CN102369412B - 用于坐标测量机的探头系统 - Google Patents

Abstract

一种用于确定测量对象上的空间坐标的坐标测量机，具有配置有探头(26)的框架结构。所述探头(26)具有探头传感器，并包括本体部(38)和能够相对于本体部(38)发生移动的结合部。所述框架结构设计成相对于测量对象移动探头(26)。所述探测工具具有用于探测测量对象的至少一个触针，还具有旋转板(74)。所述触针借助于旋转板(74)可旋转地结合至结合部。在本体部(38)上形成有至少一个滚动突起(68)。旋转板(74)能够借助于结合部的移动在该滚动突起(68)上滚动。

Description

用于坐标测量机的探头系统

技术领域

本发明涉及一种坐标测量机，其用于确定测量对象上的空间坐标，并包括具有探头传感器系统的探头、本体部和相对于本体部可移动的并且配置有探测工具的结合部，还包括设计成相对于测量对象移动探头的框架结构，其中所述探测工具具有与测量对象发生接触的至少一个触针，并且具有旋转板，所述触针经由该旋转板可旋转地结合至结合部。

本发明还涉及一种用于这种坐标测量机的探头系统、以及一种借助于这种坐标测量机确定空间坐标的方法。

背景技术

从例如US6,430,828中已知一种具有可旋转探测工具和探头系统的坐标测量机。

该已知坐标测量机具有探头，在该探头上配置有具有触针的探测工具，所述触针附接至垂直地配置的套管轴的下侧自由端。套管轴能够沿竖直方向移动，以使探头能够正交于用于保持测量对象的测量台地移动。套管轴本身配置在一托台的横梁上，并且能够沿横梁在第一水平方向上移动。托台能够与套管轴一起沿第二水平方向移动，以使探头整体能够沿三个相互垂直的空间方向移动。探头沿三个移动轴线的最大移动距离限定出一测量体积，在该测量体积内能够确定测量对象上的空间坐标。

为了进行测量，将测量对象配置在测量台上。然后使触针的自由尖端与测量对象上的所选测量点接触。然后，能够从探头在测量体积内的位置以及触针相对于探头的偏移确定出所接触测量点的空间坐标。通过在不同测量点处确定多个空间坐标，能够确定出测量对象的几何尺寸，甚至是对象轮廓。这种坐标测量机的一个典型应用领域是测量工件，以进行质量控制。

测量对象上的测量点经常位于触针难以触及的位置，例如要确定配置于测量对象的侧面处的孔的深度时。为了触及这种“隐藏”的测量点，已知的是使用具有不同触针和/或触针组合的不同探测工具。例如，存在这样一种探测工具，其中触针相对于坐标测量机的空间z轴横向地配置。为了进行大量复杂的测量任务，通常需要频繁地改变触针和/或触针组合。这是不利的，因为触针的改变需要时间，从而延长了用于进行测量的测量时间。这特别是探头的长移动距离的结果，因为通常在配置于测量体积外的仓库(magazine)处替换探头。为了进行触针改变，必须将探头移出测量体积，然后必须回到初始位置。改变所需的时间取决于坐标测量机的尺寸。另外，可获得的探测工具的灵活性受到限制，这导致对于复杂测量需要大量的探测工具。例如，如果要确定相对于测量对象的表面倾斜45°的孔的深度，需要适当的触针或适当的触针组合。此外，使用这种触针和/或触针组合会限制测量体积，因为探头的移动只能进行到与横向支承部之一发生接触时。在长触针的情况下，这导致大的限制。

先前引用的US6,430,828提出了一种具有仓库的坐标测量机，该仓库具有用于旋转探测工具的设备。旋转是围绕空间z轴进行的，方法是将探测工具与该设备中的触针和/或触针组合放置在一起(这意味着它与探头是分离的)，并且使用该设备旋转它，然后将它再次固定至探头。

该设备使得每个探测工具能够用于数个旋转位置中的一个。这降低了所需要的具有相应触针和/或触针组合的探测工具的数量，因为每个探测工具能够用于围绕z轴的数个取向。该途径还使得能够实现降低因触针引起的对测量体积的限制。

该情况的一个缺点是探测工具的旋转要求将探测工具放置到仓库中，由此仍然需要长时间来将探头移动至仓库、放在那里、以及在拾取后再次移回。

DE 10114126公开了一种能够实现直接在探头上旋转探测工具的探头。为此目的，在探头上设置有下降设备，该下降设备首先使探测工具下降以使得能够旋转。在下降过程后，通过电动机进行旋转，所述电动机是为此目的与大齿轮驱动器设置在一起。在旋转后，通过下降设备再次升起探测工具。

它的一个优点是时间方面的收益，因为不必将探测工具移动至仓库以进行旋转。这还允许探头的平衡状态能够得到维持。然而，一个缺点是探头必须配备有复杂的下降设备以及用于此目的的电机和齿轮箱。这增加了探头的重量，导致移动期间在探头上发生不希望的震荡。此外，这还导致探头更复杂，导致在设计、制造和维修上的附加复杂性。

US5,185,936公开了具有能够旋转的探测工具的另一种探头。该探测工具磁性地保持在探头上。在探测工具被使用的同时，在与探测工具相距一定距离处配置有保持磁体。此外，它连接至能够借助于电机发生旋转的轴，所述电机为此目的设置的。为了旋转探头，沿探测工具的方向与所述轴一起移动保持磁体，由此探测工具被移动离开其位置。然后借助于电机旋转探测工具。然后将轴牵引返回其初始位置，由此使保持磁体从探测工具释放。这导致上面已经描述的优点和缺点。

发明内容

基于该背景，本发明的一个目的是提供一种在开篇处所提及类型的坐标测量机，其允许降低所需的触针改变的次数，并且减少所需的包括有相应触针和/或触针组合的探测工具的数量，同时应使探头的重量和复杂性保持得较低。另一目的是允许以尽可能高效的方式使用可获得的测量体积。

根据本发明的一个方面，提出了一种以上最初述及类型的坐标测量机，其中在本体部上形成有至少一个滚动突起，旋转板能够借助于结合部的移动在该滚动突起上发生滚动偏离(rolled off)。

根据本发明的另一方面，提出了一种探头系统，其用于一种坐标测量机，该坐标测量机用于确定测量对象上的空间坐标，并包括具有探头传感器系统的探头、本体部和能够相对于本体部发生移动的结合部，以及能够选择性地结合至所述结合部的多个探测工具，其中所述坐标测量机具有设计成相对于所述测量对象移动所述探头的框架结构，其中所述探测工具中的至少一个具有与所述测量对象发生接触的至少一个触针、并且具有旋转板，所述触针能够经由所述旋转板可旋转地结合至所述结合部，其中，在所述本体部上形成有至少一个滚动突起，在所述滚动突起上，所述旋转板能够借助于所述结合部的移动发生滚动偏离。

根据本发明的再一方面，提出了一种用于确定测量对象上的空间坐标的方法，其包括一种坐标测量机，该坐标测量机包括具有探头传感器系统的探头、本体部和相对于本体部可移动的并且配置有探测工具的结合部、以及设计成相对于所述测量对象移动所述探头的框架结构，其中所述探测工具具有与所述测量对象发生接触的至少一个触针、以及旋转板，所述触针经由所述旋转板可旋转地结合至所述结合部，其中，所述探测工具通过所述结合部的移动被所述旋转板旋转，所述旋转板在形成于所述本体部上的滚动突起上滚动。

该新颖的坐标测量机的优点是具有可旋转探测工具的探头。然而，与已知提案相比，本新颖坐标测量机不需要复杂的设备来旋转探测工具。实际上，探头具有滚动突起，探测工具能够在滚动突起上滚动以旋转。用于本申请目的，表述“滚动”意味着在探测工具与滚动突起之间存在牵引力，并且该牵引力能够特别通过摩擦或形式配合(form fit)而生成。可想到的是，旋转板通过相对于滚动突起发生移动直到发生接触而与滚动突起相互作用，以旋转探测工具。结合部以及相应地旋转板相对于滚动突起的适当移动于是使得能够在滚动突起上没有滑动的情况下大幅旋转旋转板。旋转优选绕空间z轴发生。绕另一轴线或其它轴线的旋转同样也是可行的。旋转探测工具所需的结合部的移动是从滚动突起的几何构造得到的。例如，如果其设置有平坦的滚动面(rolling plane)，则会引起结合部平行于滚动面的直线移动。然而，弧形滚动面是优选的，其导致结合部进行相应地曲面的移动。表述“滚动面”意指能够用于形成牵引连接的滚动突起的区域。

该新颖坐标测量机的设计允许非常快速的测量，因为每当探测工具的取向需要改变时，探头的平衡状态被维持，并且不需要移动至仓库来旋转探测工具。此外，这能实现高效利用测量体积，因为探测工具能够“通过”障碍物。

此外，这意味着仓库能够被最佳地利用，因为探测工具能够被放置在其相应的节省空间的取向上的仓库中。这使得能够防止特别长的触针特别是延伸超过多个仓库空间。

再一优点是能够在没有旋转台的情况下测量旋转对称部分，因为触针在探测工具上的取向能够直接匹配于各种情形。同时，探头的重量能够保持得极低，因此能够实现对探头选择非常高的移动速度。

再一优点是能够通过设置有滚动突起的结合部来轻松地重新装备已有的探头。因此，探头的复杂性和重量保持得低。

优选地，可想到的是探头和/或探测工具具有抓爪(catch)，以允许可靠且高精度地定位探测工具。例如，可将锁定球用作抓爪，锁定球成对地配置在探头上，并与配置在探测工具上的锁定辊相互作用，方法是通过使锁定辊配置成使得探测工具在没有任何游隙的情况下锁定在锁定球之间。均匀分布地配置至少三个锁定球对，联合以相应方式配置并形成三点式轴承的三个锁定辊，在该情况下是特别有利的。通过在锁定工具上设置相应的多个锁定辊，能够获得多个锁定位置。使用这种抓爪允许探测工具得到牢固且可重复的支承。

上述目的以这种方式得到完全实现。

在一优选改进中，探头传感器系统具有生成结合部的移动的至少一个测量力发生器。

在该改进中，有利地配置在探头中的测量力发生器用于移动结合部。这是例如通过使电流通过柱塞型线圈来完成的。这致使与柱塞型线圈相关联的至少一个芯子由于所导致的磁力被强制离开柱塞型线圈的绕组或被强制进入绕组中。借助于芯子与结合部之间的适当机械连接，通过使芯子强制离开和/或进入，能够移动结合部。两个柱塞型线圈被优选地设置，并配置成相对于彼此正交，以沿两个维度移动结合部。在该情况下，有利的是不需要附加的电机，而是使用现有器件来移动结合部，从而用于旋转探测工具，允许结合部以及相应地允许触针相对于测量对象的非常精确的移动。

在另一优选改进中，滚动突起是围绕旋转板的圆管。

在该改进中，术语“围绕...的圆管”意指沿径向绕旋转板延伸并且至少大幅围绕它的圆管。在该情况下，有利的是圆管的内表面即滚动面具有大于旋转板的半径的半径。这实现旋转板与滚动面只在期望时发生相互作用。此外，这意味着旋转板能够在没有任何阻碍的情况下旋转。具体地，如果旋转板是圆形的，那么这借助于结合部绕圆管的中心点的圆周运动提供连续地旋转旋转板的能力。旋转板和滚动突起因此形成啮合对，由此对应于升压比(step-up ratio)地旋转旋转板。这从而避免了旋转板像在滚动面为不连续的情况下那样是必要的被放置在滚动面上然后相对于滚动面重新对齐。

在另一改进中，坐标测量机具有配置在旋转板与滚动突起之间的至少一个牵引元件，特别是O形环。

在该改进中，牵引元件改善旋转板的旋转期间在旋转板与滚动突起之间的牵引连接，并且同时在旋转板抵靠在滚动突起上时起到止动件的作用。优选地，提供生成高摩擦的材料，例如橡胶或类似橡胶的材料。

如果牵引元件呈O形环的形式，则附加地实现能够沿周向绕旋转板配置牵引元件的优点，由此全面地保护旋转板，并连续地支持连续移动。

在另一改进中，探头和探测工具包括用于检测旋转板沿旋转方向的取向的取向检测设备。

在该改进中，取向检测设备使得能够实现在旋转板得到旋转时或者在探测工具已发生改变时确定探测工具的取向。这有助于防止与测量体积外的元件发生碰撞。此外，取向检测设备使得能够实现通过检验正确的位置来检查探测工具正好被保持在探头上的抓爪中。

在另一改进中，取向检测设备包括多个取向检测元件，特别是电气识别电路，各取向检测元件与探测工具的特定取向相关联，并且所述取向检测设备还包括与取向检测元件相互作用的至少一个传感器。

在该改进中，取向检测设备为探测工具的每个取向赋予特定的取向检测元件，因此能够实现唯一地识别每个取向。取向检测元件优选配置在探测工具上，从而提供为每个探测工具单独地配备取向检测元件的能力。这允许不同探测工具具有不同数量的取向检测元件，其满足各探测工具的需求。从而，当需要比较少量的不同取向时，能够节省取向检测元件。这使得能够更加地节省探测工具上的质量和用于取向检测元件的部件。

传感器优选配置在探头上，特别是结合部上，以便能够在坐标测量机的测量操作期间连续地检查探测工具的取向和正确锁定。

将识别电路用作取向检测元件致使得到在识别电路中存储附加信息的能力，例如探测工具的类型或与探测工具有关的几何数据。识别电路优选呈集成电路的形式。

在另一改进中，取向检测元件沿旋转板的旋转方向相对于彼此以偏置(offset)角度配置。

在该改进中，取向检测元件优选以均匀的角度偏置在旋转期间定位在围绕旋转板的旋转运动中心点的虚拟圆形线上。因此，当旋转板相对于取向检测元件位于固定位置时，适当的取向检测元件被自动引导至对应于旋转板的取向的传感器。

在另一改进中，取向检测元件各自具有至少两个触点，所述至少两个触点相对于旋转板的旋转方向沿径向一个接着一个地配置。

在该改进中，在旋转期间只有适当的触点被带至相关联的传感器。这在电连接的情况下特别有利，例如当取向检测元件呈识别电路形式时，因为对取向检测元件只可能有一个正确的电连接。特别地，当使用两个触点时，采取措施以使用与触点相关联并呈相对的触点形式的两个传感器。

因此旋转板及其当前取向能够在任一时刻被识别，甚至紧接在坐标测量机被接通之后，即在切断状态后。该信息使得能够例如防止在仓库中替换探测工具期间发生碰撞。

在另一改进中，坐标测量机具有中心销，该中心销可移动地配置在结合部上，并借助于它将探测工具结合至结合部。

在该改进中，旋转板能够借助于中心销在结合部上居中。由于移动的能力，旋转板能够随中心销旋转，从而避免旋转板在中心销上的复杂轴承的需要。

优选在旋转板上提供封闭，并且该封闭与中心销相互作用。该封闭允许探测工具与结合部之间的牢固结合。在一个优选实施例中，一沟槽沿周向配置在中心销上，并形成能够被扣紧的台阶，并且在旋转板结合至中心销时位于旋转板内。为了牢固地结合，旋转板具有与扣紧台阶相关联的至少一个锁定元件，接合在沟槽中，并借助于扣紧台阶保持旋转板。该结合附加地需要一设备用于从中心销分离旋转板，以例如允许改变探测工具。这防止了探测工具被意外地甩开。所述沟槽优选具有倾斜的壁部，以确保牢固的就位、容易的锁进和容易的释放。此外，相应壁部的使用允许探测工具在碰撞时从中心销释放，从而降低或防止对探测工具和/或探头的损伤。

在另一改进中，可移动中心销具有至少一个锁定位置和至少一个旋转位置。

在该改进中，中心销优选配置成使得它能够在结合部内沿纵向方向移动。在该情况下，锁定位置是旋转板旋转地固定至结合部处的位置。在该旋转位置，能够相对于结合部旋转旋转板。这特别是通过以下方法获得的：将居中部分移动出结合部，以到达旋转位置，以使旋转板距结合部一定距离。在旋转位置，旋转板能够在没有任何阻碍的情况下旋转，即对结合部或例如抓爪没有任何干扰影响。为了到达锁定位置，该改进中的中心销撤回结合部，使得旋转板抵靠在结合部上，并且因此处于它不能旋转的位置。特别地，中心销能够在重力的作用下，沿z轴的方向向外移动，然后却需要适当的措施向里移动它。适当的措施可包括例如使用磁力来将旋转板与中心销吸引一起，和/或沿旋转板的方向适当地移动探头。

在另一改进中，中心销具有至少一个锥形部分，其与至少一个轴承元件相互作用。

在该改进中，中心销可被支承在轴承元件中，也可移出轴承元件。后向移动于是使中心销立即被正确地对齐，以与轴承元件接触，并被牢固地支承。

在另一改进中，所述锥形部分借助于轴承元件安装成在旋转位置没有游隙，并且配置成在锁定位置与轴承元件相距一定距离。

在该改进中，在旋转位置没有任何游隙的支承允许探测工具的高精度旋转。同时，这意味着探测工具能够被一预定压力按压抵靠滚动突起，从而得到滚动突起与旋转板之间的永久牵引连接，该连接在旋转运动期间保持相同。这在使用具有高偏心质量的触针和/或触针组合时特别有利，因为它们也可通过旋转正确地取向。在锁定位置将锥形部分配置成相距轴承元件一定距离意味着旋转板能够精确地放置在结合部上，并且中心销不生成反作用力和机械应力。这特别适用于上面已经描述的抓爪。

在另一改进中，设置一控制单元，该控制单元使所述探头和/或所述结合部发生突然移动，通过所述突然移动来将所述探测工具从与所述结合部分开一定距离的位置移动至靠近所述结合部的位置。

在该改进中，探测工具的质量惯性用于相对于结合部移动探测工具，以使结合部能够固定探测工具。探测工具优选借助于配置在结合部上和/或中的电磁体得到固定。这得到将旋转板移动到磁体的有效区域中以将它附接至结合部的能力。

不言而喻的是上述特征以及将在下文说明的特征不但能够在各个描述了的组合下使用，而且能够以其它组合或独自使用，而不背离本发明的范围。

附图说明

本发明的示例性实施例将在以下描述中更详情地说明，并且在附图中示出，附图中：

图1示出了本发明一示例性实施例的坐标测量机，

图2示出了具有探头传感器系统和测量力发生器的探头的简化图示，

图3以改变界面的视图示出了用于图1所示坐标测量机的探头的优选示例性实施例，

图4以沿线III-III的截面图示出了图3的探头，

图5以改变界面的俯视图示出了用于图1所示坐标测量机的探测工具的一个优选示例性实施例，

图6以改变界面的俯视图示出了用于图1所示坐标测量机的探测工具的另一优选示例性实施例，

图7示出了探头在探测工具旋转期间的简化图示，

图8-10以截面图的形式示出了处于不同操作位置的图3所示探头的结合部，而

图11-12以截面图的形式示出了处于不同操作位置的中心销的示例性实施例。

具体实施方式

图1以整体示出了以附图标记10表示的本新颖坐标测量机的示例性实施例。坐标测量机10在该情况下具有基底12，在基底12上配置有框架结构14，使得框架结构14能够沿纵向方向移动。框架结构14相对于基底12的移动方向通常称为y轴。托架16配置在框架结构14的上侧横向支承部上，并且能够沿横向方向移动。横向方向通常称为x轴。托架16装配有套管轴18，套管轴18能够沿z方向移动，即正交于基底12地移动。附图标记20、22、24代表测量装置，其能够用于确定框架结构14、托架16和套管轴18的位置。测量装置20、22、24通常是玻璃刻度尺，其在适当传感器的辅助下被读取。

探头26配置在套管轴18的下侧自由端，并且保持探测工具27。在该情况下，探测工具27具有三个触针28，各触针28在其自由端具有探测球29。它们用于与测量对象30上的测量点发生接触。测量装置20、22、24能够用于在测量点被接触的同时在测量体积内确定探头26的位置。据此，于是能够确定被接触测量点的空间坐标。

附图标记32代表评价和控制单元，该评价和控制单元经由线34和36连接至框架结构上的驱动器和传感器。控制单元32用于控制电机驱动器，以沿三个坐标轴x、y和z移动探头26。另外，评价和控制单元32在该情况下从测量装置20、22、24读取测量值，并确定测量点的当前空间坐标，以及可能进一步确定作为其函数和作为触针28中的至少一个的偏移的函数的、与测量对象30有关的几何变量。

图2使用简化的示意图来示出探头26的操作的基本方法。探头26具有本体部38和结合部40，它们经由两个板簧42和44彼此连接。板簧42、44形成弹簧平行四边形，其允许结合部40沿箭头46的方向(以及反向沿箭头46′的方向)移动。从而探测工具27以及触针28能够从其静止位置偏移一距离D。附图标记28′和29′代表处于偏移位置的触针28之一与探测球29。

探测工具27相对于本体部38的偏移可能是在测量点处与测量对象30接触的结果。探测工具27的偏移在确定空间坐标时被有利地纳入考量。此外，优选示例性实施例中的探测工具27的偏移能够在测量力发生器56的辅助下生成，这将在下文详情描述。在本体部38和移动部40上分别配置有分支48、50。分支48、50在该情况下平行于板簧42、44。在该情况下，检测器52(在该情况下表示为刻度尺54)和测量力发生器56配置在分支48、50之间。在该情况下，检测器52具有呈柱塞型线圈形式的测量线圈53。替代地或附加地，霍尔传感器、压阻式传感器或一些其它传感器可用作检测器52，在这些传感器的辅助下，能够确定探测工具27相对于本体部38的空间偏移。在该情况下，测量力发生器56同样地呈柱塞型线圈的形式，其能够用于通过芯子59的吸引力或推斥力使两个分支42和50彼此靠近或彼此远离。

在图2的简化图示中，探头26允许探测工具27只沿箭头46的方向偏移。然而，本领域的技术人员应明白的是这种探头26通常允许沿另外两个正交空间方向的相应偏移。然而，本发明并不局限于该特定探头，也可使用具有能够彼此相对移动的本体部38和结合部40的不同探头来实施。

本领域的技术人员应明白的是，在图2中以高度简化形式示出的类型的探头26通常将具有附接探测工具27的保持部以使探测工具27能够被替换。

图3示出了从下方观察到的图1所示探头26的优选示例性实施例。本体部38保持结合部40，结合部40可移动地附接至本体部38。结合部40具有中心销57，中心销57在结合部40中被引导，以便能沿正交于移动方向46的移动方向移动(这将参考图8-10说明)。锁定球58在结合部40的边缘区域中成对地配置。成对配置选择成使得锁定球对各自与中心销57相距相同的径向距离。此外，成对配置的锁定球58在结合部40的周缘上相对于彼此均匀地分布。结合部40还具有磁体60，在该情况下呈环形电磁体的形式。电磁体相对于中心销57同心地配置在结合部40上。此外，结合部40还具有传感器64，在该情况下传感器64具有两个触点66。在本体部38上形成有呈具有内管面72的圆管形式的滚动突起68。

图4示出了沿剖面线III-III所取的图3所示探头26的截面。为清楚起见，未示出与触点66相关联的线、保持部和弹簧器件。

图4示出了呈相对于销57同心地延伸而得到内管面72的圆管形式的滚动突起68。

图5示出了探测工具27的一优选示例性实施例的俯视图。探测工具27具有在该情况下为圆形的旋转板74。围绕旋转板74沿周向配置有呈O形环形式的牵引元件76。旋转板74具有多个锁定辊80，所述多个锁定辊80配置成使得它们能够相对于旋转板74径向地旋转。锁定辊80绕旋转板74的周缘等间距地分布。相对于每个锁定辊80沿径向在内侧配置有两个触点82。在该情况下，触点82沿旋转板74的径向定位成一个位于另一个后，因此得到绕周缘分布的触点对的配置。每个对均是取向检测元件84(另见图8)的一部分。为清楚起见，只通过虚线示出了取向检测元件84中的一个。取向检测元件84在该情况下具有呈集成电路形式的电气识别电路。每个识别电路代表与所述识别电路在旋转板74上所处位置有关的独特信息。基于该信息能够识别旋转板74在周向上的位置。此外，至少一个识别电路包含代表探测工具27的身份的信息。在旋转板74的中心处设置有呈圆形切口形式的保持部90。在保持部90内配置有两个锁定元件92。

探测工具27在该情况下使用图3和4所示探头26上。为此目的，保持部90设计成使得它能够保持中心销57的下侧自由端，并且能够借助于锁定元件92锁定中心销57。

触点82排列成使得它们能够各自与探头26上的触点66(图3)成对地相互作用。这意味着，当探测工具27配置到探头26上时，在触点66与两个触点82之间形成电接触。因此能够从一个且是唯一的一个识别电路读取信息。

在该情况下，探测工具27装配有三个触针28，与图1相对应。触针28配置在旋转板74下方。在该情况下，探测工具的设计并不局限于图5所示设计。可使用具有不同长度和/或几何结构的触针。所使用的触针的数量也可改变。

图6示出了一替代探测工具27。与图5中的探测工具相比，在旋转板74上配置有更多的锁定辊80以及相关联的触点82和取向检测元件84。

当如图5和6所示探测工具27使用在图3和4所示探头26上时，锁定球58与锁定辊80一起形成抓爪(catch)。该抓爪在锁定辊80被锁定于成对配置的锁定球58之间后提供牢固的和可重复的就位。由于结合部40的构造，探测工具27上的三个锁定辊80各自均被相应的一对的锁定球58沿旋转板74周向固定，从而得到三点式支承。取向检测元件84的触点82配置成使得它们允许取向检测元件84在被正确地锁定时能被读取。

图7以简化图示的形式从下方示出了图3或4所示探头26以及图5所示旋转板74。在该情况下，只以本体部38和滚动突起68的外侧轮廓示出了探头26。在该情况下，旋转板74示出为具有用于触针28和牵引元件76的保持块94。在该情况下，测量力发生器56用于相对于探头移动旋转板74，并沿双头式箭头96和97的方向生成测量力。方向96和97相互正交，并且在该情况下对应于坐标测量机10的移动方向x和y。这些测量力能够用于在滚动突起68内移动旋转板74。在所示位置，旋转板74搁置成使牵引元件76抵靠内管面72，并在滚动突起68上形成摩擦锁定。

旋转板74通过旋转板74的圆周运动(箭头100)沿箭头102的方向旋转，所述圆周运动在该情况下相对于滚动突起68是同心的。该圆周运动是通过沿箭头96和97适当地控制测量力而生成的。运动102一直进行，直到触针处于期望的旋转位置。然后，旋转板74能够移动返回其中心静止位置。该静止位置相对于滚动突起68优选是居中的。由于滚动突起和牵引元件76的不同半径，这些元件形成摩擦驱动104，如果设计适当，该摩擦驱动决定旋转板74的旋转速度。

图8示出了处于第一操作位置的图4所示结合部40和图5所示旋转板74的截面图。

结合部40具有环形磁体60，该环形磁体60同心地围绕保持设备106。在该情况下，保持设备106具有呈滚珠轴承形式的两个轴承元件108，这两个轴承元件108呈环形形式，并且相对于中心销57同心地配置。

中心销57配置在保持设备106内，并具有两个锥形部分112和114。当中心销57处于图示位置时，锥形部分112、114抵靠在轴承元件108上，没有任何游隙。中心销57的位于结合部40内的端部形成保持突起116，该保持突起116固定中心销57以克服保持设备106内的高拉力。位于结合部40外的部分118大致是锥形的。该部分118沿中心销57的周向形成有沟槽120。沟槽120的面向结合部40的壁部122形成另一锥形部分124，该锥形部分124相对于锥形部分112和114沿相反方向取向。中心销57的自由端形成另一锥形部分126，该锥形部分的取向对应于锥形部分112、114的取向。此外，这里能够看见锁定球58之一和触点66。

旋转板74装配有呈O形环形式的牵引元件76。在旋转板74的面向结合部40的那侧示出了两个锁定辊80和两个取向检测元件84。保持部90大致是锥形的，从而确保了中心销57在保持部90内的牢固就位，以及自动对中。在保持部90内设置有圆柱形切口128，锁定元件92能够在圆柱形切口128内移动。旋转板74保持保持块94。为清楚起见，未示出触针28。

图9示出了处于第二操作位置的结合部40、中心销57和旋转板74。与图8相比，旋转板74在该情况下附接至中心销57。为此目的，中心销57插入保持部90中，使得锁定元件92接合在沟槽120中。锥形部分124因此形成用于锁定元件92的支座，并且沟槽120与锁定元件92一起形成封闭。

当旋转板74处于图示位置时，在锁定球58与下一锁定辊80之间余留有一间距。因此能够绕中心销57旋转旋转板74。在该情况下，锥形部分112和114在没有任何游隙的情况下停靠在轴承元件108上。中心销57因此位于旋转位置134，允许旋转板74旋转。

结合部40沿移动箭头136的方向(即沿销的纵向方向)的突然移动致使旋转板74从如图9所示的分离位置移动至靠近结合部40的位置。这种突然移动是通过控制单元32使探头26向下急剧移动而形成的。

图10示出了处于相应的第三操作位置的图8和9所示结合部40、中心销57和旋转板74。另外，电磁体60现在被磁化，以将旋转板74固定在靠近结合部40的位置。在该闭合位置，锁定球58与最靠近的锁定辊80相互作用，从而致使旋转板74被锁定在预定位置。

锥形部分112和114现在由于中心销57被向上推动而配置在与轴承元件108相距距离138的位置处。由于这些距离138的缘故，中心销57在保持设备106内具有游隙。这防止中心销57生成逆着旋转板74的取向而作用的反作用力。中心销57因此位于锁定位置140，这得到可重复的锁定，并且旋转板74相对于结合部40高精度定位。

图11以截面形式示出了另一改进的中心销57′。在该情况下，中心销57′形成为多个部分，并包括电枢部分142和结合元件144。电枢部分142具有锥形端部146，该锥形端部146在该情况下就位于呈截顶锥体形式的凹部148中。结合部分144牢固地连接至一线缆150，该线缆150延伸穿过端部146处的开口152和贯穿电枢部分142的弹簧区域154。线缆150连接至锁定垫圈156，该锁定垫圈156在保持突起116的区域中位于电枢部分142的上端。一螺旋弹簧158配置在弹簧区域154内，并在电枢部分142与锁定垫圈156之间生成弹簧力。这致使结合元件144被保持在电枢部分142上。锁定垫圈156设计成能够在受力时被牵引到弹簧区域154中。

图12示出了处在第二位置的中心销57′。第二位置是沿箭头160的方向对结合元件144施加作用力的结果。该作用力致使线缆150上的锁定垫圈156被牵入弹簧区域154中，压缩螺旋弹簧158。

图11和12所示实施例起固定元件的作用。当该中心销57′用于探测工具27时，导致探测工具27能够在受到过大作用力时移动离开探头26。具体地，如果探测工具27与测量对象30或一些其它障碍物发生碰撞，则这能降低或完全防止对探测工具27和探头26的损伤。在识别到碰撞时，还能为探头26的制动获得附加的时间周期，因为探测工具27能够发生偏移。

为了从中心销57释放旋转板74，锁定元件92必须从沟槽120中移出。为此目的设置有在这里未示出但是能够从外部触及的设备，从而允许锁定元件92被手动地或自动地移动。

在其它示例性实施例中，以虚拟方式为触针的位置细化角度分度(indexing)是可行的。为此目的，选择适当数量的等间距地分开的锁定位置。另外，优选为均匀地设计的数个触针相对于同一中心点沿径向配置在探头上。触针之间(沿围绕中心点的周向)的角度分度选择成使得触针的角度分度不同于锁定位置的角度分度，并且不形成后者的倍数。这允许将触针定位在多个不同的角度位置。由于沿周向即探头的旋转方向的角度位置不是一个紧接着一个设定的，所以这在相应探头位置和触针的各角度位置被传送至控制装置时是有利的。因此能够为用户提供细化的角度分度，并且能够通过选择相应的角度分度来使探头旋转至适当的位置。

在一个示例性实施例中，可设想探头包括24个等间距地分开的锁定位置。它们以15°的角度间隔绕同一中心点配置。如果使用三个等间距地分开的触针，则触针的角度分度为120°。由于触针的均匀设计以及锁定位置的角度分度与触针的角度分度之间的比值，可得到5°的虚拟角度分度。换言之，触针不仅可以定位在24个锁定位置之一，而且三个触针能够定位在72个不同位置。

该基本原理能以不同分辨率设定。优选示例有：三个等间距地分开的锁定位置外加四个等间距地分开的触针得到30°的虚拟分度；三个锁定位置外加五个触针得到24°的虚拟分度；和六个锁定位置外加星形触针组合得到15°的分度。

还可以使用不同的触针，但是控制装置应该提供适当的模型来计算各位置。

由于虚拟分度的缘故，所需触针的数量较少，这允许最小化校准的工作。

总之，当使用相应探头时，获得了增加的灵活性。

Claims (17)

1.一种坐标测量机(10)用于确定测量对象(30)上的空间坐标，包括具有探头传感器系统(53)、本体部(38)和相对于本体部(38)可移动的结合部(40)的探头(26)、在结合部上配置有探测工具(27)，所述坐标测量机(10)还包括设计成相对于所述测量对象(30)移动所述探头(26)的框架结构(14)，其中所述探测工具(27)具有与所述测量对象(30)发生接触的至少一个触针(28)、并且具有旋转板(74)，所述触针(28)经由所述旋转板(74)可旋转地结合至所述结合部(40)，其特征在于，在所述本体部(38)上形成有至少一个滚动突起(68)，在所述滚动突起(68)上，所述旋转板(74)能够借助于所述结合部(40)的移动发生滚动偏离。

2.如权利要求1所述的坐标测量机(10)，其特征在于，所述探头传感器系统(53)具有生成所述结合部(40)的移动的至少一个测量力发生器(56)。

3.如权利要求1或2所述的坐标测量机(10)，其特征在于，所述滚动突起(68)是围绕所述旋转板(74)的圆管(68)。

4.如权利要求1或2所述的坐标测量机(10)，其特征在于，在所述旋转板(74)与所述滚动突起(68)之间配置有至少一个牵引元件(76)。

5.如权利要求4所述的坐标测量机(10)，其特征在于，所述至少一个牵引元件(76)是O形环(76)。

6.如权利要求1或2所述的坐标测量机(10)，其特征在于，所述探头(26)和所述探测工具(27)包括用于检测所述旋转板(74)在旋转方向上的取向的取向检测设备(84)。

7.如权利要求6所述的坐标测量机(10)，其特征在于，所述取向检测设备(84)包括多个取向检测元件(84)，各取向检测元件与所述探测工具(27)的预定取向相关联，并且所述取向检测设备还包括与所述取向检测元件(84)相互作用的至少一个传感器(64)。

8.如权利要求7所述的坐标测量机(10)，其特征在于，取向检测元件(84)是电气识别电路(84)。

9.如权利要求7所述的坐标测量机(10)，其特征在于，所述取向检测元件(84)沿所述旋转板(74)的旋转方向相对于彼此以偏置角度配置。

10.如权利要求7所述的坐标测量机(10)，其特征在于，所述取向检测元件(84)各自具有至少两个触点(82)，所述至少两个触点相对于所述旋转板(74)的旋转方向沿径向一个接着一个地配置。

11.如权利要求1或2所述的坐标测量机(10)，其特征在于，在所述结合部(40)上可移动地配置有中心销(57)，所述探测工具(27)借助于所述中心销结合至所述结合部(40)。

12.如权利要求11所述的坐标测量机(10)，其特征在于，所述可移动的中心销(57)具有至少一个锁定位置(140)和至少一个旋转位置(134)。

13.如权利要求12所述的坐标测量机(10)，其特征在于，所述中心销(57)具有与至少一个轴承元件(108)相互作用的至少一个锥形部分(112、114)。

14.如权利要求13所述的坐标测量机(10)，其特征在于，所述锥形部分(112、114)借助于所述轴承元件(108)安装成在旋转位置(134)没有游隙，并且配置成在锁定位置(140)与所述轴承元件(108)相距一距离(138)。

15.如权利要求中1或2所述的坐标测量机(10)，其特征在于，一控制单元(32)使所述探头(26)和/或所述结合部(40)发生突然移动，通过所述突然移动来将所述探测工具(27)从与所述结合部(40)分开一定距离的位置移动至靠近所述结合部(40)的位置。

16.一种探头系统，包括具有探头传感器系统(53)、本体部(38)和能够相对于本体部(38)发生移动的结合部(40)的探头(26)、以及能够选择性地结合至所述结合部(40)的多个探测工具(27)，其中所述探头系统用于一种坐标测量机(10)，该坐标测量机(10)用于确定测量对象(30)上的空间坐标，所述坐标测量机(10)具有设计成相对于所述测量对象(30)移动所述探头(26)的框架结构(14)，其中所述探测工具(27)中的至少一个具有与所述测量对象(30)发生接触的至少一个触针(28)、并且具有旋转板(74)，所述触针(28)能够经由所述旋转板(74)可旋转地结合至所述结合部(40)，其特征在于，在所述本体部(38)上形成有至少一个滚动突起(68)，在所述滚动突起(68)上，所述旋转板(74)能够借助于所述结合部(40)的移动发生滚动偏离。

17.一种用于确定测量对象(30)上的空间坐标的方法，其使用权利要求1所述的坐标测量机(10)。