具有一体形成的接口以及保护单元的光学探针制造技术

本发明专利技术涉及具有一体形成的接口以及保护单元的光学探针。测量探针适于安装至用于确定待测量的对象上的测量点的至少一个空间坐标的坐标测量机的探针头，测量探针包括：光学测量单元，适于提供对象上的测量点的距离测量；以及探针接口(21)，用于将测量探针模块化安装至坐标测量机的探针头及探针和坐标测量机之间的光学信号的传递、尤其双向传递。探针接口(21)被设计为一体形成的模块，模块提供了测量探针在探针头上的可重复安装性，并且包括：球支承部的单侧部件，所述单侧部件包括至少三个凹部或者至少三个半球形凸起(23)；容纳部(22)，其形成为以已知的精确位置和取向接收限定类型的探针套管(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).

【技术实现步骤摘要】
具有一体形成的接口以及保护单元的光学探针
本专利技术通常涉及用于将光学测量探针连接至坐标测量机(CMM)的探针头的接口的具体设计。
技术介绍
通常的实践是在坐标定位装置(诸如坐标测量机(CMM))上检查生产后的工件，以便检查预定对象参数(例如对象的尺寸和形状)的正确性。而且，在许多工业应用中关注的是检测未知对象的表面。使用坐标测量机或者任何其他合适类型的扫描设备还能够典型地提供这种测量。在常规3D坐标测量机中，探针头被支撑用于沿着三个相互垂直轴线(沿X、Y及Z方向)移动。从而，探针头能够被引导至坐标测量机的测量体积的空间中的任何任意点，并且对象能够利用由探针头承载的测量传感器(探针或者探测单元)测量。这种探测单元能够设计为触觉探针或者光学传感器，例如基于三角测量或者干涉测量的原理提供对表面的测量。在简单形式的机器中，平行于每个轴线安装的合适的换能器或者线性编码器能够确定探针头相对于机器基座的位置，因此，能够确定被传感器照射的对象上测量点的坐标。为了提供探针头的可移动性，典型的坐标测量机能够包括：框架结构，探针头布置在该框架结构上；以及驱动部件，其用于将框架结构的框架部件相对于彼此移动。典型的通用系统是门式类型的坐标测量机，诸如DE4325337中描述的，或者是3D坐标测量铰接臂，例如，从US5,402,582或者EP1474650已知的。使用光学传感器的优势为，其不是必须接触待测量的部件，因此在测量期间不会使部件变形或者不破坏部件，触觉探针就是这种情形。但是，与用于坐标测量机的光学测量方法并存的是，需要将光学信号从传感器元件引导至坐标测量机的控制单元，其中，此处典型地使用光纤作为光学导体以及用于测量辐射的光学信号传递。合适的光纤在用于信号传递的通信中分布广泛。为了联接所述光纤，存在与相应的应用对象并列的多个插入联接件，能够使甚至高能量光学辐射经由光纤和插入联接件传递，同时损失较低。但是，插入联接件具有的决定性劣势为：它们主要是被生产用于静态连接。由于光学接口对污染和破坏的高水平灵敏性，它们不能够频繁被插入。公知联接件的预测服务寿命为例如500至1000个插入周期。但是，实践中打开它们仅是为了维护。此外，为了确保优化传递，在重新插入在一起之前需要清洁光纤的在光学接口处的表面。为了能够使用坐标测量机来测量复杂测量对象，例如气缸体，需要较频繁地改变传感器元件。必须以这种方式选择用来测量特定工件的光学探针的类型，使得探针的测量属性适合于工件的相应部分的形状或者地形属性。为了提供适合于相应测量要求的各个合适的探针，通常需要频繁改变附接至CMM的探针头的探针。而且，可获得用于相应测量要求的多个具体探针以用于确保不同工件的精确测量。例如，为了测量镗孔，探针能够优选包括棱镜或者镜面，从而相对于探针触针的延伸轴线以预定角度例如90°发射测量光束。正如粗略估计的，传感器元件需要大约每个小时改变一次。因为坐标测量机通常一小时被驱动一次，因此每周易于达到100个插入周期，因此公知于通信的光学插入联接件将最早在约3个月之后达到它们预期服务寿命的终点。为了能够合理使用坐标测量机中的光学传感器元件，光学联接件必须满足至少如机械或者机械/电联接元件的坚固性和精度的相同要求。因而坐标测量机和相应的探针典型地包括接口，接口允许机械及光学地联接两个部件，尤其还允许电联接两个部件。通过这种接口，探针能够相对快速地以及利用较低努力附接至探针头以及由用于测量目的的探针头携带以及定位。这种光学-机械接口例如公知于EP2356401B1。根据该方法，每当元件彼此联接时，套管或者纤维必须精确地对准。联接件包括用于该目的的具体对准单元。这种系统提供了用于角度对准的相当紧密的容差，这同时是该方法的一个劣势。
技术实现思路
因此本专利技术的目的是提供一种改进的探针和/或CMM设计，其允许快速、容易以及高可重复性地使测量条件适应于期望测量要求。这些目的通过第一方面的特征实现。在其它方面中以可替换或者有利方式描述进一步发展的本专利技术的特征。本专利技术涉及坐标测量机的
更精确地，本专利技术处理的问题是如何模块化地、精确地、可重复地以及可靠地将测量探针(尤其光学探针)与CMM的探针头连接。总体构思是将相关接口部分集成为一个单个接口部件，以及通过该单个接口提供接口配对部分的精确对准性。典型地提供了两侧式接口，用于连接光学探针与探针头。该接口的一个部分分配给探针头，另一部分分配给光学探针。通过联接这些部分，建立光学和/或电连接，并且可获得利用由CMM控制的光学探针进行的测量。本专利技术涉及一种测量探针，其适于附接至坐标测量机的探针头，坐标测量机用于确定待测量的对象的测量点的至少一个空间坐标。测量探针能够优选设计为依靠发射以及接收测量激光束来提供对测量点的距离测量的光学探针。优选地，这种探针能够是光学扫描探针或者三角测量传感器。测量探针包括适于提供对对象上的测量点的距离测量的光学测量单元。这种测量单元能够测量距离并且包括光学元件，例如激光源、透镜组件等，用于提供如上所述的测量功能性。而且，测量探针包括探针接口，该探针接口提供了将测量探针模块化安装至坐标测量机的探针头并且在探针和坐标测量机之间(当联接至探针头时)传递、尤其双向传递光学信号。此外，探针接口设计为一体形成的模块，其提供了将测量探针安装至探针头的可重复安装性。探针接口包括球支承部的单侧部件，所述球支承部包括至少三个凹部或者至少三个半球形凸起。换句话说，支承部的一侧设计在探针接口一侧。支承部的配对部分优选通过对应接口部分(机器接口)设置在CMM一侧，尤其设置在探针头上。通过将各接口部分进行联接完成了支承部。正如提到的，形成至少三个凹部或者至少三个凸起。接口配对部分提供了那些未由探针接口提供的元件。因此，至少以及优选3球式支承部是通过将探针接口与对应配对接口部分联接而提供的。3球式支承部有利地提供了以高精度及以限定的可重复横向对准来安装接口部分。探针接口还包括容纳部，该容纳部形成为以公知的精确位置和取向接收限定类型的探针套管。容纳部包括根据精确位置和取向固定地布置的探针套管。容纳部具有精确成形的尺寸，因而提供将光学套管布置在内部以及通过其调节的尺寸和形状提供套管的精确对准。由此，依靠精确布置的套管，利用相应光学轴线的限定位置和取向，能够提供激光的发射或接收方向。球支承部的部件和容纳部由一个件形成(以集成方式)。尤其硬金属主体包括所述的凹部和容纳部，因而代表根据本专利技术的探针接口。优选地，凹部和容纳部由硬金属主体而成形。为了提供模块化的可安装接口配对部分的联接，测量探针能够包括联接机构，联接机构提供了通过磁联接单元将测量探针模块化安装至探针头，所述磁联接单元适于根据需要提供磁吸引保持力，尤其其中，磁联接单元包括电磁元件。探针接口能够通过分别施加磁力而被保持至探针头。联接机构能够包括弹性元件，尤其是弹簧，其在安装状态提供了沿配对机器接口的方向对探针接口的按压，因而提供了接口的浮动支撑。根据本专利技术的实施例，测量探针包括防尘单元。尤其，防尘单元设计成以模块化方式附接至测量探针并且能够分别被拆卸。在上下文中，防尘单元能够被构建为独立单元，用于与光学测量探针结合(还见下文的描述)。防尘单元设计成使得处于未安装状态的探针套管通过保护元本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种测量探针，所述测量探针适于安装至用于确定待测量的对象上的测量点的至少一个空间坐标的坐标测量机的探针头，所述测量探针包括：●光学测量单元，所述光学测量单元适于提供所述对象上的测量点的距离测量，●探针接口(21、31、41、42、51、52、71)，所述探针接口用于：□将所述测量探针模块化安装至所述坐标测量机的探针头，以及□所述探针和所述坐标测量机之间的光学信号的传递，尤其是双向传递，其特征在于，所述探针接口(21、31、41、42、51、52、71)被设计为一体形成的模块，所述模块提供了所述测量探针在所述探针头处的可重复安装性，并且包括：●球支承部的单侧部件，所述单侧部件包括至少三个凹部(33、46、55、56、74)或者至少三个圆顶形凸起(23、45)，●容纳部(22、32、43、44、53、54)：□所述容纳部形成为以已知的精确位置和取向接收限定类型的探针套管(24、47、48、73)，以及□所述容纳部根据所述精确位置和取向固定地布置所述探针套管(24、47、48、73)，其中，所述球支承部的所述单侧部件和所述容纳部形成为一个件。

【技术特征摘要】
2015.12.17 EP 15200781.11.一种测量探针，所述测量探针适于安装至用于确定待测量的对象上的测量点的至少一个空间坐标的坐标测量机的探针头，所述测量探针包括：●光学测量单元，所述光学测量单元适于提供所述对象上的测量点的距离测量，●探针接口(21、31、41、42、51、52、71)，所述探针接口用于：□将所述测量探针模块化安装至所述坐标测量机的探针头，以及□所述探针和所述坐标测量机之间的光学信号的传递，尤其是双向传递，其特征在于，所述探针接口(21、31、41、42、51、52、71)被设计为一体形成的模块，所述模块提供了所述测量探针在所述探针头处的可重复安装性，并且包括：●球支承部的单侧部件，所述单侧部件包括至少三个凹部(33、46、55、56、74)或者至少三个圆顶形凸起(23、45)，●容纳部(22、32、43、44、53、54)：□所述容纳部形成为以已知的精确位置和取向接收限定类型的探针套管(24、47、48、73)，以及□所述容纳部根据所述精确位置和取向固定地布置所述探针套管(24、47、48、73)，其中，所述球支承部的所述单侧部件和所述容纳部形成为一个件。2.根据权利要求1所述的测量探针，其特征在于，所述测量探针包括联接机构，所述联接机构用于通过部件将所述测量探针模块化安装至所述探针头：弹性元件(27)，尤其是弹簧，所述弹性元件在安装状态用于沿配对机器接口(11，41、42、51、52，61)的方向按压所述探针接口(21、31、41、42、51、52、71)，因此提供了浮动支撑，和/或磁联接单元，所述磁联接单元适于根据需要提供磁吸引保持力，尤其其中，所述磁联接单元包括电磁元件(49a、49b)。3.根据前述权利要求中任一项所述的测量探针，其特征在于，所述测量探针包括防尘单元(82、92)，其中所述防尘单元(82、92)被布置且设计成使得：●在所述测量探针的未安装状态下，通过保护元件(83、93)保护所述探针套管(24、47、48、73)以防接触灰尘，所述保护元件(83、93)定位在阻挡位置，使得用于传递光学信号的路径被至少部分地阻挡，以及●在所述测量探针的安装状态下，通过所述保护元件(83、93)提供了借助于所述探针套管(24、47、48、73)将光学信号传递至所述探针头以及从所述探针头传递光学信号，所述保护元件(83、93)定位在打开位置使得所述路径未被阻挡。4.根据权利要求3所述的测量探针，其特征在于，所述防尘单元(82、92)根据权利要求10至15中任一项的实施例来设计。5.根据前述权利要求中任一项所述的测量探针，其特征在于，●所述探针套管(24、47、48、73)借助于粘着剂、尤其是借助于胶水固定在所述容纳部(22、32、43、44、53、54)的内部，和/或●所述一体形成的模块由金属、尤其是硬金属、尤其是碳化钨制成。6.一种坐标测量机，所述坐标测量机用于确定待测量对象上的测量点的至少一个空间坐标，所述坐标测量机包括具有多个结构部件的机器结构，所述结构部件包括至少一个基座以及用于接近所述测量点的探针头，其中，●所述机器结构用于将所述探针头链接至所述基座，以及●所述探针头包括用于将测量探针模块化安装至所述探针头的机器接口(11、41、42、51、52、61)，其特征在于，所述机器接口(11、41、42、51、52、61)设计为一体形成的模块，所述模块提供了所述测量探针在所述探针头处的可重复安装性，并且包括：●球支承部的单侧部件，所述单侧部件包括至少三个凹部(13、46、55、56、64)或者至少三个圆顶形凸起(45)，●容纳部(12、43、44、53、54)：□所述容纳部形成为以已知的精确位置和取向接收限定类型的机器套管(14、47、48、63)，以及□所述容纳部根据所述精确位置和取向固定地布置所述机器套管(14、47、48、63)，其中，所述球支承部的所述单侧部件和所述容纳部形成为一个件。7.根据权利要求6所述的坐标测量机，其特征在于，●所述机器套管借助于粘着剂、尤其是借助于胶水固定在所述容纳部的内部，和/或●所述一体形成的模块由金属、尤其是硬金属、尤其是碳化钨或者硬化钢制成，和/或●所述机器接口(11、41、42、51、52、61)包括适于根据需要提供磁保持力的磁联接单元(49a、49b)，尤其其中，所述磁联接单元包括电磁元件。8.一种由根据权利要求6或7所述的坐标测量机以及根据权利要求1至5中任一项所述的测量探针构成的系统，其特征在于，所述测量探针借助于它们的接口(11、21、31，41、42、51、52、61、71)联接至探针头，其中，探针接口(21、31、41、42、51、52、71)和机器接口(11、41、42、51、52、61)被设计为以及相对于彼此被布置为使得：●所述探针套...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·舍加，D·布吕尔曼，托马斯·延森，
申请(专利权)人：赫克斯冈技术中心，
类型：发明
国别省市：瑞士,CH