所述驅(qū)動元件包括空氣動力制動 裝置。
15、 如權(quán)利要求1所述的坐標(biāo)探針，其中所述驅(qū)動元件被放置在機(jī)床參考 系的固定位置處。
16、 如權(quán)利要求1所述的坐標(biāo)探針，其中所述驅(qū)動元件由刀架驅(qū)動，所述 刀架對驅(qū)動元件的作用是固定位置。
17、 一種使用與機(jī)床可拆卸連接的坐標(biāo)探針產(chǎn)生電能的方法，包括以下步驟連接所述探針的支承元件與機(jī)床的旋轉(zhuǎn)軸；轉(zhuǎn)動機(jī)床的旋轉(zhuǎn)軸，從而弓l起坐標(biāo)探針中驅(qū)動元件相對于坐標(biāo)探針中發(fā)電 機(jī)的驅(qū)動元件的相對旋轉(zhuǎn)；將驅(qū)動元件的動會^M:發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)化為電能。
18、 如權(quán)利要求17所述的方法，包括加速和/或 機(jī)床旋轉(zhuǎn)軸的步驟， 其中只要驅(qū)動元件和探針驅(qū)動元件之間的相對轉(zhuǎn)動速度不等于零，所述發(fā)電機(jī) 就產(chǎn)生電能。
19、 如權(quán)禾腰求17所述的方法，其中根據(jù)需要產(chǎn)生能量。
20、 如權(quán)利要求17所述的方法，進(jìn)一步包括測量坐標(biāo)探針的育g量存儲單元 中存儲的能量的步驟，其中驅(qū)動機(jī)床旋轉(zhuǎn)軸和將動能轉(zhuǎn)化為電能的步驟重復(fù)進(jìn) 行直到存儲的能量達(dá)至撮小設(shè)定水平。
21、 如權(quán)利要求17所述的方法，進(jìn)一步包括將發(fā)電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)化為直流電 壓的步驟，其中所述直流電壓高于所述發(fā)電機(jī)輸出時(shí)的電壓。
22、 如權(quán)利要求17所述的方法，進(jìn)一步包括操作m^使探針位于預(yù)先確定 的制動位置的步驟。
23、 如權(quán)利要求17所述的方法，進(jìn)一步包括操作IW使探針與驅(qū)動元件呈 現(xiàn)磁性關(guān)系的步驟。
全文摘要
一種可與機(jī)床相連的探針，包括為電氣或電子電路提供電能的發(fā)電機(jī)和能夠相對于發(fā)電機(jī)定子進(jìn)行相對旋轉(zhuǎn)的驅(qū)動元件。驅(qū)動元件的旋轉(zhuǎn)軸優(yōu)選是探針自身的對稱軸。驅(qū)動元件不連接任何外部能量源，簡單通過啟動機(jī)床旋轉(zhuǎn)軸可使其進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。有利地，本發(fā)明的驅(qū)動元件不直接連接到機(jī)床的任何活動元件上，但是可以轉(zhuǎn)動地安裝在探針自身上，或者固定在機(jī)床的參考臺上。重要地，本發(fā)明的探針除了與旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)軸連接外，不需要其它附加的連接裝置來安裝到機(jī)床上，旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)軸可以用具有標(biāo)準(zhǔn)錐柄的常規(guī)刀架實(shí)現(xiàn)。這樣本發(fā)明的探針就與標(biāo)準(zhǔn)探針充分兼容，無需任何改動就能被安裝和用于標(biāo)準(zhǔn)刀架中。探針的自供電功能可以簡單地由向機(jī)床的轉(zhuǎn)軸發(fā)送合適的旋轉(zhuǎn)指令而被啟動。
文檔編號B23Q17/00GK101564818SQ200910203999
公開日2009年10月28日 申請日期2009年4月23日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月24日
發(fā)明者F·加貝拉, P·喬迪爾 申請人:六邊形度量衡股份公司