测量系统技术方案

本发明专利技术涉及测量系统。模拟扫描探头(120)具有可拆卸地连接到坐标测量系统的可移动支承件的连接器(40)，所述扫描探头包括：接触部(30)，其位于触笔(28)的端部，所述触笔(28)根据测量轴(63)能够枢转地连接到所述扫描探头；以及位置编码器，其传送所述接触部(30)围绕所述测量轴(63)的倾角的测量值，其特征在于，在所述连接器(40)和所述测量轴(63)之间包括一个关节(64)，该关节(64)用于允许所述扫描探头或其一部分发生倾斜。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术的实施方式总体上涉及坐标测量机及使用坐标测量机的方法。坐标测量机是用于测量工件表面的点的坐标、沿扫描路径扫描工件表面并且记录沿扫描路径的一系列点的坐标的装置。
技术介绍
坐标测量机(CMM)用于尺寸测量领域并且在该领域是公知的。在很多情况下，CMM 包括基准表面，例如待测量工件可以放置在其上的经校正花岗石平面，以及可以由线性促动器和编码器的适当组件而精确地定位在三个坐标CTZ中的可移动支承件。具有这种结构的CMM通常称为“托架式(gantry)，，或“桥式” CMM,并且例如已在专利申请EP1975546和 US5189806 中描述。“桥式” CMM系统主要依赖于线性自由度来按照要求对支承件进行定位，而其它公知测量系统则采用多个转动自由度来对可移动支承件进行定位。关于这种机器的描述例如可参见 US6;354012 和 US5528505。可变朝向的桥式CMM系统同样是公知的。这些系统包括能够转动可移动支承件的转动头，以及例如沿一个、两个或三个正交轴接合到该转动头的坐标探头。这些装置的示例尤其还可以参见EP1672309。坐标探头可以是简单的接触式触发探头，其确定接触的时刻，例如参见EP1610087 所述。在其它情况下，特别是采用探头通过连续接触来扫描表面时，公知采用例如通过LVDT 或应变(strain gauge)传感器确定触笔的偏移量的探头，并将此偏移发送到控制器，以在坐标计算中积分。可用于CMM的光学探头中的微缩成像数字系统能够像机械测量探头那样移动，并对准要测量其坐标的点，而不与材料接触，从而允许三维坐标测量。可以同样地使用激光坐标探头，当用扫描激光束照射激光坐标探头时激光坐标探头能够确定测量对象的表面上的点的坐标。现有技术的坐标测量系统在不牺牲扫描精度的前提下限制了所能达到的最大扫描速度。具体地，高速扫描时，在快速振荡运动中因重量产生的振动是难以从采样点分离和量化的测量错误源。公知坐标测量系统的另一局限是，为了测量复杂的工件，需要对具有不同尺寸和大小的探头进行大量选择。探头的频繁更换使测量变得缓慢并降低了系统效率。长而重的探头也增加了测量误差并且增加了接触点处的扫描速度。通过采用对于沿三个轴的偏移都敏感的复合扫描探头以及能够使探头围绕三个独立轴连续转动的机动转动头，可以减少探头数量。但是，这些系统较为昂贵并容易受损。具有一个或更多个转动自由度的坐标测量系统在尤其例如EP1975M6的现有技术中是公知的，EP1975546描述了具有一个或多个转动自由度的能够连续转动并能在两个方向上无限转动的CMM。这种高速转动的扫描系统能够迅速而精确地获得大量表面数据。3遗憾的是，运动学的复杂性和探头的高速增大了测量时(尤其是当工件相对于其标称尺寸呈现出较大公差时)探头或探头支承平台在工件中不可预料的碰撞的风险和后果。
技术实现思路
因此需要提供一种坐标测量系统，其能够以较快的速度以及较少的振动和误差获得工件表面的大量坐标点。还需要提供一种测量探头，其与已知的多轴探头相比成本较低， 适用于复杂表面并能在高速转动CMM中安全使用。根据本专利技术，通过所附权利要求的对象来实现这些目标。附图说明借助对以示例形式给出并由附图示出的实施方式的描述，能够更好地理解本专利技术，在附图中图1示出了具有线性偏移编码器的接触扫描探头。图2示出了图1的探头的剖面。图3示出了模块化探头的连接器。图4示出了模块化扫描探头的摆动形式。图5是图4的摆动探头的连接器侧的图。图6是图1和4所示的探头的转动配件的剖面。图7示出了模块化非接触激光扫描探头。图8是图7的探头的剖面。图9是图7所示的连接器的俯视图。图10示出了安装在2轴肘节(wrist)上的图1的线性偏移探头。图11示出了位于分度(indexed) 2轴肘节上的图4和图6的专利技术装置。图12示出了位于分度2轴肘节上的图7和图6的专利技术装置。图13至15示出了图10至12的设置，但其采用线性连续2_轴肘节。具体实施例方式本专利技术的一些实施方式涉及位于分度或线性肘节上的感应式线性偏移接触探头 120的使用。下面参照图1-3描述线性感应探头的可能结构。该探头包括一侧的连接器40以及细长的主体25。连接器40的功能是保持触针式探头120与测量机之间的精确且可重复的空间关系，并且在探头120和适用的探头控制器之间发送所需要的信号。探头控制器通常附加到CMM控制器，或者在实施方式中也可实现为独立系统。连接器40的另一功能是保证到例如偏移检测器的探头的电连接，并向嵌入的用于信号处理以及信息传输和存储的电子装置供电，详见后文所述。探头包括触针端部30，触针端部30位于连接器40的相对端，与要测量其坐标的目标表面的点进行接触。触针端部30优选包括精确知道其半径的红宝石球体或适当硬质材料的球体。触针端部30安装滑杆60上，滑杆60安装在触笔25中，并能沿线性轴(例如与接触探头120的总体对称轴对准的轴)滑动。触笔25与滑杆60之间的间隙优选采用柔性元件(例如伸缩套(belloW)70)密封，以防止微粒或液滴进入。弹性元件61用于将滑杆60推到完全伸展的位置。扫描期间，CMM获得或确定在工件表面的扫描路径，并且操作其促动器以使触针端部30与扫描路径起点接触，并确定弹簧 61的预定压缩量。然后操作CMM以移动的探头25，将触针端部保持在扫描路径上。滑杆60 相对于触笔25的线性位移连续地取决于扫描点的坐标，由线性可变差动换能器(LVDT)65 感应地读出并通过连接器40发送到探头控制器。在本实施方式中，探头不包括有源电子器件。LVDT换能器65通过连接器40由适当的传输线(例如通过同轴电缆或双绞线)连接到探头控制器。不存在有源电子器件实现了所需要的简单性和可靠性，但并非必须如此。本专利技术也可以包括在探头中具有有源电子器件的探头，例如信号调整器，以处理和/或放大位置编码器的输出信号和/或优选地将其变换为可以发送到远程单元而无信息损耗的数字信号。通常，图1至3的线性位移探头的测量范围大于1毫米，例如为4毫米，并且线性化之后的换能器的精度优于10微米，例如为1微米。优选地，即使探头在触针端部的位移超出测量范围时不能提供高精度，触针端部也能够远远地滑出测量范围而不受损害，从而防止碰撞。触针端部的机械偏移范围优选为明显大于线性范围，例如至少比线性范围大两倍或三倍。根据所有种类的探头，测量范围小于机械范围。例如对于第一探头(图1)，机械范围允许在较大范围内平移换能器，但测量范围受捕捉长度的限制。同样，摆动式探头(图 4)能够在较大的机械范围内移动，但其测量范围只是该范围的一部分。最终光学探头(图 7)提供相同的结果，其对焦在特定范围内，当失焦时，其具有碰撞前的机械范围和特定测量范围。结合这一方面，并且例如与模块化转动配件相结合，由于校准和线性化的损失，得到的测量范围小于物理测量范围。根据此事实，从具有校准校正的装置产生的实际测量范围看起来就像测量范围更小的情况。这种限制像过滤测量范围那样起作用。这种测量范围的改变应当随连接在一起的装置而变化。例如，随着转动振动，我们可以减小一些范围以保证测量中的振动测量值较低。在这种情况下，我们不使用全部范围来确认该事实。模块化装置和模块化探头的组合可以存储于普通的信息存储器中，本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种模拟扫描探头（１２０），该模拟扫描探头（１２０）具有能拆卸地连接到坐标测量系统的能移动的支承件的连接器（４０），所述扫描探头包括：接触部（３０），其位于触笔（２８）的端部，所述触笔（２８）根据测量轴（６３）能够枢转地连接到所述扫描探头；以及位置编码器，其传送所述接触部（３０）围绕所述测量轴（６３）的倾斜角的测量值，所述模拟扫描探头的特征在于，在所述连接器（４０）与所述测量轴（６３）之间包括一个关节（６４），该关节（６４）用于允许所述扫描探头或其一部分发生倾斜。

【技术特征摘要】
2010.04.26 EP 10161096.21.一种模拟扫描探头(120)，该模拟扫描探头(120)具有能拆卸地连接到坐标测量系统的能移动的支承件的连接器(40)，所述扫描探头包括接触部(30)，其位于触笔08)的端部，所述触笔08)根据测量轴(6 能够枢转地连接到所述扫描探头；以及位置编码器， 其传送所述接触部(30)围绕所述测量轴(6 的倾斜角的测量值，所述模拟扫描探头的特征在于，在所述连接器GO)与所述测量轴(6 之间包括一个关节(64)，该关节(64)用于允许所述扫描探头或其一部分发生倾斜。2.如权利要求1所述的模拟扫描探头，其中，所述关节(64)为能够手动设置的摩擦关节，其允许操作位置的连续。3.如权利要求1所述的模拟扫描探头，该模拟扫描探头还包括安全关节(62)，该安全关节(6 允许当施加在所述接触部(30)上的力超过确定的界限时所述触笔08)围绕安全轴发生倾斜。4.如前述权利要求所述的模拟扫描探头，其中，所述安全轴(68)位于不包含所述测量轴(6 的平面或者与所述测量轴(6 正交的平面。5 如权利要求3所述的模拟扫描探头，其中，所述安全关节(62)位于所述测量轴(63) 和所述接触部(30)之间。6.如权利要求3所述的模拟扫描探头，其中，所述测量轴包括如下的摩擦装置该摩...

【专利技术属性】
技术研发人员：帕斯卡尔·乔迪尔，本杰明·乌里奥德，
申请(专利权)人：特莎有限公司，
类型：发明
国别省市：CH