机动化倾斜测量头的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明【具体实施方式】中涉及用于坐标位置和测量系统的附件的技术领域，并且特别但不唯一地，涉及一种铰接的机动化头，其被设计为用在测量坐标的机器上，优选为用作自动可编程类型的机器上。
【背景技术】
[0002]接触探针和扫描探针都是测量工具，其与坐标测量机(CMM) —起被用于例如机械部件的生产线中，以测量和检查机器部件的尺寸和表面状态。接触和扫描探针还用于捕获复杂部件的三维形状以便对其建模或复制。探针通常包括测量头和活动触针，该测量头被设计为紧固在测量机的臂上，该活动触针包括位于细长杆端部的球体并被设计为与被测部件接触。
[0003]在大部分应用中，接触探针被固定在机器的活动臂上，其空间位置可以通过手动或自动测量系统，比如位于机器的轴上的位置编码器来精确地确定。该活动臂在空间中能够移动，以使得探针的测量触针与被测量部件或表面接触。在接触期间，对触针施加偏转力(deflective force),以使其远离其初始静止位置。传感器响应于该触针的轻微位移而生成电信号，该电信号被以光信号的形式发送给使用者，或被发送到机器的控制软件，该控制软件基于测量系统的数据来确定接触点在给定参考系内的坐标。为此，现有技术中使用机电传感器或光传感器，或基于不同原理的移动传感器，比如包括约束仪(constraintgauge)的传感器。
[0004]同样已知，与CMM、非接触探针或图像传感器一起使用，以可视地获取机械部件的坐标和尺寸。这些非接触探针可以基于激光干涉仪，三角测量，或任何其它合适的无接触的测量方法。
[0005]在某些应用中，高级机械加工中心可以配备坐标或图像探针，以达到在机械加工操作期间或刚刚结束机械加工操作之后，测量机械零件坐标的目的。
[0006]当探针用于测量形状复杂的部件时，如具有空腔和凸出部，在测量头的固定部件或触针杆不干扰待测部件的元件的情况下，很难或不可能使得触针与部件的整个表面接触。为了避免这种不便，已知的铰接测量头可允许接触触针在空间中沿多个方向定向。通常，需要有两个独立的旋转轴，以覆盖所有可能的方位。欧洲专利申请EP0392660中介绍了这种类型的工具。
[0007]改变探针倾斜度的能力还能够减少CMM的移动，因而提高了测量速度，并且沿最有利的轨线靠近待测量表面。铰接头可以是手动致动，但是，当测量复杂部件时，则期望的是测量头能够机动化，以便基于来自测量机器的控制程序的命令自动定向探针的触针。为此，通过电磁致动器，例如发动机或伺服电动机执行触针的轴的旋转和锁定，发动机或伺服电动机移动分度表面(indexing surface)并且使轴旋转,其能够依据预定的次序自动改变探针的倾斜度。
[0008]还已知的铰接头的以下例子，其中铰接被分度，从某种意义上讲，提供了足够多但有限数量的、预先确定的且可精确重新定位的静止位置，或者能够连续旋转。通过互相接合并限定期望的静止位置的分度表面能够实现触针旋转轴的分度，例如通过其中接合有三个销的球冠。这种类型的分度机构的例子在欧洲专利申请EP1443299和EP1666832中提出。
[0009]现有的机动化头，特别是可分度的机动化头以及连续变化的机动化头部分具有的一个限制在于，当该头未被锁定时，难以精确地确定各个绞接的角度位置。这种不确定性会导致探针或头和加工件之间的不必要的冲突(碰撞)。
[0010]另一个限制在于，致动和锁定系统会受到探针触针的惯性与不平衡的负面影响，特别是在经常发生的当测量探针被装在大尺寸杆的顶端时。
[0011]进一步地，也难以提供一个具有精细分辨率，即大量精确限定的分度角的分度铰接头。随着角度停止的数量增加，事实上，分度表面的尺寸必须减少，这会导致更高的制造费用。
[0012]由于必须要校准和测试的结构的数量变得更大，因而，以更长的和更复杂的校准为代价来换取分度步骤的减少。还观察到，当铰接头被锁定时，此时所设置的角度经常不等于标定的预定值。当分度的铰接头被锁定时，还需要将分度铰接头精确地设置在相同的位置内，从而提高测量的精确度并且减少周期性校准的需要。
[0013]已知的机动化铰接头通常由外部控制单元控制，该外部控制单元通常被放置在CMM的控制器的附近，并通过合适的线缆连接以便接收和发送控制信号。考虑到坐标测量机的实际尺寸以及需要提供伸长的松弛的电缆以适应头的所有可能的移动，需要充分考虑线缆的长度，某些情况下要到达或超过50m。这种长电缆连接会限制发送的信号，特别是模拟信号的精确度以及信号传送速度。该控制器还为探针头提供能量。
【发明内容】
[0014]本发明的目标是提供一种具有多数量的分度配置的改进的铰接头，与现有技术的设备相比，其更精确且其设定能够更加精确地重复。
[0015]本发明的另一个目标是提供一种铰接测量头，当其未被锁定时，能够更好地控制转动体的运动。
[0016]进一步地，本发明提供一种铰接测量头，其与此前的已知设备相比，对附件的惯性比较不敏感。
[0017]依据本发明，这些目标通过本发明的对象来实现。
[0018]在以下描述中，术语“在……之上”，“在……之下”，“垂直于……”和其它相似的词汇是依据本发明的铰接头的惯用取向而使用，如在附图中所示。然而，应重点意识到，本发明铰接头可以被用于空间内的任何取向，这些术语被使用仅仅是用于使得描述更加易懂，并不对本发明具有任何限制。
【附图说明】
[0019]通过以示例方式给出并以附图显示的实施例的说明，可以更好的理解本发明，附图中:
[0020]图1和图2示意性示出了根据本发明的一个方面的铰接头。
[0021]图3是图1中的铰接头处于锁定状态下的截面图。
[0022]图3a是先前图中所示的根据本发明的导向和锁定机构的细节放大图。
[0023]图4示出了图1中的铰接头在解锁状态下的截面。
[0024]图5示出了用于确保前述图中头部一个转动体的旋转的致动器，为了提高可读性，移除了一些元件。
[0025]图6a、图6b和图6c不意性不出了根据本发明一个方面的电容碰撞传感器。
[0026]图7示意性示出了根据本发明一个方面的电子控制单元和铰接头元件之间的关系O
[0027]附图标记
[0028]A旋转轴线
[0029]B旋转轴线
[0030]10铰接头
[0031]15连接螺杆
[0032]20支撑元件
[0033]23直线齿形鼠牙盘离合器(Hirth coupling)
[0034]24 轴
[0035]25 承窝
[0036]28球轴承
[0037]29 弹簧
[0038]30第一转动体
[0039]31 马达
[0040]32滑动轴承
[0041]33直线齿形鼠牙盘离合器
[0042]34滑动轴承
[0043]35 拉杆
[0044]36马达支撑件
[0045]37滑动销
[0046]38编码器
[0047]39 插销
[0048]40 杠杆
[0049]41 马达
[0050]42滑动轴承
[0051]43直线齿形鼠牙盘离合器
[0052]44滑动轴承
[0053]45 拉杆
[0054]46马达支撑件
[0055]48编码器
[0056]49 插销
[0057]50第二转动体
[0058]53直线齿形鼠牙盘离合器
[0059]54 轴
[0060]55 承窝
[0061]59 弹簧
[0062]70连接器
[0063]80 电子控制单元
[0064]85马达控制器
[0065]91碰撞检测器的上部元件
[0066]93上部元件的传导轨道
[0067]94下部元件的传导轨道