用于计量应用的测量探测单元的制作方法

本发明涉及一种用于物体的尺寸获取的测量探测单元。

背景技术：

探头在计量应用中用作适配器，以用于将测量探测器连接至定位器，例如，坐标测量机器。探头的实例包括由Renishaw(雷尼绍)制造的PH-10系列。有利地，探头还用于相对于坐标测量机器的末端执行器成角度地定向测量探测器；通常，探头具有两个旋转轴线，可选地是机动化的。然而，探头缺乏允许测量探测器朝向待测量物体定位的第三旋转轴线的全面灵活性。在本领域中，使用提供另一旋转轴线的将探头连接至测量探测器的第二适配器来总体上解决这个问题。现有技术描述了探测器可替换位置调节机构，例如，US 5,848,477公开了一种连接至具有多个离散可选角度的球窝接头的无源触点探测器；球窝布置的不稳定性使其适合于大部分测量探测器。US 5,778,548公开了一种连接至探头的可移动测量探测器，其缺乏三个旋转轴线的灵活性。WO 2009/016185公开了一种设置有固定连接器的线性扫描激光传感器。第二适配器并不理想，这是因为该适配器采用了杠杆作用，使由探头和定位器设定的位置不稳定，从而对测量探测器施加重量限制。特别地，对于光学测量探测器，对透镜尺寸和重量的限制导致精度下降。而且，第二适配器在后续计算中引入了额外复杂性。这还可以是信号丢失或减少的来源。因此，本发明的目标在于克服该技术的问题。

技术实现要素：

本发明的一个实施方式涉及一种用于与定位器(300)的探头(200)连接的尺寸测量探测单元(100)，包括：

-测量探测器(150)，用于物体(400)的尺寸测量；

-旋转接头(170)，一体形成到测量探测器(150)中；以及

-探测单元接口(120)，用于反复能拆卸地连接至探头(200)，其中，探测单元接口(120)由旋转接头(170)旋转地连接至测量探测器(150)。旋转接头(170)优选地不可拆卸地一体形成到测量探测器(150)中。

旋转接头(170)可以包括第一主体(172)和第二主体(174)，第二主体被布置成围绕旋转接头(170)的旋转轴线(171)能相对于第一主体(172)旋转，

-第一主体(172)可以相对于测量探测器(150)固定，并且第二主体(174)可以相对于探测单元接口(120)固定，并且

-第一主体(172)可以不能拆卸地连接至测量探测器(150)。

旋转接头(170)可以是配置成以多个不同的离散旋转角闩锁的旋转闩锁接头(170')。

所述旋转接头(170)可以是配置成以多个不同的离散旋转角闩锁的旋转闩锁接头(170')，并且

-第一主体(172)可以设置有布置在虚构圆中的多个离散的第一闩锁元件(176)，闩锁元件(176)呈现出离散的旋转角，并且

-第二主体(174)可以设置有至少一个第二闩锁元件(178)，该第二闩锁元件被配置成与第一主体(172)的多个离散的第一闩锁元件(176)中的任一个闩锁。显然，每个第一闩锁元件(176)设置在虚构圆中，闩锁元件(176)呈现出离散的旋转角。

第二闩锁元件(178)的数量可以是三个且设置在虚构圆中。第一闩锁元件(176)和第二闩锁元件(178)可以形成能旋转地拆卸的运动学底座的相应部分。

第二闩锁元件(178)可以包括一个球形体，以用于与包含在第一闩锁元件(176)中的两个圆柱形杆运动学地安装，或者第二闩锁元件(178)可以包括一个圆柱形杆，以用于与包含在第一闩锁元件(176)中的两个球形体运动学地安装。

尺寸测量探测单元(100)还可以包括隔圈(130)，隔圈设置在第一主体(172)与所述第二主体(174)之间，隔圈包括设置有至少一对径向相对的枢转元件(144、144')的环形环主体，该枢转元件被配置成提供第一主体(172)相对于第二主体(174)的枢转。尺寸测量探测单元(100)还可包括隔圈(130)以接收第一主体(172)与第二主体(174)之间的力，隔圈包括设置有至少一对径向相对的枢转元件(144、144')的环形环主体，该枢转元件被配置成提供第一主体(172)相对于第二主体(174)的枢转。

可以存在有两对枢转元件，第一对枢转元件(142)彼此径向相对地设置在隔圈(130)的第一侧(132)上，并且第二对枢转元件(144、144')彼此径向相对地设置在隔圈(130)的第二侧(134)上，并且其中，第一对枢转元件和第二对枢转元件相对于所述旋转接头(170)的旋转轴线(171)彼此偏移90度。所述隔圈(130)还可以设置有与这两对枢转元件互补的两对枢转止动元件(138、138'、140、140')，每个枢转止动元件(138、138'、140、140')均设置在隔圈(130)的相对侧(132、134)上且位于与对应的枢转元件相同的角度位置处。隔圈(130)可以至少部分地由兼容材料制成，优选地由黄铜制成。

尺寸测量探测单元(100)还可包括带螺纹的可旋转轴环(187b)，该可旋转轴环被配置成在所述第一主体(172)与所述第二主体(174)之间施加拉紧力，以使第一主体和第二主体保持相互耦接接触，其中，隔圈(130)设置为与带螺纹的可旋转轴环(187b)耦接接触，以便在拉紧可旋转轴环(187b)时被可逆地压缩。

尺寸测量探测单元(100)还可包括角度测量构件(188)，角度测量构件被配置成测量由所述旋转接头(170)采用的角度并且提供与所测量的角度对应的信号。尺寸测量探测单元(100)还可包括角度测量构件(188)，角度测量构件包括：

-轴(193)，沿着旋转轴线(171)定向并且相对于探测单元接口(120)固定，以及

-几何结构(190)，连接至轴(193)且被配置成根据第一主体(172)相对于第二主体(174)的角度位置遮蔽光。

几何结构(190)可以包括至少一个斜面。测量探测器(150)可以包括外壳(156)，并且探测单元接口(120)与所述外壳(156)之间的距离被最小化至这样一种程度，该程度为所述测量探测器(150)围绕旋转点(170)的旋转避免与探头(200)或定位器(300)碰撞。测量探测器(150)可以是光学探测器。测量探测器(150)可以被配置成输出与尺寸测量对应的信号。一体形成到探测器中的旋转接头的数量可以仅是1个。

所述旋转接头(170)可以设置有旋转限制器，该旋转限制器被配置成限制旋转接头(170)的旋转程度。旋转限制器可以包括一对元件，这对元件中的一个元件是设置在第一主体(172)或第二主体(174)上的腰形槽(189a)，并且这对元件中的另一个元件是设置在配置成与腰形槽(189a)接合的另一个主体上的销(189b)。腰形槽(189a)可以设置有与销(189b)接合的第一深度(1800)，以允许第一主体(172)和第二主体(174)相互旋转到接头的限制旋转的程度，并且腰形槽还可包含多个离散的凹槽(1802、1802')，该凹槽也与销(189b)接合以便以与闩锁接头(170')的离散旋转角一致的多个离散角能反复地锁定第一主体(172)和第二主体(174)的相对角度位置。

本发明的另一个实施方式涉及一种用于使测量探测器(150)适用于物体(400)的尺寸测量以提供额外的运动自由度的方法，包括：

-提供旋转接头(170)，该旋转接头设置有用于反复能拆卸地连接至探头(200)的探测单元接口(120)；以及

-将旋转接头连接至测量探测器(150)，使得探测单元接口(120)由旋转接头(170)旋转地连接至测量探测器(150)，其中，所述旋转接头到所述测量探测器的所述连接是不能拆卸的。

附图说明

图1是根据本发明的尺寸测量探测单元的示意图；

图2是根据本发明的探头或分度头的示意图；

图3是定位器的特别在执行器末端处的部分的示意图；

图4是包含光学非接触探头的根据本发明的示例性尺寸测量探测单元的示意图；

图5是测量探测单元的示例性旋转接头的示意性内部图，该旋转接头是闩锁接头；

图6是测量探测单元的示例性旋转接头的示意性打开图，该旋转接头是闩锁接头；

图7是测量探测单元的旋转接头的第一耦接表面的细节，该旋转接头是闩锁接头；

图8是变角的遮光中心销的示意图；

图9是本发明的设置有遮光中心销的旋转接头的示意图；

图10是通过开孔观看的图8的中心销的不同旋转位置的示意图；

图11A和11B是旋转接头的第一主体和第二主体以及在其间的隔圈的视图。在图11B中，相应的耦接表面不平行；

图12示出了隔圈的侧视图；

图13示出了隔圈的顶视图；

图14A是旋转接头的第一主体和第二主体以及设置在第二主体的凸缘与轴环之间的隔圈的截面图。在图14B中，隔圈被压缩；

图15A到C描述了旋转限制器的一部分的可能设置。图15A是设置在第一主体上的弧形槽(腰形槽)的等距视图。图15B是设置有4个离散凹槽的腰形槽的平面图。图15C是腰形槽的截面图，其详细描述了这4个离散凹槽是通道或孔。

具体实施方式

在描述本发明的当前单元和方法之前，要理解的是，本发明不限于所描述的特定单元和方法或组合，这是因为这种单元和方法以及组合当然可以改变。还要理解的是，在本文中使用的术语并非旨在限制，这是因为本发明的范围仅由所附权利要求限制。

如在本文中所使用的，单数形式“一个(a)”、“一个(an)”以及“该(the)”包括单数和复数个指示对象，除非上下文另有明确规定。

如在本文中所使用的，术语“包括(comprising)”、“包括(comprises)”以及“包括(comprised of)”与“包含(including)”、“包含(includes)”或“含有(containing)”、“含有(contains)”同义，并且是包含的或开放式的，且不排除额外的、未叙述的元件、元件或方法步骤。要理解的是，如在本文中所使用的，术语“包括(comprising)”、“包括(comprises)”以及“包括(comprised of)”包括术语“由...构成(consisting of)”、“由...构成(consists)”以及“由...构成(consists of)”。

通过端点叙述的数值范围包括包含在相应范围内的所有数字和分数以及叙述的端点。

然而通过进一步例证，术语“一个或多个”或“至少一个”(例如，一组构件中的一个或多个或至少一个构件)本身清晰，所以该术语尤其包括对所述构件中的任一个或者对所述构件中的任两个或更多个的引用，例如，所述构件中的任何≥3、≥4、≥5、≥6或≥7个等，并且高达所有构件。

在本说明书中引用的所有参考的全部内容通过引证结合于此。特别地，在本文中特别提及的所有参考的教导内容通过引证结合于此。

除非另有规定，否则在公开本发明时使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有本发明所属的技术人员通常理解的意义。通过进一步引导，包括术语定义，以更好地理解本发明的教导内容。

在以下段落中，更详细地限定了本发明的不同方面。这样限定的每个方面可以与任何其他的一个或多个方面相结合，除非明确规定相反。特别地，表示为优选或者有利的任何特征可以与表示为优选或者有利的任何其他的一个或多个特征相结合。

在本说明书中引用“一个实施方式”或“实施方式”表示在本发明的至少一个实施方式内包括与实施方式相结合描述的特定特征、结构或特性。因此，在本说明书中的各个地方出现短语“在一个实施方式中”或“在实施方式中”不必但可以表示相同的实施方式。而且，在一个或多个实施方式中，通过本公开，特定特征、结构或特性可以通过任何合适的方式组合对于本领域技术人员而言是显而易见的。而且，虽然在本文中描述的一些实施方式包括一些特征，而不包括包含在其他实施方式内的其他特征，但本领域的技术人员会理解的是，不同实施方式的特征的组合表示在本发明的范围内，并且形成不同的实施方式。例如，在所附权利要求中，任何要求的实施方式可以在任何组合中使用。

在本发明的本描述中，参考附图，该附图构成其一部分，并且仅仅通过说明可以实践本发明的具体实施方式的方式，显示附图。在相应元件上附加具有括号和/或加粗的参考数字仅通过实例例证元件，并非旨在通过其限制相应元件。要理解的是，在不背离本发明的范围的情况下，可以使用其他实施方式，并且可以进行结构或逻辑变化。因此，并非在限制的意义上进行以下详细描述，并且本发明的范围由所附权利要求限定。

本发明涉及一种尺寸测量探测单元(100)，在本文中也称为“探测单元”，用于连接至定位器(300)的探头(200)。参考图1，探测单元(100)包括；测量探测器(150)，用于物体(400)的尺寸测量；以及旋转接头(170)，其一体形成到所述测量探测器中。探测单元(100)还包括探测单元接口(120)，用于可反复拆卸地连接至探头(200)，其中，探测单元接口(120)由旋转接头(170)旋转地连接至测量探测器(150)。由于具有可反复拆卸的连接，所以相应元件旨在允许可互换性的可反复相互拆卸和重新安装；该连接并非旨在具有永久性。

测量探测器(150)可以是任何类型的尺寸测量探测器，其输出与物体(400)的尺寸测量对应的信号。该信号可以是任何信号，例如，电气、光学或电磁信号(例如，无线电信号)。典型的测量探测器(150)包括光学探测器(例如，光学扫描探测器、激光扫描仪、轮廓探测器)、触摸触点探测器或摄像头。测量探测器(150)通常包括检测器(152)，用于检测测量参数，例如，光或力。除了信号生成元件以外，触摸触点探测器还通常包括触摸触发组件。优选地，测量探测器是光学探测器(150')。通常，光学探测器(150')(例如，在图4部分描述的)是光学非接触式探测器，并且除了信号生成元件以外，还包括光学检测器(152)，以用于检测由待测量的物体(400)反射的光。光学检测器(152)可以是一维或二维的。光学检测器(152)可以包括CMOS或CCD传感器。光学检测器(152)可以包括透镜系统，以用于聚焦来自物体的光。光源(154)(例如，激光)可以包含在光学探测器(150')中或者可以是单独的。激光可以投射单个条纹、可以交叉或不交叉的多个条纹、或者几何图案。

测量探测器(150)通常包括安装有元件的刚性底盘。测量探测器(150)通常包括外壳(156)，以用于保护元件。根据一个方面，底盘可以是外壳(156)，在这种情况下，相对于外壳安装元件。根据本发明的一个方面，测量探测器是光学探测器(150')，并且用于检测由待测量的物体(400)反射的光的光学检测器(152)相对于底盘固定。光学检测器(152)可以刚性连接至底盘。光源(154)可以相对于底盘固定。光源(154)可以刚性连接至底盘。

如上所述，例如在EP 1 391 690、EP 0 840 880以及EP 1 984 695中描述了在本领域中已知的测量探测器。在本发明中可以使用的商用测量探测器的实例包括均由Nikon Metrology(尼康测量公司)制造的LC15Dx激光扫描仪、LC60Dx激光扫描仪、LC50Cx激光扫描仪以及XC65Dx(-LS)数字交叉扫描仪。

旋转接头(170)通常包括第一主体(172)和第二主体(174)，该第二主体被布置为能围绕所述旋转接头(170)的旋转轴线(171)相对于第一主体(172)旋转。旋转接头在本文中也可以称为旋转接头单元。在图1和图5到图7中详细描述了旋转接头的实例。第一主体(172)可以相对于测量探测器(150)、更具体而言相对于底盘、或相对于外壳(156)、或相对于光学检测器(152)固定。第二主体(174)可以相对于探测单元接口(120)固定。

第一主体(172)和第二主体(174)可以不可分离地连接。第一主体(172)和第二主体(174)可以彼此不可拆卸地连接。第一主体(172)和第二主体(174)可以彼此不可反复地可拆卸地连接。在由旋转接头连接的同时，第一主体和第二主体可以相互永久连接。

旋转接头(170)可以是同轴旋转接头或者非同轴旋转接头(即，成角度的旋转接头)。同轴旋转接头在于，第一主体和第二主体的旋转轴线是同轴的。非同轴旋转接头在于，第一主体和第二主体的旋转轴线交叉。在作为非同轴旋转接头的情况下，相应的轴可以以50度、60度70度或80度相交。在探测单元(100)中优选地具有一个旋转接头。在探测单元(100)中优选地具有仅一个旋转接头(170)。提供一个运动自由度。

第一主体(172)可以具有任何外部形状，例如，圆柱形、六边形、立方形。优选地具有基本上圆柱形形状。优选地是刚性的。其在一端(例如，探测器端)连接至测量探测器(150)。连接优选地是不可反复拆卸的，即，是永久的以及刚性的。优选地，连接至测量探测器(150)的底盘，这可以是在内部或外部的(例如，探测器外壳(156))。第一主体(172)的另一端包括第一耦接表面(182，图5到图7)，其与第二主体(174)的对应第二耦接表面(184，图6)耦接并与其相邻地布置。第一耦接表面(182)和测量探测器(150)具有固定关系。在旋转接头(170)被描述为一体形成到测量探测器(150)中时，这表示连接是不可拆卸的，优选地是不可反复拆卸的，即，是永久的以及刚性的。特别地，这表示第一主体(172)是不可拆卸连接的，优选地不可反复拆卸地连接至测量探测器(150)。

第二主体(174)优选地具有基本上圆柱形形状并且是刚性的。其在一端(例如，探测器端)具有第二耦接表面(184)，该第二耦接表面与第一主体(172)的第一耦接表面(182)耦接并且与其相邻地布置。第二主体(174)的另一端包括探测单元接口(120)。第二耦接表面(184)相对于探测单元接口(120)固定。

第一主体与第二主体保持旋转关系并且彼此耦接接触。在第一主体(172)与第二主体(174)之间施加的力使其保持相互耦接接触。例如，可以由外部夹持件或者使用中心保持销或螺丝提供该力。

外部夹持件可以包括带螺纹的可旋转轴环(187b)。可旋转轴环(187b)可以被配置成相对于第二主体(174)可逆地或可反复地拉紧第一主体(172)。可以在第一主体(172)或第二主体(174)中的一个上提供具有内部螺纹的可旋转轴环(187b)，并且在另一个主体上提供适合于与可旋转轴环(187b)的螺纹接合的外部螺纹(187a)。在通过部分拧开可旋转轴环(187b)释放外部夹持件并且通过拉紧可旋转轴环(187b)固定设定的角度时，第一主体(172)和第二主体(174)可以相对旋转。要理解的是，可旋转轴环(187b)与相关主体的边缘上的凸缘(187c)接合，其阻止可旋转轴环(187b)前进穿过该边缘并且将拉紧力从可旋转轴环(187b)传输至另一个主体。在图6中，可旋转轴环(187b)设置在也布置有凸缘(187c)的第二主体(174)上；第一主体(172)设置有外部螺纹(187a)。可旋转轴环(187b)与相关联的主体(第一主体(172)或第二主体(174))具有可旋转的关系，并且也与其具有可滑动的关系。

技术人员会理解可旋转轴环(187b)的构造，并且作为一般指南，其具有中空圆柱形，圆柱体的内壁至少部分是带螺纹的，并且中空圆柱体的一端设置有与凸缘(187c)接合的向内边缘。在可旋转轴环(187b)与凸缘(187c)之间设置隔圈(130)的情况下(稍后见下文)，向内边缘与隔圈(130)接合。图14A和B描述了可旋转轴环(187b)，其中，向内边缘(187b')与隔圈(130)接触。

有利地，外部夹持件在第一主体(172)与第二主体(174)之间提供高度稳定的耦接，同时允许可逆地释放第一主体(172)和第二主体(174)，以允许角度选择。

中心销(186)或外边缘可以用于围绕旋转轴线(171)与第一主体(172)和第二主体(174)对准。可选地，环形隔圈(见下文)可以用于提供对准和间隔。

第一主体(172)和第二主体(174)均可以布置有延长主体长度的中心孔。在使用中心销(186)的情况下，其可以是中空或实心的。第一主体和第二主体可以至少部分由任何合适的材料制成，该材料具有支撑测量探测器(150)所需要的强度，同时也是质量轻的。合适的材料是铝。

电缆可以在第一主体(172)与第二主体(174)之间穿过上述中空的中心销。可替换地，可以通过在相应主体的耦接表面中的一对相互对准的狭槽。一个狭槽可以是弧形(电缆腰形槽)，以促进电缆在旋转接头的角运动的范围内移动。

旋转接头(170)可以设置有旋转限制器，其被配置成限制接头(170)的旋转程度。旋转限制器可以将旋转程度限制为例如30度、60度、90度、120度、150度或者在任何两个上述值之间的范围内的值，优选地限制为90度。旋转限制器可以包括一对元件，这对元件中的一个元件是设置在第一主体(172)或第二主体(174)上的弧形槽，也称为腰形槽(189a)，并且这对元件中的另一个元件是设置在另一个主体上的销(189b)。在图6，腰形槽(189a)设置在第一主体(172)上，并且销(189b)设置在第二主体(174)上。通常，销(189b)是圆柱形的。销可以相对于设置在其上的主体(例如，第一主体172)固定。销(189b)可以相对于设置在其上的主体(例如，第一主体172)的耦接表面(例如，第一耦接表面182)可逆地可伸缩。通常，腰形槽(189a)的弧形中心与旋转接头(170)的旋转轴线(171)对准。特别地，旋转限制器的这对元件分别设置在第一(182)耦接表面和第二耦接表面(184)上。

根据本发明的另一方面，如图所示，例如，在图15A到C中，腰形槽(189a)设置有与销(189b)接合的第一深度(1800)，以允许所述第一主体(172)和第二主体(174)在上述角度限制内自由相互旋转，并且还包含多个离散凹槽(图15A和B，1802、1802')，该凹槽也与销(189b)接合，以便以多个离散角锁定第一主体(172)和第二主体(174)的相对角度位置。该锁定是暂时的，即，可逆的或者可反复的。每个凹槽(1802、1802')优选地是适当地接收销(189b)的离散通道或钻孔；给每个离散通道或钻孔提供第二深度(1804、1804')。第一深度(1802、1802')比第二深度(1804、1804')更浅(更接近耦接表面(182))。显然，第一主体(172)和第二主体(174)的旋转伴有将销(189b)撤回允许一限制旋转范围的第一深度(1802、1802')，随后，伴有将销(189b)前进到一个离散凹槽(1802、1802')内以选择离散角。销(189b)的前进或撤回可以由第一主体(172)和第二主体(174)的部分分离实现，例如，通过拧开可旋转轴环187b。本发明的一个方面在于，由离散凹槽(1802、1802')确定的角度符合下面描述的离散闩锁角度。离散凹槽(1802、1802')和一致的离散闩锁角度的组合避免在该禁止位置中拉紧时选择可以造成一个主体变形的“中间角度”。进一步，这导致所选角度的高度探测稳定性。

根据本发明的一方面，旋转接头是旋转闩锁接头(170')，其被配置成以多个不同的离散旋转角相对于第二主体(174)闩锁第一主体(172)。离散旋转角可以是固定的。通过闩锁，其意味着在第一主体(172)与第二主体(174)之间的多个角度闩锁位置暂时稳定。与作为闩锁角度的那些角度相比，通过施加转矩，并非闩锁角度的角度可以更容易改变(是不太稳定的位置)。通过施加转矩，用户可以解锁第一主体(172)相对于第二主体(174)的角度位置。进一步施加转矩以接下来的离散角闩锁第一主体(172)相对于第二主体(174)的角度位置。虽然也预知电动角度选择，但优选地手动施加转矩。

第一主体(172)可以设置有围绕虚构圆设置的多个离散的第一闩锁元件(176)。在第一主体(172)上的第一闩锁元件(176)被配置成允许与在第二主体(174)上的互补的第二闩锁元件耦接。每个第一闩锁元件(176)表示离散的旋转角。虚构圆以旋转接头(170)的旋转轴线(171)为中心。第一闩锁元件的数量可以是2、3、4、5、6、7、8、10、11、12、13、14、15或更多。第一闩锁元件(176)优选地均匀分布在虚构圆圈周围。例如，在具有10个第一闩锁元件的情况下，可以通过36度的间距均匀分布在虚构圆周围。优选地其相对于旋转接头(170)的旋转轴线(171)在径向上定向。第一闩锁元件(176)和第二闩锁元件(178)的设置提供多个角度闩锁(暂时保持)位置，允许选择暂时稳定的离散的和固定的角度。

第一闩锁元件(176)优选地包括构成运动学底座的一对元件中的一个，另一个元件是第二闩锁元件(178)。因此，第一闩锁元件(176)和对应的(即，在共同闩锁时)第二闩锁元件(178)可以形成旋转地可拆卸的运动学底座的相应部分。在本领域中已知运动学底座，并且通常包括一对：

-具有球形凹槽段(例如，半球)的球形体，

-具有一个或多个(例如，3个)球形体的一个或多个(例如，1个)球形体，

-具有2个或多个(例如，2个)球形体的一个圆柱形杆，或者

-具有一个或多个(例如，1个)球形体的两个圆柱形杆，

其单独或者与其他运动学底座相结合地通过3个自由度限制运动。球形体和/或杆由硬质和刚性材料制成，例如，不锈钢。第一闩锁元件(176)相对于第一耦接表面(182)，更具体而言，相对于测量探测器(150)保持固定关系(即，没有位移也没有旋转)。

第一闩锁元件(176)可以包括球形凹槽或球形凹槽段，其被配置成接收作为球形体的往复的第二闩锁元件(178)。

可替换地，第一闩锁元件(176)可以包括两个或更多个(优选地两个)圆柱形杆或两个或更多个球形体的设置，其相对于第一耦接表面(182)，更具体而言，相对于测量探测器(150)刚性且固定地安装。两个或更多个圆柱形杆或两个或更多个球形体可以安装在第一耦接表面(182)中的凹槽内，并且被配置成接触和限制往复的第二闩锁元件(178)。在具有两个圆柱形杆的情况下，圆柱形杆优选地彼此平行地并且与相对于旋转接头(170)的旋转轴线(171)径向的线路平行地设置。

在优选的实施方式中，第一闩锁元件(176)包括在第一耦接表面(182)中的纵向槽(175)。纵向槽(175)优选地相对于旋转接头(170)的旋转轴线(171)在径向上定向。纵向槽可以具有凹槽底面(177)和一个或多个侧边缘(181、181')。两个或更多个球形体(180)(优选地两个)设置在纵向槽(175)的相对侧(181、181')上。优选地，两个球形体(180)设置在纵向槽(175)的侧边缘(181、181')的相对侧上。优选地，第一耦接表面(182)设置有12个这种第一闩锁元件(176)，其均匀地设置在虚构圆周围。球形体设置到纵向槽(175)中，使得每个球形体的一部分从第一耦接表面(182)突出。球形体相对于第一耦接表面(182)，更特别地相对于测量探测器(150)刚性且固定地安装。球形体优选地使用粘合剂保持在位。

第二主体(174)可以设置有至少一个(优选地三个或更多个)离散的第二闩锁元件(178)。第二闩锁元件(178)被配置成闩锁到第一主体(172)的多个第一闩锁元件(176)中的任一个，例如，如图5和6所示。在具有多个第二闩锁元件(178)的情况下，其可以设置在虚构圆周围。虚构圆以旋转接头(170)的旋转轴线(171)为中心。第二闩锁元件(178)的数量可以是1、2、3、4、5、6、7、8、10、11、12、13、14、15或更多。第二闩锁元件(178)优选地均匀分布在虚构圆周围。第二闩锁元件(178)的数量可以小于第一闩锁元件(176)的数量。第二闩锁元件(178)的数量可以是第一闩锁元件(176)的数量的2、3、4或5倍。

如前所述，第二闩锁元件(178)优选地包括构成运动学底座的一对元件中的一个，这对元件中的另一个元件是第一闩锁元件(176)。第二闩锁元件(178)可以包括：

-一个或多个(优选地，一个)球形体，用于与第一闩锁元件(176)的一个或多个(优选地，三个，优选地设置为三角形)球形体运动学地安装，

-一个或多个(优选地，一个)球形体，用于与第一闩锁元件(176)的球形槽或球形槽段运动学地安装，

-一个或多个(优选地，一个)圆柱形杆，用于与第一闩锁元件(176)的两个或更多个(优选地，两个，优选地设置为平行)圆柱形杆运动学地安装，或者

-一个或多个(优选地，一个)圆柱形杆，用于与第一闩锁元件(176)的两个或更多个(优选地，两个)球形体运动学地安装。

在优选的实施方式中，运动学底座包括第二闩锁元件的一个圆柱形杆，以用于与第一闩锁元件(176)的两个球形体运动学地安装，或者第二闩锁元件的2个球形体，以用于与第一闩锁元件(176)的一个圆柱形杆运动学地安装。有利地，该设置允许更大量的离散旋转角；由两个球形体且由一个圆柱形杆占据的空间小于应用两个圆柱形杆和一个球形体所需要的空间。

球形体和/或圆柱形杆由硬质和刚性材料制成，例如，不锈钢。第二闩锁元件(178)相对于第二耦接表面(184)，更具体而言，相对于探测单元接口(120)保持固定关系(即，没有位移也没有旋转)。

在优选的实施方式中，第二闩锁元件(178)包括在第二耦接表面(184)中的纵向杆(179)。纵向杆(179)优选地是圆柱体或圆柱形段。纵向杆(179)优选地相对于旋转接头(170)的旋转轴线(171)在径向上定向。优选地，第二耦接表面(184)设置有3个这种第二闩锁元件(178)，其均匀地设置在虚构圆周围。纵向杆(179)设置到第二耦接表面(184)中，使得每个纵向杆(179)的区段从第二耦接表面(184)突出。纵向杆(179)相对于第二耦接表面(184)，更具体地相对于探测单元接口(120)，刚性且固定地安装。纵向杆(179)优选地使用粘合剂保持在位。

第一闩锁元件(176)和第二闩锁元件(178)提供通过旋转该旋转接头(170)可以选择的多个离散角。由第一闩锁元件(176)和第二闩锁元件(178)构成的运动学安装进一步提供以多个角度高精度定位的探测器(150)，一旦设定该位置，则避免了在第一主体(172)与第二主体(174)之间摆动。在使用三个均匀隔开的第二闩锁元件(178)时，优化精确度和准确度。该设置允许高度角度可反复性。

如上所述，可以在第一主体(172)与第二主体(174)之间施加力以保持其相互耦接接触。根据本发明的一个方面，隔圈(130)设置成接收在第一主体(172)与第二主体(174)之间的力。隔圈有助于接收和分布施加在第一主体(172)与第二主体(174)之间的力(例如，由夹持件施加)，以保持所述主体相互接触。

隔圈(130)可以设置在第一主体(172)与第二主体(174)之间，例如，如在图11A和11B所示。隔圈(130)可以设置在一个主体(172、174)的可旋转轴环(187b)与凸缘(187c)之间；在图14A，其设置在第二主体(174)的可旋转轴环(187b)与凸缘(187c)之间。隔圈(130)可以设置为与可旋转螺纹轴环(187b)耦接接触，以便在拉可旋转轴线环(187b)时被可逆地压缩。

隔圈(130)包括具有第一侧(132)以及与其相对的第二侧(134)的环形环主体。环形环主体的外部轮廓优选地是圆形的，例如，如在图13所示。环形环的内部轮廓优选地是圆形的；其他轮廓也是可能的。隔圈(130)优选地是平面的。

根据一个方面，隔圈的尺寸被设定为与相应的第一耦接表面(182)和第二耦接表面(184)接触。优选地其尺寸被设定为在所述表面的周界处与相应的第一耦接表面(182)和第二耦接表面(184)接触。优选地其尺寸设定为避免与第一闩锁元件(176)和第二闩锁元件(178)接触或重叠。优选地其尺寸被设定为在第一主体(172)与第二主体(174)之间提供间隙，使得第一闩锁元件(176)和第二闩锁元件(178)可以相互接合。隔圈(130)可以设置为例如通过固定元件(诸如，螺丝)而相对于第一主体(172)或第二主体(174)固定。隔圈(130)可以设置为相对于第一主体(172)固定。优选地，隔圈(130)不固定至第一主体(172)或第二主体(174)或这两者。

根据另一个方面，隔圈(130)的尺寸被设定为与可旋转轴环(187b)和凸缘(187c)接触。隔圈(130)的尺寸可以被设定为与可旋转轴环(187b)的向内边缘(187b')接触。隔圈(130)可以设置为例如通过固定元件(例如，螺丝)而相对于可旋转轴环(187b)或凸缘(187c)固定。隔圈(130)可以设置为相对于凸缘(187c)固定。优选地，隔圈(130)不固定至可旋转轴环(187b)或凸缘(187c)或这两者。隔圈(130)的尺寸可被设定为适当地由在与其相关联的主体(例如，在图14，第二主体(174))与可旋转轴环(187b)之间的环形空隙接收。

隔圈(130)可以设置有一对径向相对的枢转元件(例如，在图12，144、144')，其被配置成使隔圈围绕枢转轴线枢转。枢转轴线(图13，137)由连接径向相对的枢转元件(144、144')的虚线构成。枢转元件(144、144'、142)是设置在隔圈(130)的一侧(132、134)上的突出部。枢转元件(144、144'、142)具有与环形环的主体连接的基部端以及从基部端延伸的上端。优选地，上端的终点可以具有扁平或圆形表面，相应的主体(图11，172、174)、可旋转轴环(图14，187b)或凸缘(图14，187c)在该表面上接触。

在优选的方面，隔圈(130)设置有两对枢转元件，第一对(142)彼此径向相对地设置在隔圈(130)的第一侧(132)，并且第二对(144、144')彼此径向相对地设置在隔圈(130)的第二侧(134)。第一枢转元件和第二对枢转元件优选地相对于旋转轴线(171)彼此偏移90度。换言之，在第一对枢转元件之间绘制的第一虚线以及在第二对(144、144')枢转元件之间绘制的第二虚线(137)以90度的角度彼此相交。

隔圈(130)可以被配置成允许第一主体(172)相对于第二主体(174)枢转，例如，如图11B所示，其中，第一耦接表面(182)和第二耦接表面(184)不平行。

隔圈(130)可以被配置成允许第一主体(172)相对于第二主体(174)枢转，其中，在隔圈(130)设置在一个主体(172、174)(未示出)的可旋转轴环(187b)与凸缘(187c)之间时第一耦接表面(182)和第二耦接表面(184)不平行。

隔圈(130)还可设置有一个或多个枢转止动元件(138、138'、140、140')，例如，如图12和13所示。枢转止动元件限制隔圈(130)围绕枢转轴线(137)的枢转运动。

枢转止动元件(138、138'、140、140')是设置在隔圈(130)的一侧(132、134)上的突出部。枢转止动元件(138、138'、140、140')具有与环形环的主体连接的基部端以及从基部端延伸的上端。优选地，上端的终点具有扁平表面，相应的主体(图11，172、174)、可旋转轴环(图14，187b)或凸缘(图14，187c)在该表面上接触，以限制其运动。扁平表面可以具有基本上矩形(方形或椭圆形)区域(footprint)。

在优选的方面，隔圈(130)设置有两对枢转止动元件(138、138'、140、140')，第一对(138、138')彼此径向相对地设置在隔圈(130)的第一侧(132)上，并且第二对(140、140')彼此径向相对地设置在隔圈(130)的第二侧(134)上。第一对枢转止动元件和第二对枢转止动元件优选地相对于旋转轴线(171)彼此偏移90度。换言之，在第一对枢转止动元件(138、138')之间绘制的第一虚线以及在第二对(140、140')枢转止动元件之间绘制的第二虚线以90度的角度彼此相交。

在优选的方面，存在于隔圈(130)的第一侧(132)上的枢转元件(例如，142)由设置在相同位置(具体而言，在相同的角度位置)的隔圈(130)的第二侧(134)上的枢转止动元件(140)互补。优选地，这样互补每个枢转元件(例如，142)。

枢转止动元件(138、138'、140、140')的高度(DS)小于枢转元件(144、144'、142)的高度(DP)。如图12所示，从其基部到其终端上端测量枢转元件的高度DP。同样，从其基部到其终端上端测量枢转止动元件的高度DS。

在第一主体(172)与第二主体(174)之间设置隔圈(130)的情况下(例如，图11)，枢转止动元件限制第一主体(172)相对于第二主体(174)的枢转运动。

在可旋转轴环(187b)与凸缘(187c)之间设置隔圈(130)的情况下(例如，图14)，枢转止动元件也限制第一主体(172)相对于第二主体(174)的枢转运动。

有效地均匀地分布在隔圈(130)周围的枢转元件接收并分布施加在第一主体(172)与第二主体(174)之间的力，例如，由夹持件施加的力，以保持所述主体相互接触。同样，枢转元件将力量传输至环形环的主体，由于具有某种兼容性，所以该环形环可以用作弹簧。兼容性保持这对闩锁元件(176、178)之间的最佳接触。此外，在选择新角度时，兼容性有助于在运动学底座中反复安装和拆卸几对闩锁元件(176、178)，从而尽可能减少磨损。

而且，难以在第一耦接表面(182)与第二耦接表面(184)之间实现完全平行的对准；这在图11B示出。枢转元件(142、144、144')允许在第一主体(172)与第二主体(174)之间围绕两个轴线倾斜，补偿任何对准缺点。在隔圈(130)设置在一个主体(172、174)的可旋转轴环(187b)与凸缘(187c)之间时，相同的效果也显而易见。

隔圈(130)还允许用户确定可旋转轴环(187b)的最佳手动拉紧。在拉紧状态中(图14B)，隔圈(130)被压缩，并且相应的枢转止动元件(138、138'、140、140')在一侧上与可旋转轴环(187b)接触并且在另一侧上与凸缘(187c)接触，以停止手动拉紧。

优选地，隔圈(130)至少部分(优选地完全)由黄铜制成。黄铜提供固有的润滑性，减少在第一主体(172)与第二主体(174)之间的摩擦。而且，其具有兼容性。

优选地尽可能减小旋转接头(170)的长度。技术人员会理解的是，在旋转接头(170)采用某些角度时，第一主体(172)与第二主体(174)具有不充足长度的接头将使测量探测器(150)与探头(200)或定位器(300)碰撞。相反，在第一主体(172)和第二主体(174)过长的情况下，旋转接头(170)用作杠杆，测量探测器(150)的重量在探头(200)和定位器(300)上施加不期望的力。因此，该长度尽可能减小，使得依然可能具有至少部分(优选地全部)范围的旋转，并且避免与探头或定位器碰撞。换言之，在探测单元接口(120)与外壳(156)之间的距离可以尽可能减小为使测量探测器(150)的旋转避免与探头(200)或定位器(300)碰撞的程度。根据本发明的一个方面，在探测单元接口(120)与外壳(156)之间的线性或者沿着旋转轴线测量的距离Dj在30cm到40cm之间。

可以理解的是，可替换地，第一闩锁元件(176)和第二闩锁元件(178)可以分别设置在第二主体(174)和第一主体(172)上。

旋转接头(170)可以设置有角度测量组件，其被配置成确定在第二主体(174)和第一主体(172)之间沿着旋转轴线(171)采用的角度。角度测量组件优选地能够提供与所采用的角度对应的信号，例如，电信号。尺寸测量探测单元(100)可以被配置成自动检测在第一主体(172)与第二主体(174)之间选择的角度。角度测量组件可以包括旋转编码器(例如，光学旋转编码器)、或霍尔效应传感器、或能够提供响应于所采用的角度的信号的相似部件。通常，沿着旋转轴线(171)(例如，与其同轴)提供一个或多个部件。角度测量组件通常包括一对互补部件，一个互补部件以固定关系连接至第一主体(172)，并且第二个互补部件以固定关系连接至第二主体(174)。例如，在角度测量组件包括旋转编码器的情况下，一对部件中的一个可以是蚀刻玻璃板，并且另一个可以是光源/检测器组合。

根据本发明的一个方面，角度测量组件包括角度测量构件(188)，其设置为相对于第二主体(174)且沿着旋转轴线(171)(例如，与其同轴)固定。角度测量构件(188)包括几何结构(190)，该几何结构是变角的遮光结构，其被配置成根据在第一主体(172)与第二主体(174)之间采用的角度阻止光穿过配合开孔(192)，例如，如图8所示。几何结构可以包括至少一个斜面。斜面可以是平面或弯曲的。几何结构(190)可以表示在半圈的限制内在第一主体(172)与第二主体(174)之间采用的角度。换言之，几何结构被配置成根据第一主体(172)相对于第二主体(174)的角度位置遮蔽优选地通过配合开孔的光。测量构件(188)还可包括轴(193)，其沿着旋转轴线定向并且相对于第二主体(174)特别是相对于探测单元接口(120)固定。几何结构(190)连接至轴(193)。特别地，几何结构(190)可以连接至轴的一端。几何结构(190)优选地设置成相对于轴(193)固定。图9示出了一种布置，据此，旋转接头设置有轴(193)以及上述几何结构，该几何结构由设置有在径向布置的开孔(194)的圆柱形外壳(192)覆盖。发光二极管光源(196)发射穿过这对开孔并进入光检测器(195)的光束，其被遮蔽的程度取决于在第一主体(172)与第二主体(174)之间采用的旋转角。由光检测器(195)提供的信号的幅度可以用于确定该角度。图10面板A到D示意性描述了开孔(194)和几何结构(190)，虽然要理解的是，几何结构可以调节为容纳不同的角度和遮蔽范围，但该几何结构根据旋转角遮蔽光，例如，A表示0度的角，B表示30度的角，C表示60度的角，并且D表示90度的角。

有利地，本尺寸测量探测器可以自动提供在第一主体(172)与第二主体(174)之间选择的角度的指示。所选的角度的信息可以与测量探测器(150)的信息结合。在第一主体(172)与第二主体(174)之间的角度频繁改变的情况下，例如，在所测量的物体以不可接近的角度具有几个内表面的情况下，这有助于快速尺寸获取。

虽然上面描述了将探测单元接口(120)连接至测量探测器(150)的一个旋转接头(170)，但在本发明的范围内，在探测单元接口(120)与测量探测器(150)之间设置另一旋转接头。旋转接头可以串联地设置为例如形成运动链。将探测单元接口(120)连接至测量探测器(150)的旋转接头的总数可以是1、2或3，优选地为1。一体形成到测量探测器(150)中的旋转接头的数量优选地仅是1。

探测单元接口(120、120')被配置成可反复拆卸地连接至探头(200)。精确的配置取决于所使用的探头(200)，但是通常，探测单元接口(120、120')包括耦接件，以用于可反复拆卸地连接至探头(200)，该耦接件可以包括螺钉、扭曲配合件或滑入配合机构。其还可包括一个或多个电触头，以用于信号和/或电力穿过。探测单元接口(120、120')还可包括对准元件，其被配置成确保测量探测单元(100)在相同的方向上可反复地连接至探头(200)。探头可以包含互补的对准元件。在图1，探测单元接口(120)示意性绘制成立方体，并且在图5，其被描述为圆柱体(120')；要理解的是，探测单元接口(120、120')的形式可取决于测量探测器(150)和探头接口(220)的几何形状，并因此将由本领域的技术人员选择。合适的探头(200)的实例包括由Renishaw(雷尼绍)制造的PH10范围。有利地，测量探测单元(100)可以可反复地直接连接至探头(200)。例如，与使用单独适配器相比，机械接头的减少会减少机械不稳定性和长期磨损，并且也减少电连接器的要求(除了增加电子噪声和干扰的可能性，该电连接器还增加探头系统的复杂性和重量)。

探头(200)(也称为分度头)是适配器，其一端连接至定位器(300)的末端执行器，例如，坐标测量机器(CMM)，并且另一端连接至测量探测单元(100)。探头(200)通常设置有1或2个旋转轴线(202、204)。探头允许测量探测单元(100)采用相对于定位器(300)不同的定向。可以手动或者由电动控制来设定角度。例如，可以使用旋转编码器测量轴所采用的角度。探头(200)在本领域中众所周知，例如，由Renishaw(雷尼绍)测量的PH10探头范围。在探头(200)的一端包括第一PH接口(240)，以用于可反复拆卸地连接至在定位器(300)上的互补接口(320)，并且在另一端包括第二PH接口(220)，以用于可反复拆卸地连接至测量探测单元(100)的互补探头接口(120)。相应接口可以包括耦接机构，通常是一对往复式耦接件中的一个。这种耦接件的实例包括螺纹件、扭曲配合件或滑入配合机构。相应接口(220、240)还可包括一个或多个电触头，以用于信号和/或电力穿过。

定位器(300)在本领域中众所周知。一般而言，其是配置成相对于物体(400)移动测量探测单元(100)的活动支架。定位器(300)可以是一种便携式或非便携式结构，例如，三脚架，测量探测单元(100)通过探头(200)安装在该结构上。该定位器(300)可以是具有移动轴线的电动或非电动结构，其中，测量探测单元(100)安装在所述轴的端部，其依赖于所有其他轴，该定位器例如为机器人、铣床或坐标测量机器(CMM)。最后这些类型的定位器可以具有例如使用编码器(例如，线性或旋转式)在内部记录探测器的位置和/或旋转的可能性。定位器(300)可以是任何类型的CMM，例如，电桥CMM(也称为X,Y或XYZ CMM)、CMM臂部(也称为便携式CMM)以及机器人CMM臂部。CMM(300)具有端部接口(320)，测量探测单元(100)通过探头(200)连接至该端部接口。

为了物体的尺寸计算，从探头(150)接收的信号可以与以下信息组合：

-关于在第一主体(172)与第二主体(174)之间采用的角度的角度信息，其可选地使用从角度测量组件接收的信号提供；

-关于在探头(200)的连杆机构(linkage)之间采用的角度的角度信息；以及

-关于在定位器(300)的连杆机构之间采用的角度的角度信息。

使用在本领域中已知的技术，可以确定测量探测器(150)相对于定位器的基部端部的位置，其与来自探测器的信息一起能够计算物体(400)的尺寸，例如，如在US 2007/0097381中所描述的。

本发明还提供了一种用于连接至如在本文中所述的定位器(300)的探头(200)的尺寸测量探测单元(100)的制造方法，该方法包括：

-提供用于物体(400)的尺寸测量的测量探测器(150)；

-提供旋转接头(170)，其设置有用于反复可拆卸地连接至探头(200)的探测单元接口(120)；以及

-将旋转接头连接至测量探测器(150)，使得探测单元接口(120)由旋转接头(170)旋转地连接至测量探测器(150)。

本发明还提供了一种使测量探测器(150)适用于物体(400)的尺寸测量的以提供额外的运动自由度的方法，包括：

-提供旋转接头(170)，其设置有用于反复可拆卸地连接至探头(200)的探测单元接口(120)；以及

-将旋转接头连接至测量探测器(150)，使得探测单元接口(120)由旋转接头(170)旋转地连接至测量探测器(150)，据此，该连接是不可拆卸的。

本发明还提供了如在本文中所述的用于物体的尺寸测量的尺寸测量探测单元(100)的使用。