CN108731630A - 表面测量设备 - Google Patents

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Abstract

一种用于对工件的表面进行测量的表面测量设备具有探头，探头具有探测臂，探测臂支撑用于对待测量工件的表面进行探测的探测体。表面测量设备还具有用于使探测体相对于待测量工件运动的进给装置，探测臂通过机械接口可拆卸地与进给装置的可动部件连接或者能够与进给装置的可动部件连接，接口具有第一部件和第二部件，第一和第二部件在探测臂在进给装置的可动部件上的安装位置上静定地相互连接，第一和第二部件中的一个部件被分配给探测臂而另一部件被分配给进给装置。根据本发明，在第一部件上设有至少一个对准凸起作为安装对准辅助装置，对准凸起在探测臂的安装位置上无接触地或者几乎无接触地接合到第二部件上形成的对准凹部中。

Description

表面测量设备
技术领域
本发明涉及一种表面测量设备。
背景技术
例如以粗糙度测量设备的形式的这种表面测量设备为大众所知。它们具有探头，该探头具有探测臂，该探测臂支撑用于对待测量工件的表面进行探测的探测体。已知的表面测量设备还具有用于使探测体相对于待测量工件运动的进给装置。为了能够使表面测量设备与不同测量任务相适应，探测臂是可更换的。为此，探测臂通过机械接口可拆卸地与进给装置的可动部件连接或者能够与进给装置的可动部件连接，其中，该接口具有第一部件和第二部件，这两个部件在探测臂在进给装置的可动部件上的安装位置上静定地相互连接，其中，一个部件被分配给探测臂而另一部件被分配给进给装置。
通过选择和使用相应的探测臂，表面测量设备因此可以与不同测量任务相适应。
在探测臂的更换中需要将探测臂安装在进给装置的可动部件上的预定的规定位置上。否则探头的实际几何形状以未规定的方式与预定的且基于探头输出信号的几何形状相偏离。然而，只有在探头的几何形状是明确已知的情况下，借助于探头输出信号对待测量工件的表面进行可靠重构才是可能的。
特别是存在这样的危险，即，探测臂的实际位置与预定位置稍微偏离会影响测量准确度，而该误差未被发觉。探测臂往往是通过磁力被固定在进给装置的可动部件上并且因此原则上可以将探测臂安装在进给装置的可动部件上的各种不同位置上，这进一步提高了探测臂的不正确安装的危险。
为了使将探测臂安装在预设的正确位置上变得容易，已知的是，使用形式为光学标记的对准装置。但是在这里的缺点是，接口往往是不可见的。此外，特别是对于小部件而言轻微的错位经常是无法识别的。
发明内容
本发明的目的在于，提出一种表面测量设备，在该表面测量设备中，使将探测臂安装在进给装置的可动部件的设定位置上变得容易。
该目的通过以下方案得以解决：用于对工件的表面进行测量的表面测量设备，所述表面测量设备具有：探头，所述探头具有探测臂，所述探测臂支撑用于对待测量工件的表面进行探测的探测体；用于使所述探测体相对于所述待测量工件运动的进给装置，其中，所述探测臂通过机械接口可拆卸地与所述进给装置的可动部件连接或者能够与所述进给装置的可动部件连接，其中，所述接口具有第一部件和第二部件，当探测臂在所述进给装置的所述可动部件上的安装位置上时，所述第一和第二部件静定地相互连接，其中，所述第一和第二部件中的一个部件被分配给所述探测臂，而另一部件被分配给所述进给装置，在所述第一部件上设有至少一个对准凸起作为安装对准辅助装置，所述对准凸起在所述探测臂的安装位置上无接触地或者几乎无接触地接合到在所述第二部件上形成的对准凹部中。
本发明规定，在第一部件上设有至少一个对准凸起作为安装对准辅助装置，该对准凸起在探测臂的安装位置上无接触地或者几乎无接触地接合到在第二部件上形成的对准凹部中。
根据本发明设置的对准凸起与对准凹部组合的方案通过探测臂在安装中被引导到该位置上，使得将探测臂安装到预设位置变得容易。以这种方式，在探测臂更换中发生探测臂不正确安装的危险变小，从而可靠地避免由此引起的测量误差。
本发明相对于光学标记作为对准辅助装置的方案的优点在于，根据本发明的安装对准辅助装置即使在接口不可见的情况下也是起作用的。
本发明的另一优点在于，一个对准凸起或者多个对准凸起和相应的对准凹部的设置微不足道地提高了根据本发明的表面测量设备的制造成本。因此，利用简单且成本低廉的装置提高了表面测量设备的功能可靠性。
通过对准凸起在探测臂的安装位置上无接触地或者几乎无接触地接合到相应的对准凹部中，安装对准辅助装置仅仅在探测臂的安装期间起作用。“对准凸起几乎无接触地接合到对准凹部中”，根据本发明这被理解为，对准凸起在探测臂的安装位置上不会损害第一部件与第二部件的连接的静定性。
对准凸起和相应的对准凹部的形状、大小和数量可以根据相应在要求在很宽的范围内进行选择。
本发明的一种有利改进方案规定，安装对准辅助装置被设计成，使得在探测臂的安装中实现探测臂关于它的纵向中平面的对准。以这种方式在探测臂的安装中进行关于它的纵向中平面的预对中。
为了在探测臂的安装位置上利用简单的装置建立第一部件与第二部件之间的静定连接，本发明的一种改进方案规定，第一部件和第二部件在探测臂的安装位置上通过三点支承结构相互连接。
前述实施方式的一种有利改进方案规定，三点支承结构是在第一和第二部件的在探测臂的安装位置上彼此相向的表面上形成的并且在第一和第二部件中的一个部件上具有三个支承凸起，这三个支承凸起在探测臂的安装位置中有接触地接合到在另一部件上形成的形状基本互补的支承凹部中。
在前述实施方式中，支承凸起或者每个支承凸起与相应的第一或者第二部件一体形成。但是，也可行且就制造简化而言有利的是，将至少一个支承凸起设计成单独部件。关于这一点，本发明的一种有利的改进方案规定，至少一个支承凸起由球体构成。相应的球体可以用很低的成本和很高的精度来制造并且同时在探测臂的安装位置上实现探测臂相对于进给装置的可动部件的高精度定位。
为了使得探测臂关于它的纵向中平面的对准变得容易，本发明的一种有利的改进方案规定，至少一个对准凸起设置在第一或者第二部件的纵向中平面中。
本发明的一种特别有利的改进方案规定，设有至少两个沿着探测臂的纵向彼此隔开的对准凸起。以这种方式进一步改善了探测臂关于它的纵向中平面的预对中。
本发明的另一有利的改进方案规定，至少一个对准凸起与支承凸起相比以更大程度突出于第一或者第二部件的相应表面，使得在探测臂的安装中在第一部件靠近第二部件时，在支承凸起与相应的支承凹部进入接合状态之前，对准凸起与相应的对准凹部先进入接合状态。也就是说，在该实施方式中，在探测臂的安装中，首先是所述对准凸起或者所述多个对准凸起进入接合状态并且确保探测臂运动到正确位置中。然后，支承凸起与相应的支承凹部才进入接合状态，从而于是以期望且需要的方式，第一部件和第二部件静定地相互连接。
本发明的另一有利的改进方案规定，至少一个对准凸起被设计成对准球体以及至少一个支承凸起被设计成支承球体并且所述对准球体或者每个对准球体的直径大于所述支承球体或者每个支承球体的直径。以这种方式在探测臂的安装中首先是所述对准球体或者所述多个对准球体进入接合状态然后才是支承球体进入接合状态。
原则上，支承凸起可以设置在被分配给探测臂的部件(第一或者第二部件)上以及支承凹部可以设置在另一部件(第二或者第一部件)上。就这点而言，本发明的一种有利的改进方案规定，第一部件设置在进给装置的可动部件上并且第二部件设置在探测臂上。以这种方式，支承凸起设置在进给装置的可动部件上并且支承凹部设置在探测臂上，使得对准凸起只需设置一次，也就是设置在进给装置的可动部件上，而对准凹部设置在每个可更换的探测臂上。以这种方式，根据本发明的具有相应探测臂的表面测量设备的制造得到进一步简化并且因此变得更加成本低廉。
本发明的另一有利的改进方案规定，在探测臂的安装位置上借助于磁力固定在进给装置的可动部件上。
根据另一有利的改进方案规定，探测臂在安装位置上悬置地固定在进给装置的可动部件上。
原则上，根据本发明的表面测量设备适用于在表面测量技术中的不同测量任务。就此而言，本发明的一种有利的改进方案规定，表面测量设备被设计成粗糙度测量设备。
附图说明
下面借助于附图对本发明进行详细说明，在附图中示出了根据本发明的表面测量设备的一种实施例。在这里，所有描述的、在附图中示出的以及在权利要求中要求保护的特征单独地以及以任何相互组合的方式构成本发明的内容，不依赖于它们在从属权利要求及其引用关系中的概括以及不依赖于它的描述或者在附图中的图示。
在附图中：
图1示出了具有根据本发明的表面测量设备的形式为粗糙度测量设备的一种实施例的根据本发明的测量工位的立体图，
图2用立体图且以相对于图1放大的比例示出了用于安装探测臂的接口的与如图1的表面测量设备的进给装置的可动部件连接的第一部件，
图3用与图2相同的图示示出了带有接口的第二部件的探测臂，
图4以相对于图2放大的比例示出了接口的第一部件，
图5以相对于图3放大的比例示出了接口的第二部件，
图6用立体图示出了位于安装位置上的探测臂，以及
图7示出了位于安装位置上的探测臂的侧视图。
具体实施方式
下面参照图1至图7对根据本发明的表面测量设备的一种实施例进行详细说明。
在图1中示出了具有根据本发明的表面测量设备2的形式为粗糙度测量设备的一种实施例的测量工位，该表面测量设备具有探头3，该探头具有探测臂4，该探测臂支撑在图1中不可见的用于对待测量工件的表面进行探测的探测体。表面测量设备2具有进给装置6，该进给装置的固定的基体8以高度和倾斜度可调的方式设置在测量柱10上，该测量柱安装在基板12上。探测臂4通过机械接口14(参见图6)与进给装置6的可动部件16连接，该接口将在较为靠后的下文根据图2至图5进行详细说明。
在表面测量设备2的工作中，进给装置6的可动部件16相对于基体8运动，从而借助于设置在探测臂4上的探测体对待测量工件进行扫描。包括探头和进给装置的相应表面测量设备的基本结构是众所周知的并且因此不进行详细说明。
图2示出了接口14的第一部件18，该第一部件在该实施例中与进给装置6的可动部件16连接。
图3示出了接口14的第二部件20，该第二部件在该实施例中与探测臂4连接，该探测臂在它的远离第二部件20的端部上具有探测体22。
在探测臂4位于进给装置6的可动部件16上的安装位置上(参见图6和图7)，第一部件18和第二部件20静定地相互连接，由此探测臂4被安装在进给装置6的可动部件16上的预设的规定位置上。
在所示的实施例中，探测臂4在它的安装位置上(参见图6和图7)悬置地固定在进给装置6的可动部件16上，而且在所示实施例中借助于磁力进行固定。为此，在第一部件18上设有磁体24，而接口14的第二部件20由铁磁性材料构成。
在所示的实施例中，在探测臂4的安装位置上，第一部件18和第二部件20通过三点支承结构相互连接。为此，在第一部件18上(参见图2)设有三个支承凸起26、28、30，这三个支承凸起在该实施例中由支承球体构成。支承球体26、28、30被设计成单独的精密球体并且嵌入第一部件18的表面32中，该表面在安装位置上与第二部件20的表面34(参见图3)彼此相向。
在第二部件20的表面34中设有与支承凸起26、28、30形状互补的支承凹部36、38、40。在探测臂4的安装位置上，支承球体26、28、30接合到相应的支承凹部36、38、40中，从而第一部件18和第二部件20静态地相互连接，其中，第二部件20通过磁体24固定在第一部件18上。
根据本发明，在第一部件18上设有至少一个对准凸起作为安装对准辅助装置，该对准凸起在探测臂4的安装位置上无接触地或者几乎无接触地接合到在第二部件上形成的对准凹部中。在所示的实施例中，安装对准辅助装置被设计成，使得在探测臂4的安装中实现探测臂4关于它的纵向中平面的对准。在图7中探测臂4的纵向中平面与绘图平面平行地延伸并且经过探测臂4的直径。
在所示的实施例中，设有两个沿着纵向彼此隔开的对准凸起42、44(参见图2)，这两个对准凸起在所示的实施例中由对准球体构成。对准球体42、44被设计成单独部件并且嵌入第一部件18的表面32中。
在所示的实施例中，对准球体42、44的直径大于支承球体26、28、30的直径，从而对准球体42、44与支承球体26、28、30相比以更大程度突出于表面42(参见图2)。
与对准球体42、44在第一部件18上的设置相对应地，在第二部件20上设有对准凹部46、48(参见图3)。对准球体42、44设置在第一部件18的纵轴线上，而对准凹部46、48设置在第二部件20的纵轴线上从而也设置在探测臂4的纵轴线上。因此，在探测臂4的安装位置上，探测臂的纵轴线以期望的方式与第一部件的纵轴线对准。
在探测臂4的安装中，第二部件20(参见图3)以它的表面34靠近第一部件18(参见图1)的表面32，其中，对准球体42、44首先运动进入相应的对准凹部46、48中。以这种方式在探测臂4的安装中实现关于其纵轴线或者说纵向中平面的预对中。在部件20进一步靠近部件18时，支承球体26、28、30与支承凹部36、38、40进入接合状态，其中，第二部件20借助于磁体24固定在第一部件18上。在探测臂4的安装位置上，对准球体42、44无接触地容纳在凹部46、48中，从而第一部件18和第二部件20通过支承球体26、28、30和支承凹部36、38、40以期望的方式静定地相互连接。
图4和图5相对于图2和图3以放大的比例示出了第一部件18和第二部件20。
图6和图7用立体图以及侧视图分别示出了位于其安装位置上的探测臂4。
本发明可靠地防止在探测臂4的安装中发生错位，从而可靠地避免了由此引起的测量误差或者说对测量准确度的影响。本发明因此利用非常简单且成本低廉的装置提高了表面测量设备的功能可靠性。

Claims (13)

1.用于对工件的表面进行测量的表面测量设备(2)，所述表面测量设备具有：
探头，所述探头具有探测臂(4)，所述探测臂支撑用于对待测量工件的表面进行探测的探测体(22)；
用于使所述探测体(22)相对于所述待测量工件运动的进给装置(6)，
其中，所述探测臂(4)通过机械接口(14)可拆卸地与所述进给装置(6)的可动部件(16)连接或者能够与所述进给装置(6)的可动部件(16)连接，
其中，所述接口(14)具有第一部件(18)和第二部件(20)，当探测臂(4)在所述进给装置(6)的所述可动部件(16)上的安装位置上时，所述第一和第二部件静定地相互连接，
其中，所述第一和第二部件中的一个部件(20、18)被分配给所述探测臂(4)，而另一部件(18、20)被分配给所述进给装置(6)，
其特征在于，
在所述第一部件(18)上设有至少一个对准凸起(42、44)作为安装对准辅助装置，所述对准凸起在所述探测臂(4)的安装位置上无接触地或者几乎无接触地接合到在所述第二部件上形成的对准凹部(46、48)中。
2.如权利要求1所述的表面测量设备，其特征在于，所述安装对准辅助装置被设计成，使得在所述探测臂(4)的安装中实现所述探测臂(4)关于它的纵向中平面的对准。
3.如权利要求1或2所述的表面测量设备，其特征在于，所述第一部件(18)和所述第二部件(20)在所述探测臂(4)的安装位置上通过三点支承结构相互连接。
4.如权利要求3所述的表面测量设备，其特征在于，所述三点支承结构是在所述第一部件(18)和所述第二部件(20)在所述探测臂(4)的安装位置上彼此相向的表面(32、34)上形成的并且在所述第一和第二部件中的一个部件(18)上具有三个支承凸起，这三个支承凸起在所述探测臂(4)的安装位置上有接触地接合到在另一部件(20)上形成的形状基本互补的支承凹部(36、38、40)中。
5.如权利要求4所述的表面测量设备，其特征在于，至少一个支承凸起(26、28、30)被设计成支承球体。
6.如前述权利要求中任一项所述的表面测量设备，其特征在于，至少一个对准凸起(42、44)设置在所述第一部件(18)或者所述第二部件(20)的纵向中平面内。
7.如权利要求6所述的表面测量设备，其特征在于，设有至少两个沿着所述探测臂(4)的纵向相互隔开的对准凸起(42、44)。
8.如前述权利要求中任一项所述的表面测量设备，其特征在于，至少一个对准凸起(42、44)与所述支承凸起(26、28、30)相比以更大程度突出于所述第一部件(18)或者所述第二部件的相应表面(32)，使得在所述探测臂(4)的安装中在所述第一部件(18)靠近所述第二部件(20)时，在所述支承凸起(26、28、30)与相应的支承凹部(36、38、40)进入接合状态之前，所述对准凸起或者所述多个对准凸起(42、44)与相应的对准凹部(46、48)先进入接合状态。
9.如前述权利要求中任一项所述的表面测量设备，其特征在于，至少一个对准凸起(42、44)被设计成对准球体，以及至少一个支承凸起(26、28、30)被设计成支承球体，并且所述对准球体或者每个对准球体的直径大于所述支承球体或者每个支承球体的直径。
10.如前述权利要求中任一项所述的表面测量设备，其特征在于，所述第一部件(18)与所述进给装置(6)的可动部件(16)连接，并且所述第二部件(20)与所述探测臂(4)连接。
11.如前述权利要求中任一项所述的表面测量设备，其特征在于，所述探测臂(4)在安装位置上通过磁力固定在所述进给装置(6)的可动部件(16)上。
12.如前述权利要求中任一项所述的表面测量设备，其特征在于，所述探测臂(4)在安装位置上悬置地固定在所述进给装置(6)的可动部件(16)上。
13.如前述权利要求中任一项所述的表面测量设备，其特征在于，所述表面测量设备(2)被设计成粗糙度测量设备。
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