CN102144143A - 用于测量机的具有碰撞保护的光学传感器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于测量机，特别是用于坐标测量机的具有碰撞保护的光学传感器(1)。该光学传感器(1)包括用于以机械方式和光学方式连接到所述测量机的传感器侧联接部、以及传感器元件(2)。根据本发明，传感器(1)包括作为碰撞保护的传感器保护联接件(3)，所述保护联接件包括测量机侧联接部(4)和传感器元件侧联接部(5)，其中，在传感器保护联接件(3)的联接部(4，5)之间引入纤维光缆(7)，并且其中，纤维光缆保护元件(26)围绕纤维光缆(7)，其中，纤维光缆保护元件(26)的端部(27，28)被紧固到传感器保护联接件(3)的相关的联接部(4，5)。

Description

用于测量机的具有碰撞保护的光学传感器

技术领域

本发明涉及一种用于测量机，尤其是用于坐标测量机的具有碰撞保护的光学传感器，该光学传感器具有用于与所述测量机以机械方式及光学方式连接的传感器侧联接部，并且具有传感器元件。

背景技术

现有技术中已知用于坐标测量机的待配备有碰撞保护的触觉传感器而不是光学传感器。举例来说，EP 0 426 492 A2公开了一种触觉传感器，该传感器旨在用于连续地测量工件，并且具有通过回复力保持在平衡位置的传感器元件。回复力由弹簧产生。传感器元件经由精密支承件优选地通过磁力保持在传感器保持件上，在传感器保持件上作用回复力。

与触觉传感器形成对比，光学传感器移动通过工件的待被测量的表面而不与其接触。因此不必借助回复力将传感器保持在平衡位置。实际上，光学传感器在无任何游隙的情况下附连到传感器保持件。

US 5,404,649公开了一种用于坐标测量机的另一触觉传感器。该传感器通过磁体保持在传感器座上。在传感器与传感器座之间设置均衡的三点式支撑。传感器与传感器座之间的联接被设计成使所述传感器在与工件碰撞时离开初始位置，并且当传感器再次自由时，不管是由于被移回还是由于工件被移除，都会由于磁性吸引力而弹回初始位置。

与具有形成接触的传感器的情况相比，光学传感器具有光波导，这些光波导对机械负载敏感，并且必须布置在传感器中。US 5,404,649的联接的缺点在于磁体被布置在中心，使得更加难以以保护光波导的方式布置光波导。

与形成接触的已知传感器相比，由于光波导和在正常操作期间传感器元件不与待被测量的工件接触这一事实，光学传感器产生新的问题。

发明内容

在现有技术的背景下，本发明的目的是基于详细说明这样的光学传感器，该光学传感器在与工件碰撞的情况下不会损坏，并且寿命长。此外，可以容易地更换传感器。

该目的通过具有所要求的权利要求1的特征的光学传感器来实现。该光学传感器的有利实施方式在从属权利要求2至13中详述。

根据本发明，所述光学传感器具有作为碰撞保护的传感器保护联接件，该传感器保护联接件具有测量机侧联接部和传感器元件侧联接部。在所述传感器保护联接件的这些联接部之间设置光波导。光波导保护元件围绕所述光波导。

与形成接触的接触传感器相比，光学传感器移动通过待被测量的工件而不与其接触，并且所述光学传感器与所述工件之间的距离以光学方式测量，具体地以干涉测量法测量。为此，所述测量机中的传感器和传感器座均不具有通过与工件形成接触而检测所述传感器元件的偏转的力传感器。因此，所述光学传感器在一侧与工件碰撞的情况下几乎不存在保护，或者至少不能确定传感器是否与工件碰撞。

为了克服该问题，设置根据本发明的碰撞保护，其中，在所述传感器自身中设置传感器保护联接件，而不是在所述传感器与所述测量机上的传感器保持件之间的接合点处设置保护联接件。所述传感器保护联接件在碰撞的情况下在传感器元件受损之前允许所述传感器元件从所述联接部释放。

由于必须在用于光学传感器的所述传感器元件和用于坐标测量机的控制单元之间设置敏感的光波导，因此所述光波导被设置在所述传感器的内部中，也就是说设置在所述传感器保护联接件的所述联接部之间。此外，所述光波导被光波导保护元件围绕。

所述光波导保护元件在一端处附连到所述传感器保护联接件的所述联接部。这确保所述传感器元件在被释放时不能无限地离开所述测量机侧联接部。由于空间原因，所述光波导可被拉出所述测量机侧联接部外的距离受限。所述光波导由光波导保护元件防止受到过分剧烈的拉伸负载，光波导保护元件在两端处附连到相应的联接部。

因此碰撞保护有利地延长了所述光学传感器的寿命。此外，更换联接件和传感器保护联接件的分离使得更容易更换光传感器。

为了防止所述光学传感器在所述传感器元件被释放时通过所述坐标测量机进一步移动，可在所述传感器保护联接件的联接部之间设置释放传感器，该释放传感器优选联接到所述坐标测量机的控制单元。

所述释放传感器可被设置成为电感式、电容式、光学式或呈电销触头(Pin-Kontakt)的形式。这允许电动地检测释放，使得在碰撞的情况下，所述传感器通过所述坐标测量机的进一步运动可被快速地止动。

所述传感器保护联接件的联接部方便地具有至少一个磁体，优选地为电磁体。当处于联接状态时，所述磁体将所述传感器元件牢固地保持在所述测量机侧联接部上。如果在所述光学传感器与工件之间发生碰撞，则所述传感器元件可被偏转，并且可从所述测量机侧联接部释放。

当旨在使所述光学传感器再次移动到自由位置时，所述光学传感器可被再次联接，也就是说，磁性吸引力将所述传感器元件侧联接部再次拉回到联接状态。电磁体的另一个优点在于它们比永磁体轻。另一优点在于所述测量机的光学测量不受(电)磁场的影响。

在另一实施方式中，所述联接部具有三个磁体，这三个磁体相对于所述传感器的纵向轴线偏移120°角布置。该布置可有利地与所述联接部之间的均衡的三点式支承件一起设置。所述传感器元件这样被牢固且极为精确地保持在所述测量机侧联接部上。

对所述联接部来说更为有利的是具有环形磁体。所述环形磁体允许所述传感器元件沿任意方向从所述测量机侧联接部均匀地释放。

所述光波导保护元件可以是波纹管。具体地，所述波纹管可以由橡胶构成。所述波纹管保护所述光波导抵抗湿气和过大的机械负载，尤其是弯曲负载。

在另一实施方式中，所述光波导保护元件是以预应力拉伸的弹簧。所述弹簧的优点在于其还可被用作所述传感器元件向所述测量机侧联接部弹性附连的可选方案，并且在弯曲负载的情况下，防止所述光波导上的扭折负载。

然而，还可以提供一种与所述联接部的磁性联接相当的压缩弹簧。一旦所述传感器元件在碰撞之后被释放，并且所述传感器元件因此离开所述测量机侧联接部相当远而使得所述磁体的吸引力减小，则压缩弹簧强制所述传感器元件离开所述测量机侧联接部，以进一步降低对所述传感器元件造成损害的风险。

所述传感器保护联接件优选地被设计成自身再次自动地联接。这导致在发生碰撞之后所述传感器元件返回到其初始位置，并例如通过使光学传感器沿相反方向的运动而再次变得自由。因此，可继续进行测量，而无需任何来自外部的其它动作。然而，在该情况下，必须注意确保所述光波导保护元件足够刚硬，并且所述光波导被拉出所述测量机侧联接部的距离不要太长，以防止在联接所述传感器侧联接部期间损害所述光波导。在该实施方式中优选设置电磁体，从而能监控联接过程。

此外，所述传感器保护联接件的所述联接部可通过三点式支承件彼此安置。所述三点式支承件确保所述传感器元件被特别精确地保持在所述测量机侧联接部上。

可从所述传感器元件轴向地输出光学测量光束或者通过增设的光学元件(例如棱镜)向一侧(90°)或者呈环形输出光学测量光束。

对于干涉测量方法，所述光波导优选呈具有保护外壳(所谓的缓冲器)的单模纤维的形式。彩色共焦测量之类的其它测量方法实际上需要多模纤维。

根据所述传感器元件中的光学器件的设计，所述测量光束可被校准或聚焦，用于精确地横向扫描目标。具体地，在彩色共焦测量方法的情况下，所述传感器元件中的光学器件具有取决于波长的焦点位置，以使得可以随后由从目标散射回的信号的耦合效率推导出目标距离。

可在用于干涉测量方法的所述光学传感器中引入定义基准面，优选地呈与其中一个光学器件表面呈映像的形式，以实现基准面与目标平面之间的较短距离，该较短距离因此与测量距离相对应。这使得可以使周围环境的影响最小。这样一种测量方法也被称为公共路径干涉测量法。

附图说明

在下文将参照附图中所示的示例性实施方式更加详细地解释本发明，附图中：

图1以沿图7中的线A-A的剖视图的形式示出了处于联接状态下的光学传感器；

图2以沿图7中的线A-A的剖视图的形式示出了处于非联接状态下的光学传感器；

图3和4示出了处于非联接状态下的光学传感器的立体图；

图5和6示出了处于联接状态下的光学传感器的立体图；

图7示出了光学传感器的平面图；

图8和9示出了具有呈弹簧形式的光波导保护元件的光学传感器的一个实施方式；以及

图10至12示出了具有环形磁体的光学传感器的一个实施方式。

具体实施方式

图1至图7示出了根据第一实施方式的用于测量机，具体是用于坐标测量机的光学传感器1的细节。传感器1具有传感器元件2和传感器保护联接件3。传感器保护元件联接件3包括测量机侧联接部4和传感器元件侧联接部5。

传感器元件2呈杆的形式，并且为中空的。在传感器元件2的内部6中布置有光波导7。光波导7从传感器元件2的自由端8开始，并且穿过传感器保护联接件3延伸至坐标测量机的控制单元，该控制单元未更详细地示出。透镜10，具体为自聚焦透镜装配到光波导7在传感器元件2中的端部9，从而与光波导7相比加宽光束截面。该透镜10整体位于传感器元件2的内部6中，并且终止于传感器元件2的自由端8。

传感器元件2通过轴向孔11伸出到传感器元件侧联接部5中，并且被保持在传感器元件侧联接部5中的衬套12中。衬套12被布置在传感器元件侧联接部5中的凹部13中。衬套12具有周向三角形槽口14，平头螺钉15接合在该槽口14中。平头螺钉15被旋入联接部5中的三个螺纹孔16中，螺纹孔16绕传感器1的纵向轴线LAT相对于彼此偏移120°角布置。

磁体17和均衡的三点式支承件18设置为用于将传感器元件侧联接部5联接到测量机侧联接部4，并且被布置在传感器元件侧联接部5中的三个腹板19上，腹板19同样绕传感器1的纵向轴线LAT相对于彼此以120°角布置。首先将柱状磁体17在径向外侧设置在两个联接部4、5中。三点式支承件18与这些磁体17相邻。三点式支承件18具有位于传感器元件侧联接部5中的滚珠20。滚珠20安置在测量机侧联接部4中的柱状销22上，每个滚珠20均与两个彼此距一定距离布置的相互平行的柱状销22相关联。柱状销22被推入测量机侧联接部4中的销孔23中，或者粘结到所述销孔23中。在联接部5中磨削出筒状座24，以将滚珠20保持在传感器元件侧联接部5中。为了确保滚珠20正确地安置在柱状销22中，在测量机侧联接部4中设置周向槽25。

为了保护光波导7，在传感器保护联接件3中结合呈波纹管形式的光波导保护元件26，该光波导保护元件26围绕光波导7。在波纹管26的端部27、28，波纹管通过唇部29、30被推到衬套12上和测量机侧联接部4上。当传感器保护联接件3处于联接状态EZ时，如图1所示，波纹管26几乎整体位于传感器元件侧联接部5中的凹部13中。该凹部13在图面上在下端31处以弯曲形状变细。

测量机侧联接部4具有中心孔32，该中心孔32沿竖直方向向上以漏头形状变宽，并且通向宽的筒状座33中。光波导7穿过孔32，但不附连到测量机侧联接部4。因此，当被释放时(变换到非联接状态AZ)，在传感器元件侧联接部5已离开测量机侧联接部4运动距离D时，光波导7可被牵拉通过测量机侧联接部4。光波导7在测量机侧联接部4上方呈螺旋形状引导。

另外，测量机侧联接部4在筒状座33的区域中具有偏心轴向孔34。释放传感器35被插入该轴向孔34中。释放传感器35通过旋入径向螺纹孔37中的平头螺钉36固定在测量机侧联接部4中，但可选地也可被粘结在其中。释放传感器35的纵向轴线沿径向延伸。

两个联接部4、5通过对准筒38预先对中并防止旋转。对准筒38被保持在半筒状座39中，具体的是粘结在其中。对准筒38的纵向轴线径向延伸。当传感器保护联接件3处于联接状态EZ时，对准筒38突出到传感器元件侧联接部5中的另一半筒状凹部40中，该凹部40被布置在第四腹板41中。

此外，光学传感器1具有插座部，该未示出该插座部的任何细节，但是可通过标准插座附连(从而可被更换)到测量机的可动测量臂。测量机侧联接部4可通过附连凸缘42被附连到插座部。为此，测量机侧联接部4具有双台阶43和周向三角形槽口44。

图8和图9示出了光学传感器50的一个实施方式，该实施方式与前述实施方式的区别在于光波导保护元件51是以预应力拉伸的弹簧51。在弹簧51的端部52、53处，该弹簧被附连到联接部4、5上的唇部29、30。弹簧51限定距离D，当该弹簧被释放时，传感器元件侧联接部5可远离测量机侧联接部4移动距离D。此外，被预加应力的弹簧51将传感器元件侧联接部5保持在联接状态EZ，结果是该实施方式不需要任何磁体。

另外，对图8和图9中相同的特征设置相同的附图标记。

根据光学传感器的未被示出另一实施方式，弹簧51被波纹管26围绕。

图10至图12示出了光学传感器60的一个实施方式，该实施方式与图1至图7中所示的实施方式的区别在于磁体61、62呈环形磁体的形式。这意味着腹板和释放传感器不需要具有相关的孔和附连螺钉。

另外，对图10至图12中相同的特征设置相同的附图标记。

附图标记列表：

1-传感器

2-传感器元件

3-传感器保护联接件

4-测量机侧联接部

5-传感器元件侧联接部

6-传感器元件的内部

7-光波导

8-传感器元件的端部

9-光波导的端部

10-透镜

11-轴向孔

12-衬套

13-凹部

14-槽口

15-平头螺钉

16-螺纹孔

17-磁体

18-三点式支承件

19-腹板

20-滚珠

22-柱状销

23-销孔

24-座

25-槽

26-光波导保护元件，特别是波纹管

27-光波导保护元件的端部

28-光波导保护元件的端部

29-唇部

30-唇部

31-凹部的端部

32-孔

33-座

34-轴向孔

35-释放传感器

36-平头螺钉

37-螺纹孔

38-对准筒

39-半筒状座

40-半筒状座

41-腹板

42-附连凸缘

43-台阶

44-槽口

50-传感器

51-光波导保护元件，特别是弹簧

52-光波导保护元件的端部

53-光波导保护元件的端部

60-传感器

61-环形磁体

62-环形磁体

AZ-非联接状态

D-距离

EZ-联接状态

LAA-对准筒的纵向轴线

LAT-传感器的纵向轴线

Claims (12)

1.一种用于测量机，特别是用于坐标测量机的具有碰撞保护的光学传感器，该光学传感器具有用于以机械方式和光学方式连接到所述测量机的传感器侧联接部，并且具有传感器元件(2)，所述传感器的特征在于，所述传感器具有作为碰撞保护的传感器保护联接件(3)，该传感器保护联接件具有测量机侧联接部(4)和传感器元件侧联接部(5)，其中，在所述传感器保护联接件(3)的这些联接部(4，5)之间布置光波导(7)，并且光波导保护元件(26；51)围绕所述光波导(7)，其中，所述光波导保护元件(26；51)的端部(27，28；52，53)被附连到所述传感器保护联接件(3)的相关的所述联接部(4，5)。

2.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述传感器保护联接件(3)具有释放传感器(35)。

3.根据权利要求1或2所述的传感器，其特征在于，所述释放传感器(35)被设计成是电感式、电容式、光学式或呈电销触头的形式。

4.根据前述权利要求中任一项所述的传感器，其特征在于，所述传感器保护联接件(3)的联接部(4，5)具有至少一个磁体(17)，优选为电磁体。

5.根据权利要求4所述的传感器，其特征在于，所述联接部(4，5)具有三个磁体(17)，这三个磁体相对于所述传感器的纵向轴线(LAT)偏移120°角布置。

6.根据权利要求4所述的传感器，其特征在于，所述联接部(4，5)具有环形磁体(61，62)。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的传感器，其特征在于，所述光波导保护元件为波纹管(26)。

8.根据权利要求1至6中任一项所述的传感器，其特征在于，所述光波导保护元件为以预应力拉伸的弹簧(51)。

9.根据权利要求6至8中任一项所述的传感器，其特征在于，所述传感器保护联接件(3)被设计成自身自动地再次联接。

10.根据前述权利要求中任一项所述的传感器，其特征在于，所述传感器保护联接件(3)的所述联接部(4，5)通过三点式支承件(18)彼此安置。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的传感器，其特征在于，所述光波导(7)为单模纤维。

12.根据权利要求1至10中任一项所述的传感器，其特征在于，所述光波导(7)为多模纤维。

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