CN109416237A - 用于向用于坐标测量机的可拆卸探头提供电力的电力传输构造 - Google Patents

用于向用于坐标测量机的可拆卸探头提供电力的电力传输构造 Download PDF

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Abstract

公开了一种电力传输构造，用于向被存放的坐标测量机(CMM)探头提供电力。包括至少一个CMM探头接收座的存放支架安装为靠近CMM。CMM可以自动附接和拆卸CMM探头，并且将该CMM探头插入存放支架探头接收座和从其移除。电力传输构造包括靠近探头接收座安装至存放支架的初级电磁绕组，以及位于CMM探头壳体内部并靠近其的次级电磁绕组。当CMM探头处于探头接收座中时，初级电磁绕组接收交流电，并且产生靠近CMM探头壳体的变化的电磁场。次级电磁绕组响应于接收变化的电磁场在CMM探头中产生电。CMM探头可以在被存放的同时使用所产生的电在内部被加热。

Description

用于向用于坐标测量机的可拆卸探头提供电力的电力传输 构造
技术领域
本公开涉及精密计量，并且更具体地涉及在从坐标测量机拆卸时向坐标测量机探头提供电力。
背景技术
坐标测量系统，例如诸如坐标测量机(CMM)的一维或三维测量系统，可以通过使用接触探头在接触探头的触针接触工件时触发坐标测量仪的读取而获得被检查工件的测量结果。在美国专利No.5,526,576中描述了一种示例性现有技术CMM，该专利通过引用在此被整体并入，该CMM包括用于接触工件的接触探头、包括用于移动接触探头的多个驱动器的移动机构、以及相关联的电子系统，该电子系统包括与处理接触探头头部中的或来自其的信号有关的特征。各种CMM还可以构造为在扫描型CMM探头接触表面的同时扫描该表面。在美国专利No.7,652,275号中描述了一种包括表面扫描探头的CMM，其通过引用在此被整体并入。如其中公开的，机械接触探头或光学探头可以跨过工件的表面进行扫描。
在测量操作期间，CMM探头内的电路部件可产生热量，这可影响用于工件表面测量的信号，并且通过热膨胀或收缩影响CMM探头的机械部分的尺寸。为了解决这一问题，已知允许CMM在预热期间向附接到CMM的CMM探头提供电力，使得CMM探头在开始工件表面测量之前已经达到温度的稳定状态。这可以是耗时的且不期望的，特别是对于需要使用多个CMM探头的测量操作而言。因此，存在一些用于加速或避免预热期的手段。例如，CMM探头或支撑CMM探头的CMM探头头部可以包括热调节器，其构造为将CMM探头的温度快速地升高到期望的稳定状态。美国专利第8,474,148号公开了构造为在CMM探头头部内部提供热的加热器，该专利通过引用在此被整体并入。
坐标测量系统还可以构造为，在CMM探头存放在存放支架上、并从CMM拆卸时，提供电力至CMM探头。美国专利第8,381,588号(’588专利)公开了一种用于在各CMM探头不使用时保持它们的存放支架，其通过引用在此被整体并入。存放支架构造为，在CMM探头不使用时，通过通常用于在测量期间与CMM通信的CMM探头顶部的电触头向CMM探头提供电力。’588专利还披露了一种类似的CMM探头存放支架，其构造为通过在探头本体侧部的一对浮动销向模拟扫描探头内的激光器提供电力。提供至CMM探头的电力可以将CMM探头的温度升高至一温度，该温度大体等于CMM探头附接至CMM时在测量操作期间的稳定状态温度。然而，在任一情况中，相关联的触头布置都需要复杂/昂贵的机械特征，CMM探头在存放支架中的其接收座中的相对精密的对准，以及每个期望的CMM匹配存放支架中的触头构造的确定性。有时，这些方面使得为存放支架中的CMM供电是昂贵的、不可靠的或不方便的。在各种应用中，期望提供一种CMM探头，其构造为在被从CMM拆卸时(例如，在存放支架中时)接收电力，而无需直接的电触头或电池元件。
发明内容
提供本发明内容是为了以简化的形式介绍构思的选择，以允许更快速地识别和理解下面在具体实施方式中进一步描述的各种公开的特征和原理。因此，本发明内容仅作为简要概述，并非旨在隔离所要求保护的主题的关键特征，也不旨在用于帮助确定所要求保护的主题的范围。
公开了一种电力传输构造，用于向被存放的坐标测量机(CMM)探头提供电力。CMM探头存放在存放支架中，并且能够自动地附接到坐标测量机并从该坐标测量机可拆卸地拆卸，其中，存放支架安装为靠近CMM并且包括探头接收座，所述探头接收座构造为接受和保持要由CMM自动地插入并从探头接收座移除的CMM探头。电力传输构造可以包括：初级电磁绕组，其靠近探头接收座或在该探头接收座内安装至存放支架，初级电磁绕组构造为接收来自产生交流电的电源的电力，并且靠近保持于探头接收座中的CMM探头的壳体产生变化的电磁场；以及次级电磁绕组，其在保持在探头接收座中的CMM探头的壳体内部并靠近该壳体定位，次级电磁绕组响应于所述变化的电磁场产生在CMM探头内可用的电。
包括初级电磁绕组的存放支架可以构造为与上文概述的电力传输构造一起使用。
公开了一种用于向至少一个坐标测量机(CMM)探头提供电力的方法，所述坐标测量机探头从坐标测量机拆卸。所述方法包括：将CMM探头保持在存放支架的探头接收座中，探头接收座包括安装为靠近探头接收座或在其内的初级电磁绕组；操作存放支架以向初级电磁绕组提供电力，并且产生靠近保持于探头接收座中的CMM探头的壳体的变化的电磁场；以及响应于变化的电磁场，在CMM探头中的次级电磁绕组中产生电。
附图说明
图1是显示CMM的各示例性部件的图。
图2是存放支架200和CMM探头180的局部示意图，包括根据在此披露的原理的用于为被存放的CMM探头供电和加热的电力传输构造。
图3是可用于为被存放的CMM探头供电的存放支架的第一现有技术探头接收座的局部横截面示意图。
图4是可用于为被存放的CMM探头供电的存放支架的第二现有技术探头接收座的局部横截面示意图。
图5是用于向坐标测量机探头提供电力的方法的流程图。
具体实施方式
图1是示出包括使用可互换CMM探头180的CMM 150的测量系统100的各示例部件的图。测量系统100可以包括手动操作单元110，以及包括接口电子设备120和主计算机115的主电子系统。接口电子设备120可以包括例如控制CMM 150的移动的运动控制器，以及连接至CMM探头(一个或多个)180的接口电路(例如，通过信号和控制线130A)。手动操作单元110可以联接至接口电子设备120(例如，通过信号和控制线130C)，并且可以包括用于手动操作CMM 150的操纵杆111。主计算机115联接至接口电子设备120(例如，通过信号和控制线130B)，并且可以通过用户输入或程序控制操作CMM 150，并且处理用于工件W的测量数据。主计算机115包括输入器件112(例如，键盘等)，用于输入例如测量条件或指令，并且包括输出器件113(例如，显示器、打印机等)，用于输出例如测量结果。在各实施例中，主计算机115和接口电子设备120可以合并和/或不可区分。
CMM 150包括定位在表面板152上的驱动机构151，以及用于将可互换CMM探头180附接至驱动机构151的附接部分165(例如，其包括在铰接头160上)。在各实施例中，CMM探头180(例如，CMM探头180A-180C的一个)可以自动地存放在存放支架200中，并且可以自动地从存放支架200移除，并且在自动结合连接部(autojoint connection)170处附接至附接部分165(例如，在检查程序的控制下)，根据已知原理，所述自动结合连接部可以包括精密的运动安装特征部和电连接部，其提供对于各可互换CMM探头或传感器共用的物理接口。在美国专利No.4651405中描述了可用于存放支架200和/或向在自动结合部170处的运动安装部自动更换CMM探头180和从其自动更换的示例性已知技术和机构，其通过引用被整体并入于此。然而，将意识到，可以使用其它已知的技术和机构。根据在此披露的原理用于为被存放的CMM探头(例如，CMM探头180)供电/加热的存放支架200的实施方式在下文更详细地描述。
驱动机构151包括x轴、y轴和z轴滑动机构151X、151Y和151Z，用于三维地移动CMM探头180。在图1所示的具体实施方式中，在自动结合部170处附接至CMM的CMM探头180B是接触扫描型CMM探头，且包括探头本体181B和附接至接触部分183B的触针182B。触针182B通过触针悬挂部分附接至探头本体181B，当接触部分183B沿着工件W的表面上的测量路径移动时，其允许接触部分183B相对于探头本体沿三个方向自由地改变其位置。
CMM探头180B包括传感器和电路，其感测触针182B的偏转(反映接触部分183B的位置)并将偏转或位置数据输出到接口电子设备120(例如，通过信号和控制线130A)。然而，这一类型的CMM探头仅是示例性的而不是限制性的。更一般地，根据在此披露的原理，可以使用任何兼容类型的可互换CMM探头(例如，接触探头180A、或非接触式扫描探头180C、或色点传感器、或摄像头)或其他传感器。
图2是存放支架200和CMM探头180的局部示意图，包括根据在此披露的原理用于为被存放的CMM探头供电和加热的电力传输构造。图2的一些编号部件1XX或1XX’可以对应于与图1中类似编号的对应部件1XX和/或具有与之类似的操作，并且可以通过类比的方式理解，除非下面的描述或上下文另有说明。在适用的情况下，这种用于指示具有类似设计和/或功能的元件的编号方案也可以应用于以下附图。
如图2所示，存放支架200存放至少一个CMM探头180(例如，图1所示的CMM探头180A、180C和180B)，其可自动附接到CMM和从其拆卸。存放支架200可以安装为靠近诸如CMM100的CMM。在图2所示的实施方式中，存放支架200包括三个探头接收座210A、210B和210C，它们被构造为接受和保持CMM探头180，其可以由CMM自动地插入和移除。应理解，示意性地示出了探头接收座210A，210B和210C。应理解，存放支架200和探头接收座210A、210B和210C可以包括已知的机构，该机构与CMM探头180上的已知机械特征部接合，用于随着CMM探头180被CMM自动插入和移除，接合和释放CMM探头180。例如，存放支架200可包括与可商业获得的已知存放支架和/或如在日本专利第S60-224005号和/或欧洲专利No.EP 856377和/或美国专利第8,381,588号、第7,722,515号(其每个通过引用被整体在此并入)中公开的存放支架类似的接收座机构；等等。在一些实施方式中，存放支架可以被连接以从CMM接收电力，用于操作已知的电动机构和/或在此披露的各种元件。
图2还显示了根据在此披露的原理的、用于为被存放的CMM探头180(例如，180A和180C)供电和加热的电力传输构造的一种实施方式。在示出的实施方式中，电力传输构造包括初级电磁绕组模块250，其包括初级电磁绕组259和电源线258。初级电磁绕组模块250安装至存放支架，其靠近探头接收座210(例如，探头接收座210A、210B和/或210C中的一个)或在该探头接收座210内。初级电磁绕组259被构造为从电源接收交流电(例如，直接来自电源线258，或来自模块250中的交流电源)。初级电磁绕组259产生靠近保持于存放支架200的探头接收座210中的相邻CMM探头180的变化的电磁场。
电力传输构造还包括在相邻CMM探头180的壳体或盖体内部并且靠近该壳体或盖体的次级电磁绕组199(例如，图2所示的次级电磁绕组199A、199C)。根据已知原理，次级电磁绕组199定位成接收由初级电磁绕组259产生的变化的电磁场，并通过电磁感应产生电(例如，产生交流电流)。次级电磁绕组199和/或CMM探头180的壳体的附近部分可以被构造为将次级电磁绕组199适宜地耦合到变化的电磁场。例如，CMM探头180的金属壳体可以在该位置减薄或移除。如果壳体被移除，可以采用不屏蔽所述变化的电磁场的塑料盖体或密封材料来密封该壳体。
次级电磁绕组199被包括和连接，以向包括在CMM探头180内的电子部件190提供电力。特别地，在各实施方式中，次级电磁绕组199向包括在电子部件190中的热调节部件195提供电力。在一些实施方式中，热调节部件195简单地包括通常在CMM的测量操作期间使用的部件(例如，CMM探头180的全部或仅主热生成部件可以由次级电磁绕组199供电)。在其他实施方式中，热调节部件195可以包括专用“存放支架加热器”电路，其在一个实施方式中可以包括一个或多个被供电的电阻器、控制温度传感器和本领域已知的其他合适元件。
在各实施方式中，热调节部件195可以在CMM探头中分布在期望的位置处(例如，由195C示意性地表示)。在任何情况下，提供到热调节部件195的电力提供热，以使CMM探头180保持在与它在测量操作期间所具有的温度相似的温度。这显著减少了在用户使用探头180开始准确的CMM测量操作之前对预热期的需要。
在各实施方式中，热调节部件195可以在CMM探头中分布在期望的位置处(例如，由195C示意性地表示)。在任何情况下，提供到热调节部件195的电力提供热，以使CMM探头180保持在与它在测量操作期间所具有的温度相似的温度。这显著减少了在用户使用探头180开始准确的CMM测量操作之前对预热期的需要。
通过电磁感应提供电力还避免了对诸如图3和图4所示的直接电触头的需要。由于这些和其他原因，这种电触头可遭受机械磨损和腐蚀，以及不可靠的连接。通过电磁感应提供电力可以提供更好的可靠性和更低的组装成本。初级电磁绕组259的各种实施方式可以容易地按存放支架200改装(例如，通过将初级电磁绕组模块250在任何可操作且方便的位置处附接到存放支架200，诸如如图2所示的)。替代地，初级电磁绕组259可以直接定位或嵌入在存放支架200的元件内的任何可操作且方便的位置。初级电磁绕组259可以采用任何方便和期望的形式，其与产生用于耦合到次级电磁绕组199的期望的场相容。
在各实施方式中，初级电磁绕组259可以包括具有至少两匝的线圈。在各实施方式中，次级电磁绕组199可以包括具有至少两匝的线圈。用于通过电磁感应传输电力的各种构造和电路是已知的，并且可以根据在此披露的原理在各实施方式中使用或组合。例如，在美国专利申请公开2012/0228286、2013/0162200、2014/0120747和2014/0339914中公开了各种构造和电路，其每个通过引用被整体在此并入。
图3是存放支架300的现有技术探头接收座310的横截面示意图。存放支架300类似于’588专利中公开的存放支架。存放支架300包括电触头330A和电触头330B，其构造为通过扫描CMM探头310侧部的电触头331A和电触头331B向扫描CMM探头310内的激光器340提供电力。
图4是存放支架400的现有技术探头接收座410的横截面示意图。存放支架400类似于’588专利中公开的存放支架。存放支架400包括电触头430A、430B和430C。在附接到CMM时，电触头430A、430B和430C构造为传输电力至CMM探头410。存放支架400包括电触头431A、431B和431C。存放支架400构造为，当CMM探头410从CMM拆卸并放置在探头接收座410中时，通过电触头431A、431B和431C与电触头430A、430B和430C之间的连接将电力传输到CMM探头410。CMM探头410被构造为使得至少一个热电阻器440从存放支架400接收电力。所述至少一个热电阻器440向CMM探头410提供热，以调节其温度。
图5是用于向至少一个坐标测量机(CMM)探头提供电力的方法的流程图，该坐标测量机探头被从坐标测量机拆卸。
在框510处，将CMM探头保持在存放支架的探头接收座中，探头接收座包括安装为靠近探头接收座或在其内的初级电磁绕组。
在框520处，操作存放支架以向初级电磁绕组提供电力，并且产生靠近保持于探头接收座中的CMM探头的壳体的变化的电磁场。
在框530处，响应于变化的电磁场，在CMM探头中的次级电磁绕组中产生电。
2016年7月1日提交的美国临时专利申请序列号No.62/357,683的公开内容整体在此并入。
各种替代形式可以被用于实施在此披露的原理。另外，上述各个实施方式可以组合以提供进一步的实施方式。如果需要采用在此并入的各专利和其他参考文献或者以其他方式在本领域中已知的构思，可以修改实施方式的方面，以提供进一步的实施方式。
根据以上详细描述，可以对实施方式进行这些和其他改变。通常，在随附的权利要求书中，所使用的术语不应被理解为将权利要求限制至说明书和权利要求书中公开的特定实施方式，而应理解为包括与这些权利要求被赋予的权利等同的全部范围的所有可行实施方式。

Claims (11)

1.一种电力传输构造，用于向被存放的坐标测量机(CMM)探头提供电力，所述探头存放在存放支架中并且能够自动地附接到坐标测量机和从其拆卸，其中，存放支架安装为靠近CMM并且包括探头接收座，所述探头接收座构造为接受和保持要由CMM自动地插入探头接收座和从其移除的CMM探头；
所述电力传输构造包括：
初级电磁绕组，其靠近探头接收座或在该探头接收座内安装至存放支架，初级电磁绕组被构造为接收来自产生交流电的电源的电力，并且靠近保持于探头接收座中的CMM探头的壳体产生变化的电磁场；以及
次级电磁绕组，其在保持于探头接收座中的CMM探头的壳体内部并靠近该壳体定位，次级电磁绕组响应于所述变化的电磁场产生在CMM探头内可用的电。
2.根据权利要求1所述的电力传输构造，其中，次级电磁绕组被构造为向包括在CMM探头的电子部件中的热调节元件提供电力。
3.根据权利要求2所述的电力传输构造，其中，热调节元件包括通常在测量操作期间当CMM使用CMM探头并为其供电时被供电的电子部件中的至少一些。
4.根据权利要求1所述的电力传输构造，其中，初级电磁绕组包括具有至少两匝的线圈。
5.根据权利要求1所述的电力传输构造，其中，次级电磁绕组包括具有至少两匝的线圈。
6.一种存放支架，包括构造为在用于向被存放的坐标测量机(CMM)探头提供电力的电力传输构造中使用的初级电磁绕组，所述探头存放在存放支架中并且能够自动地附接到坐标测量机和从该坐标测量机拆卸，其中，存放支架可靠近CMM安装并且包括探头接收座，所述探头接收座被构造为接受和保持要由CMM自动地插入探头接收座和从其移除的CMM探头；
所述电力传输构造包括：
初级电磁绕组，其靠近探头接收座或在该探头接收座内安装至存放支架，初级电磁绕组被构造为接收来自产生交流电的电源的电力，并且靠近保持于探头接收座中的CMM探头的壳体产生变化的电磁场；以及
次级电磁绕组，其在保持于探头接收座中的CMM探头的壳体内部并靠近该壳体定位，次级电磁绕组响应于所述变化的电磁场产生在CMM探头内可用的电。
7.根据权利要求6所述的存放支架，其中，次级电磁绕组被构造为向包括在CMM探头的电子部件中的热调节元件提供电力。
8.根据权利要求7所述的存放支架，其中，热调节元件包括通常在测量操作期间当CMM使用CMM探头并为其供电时被供电的电子部件的至少一些。
9.根据权利要求6所述的存放支架，其中，初级电磁绕组包括具有至少两匝的线圈。
10.根据权利要求6所述的存放支架，其中，次级电磁绕组包括具有至少两匝的线圈。
11.一种用于向至少一个坐标测量机(CMM)探头提供电力的方法，所述坐标测量机探头从坐标测量机拆卸，所述方法包括：
将CMM探头保持在存放支架的探头接收座中，探头接收座包括安装为靠近探头接收座或在其内的初级电磁绕组；
操作存放支架以向初级电磁绕组提供电力，并且产生靠近保持于探头接收座中的CMM探头的壳体的变化的电磁场；以及
响应于所述变化的电磁场，在CMM探头中的次级电磁绕组中产生电。
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