機動化傾斜測量頭的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明【具體實施方式】中涉及用于坐標位置和測量系統(tǒng)的附件的技術領域，并且特別但不唯一地，涉及一種鉸接的機動化頭，其被設計為用在測量坐標的機器上，優(yōu)選為用作自動可編程類型的機器上。
【背景技術】
[0002]接觸探針和掃描探針都是測量工具，其與坐標測量機(CMM) —起被用于例如機械部件的生產(chǎn)線中，以測量和檢查機器部件的尺寸和表面狀態(tài)。接觸和掃描探針還用于捕獲復雜部件的三維形狀以便對其建?；驈椭?。探針通常包括測量頭和活動觸針，該測量頭被設計為緊固在測量機的臂上，該活動觸針包括位于細長桿端部的球體并被設計為與被測部件接觸。
[0003]在大部分應用中，接觸探針被固定在機器的活動臂上，其空間位置可以通過手動或自動測量系統(tǒng)，比如位于機器的軸上的位置編碼器來精確地確定。該活動臂在空間中能夠移動，以使得探針的測量觸針與被測量部件或表面接觸。在接觸期間，對觸針施加偏轉力(deflective force),以使其遠離其初始靜止位置。傳感器響應于該觸針的輕微位移而生成電信號，該電信號被以光信號的形式發(fā)送給使用者，或被發(fā)送到機器的控制軟件，該控制軟件基于測量系統(tǒng)的數(shù)據(jù)來確定接觸點在給定參考系內的坐標。為此，現(xiàn)有技術中使用機電傳感器或光傳感器，或基于不同原理的移動傳感器，比如包括約束儀(constraintgauge)的傳感器。
[0004]同樣已知，與CMM、非接觸探針或圖像傳感器一起使用，以可視地獲取機械部件的坐標和尺寸。這些非接觸探針可以基于激光干涉儀，三角測量，或任何其它合適的無接觸的測量方法。
[0005]在某些應用中，高級機械加工中心可以配備坐標或圖像探針，以達到在機械加工操作期間或剛剛結束機械加工操作之后，測量機械零件坐標的目的。
[0006]當探針用于測量形狀復雜的部件時，如具有空腔和凸出部，在測量頭的固定部件或觸針桿不干擾待測部件的元件的情況下，很難或不可能使得觸針與部件的整個表面接觸。為了避免這種不便，已知的鉸接測量頭可允許接觸觸針在空間中沿多個方向定向。通常，需要有兩個獨立的旋轉軸，以覆蓋所有可能的方位。歐洲專利申請EP0392660中介紹了這種類型的工具。
[0007]改變探針傾斜度的能力還能夠減少CMM的移動，因而提高了測量速度，并且沿最有利的軌線靠近待測量表面。鉸接頭可以是手動致動，但是，當測量復雜部件時，則期望的是測量頭能夠機動化，以便基于來自測量機器的控制程序的命令自動定向探針的觸針。為此，通過電磁致動器，例如發(fā)動機或伺服電動機執(zhí)行觸針的軸的旋轉和鎖定，發(fā)動機或伺服電動機移動分度表面(indexing surface)并且使軸旋轉,其能夠依據(jù)預定的次序自動改變探針的傾斜度。
[0008]還已知的鉸接頭的以下例子，其中鉸接被分度，從某種意義上講，提供了足夠多但有限數(shù)量的、預先確定的且可精確重新定位的靜止位置，或者能夠連續(xù)旋轉。通過互相接合并限定期望的靜止位置的分度表面能夠實現(xiàn)觸針旋轉軸的分度，例如通過其中接合有三個銷的球冠。這種類型的分度機構的例子在歐洲專利申請EP1443299和EP1666832中提出。
[0009]現(xiàn)有的機動化頭，特別是可分度的機動化頭以及連續(xù)變化的機動化頭部分具有的一個限制在于，當該頭未被鎖定時，難以精確地確定各個絞接的角度位置。這種不確定性會導致探針或頭和加工件之間的不必要的沖突(碰撞)。
[0010]另一個限制在于，致動和鎖定系統(tǒng)會受到探針觸針的慣性與不平衡的負面影響，特別是在經(jīng)常發(fā)生的當測量探針被裝在大尺寸桿的頂端時。
[0011]進一步地，也難以提供一個具有精細分辨率，即大量精確限定的分度角的分度鉸接頭。隨著角度停止的數(shù)量增加，事實上，分度表面的尺寸必須減少，這會導致更高的制造費用。
[0012]由于必須要校準和測試的結構的數(shù)量變得更大，因而，以更長的和更復雜的校準為代價來換取分度步驟的減少。還觀察到，當鉸接頭被鎖定時，此時所設置的角度經(jīng)常不等于標定的預定值。當分度的鉸接頭被鎖定時，還需要將分度鉸接頭精確地設置在相同的位置內，從而提高測量的精確度并且減少周期性校準的需要。
[0013]已知的機動化鉸接頭通常由外部控制單元控制，該外部控制單元通常被放置在CMM的控制器的附近，并通過合適的線纜連接以便接收和發(fā)送控制信號。考慮到坐標測量機的實際尺寸以及需要提供伸長的松弛的電纜以適應頭的所有可能的移動，需要充分考慮線纜的長度，某些情況下要到達或超過50m。這種長電纜連接會限制發(fā)送的信號，特別是模擬信號的精確度以及信號傳送速度。該控制器還為探針頭提供能量。

【發(fā)明內容】

[0014]本發(fā)明的目標是提供一種具有多數(shù)量的分度配置的改進的鉸接頭，與現(xiàn)有技術的設備相比，其更精確且其設定能夠更加精確地重復。
[0015]本發(fā)明的另一個目標是提供一種鉸接測量頭，當其未被鎖定時，能夠更好地控制轉動體的運動。
[0016]進一步地，本發(fā)明提供一種鉸接測量頭，其與此前的已知設備相比，對附件的慣性比較不敏感。
[0017]依據(jù)本發(fā)明，這些目標通過本發(fā)明的對象來實現(xiàn)。
[0018]在以下描述中，術語“在……之上”，“在……之下”，“垂直于……”和其它相似的詞匯是依據(jù)本發(fā)明的鉸接頭的慣用取向而使用，如在附圖中所示。然而，應重點意識到，本發(fā)明鉸接頭可以被用于空間內的任何取向，這些術語被使用僅僅是用于使得描述更加易懂，并不對本發(fā)明具有任何限制。
【附圖說明】
[0019]通過以示例方式給出并以附圖顯示的實施例的說明，可以更好的理解本發(fā)明，附圖中:
[0020]圖1和圖2示意性示出了根據(jù)本發(fā)明的一個方面的鉸接頭。
[0021]圖3是圖1中的鉸接頭處于鎖定狀態(tài)下的截面圖。
[0022]圖3a是先前圖中所示的根據(jù)本發(fā)明的導向和鎖定機構的細節(jié)放大圖。
[0023]圖4示出了圖1中的鉸接頭在解鎖狀態(tài)下的截面。
[0024]圖5示出了用于確保前述圖中頭部一個轉動體的旋轉的致動器，為了提高可讀性，移除了一些元件。
[0025]圖6a、圖6b和圖6c不意性不出了根據(jù)本發(fā)明一個方面的電容碰撞傳感器。
[0026]圖7示意性示出了根據(jù)本發(fā)明一個方面的電子控制單元和鉸接頭元件之間的關系O
[0027]附圖標記
[0028]A旋轉軸線
[0029]B旋轉軸線
[0030]10鉸接頭
[0031]15連接螺桿
[0032]20支撐元件
[0033]23直線齒形鼠牙盤離合器(Hirth coupling)
[0034]24 軸
[0035]25 承窩
[0036]28球軸承
[0037]29 彈簧
[0038]30第一轉動體
[0039]31 馬達
[0040]32滑動軸承
[0041]33直線齒形鼠牙盤離合器
[0042]34滑動軸承
[0043]35 拉桿
[0044]36馬達支撐件
[0045]37滑動銷
[0046]38編碼器
[0047]39 插銷
[0048]40 杠桿
[0049]41 馬達
[0050]42滑動軸承
[0051]43直線齒形鼠牙盤離合器
[0052]44滑動軸承
[0053]45 拉桿
[0054]46馬達支撐件
[0055]48編碼器
[0056]49 插銷
[0057]50第二轉動體
[0058]53直線齒形鼠牙盤離合器
[0059]54 軸
[0060]55 承窩
[0061]59 彈簧
[0062]70連接器
[0063]80 電子控制單元
[0064]85馬達控制器
[0065]91碰撞檢測器的上部元件
[0066]93上部元件的傳導軌道
[0067]94下部元件的傳導軌道