專(zhuān)利名稱(chēng)：一種可定向的探針的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種測(cè)量測(cè)量機(jī)械構(gòu)件三維坐標(biāo)的探針，特別地但不排他地，涉一種可定向的探針，設(shè)計(jì)用于手動(dòng)或自動(dòng)的坐標(biāo)測(cè)量裝置。
背景技術(shù)：
接觸探針是一種測(cè)量?jī)x器，例如，可用于機(jī)械零件的生產(chǎn)線，檢查機(jī)械零件的尺寸或表面形狀。接觸探針還可用于獲得復(fù)雜零件的三維形狀，以便復(fù)制或模型化。
探針一般包括固定件，可固定到測(cè)量裝置的臂上，和移動(dòng)的觸針，包括位于細(xì)長(zhǎng)桿的端部的球體，可與進(jìn)行測(cè)量的構(gòu)件接觸。
在許多應(yīng)用中，接觸探針固定到測(cè)量裝置的移動(dòng)臂上，其位置可通過(guò)手動(dòng)或自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)，如位于裝置軸上的位置編碼器，精確地確定。移動(dòng)臂可在空間中移動(dòng)，直到探針的測(cè)量觸針與待測(cè)量的構(gòu)件或表面接觸。在接觸過(guò)程中，偏轉(zhuǎn)力施加到觸針上，將其從原始的靜止位置移開(kāi)。傳感器與觸針的輕微位移作用，產(chǎn)生電信號(hào)，送到使用者，其具有光信號(hào)的形式，或送到裝置的控制軟件，其根據(jù)測(cè)量系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，確定給定參考框架中的接觸點(diǎn)的坐標(biāo)。為此，現(xiàn)有技術(shù)使用了機(jī)電或光傳感器，或基于不同原理的移動(dòng)傳感器，例如，包括約束儀(constraint gauge)的傳感器。
對(duì)于三維接觸探針，觸針和探針固定件之間的連接通常根據(jù)Boys連接原理來(lái)實(shí)現(xiàn)，即通過(guò)三個(gè)位于6個(gè)球體上的圓柱銷(xiāo)，以形成位于固定件和觸針之間的6個(gè)接觸點(diǎn)。已知存在有一維和二維探針。
當(dāng)探針用于測(cè)量復(fù)雜形狀的構(gòu)件時(shí)，如具有空腔和凸出部，探針的固定件或觸針桿不與待測(cè)量件的元件干涉，則難以或不可能使得觸針與構(gòu)件的整個(gè)表面接觸。為了避免這種不便，已知道探針可允許接觸觸針位于多個(gè)空間方向。一般要有兩個(gè)互相獨(dú)立的旋轉(zhuǎn)軸，以覆蓋所有可能的方位。歐洲專(zhuān)利申請(qǐng)EP0392660介紹了這種類(lèi)型的探針。
這種類(lèi)型的探針不局限于使用接觸觸針，還可以采用無(wú)接觸的探針，例如，攝影機(jī)，來(lái)檢測(cè)和檢查機(jī)械零件。
旋轉(zhuǎn)軸最好是可分度的，意味著可提供足夠多的但有限數(shù)目的，預(yù)先確定的和可精確重新定位的靜止位置。這樣設(shè)置可防止測(cè)量裝置在觸針?lè)轿桓淖兒笾匦滦?zhǔn)。
已知的可定向的探針的一個(gè)局限是探針定向機(jī)構(gòu)，與非定向的探針相比，包括了增加的探針尺寸。因此，測(cè)量裝置的三維坐標(biāo)軸的有效移動(dòng)范圍，尤其是在Z軸上，將減少。
具體地，因?yàn)樘结槺旧淼目臻g要求，難以測(cè)量靠近測(cè)量裝置的移動(dòng)范圍端部的點(diǎn)的坐標(biāo)，或復(fù)雜形狀的構(gòu)件的坐標(biāo)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種探針，其沒(méi)有現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點(diǎn)，尤其是避免已知可定向的探針的空間要求導(dǎo)致的局限性。
這些目的的實(shí)現(xiàn)是通過(guò)作為權(quán)利要求的主體的裝置，尤其是一種用于相對(duì)測(cè)量裝置定向觸針的可定向的探針，其包括支承件；第一移動(dòng)件，連接到所述支承件，能夠相對(duì)所示支承件圍繞第一軸轉(zhuǎn)動(dòng)；第二移動(dòng)件，連接到所述第一移動(dòng)件，能夠相對(duì)所述第一移動(dòng)件圍繞第二軸轉(zhuǎn)動(dòng)；探針觸針，具有細(xì)長(zhǎng)形狀，連接到所述第二移動(dòng)件；其中，所述探針觸針可相對(duì)所述支承件平移。


通過(guò)閱讀以示例方式給出的和附圖顯示的說(shuō)明，對(duì)本發(fā)明可有更好的了解，附圖中圖1是根據(jù)本發(fā)明的可定向的探針的視圖；圖2，3，4分別顯示了圖1的探針的第一位置，第二位置和第三位置；圖5顯示了本發(fā)明探針的一個(gè)實(shí)施例；圖6，7，8顯示了探針的三種結(jié)構(gòu)。
具體實(shí)施例方式
參考圖1，根據(jù)本發(fā)明的可定向的探針10包括支承件3，其設(shè)計(jì)成可固定道測(cè)量裝置的臂上，例如，能夠沿測(cè)量空間內(nèi)的X，Y，Z的三個(gè)軸移動(dòng)。可通過(guò)桿2或其他固定機(jī)構(gòu)進(jìn)行固定。
下面，為了簡(jiǎn)化，用語(yǔ)“垂直的”是指圖1中軸B的方位。該用語(yǔ)指的是圖的慣用方位，以及本發(fā)明的裝置通常使用的方位，其通常與固定探針的測(cè)量裝置的垂直軸Z的方向重合。但是探針可使用其他的空間方位。
第一移動(dòng)件4固定道支承件3，可繞垂直軸B轉(zhuǎn)動(dòng)。第一移動(dòng)件4最好能夠位于多個(gè)分度的位置，對(duì)應(yīng)多個(gè)預(yù)定的小角度，例如，10度。在已知的方式中，這些分度位置的確定，例如，可通過(guò)在定位件之間形成6個(gè)靜止點(diǎn)的均衡連接，其中定位件的位置具有很高的精度。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，移動(dòng)件4的轉(zhuǎn)動(dòng)不是分度的，可具有連續(xù)的角度值。
第一移動(dòng)件4的轉(zhuǎn)動(dòng)可通過(guò)機(jī)電促動(dòng)器來(lái)實(shí)現(xiàn)，例如，直流馬達(dá)或步進(jìn)馬達(dá)，或通過(guò)其他促動(dòng)機(jī)構(gòu)。轉(zhuǎn)動(dòng)還可由操作員干涉手動(dòng)進(jìn)行。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，角度編碼器允許繞軸B的轉(zhuǎn)動(dòng)角讀出。編碼器和馬達(dá)最好連接起來(lái)，形成侍服馬達(dá)。
第二移動(dòng)件5可繞水平軸A自由轉(zhuǎn)動(dòng)，軸設(shè)置在第一移動(dòng)件4。第二移動(dòng)件5的繞軸A的轉(zhuǎn)動(dòng)可以是連續(xù)的或分度的，馬達(dá)帶動(dòng)的或手動(dòng)，如同上面所述的移動(dòng)件4。
第二移動(dòng)件5繞軸A的轉(zhuǎn)動(dòng)覆蓋了大于90度的角度范圍，角度范圍大于120度更好，最好是角度范圍不小于180度。
探針觸針6固定到第二移動(dòng)件5，在其端部支承了球體7，其設(shè)計(jì)可與進(jìn)行測(cè)量的零件接觸。檢測(cè)裝置，未顯示，可響應(yīng)球體7的輕微位移，電信號(hào)通過(guò)連接件(未顯示)發(fā)送到光顯示器35或發(fā)送到裝置的控制軟件。
參考圖2，圍繞軸A和B的轉(zhuǎn)動(dòng)后，觸針6和球體7可位于多個(gè)相對(duì)旋轉(zhuǎn)中心O的空間位置，旋轉(zhuǎn)中心位于軸A和B的交叉點(diǎn)。
一般地，兩個(gè)軸A，B不必在空間交叉，點(diǎn)O不總是存在。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，探針觸針6，觸針6的軸線61和球體7的中心不與第二軸A對(duì)齊，而是偏移的，例如是沿垂直方向相對(duì)第二移動(dòng)件5的軸A偏移距離d。
圖2，3，4對(duì)探針觸針6的偏移d進(jìn)行修正的轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程，發(fā)生在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中。圖2表示根據(jù)本發(fā)明的探針觸針位于水平位置。觸針6向上偏移距離d。當(dāng)測(cè)量接近測(cè)量裝置的Z向移動(dòng)范圍的上限的點(diǎn)時(shí)，這種結(jié)構(gòu)具有優(yōu)越性。
圖3和圖4分別顯示了從圖2的結(jié)構(gòu)，繞軸A轉(zhuǎn)動(dòng)180度后，然后繞軸B旋轉(zhuǎn)180度的探針。可以想到，在過(guò)程結(jié)束時(shí)，探針觸針位于與開(kāi)始時(shí)完全相同的水平方向，但相對(duì)軸A向下偏移距離d。這種結(jié)構(gòu)使得位于非常低位的點(diǎn)的坐標(biāo)可以測(cè)量，探針的下部不會(huì)接觸到放置測(cè)量零件的心軸。
在圖4的結(jié)構(gòu)中，探針觸針6相對(duì)圖2的初始結(jié)構(gòu)平移，處于相對(duì)軸C的對(duì)稱(chēng)位置。
根據(jù)相同的原理，可以從觸針6的偏斜位置開(kāi)始，進(jìn)行兩次轉(zhuǎn)動(dòng)，一次繞軸A，第二次繞軸B，到達(dá)的位置的觸針的偏移不同于初始位置，觸針的水平和垂直方位角未進(jìn)行修正。在這種情況下，如果α是觸針的相對(duì)垂直軸的初始角，需要繞軸A軸動(dòng)2α，然后繞軸B轉(zhuǎn)動(dòng)180度。
因此，本發(fā)明的探針10允許對(duì)探針觸針6的偏移進(jìn)行修正，但不改變其方位，可位于向上偏移的位置，如圖2所示，或位于向下偏移的位置，如圖4所示。通過(guò)這種方式，測(cè)量裝置的沿Z向的有效移動(dòng)范圍增加了2個(gè)d。
參考圖6，7，8，相同的原理可應(yīng)用于探針觸針相對(duì)軸C水平移動(dòng)數(shù)量d，和相對(duì)第一軸B進(jìn)行移動(dòng)。圖6顯示了處于開(kāi)始結(jié)構(gòu)的示例，觸針6沿增加的坐標(biāo)Y的方向偏移距離d。
繞軸B的180度旋轉(zhuǎn)使得圖7的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)。繼續(xù)沿軸A轉(zhuǎn)動(dòng)180度，觸針6回到其原始的方位，但沿增加坐標(biāo)Y偏移了距離d，如圖8所示。
盡管所顯示的圖形和示例涉及到具有平行于第二移動(dòng)件的軸C的對(duì)稱(chēng)軸線61的探針觸針，本發(fā)明還包括不對(duì)稱(chēng)或偏斜探針觸針的情況，其中設(shè)計(jì)用于接觸待測(cè)量零件的元件，如球體7，相對(duì)軸C偏移。
本發(fā)明的另一實(shí)施例現(xiàn)在參考圖5進(jìn)行介紹。
在圖5所顯示的本發(fā)明的探針中，探針觸針6固定到轉(zhuǎn)動(dòng)板56，其可繞軸C轉(zhuǎn)動(dòng)。在這種方式下，可以通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)板56修正探針觸針6的偏移。板56最好具有第一數(shù)量的分度位置，類(lèi)似于移動(dòng)件4和5，兩個(gè)對(duì)應(yīng)垂直軸的位于軸C兩側(cè)的位置，兩個(gè)對(duì)應(yīng)水平軸的位置。
板56的轉(zhuǎn)動(dòng)可通過(guò)馬達(dá)來(lái)驅(qū)動(dòng)，或其他的促動(dòng)器，直接被測(cè)量裝置的軟件控制，或由操作人員手動(dòng)進(jìn)行。
在本發(fā)明的未顯示實(shí)施例中，探針觸針固定到滑動(dòng)支承件，能夠在移動(dòng)件5的對(duì)應(yīng)探針觸針兩個(gè)不同偏移的端部位置之間滑動(dòng)。還可以采用另外的手動(dòng)或馬達(dá)帶動(dòng)位移機(jī)構(gòu)，這些都屬于本發(fā)明的范圍。
在本發(fā)明的一未顯示的實(shí)施例中，探針觸針的偏移的實(shí)現(xiàn)通過(guò)在第二移動(dòng)件5和探針觸針6之間插入可移動(dòng)的偏移機(jī)構(gòu)。該偏移機(jī)構(gòu)可包括轉(zhuǎn)動(dòng)板，類(lèi)似于圖5所示的本發(fā)明的實(shí)施例，或滑動(dòng)件，來(lái)改變偏移量。
在另一實(shí)施例中，固定的偏移機(jī)構(gòu)插入第二移動(dòng)件5和探針觸針6之間。在這種情況下，偏移變化通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)的合成來(lái)實(shí)現(xiàn)，如圖2，3，4所顯示的實(shí)施例。
權(quán)利要求
1.一種可定向的探針(10)，可相對(duì)測(cè)量機(jī)構(gòu)定向探針觸針(6)，包括支承件(3)第一移動(dòng)件(4)，連接到所述支承件(3)，能夠相對(duì)所示支承件(3)圍繞第一軸(B)轉(zhuǎn)動(dòng)；第二移動(dòng)件(5)，連接到所述第一移動(dòng)件(4)，能夠相對(duì)所述第一移動(dòng)件圍繞第二軸(A)轉(zhuǎn)動(dòng)；探針觸針(6)，具有細(xì)長(zhǎng)形狀，連接到所述第二移動(dòng)件(5)；其中，所述探針觸針(6)可相對(duì)所述支承件(3)平移。
2.一種可定向的探針(10)，可相對(duì)測(cè)量機(jī)構(gòu)定向探針觸針(6)，其包括支承件(3)；第一移動(dòng)件(4)，連接到所述支承件(3)，能夠相對(duì)所示支承件(3)圍繞第一軸(B)轉(zhuǎn)動(dòng)；第二移動(dòng)件(5)，連接到所述第一移動(dòng)件(4)，能夠相對(duì)所述第一移動(dòng)件圍繞第二軸(A)轉(zhuǎn)動(dòng)；探針觸針(6)，具有細(xì)長(zhǎng)形狀，連接到所述第二移動(dòng)件(5)；其中，所述探針觸針(6)可位于多個(gè)空間方位，所述探針觸針相對(duì)所述第二軸(A)偏移。
3.一種可定向的探針(10)，可相對(duì)測(cè)量機(jī)構(gòu)定向探針觸針(6)，其包括支承件(3)；第一移動(dòng)件(4)，連接到所述支承件(3)，能夠相對(duì)所示支承件(3)圍繞第一軸(B)轉(zhuǎn)動(dòng)；第二移動(dòng)件(5)，連接到所述第一移動(dòng)件(4)，能夠相對(duì)所述第一移動(dòng)件圍繞第二軸(A)轉(zhuǎn)動(dòng)；其中，所述第二移動(dòng)件繞所述第二軸(A)轉(zhuǎn)動(dòng)覆蓋的角度范圍大于90度，最好不小于180度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可定向的探針(10)，其特征在于，所述探針觸針(6)可不改變方位進(jìn)行平移。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可定向的探針(10)，其特征在于，所述平移的實(shí)現(xiàn)是通過(guò)連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)所述第一移動(dòng)件(4)和第二移動(dòng)件(5)。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的可定向的探針(10)，其特征在于，所述探針觸針(6)的偏移可改變。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的可定向的探針，其特征在于，所述偏移可通過(guò)連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)所述第一移動(dòng)件(4)和所述第二移動(dòng)件(5)來(lái)改變。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的可定向的探針，其特征在于，所述偏移可不改變所述探針觸針(6)的方位進(jìn)行改變。
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的可定向的探針，其特征在于，通過(guò)定位所述探針觸針于相對(duì)所述第二移動(dòng)件(5)的軸(C)的兩個(gè)對(duì)稱(chēng)位置中的一個(gè)，來(lái)改變所述偏移。
10.根據(jù)權(quán)利要求2所述的可定向的探針，其特征在于，所述探針觸針(6)包括桿，其一端設(shè)置了構(gòu)件(7)，其設(shè)計(jì)成可與進(jìn)行測(cè)量的零件接觸，所述桿的軸線(61)相對(duì)所述第二軸(A)偏移。
11.根據(jù)權(quán)利要求3所述的可定向的探針，其特征在于，包括細(xì)長(zhǎng)形狀的探針觸針(6)，連接到所述第二移動(dòng)件(5)。
12.根據(jù)前面權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的可定向的探針，其特征在于，所述第二移動(dòng)件(5)圍繞所述第二軸(B)轉(zhuǎn)動(dòng)覆蓋的角度范圍大于120度，最好不小于180度。
13.根據(jù)前面權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的可定向探針，其特征在于，包括轉(zhuǎn)動(dòng)板(56)，一方面固定到所述移動(dòng)件，另一方面固定所述探針觸針。
14.根據(jù)前面權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的可定向探針，其特征在于，包括滑動(dòng)件，所述探針觸針(6)固定到所述滑動(dòng)件。
15.根據(jù)前面權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的可定向探針，其特征在于，包括可移動(dòng)的機(jī)構(gòu)，設(shè)置在所述第二移動(dòng)件(5)和所述探針觸針(6)之間。
16.根據(jù)前面權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的可定向探針，其特征在于，所述第一移動(dòng)件(4)和所述第二移動(dòng)件(5)可位于多個(gè)分度的和可重現(xiàn)的位置。
17.根據(jù)前面權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的可定向探針(10)，其特征在于，包括至少一個(gè)電動(dòng)機(jī)，使所述第一移動(dòng)件(4)和/或所述第二移動(dòng)件(5)轉(zhuǎn)動(dòng)。
全文摘要
一種可定向的探針(10)，包括探針觸針(6)，能夠沿多個(gè)圍繞轉(zhuǎn)動(dòng)中心(O)分度的方向定向，設(shè)置了兩個(gè)移動(dòng)件(4，5)，第一個(gè)圍繞第一軸(B)和相對(duì)固定的支承件(3)轉(zhuǎn)動(dòng)，第二個(gè)圍繞第二軸(A)和相對(duì)第一移動(dòng)件轉(zhuǎn)動(dòng)。觸針(6)固定到相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)中心(O)的偏移位置。
文檔編號(hào)G01B5/008GK1721811SQ20051008748
公開(kāi)日2006年1月18日 申請(qǐng)日期2005年7月15日 優(yōu)先權(quán)日2004年7月16日
發(fā)明者P·喬爾迪爾, C·魯熱 申請(qǐng)人:特莎有限公司