CN112050711A - 用于测量装置的回转测头和测量装置 - Google Patents

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Abstract

一种用于测量装置(200)的回转测头(10)，包括：底座(36)；旋转座(38)，该旋转座相对于该底座(36)是可移动的；以及传感器元件(28)，该传感器元件联接到该旋转座(38)；其中该旋转座(38)通过球形并联运动学系统(40)联接到该底座(36)。

Description

用于测量装置的回转测头和测量装置
技术领域
本发明涉及一种用于测量装置的回转测头。另外，本发明涉及一种具有根据本发明的回转测头的测量装置，特别地涉及一种坐标测量机。
背景技术
测量装置通常用于确定例如工件的几何变量或物理变量，并且可以被设计为例如粗糙度测量装置、硬度测量装置、表面测量装置或坐标测量机。本发明优选地涉及坐标测量机。
坐标测量机例如作为品质保证的一部分用于检查工件，或者完全作为所谓的“逆向工程”的一部分用于确定工件的几何学。而且，还可想到多种多样的进一步应用可能性，例如过程控制应用，其中，测量技术被直接应用于在线监测和对制造和加工过程的在线调节。
在坐标测量机中，不同类型的传感器可以用于捕获要测量的工件。除了基于触觉进行测量的传感器之外，还使用例如使得可以无接触地捕获测量物体或工件的坐标的光学传感器。也存在所谓的多传感器系统，其中多个触觉传感器和/或光学传感器一起使用。
从现有技术中已知的坐标测量机通常具有例如通过测量台沿三个轴线的可移动性来实现的至少三个平移移动自由度。为了进一步增加坐标测量机的移动自由度或可变性，通常将另外的部件附接到坐标测量机，该坐标测量机例如使得工件能够例如通过围绕一个或多个旋转轴线旋转而相对于传感器元件移动，并且因此增加坐标测量机的自由度的数量。
在这种情况下，例如可以使用所谓的旋转台，在测量过程期间，要测量的工件被放置在旋转台上，并且通过旋转台围绕一个或多个旋转轴线的旋转可相对于传感器元件移动。替代性地或为了补充的目的，除了用于工件的旋转台之外，还可以使用所谓的旋转式回转接头或回转臂，在旋转式回转接头或回转臂上设置坐标测量机的传感器元件。旋转式回转接头被配置为通过围绕和/或沿着一个或多个轴线的旋转和平移移动序列而相对于工件移动传感器元件。
在使用这种可旋转或可枢转的传感器元件的情况下，尤其是，可以减少测头互换的数量，或者可以避免所述互换，并且可以减少由围绕工件移动产生的路径。这有助于提高坐标测量机的生产率。另外，由于传感器元件的移动自由度增加，可以整体接近要测量的工件，其中，例如可以接近表面上的测量点，在没有传感器元件相对于工件的附加移动自由度的情况下，这些测量点只能通过重新夹持(即重新对准)工件来达到，
可购买到的、用于传感器元件相对于工件的相对可移动性的旋转式回转接头可获得不同的配置级，并且具有例如一个、两个或三个附加(旋转)自由度。作为公知的回转接头，例如，可以提及雷尼绍公司(Renishaw plc)的产品REVO。
从现有技术中已知的关于旋转式回转接头的普遍已知的问题源于质量或质量惯性矩相对于各个移动轴线的发散，这特别地是由于旋转式回转接头的串联配置引起的。例如，移动轴线通常由先前的移动轴线承载，这通常对应于运动学的串联配置。作为串联配置的结果，围绕对应的移动轴线的任何移动(基本上旨在是纯旋转移动)始终包括平移移动分量。这使得移动序列以及因此使得调节更加复杂。
在串联配置的运动学的情况下，最靠近传感器元件的移动轴线承载最小的质量，特别地仅承载传感器元件的质量，并且因此在旋转移动期间受到的质量惯性矩最小。然而，沿着从传感器元件开始的运动学路径位于第一移动轴线之后的第二移动轴线已经具有更高的质量，尤其是具有第一移动轴线和传感器元件的质量的总和。质量方面的这种增加导致第二移动轴线在旋转移动期间已经受到对应地更高的质量惯性矩。对于运动学路径上的第三移动轴线，质量以及因此质量惯性矩相应地增加。由于这一点，发生质量和质量惯性矩的发散。
一种解决方法是以这样的方式修改旋转式回转接头的运动学路径的配置，使得前两个移动轴线相交于公共点，因此它们具有带有两个自由度的公共旋转中心。然而，在这个修改中，在沿着从传感器元件开始的运动学路径观察时，最靠近旋转中心的移动轴线与另外两个移动轴线继续没有交点。因此，即使在旋转式回转接头的这种修改的配置中，在各个移动轴线之间仍然存在质量惯性矩的发散(尽管较小)。
发明内容
由于以上所述内容，本发明的另外目的在于开发一种用于测量装置的回转测头，使得沿着回转测头的运动学路径的各个移动轴线之间的质量或质量惯性矩的发散被最小化。
该目的通过一种用于测量装置的回转测头来实现，该回转测头具有底座、相对于该底座可移动的旋转座以及联接到该旋转座的传感器元件。该旋转座经由球形并联运动学系统联接到该底座。
为了实现前述目的，在这种情况下，球形并联运动学系统用于使回转测头的旋转座相对于被紧固到例如测量装置的传感器容器上的底座。
球形并联运动学系统的重要优点在于，由于球形并联运动学系统的并联结构，无论旋转座相对于底座围绕其移动的笛卡尔轴线如何，移动质量始终是几乎相同的。由于旋转座的几何配置，只有质量惯性矩根据旋转座的旋转位置而不同。然而，在这种情况下，与串联配置的移动运动学相比，质量惯性矩的发散显著降低。
球形并联运动学系统的另一优点在于，由于根据本发明的实施例，旋转座的或布置在旋转座上的传感器元件的旋转始终作为围绕公共旋转中心的纯旋转移动而发生，而不管围绕其进行旋转的空间轴线如何。因此，有利地，不存在导致质量或质量惯性矩的发散的平移移动分量。
术语“回转测头”在本文中独立于传感器元件是否是例如触觉传感器、光学传感器、粗糙度传感器或磁场传感器的一部分而使用，例如，在通过光学传感器进行测量的情况下，也指代“光学探测”。
在一个实施例中，该球形并联运动学系统具有三个可单独控制的驱动单元，其中这三个驱动单元中的第一驱动单元具有第一输出轴，并被配置为使该第一输出轴绕第一旋转轴线旋转。这三个驱动单元中的第二驱动单元具有第二输出轴，并且被配置为使第二输出轴围绕第二旋转轴线旋转。这三个驱动单元中的第三驱动单元具有第三输出轴，并且被配置为使该第三输出轴围绕第三旋转轴线旋转。这三个驱动单元优选地关于底座的法向轴线基本上旋转对称地布置，并被紧固到该底座上。
该旋转座相对于该底座的移动优选地通过该球形并联运动学系统的三个驱动单元的单独控制来实现，其中，例如，相应输出轴要旋转的预定目标旋转角度可以用作控制命令。
在本例中，术语底座上的三个驱动单元的“基本上旋转对称布置”应理解为特别地是指驱动单元关于底座的公共旋转中心旋转对称地布置。在这种情况下，两个相邻的驱动单元分别布置在底座上，优选地彼此相互偏移120°。三个驱动单元优选地围绕旋转中心布置在公共圆形路径上，并且优选地被紧固到底座上以便与底座共同旋转。
底座的“法向轴线”在此应被理解为是指正交于底座的表面延伸的轴线，该轴线优选地布置在旋转对称的底座的中心处，其中底座的表面优选地限定水平面。
在另外的实施例中，第一旋转轴线、第二旋转轴线和第三旋转轴线具有位于底座的法向轴线上的公共交点。
因此，由驱动单元限定的三个旋转轴线相交于公共旋转中心(即，交点)，该公共旋转中心位于法向轴线上，并且由于旋转对称配置而位于底座的中心处。由于旋转对称配置和传感器元件在旋转座上的中心附接，由传感器元件的几何学限定的纵向轴线优选地同样穿过该交点。
由于三个旋转轴线的公共交点，旋转座相对于底座的旋转或移动仅发生在交点处。
在另外的实施例中，球形并联运动学系统被配置为使得旋转座围绕该交点进行具有三个旋转自由度的旋转移动。
因此，旋转座的旋转移动是纯旋转运动，没有任何平移移动分量，并且特别地不同于从现有技术中已知的旋转式回转接头。
在另外的实施例中，旋转座具有第一联接位点、第二联接位点和第三联接位点，其中该第一联接位点通过第一联接件连接到该第一输出轴，其中该第二联接位点通过第二联接件连接到该第二输出轴，并且其中该第三联接位点通过第三联接件连接到该第三输出轴。
旋转座优选地仅通过三个联轴件连接到这三个驱动单元的三个输出轴，并且因此被准确地静态确定。这三个联接点优选地相对于彼此成120°的旋转角关于旋转座的公共中心旋转对称地布置，并且优选地可逆地可拆卸地连接到相应的联接件。
在当前意义上，术语“联接件”可以理解为是指具有复杂几何配置的联动件，该联动件可以由例如可以通过一个或多个接头彼此连接的一个或多个杆部分构成。
三个输出轴中的一个围绕相应旋转轴线的旋转通过相应的联接件传递到联接位点，并且因此传递到旋转座。旋转座围绕交点进行旋转移动，该旋转移动在绝对值方面对应于相应输出轴的旋转移动。
根据另外的实施例，第一联接件具有第一连杆和第二连杆，其中第一连杆通过第一铰接接头联接到第二连杆，该第一铰接接头被配置为使得第一连杆可相对于第二连杆围绕第一铰接接头的第一接头轴线旋转。第二联接件具有第三连杆和第四连杆，其中第三连杆通过第二铰接接头联接到第四连杆，该第二铰接接头被配置为使得第三连杆可相对于第四连杆围绕第二铰接接头的第二接头轴线旋转。第三联接件具有第五连杆和第六连杆，其中第五连杆通过第三铰接接头联接到第六连杆，该第三铰接接头被配置为使得第五连杆可相对于第六连杆围绕第三铰接接头的第三接头轴线旋转。
在这种情况下，第一联接件的第一连杆的一个端部连接到第一输出轴。第一连杆通过第二端部连接到第一铰接接头。第二连杆的一个端部连接到该铰接接头，并且另一个端部连接到旋转座的第一联接位点。
这种配置使得第一输出轴的旋转移动可通过第一连杆、第一铰接接头和第二连杆传递到第一联接位点，并且因此传递到旋转座。这同样适用于第二联接件和第三联接件。
在另外的实施例中，第一连杆、第三连杆和第五连杆各自具有相同形状。相比之下，第二连杆、第四连杆和第六连杆各自具有与第一连杆、第三连杆和第五连杆不同的相同形状。
短语“相同形状”在此被理解为是指第一连杆、第三连杆和第五连杆分别是等效部件。换句话说，它们因此具有相同的几何学、形状和大小。这同样适用于第二连杆、第四连杆和第六连杆。
在另外的实施例中，这些连杆围绕一个或多个轴线弯曲和/或成角度。
由于这种配置，描述了各个连杆的复杂形状，连杆例如可以由多个杆区段构成，这些杆区段以直线和/或曲线的形式相对于彼此成不同的倾斜角度延伸。
在另外的实施例中，第一驱动单元被配置为使第一联接件围绕第一输出轴的第一旋转轴线至少在±60°的旋转范围内旋转。第二驱动单元被配置为使第二联接件围绕第二输出轴的第二旋转轴线至少在±60°的旋转范围内旋转。第三驱动单元被配置为使第三联接件围绕第三输出轴的第三旋转轴线至少在±60°的旋转范围内旋转。
本实施例特别是由以下事实产生：由于三个驱动单元被布置在底座上以便与底座共同旋转，并且由于这些驱动单元相对于水平面的倾斜并且由于联接件和连杆的几何设计，输出轴围绕相应旋转轴线的循环旋转移动是不可能的，否则将会存在联接件与底座的材料渗透。
尽管在输出侧角度(即，与旋转座的旋转相关联的角度σx、σy、σz)与驱动角度(即，与输出轴围绕旋转轴线的旋转相关联的角度
Figure BDA0002521945750000061
)之间没有线性关系，但是，可以在分别例如±60°的旋转角度极限内保持奇异性，其中，前向变换
Figure BDA0002521945750000062
Figure BDA0002521945750000063
以及还有后向变换
Figure BDA0002521945750000064
和
Figure BDA0002521945750000066
Figure BDA0002521945750000065
的指示是唯一可能的。
在另外的实施例中，第一驱动单元、第二驱动单元和第三驱动单元各自只有一个旋转自由度，并且也是不可移动的。
在另外的实施例中，第一旋转轴线相对于由底座表面限定的水平面倾斜第一预定倾斜角度。第二旋转轴线相对于水平面倾斜第二预定倾斜角度，并且第三旋转轴线相对于水平面倾斜第三预定倾斜角度。
因此，相应驱动单元的输出轴不平行于底座的表面或水平面定向，而是分别相对于水平面倾斜某个角度。
在另外的实施例中，第一倾斜角度、第二倾斜角度和第三倾斜角度具有相同的大小。
这个实施例特别地从三个旋转轴线在公共旋转中心(即，公共交点)相交的事实得到。
在另外的实施例中，第一倾斜角度、第二倾斜角度和第三倾斜角度各自为60°。
本实施例在某种程度上涉及三个驱动单元的呈等边三棱锥的形式的布置，其中三个驱动单元被布置在三棱锥的底的相应角点。旋转轴线的公共交点限定了等边三棱锥的锥尖端。在其他配置中，偏差60°的倾斜角度也是可能的。
在一个实施例中，传感器元件具有触觉感测元件、光学传感器、磁场传感器和/或粗糙度传感器。一般而言，传感器元件可以具有用于检测工件的几何变量和/或物理变量的传感器。
传感器元件可以是例如触觉测量传感器的触觉触针，其中实际的传感器布置在测量头中、在距触针一定距离处，并且因此不在回转测头上。替代性地，传感器元件也可以是具有传感器装置的有源测头。在光学测量传感器(例如，摄像头)的情况下，例如整个光学传感器可以布置在回转测头上。然而，也有可能的是仅光学测量传感器的光学单元被布置在回转测头上，而光学捕获单元(实际的传感器或芯片)被布置在距光学单元一定距离处，例如在坐标测量机的测量头中。
光学传感器可以是例如(1D、2D或3D)成像光学传感器、干涉光学传感器或光学白光传感器。
在另外的实施例中，球窝接头的接头球被紧固到旋转座上，而球窝接头的球形帽紧固到底座上。
换句话说，旋转座具有顶侧和与顶侧相反并面向底座的底侧，其中球窝接头的接头球居中布置在旋转座的底侧上。接头球与旋转座以共同旋转的方式固定。球窝接头的接头球与球窝接头的球形帽可旋转地接合，其中球形帽通过轴连接到底座以便与底座共同旋转。
本实施例特别地具有这样的优点，即，由于球窝接头的附接，回转测头的整体稳定性可以提高，并且同时，另外，旋转座围绕三个驱动单元的三个旋转轴线的交点进行纯旋转移动。接头球的中心点优选地与三个驱动单元的三个旋转轴线的交点重合。
没有回转测头的移动自由度被球窝接头限制，而形成了用于整个系统的另外的支承位点，从而提高了整体稳定性。在本实施例中，旋转座因此不仅通过三个联接件联接到三个驱动单元的输出轴，而且还具有呈球窝接头形式的另外的联接位点。
被配置为将球窝接头的接头球固持在杯状空腔中的球形帽优选地附接在底座的中心处。接头球在此被插入到球形帽中，并且以这样的方式可旋转地安装在其中，即，球形帽固持接头球的至少一半，但是承座仅略微突出超过接头球的赤道。
附接球窝接头的另外的优点在于，可以优选地在球窝接头中设置3D旋转测量系统用于测量旋转座的取向(以及因此测量测头的取向)，结果，对于旋转座的取向确定，可以省略上文提及的前向/后向变换。在此，例如，可以使用3D磁性测量系统，其中接头球本身跨越磁场，该磁场可以由布置在定子侧上、即球形帽的侧部上的几个霍尔传感器检测。
不言而喻，在不脱离本发明的范围的情况下，以上提及的特征和下面仍要解释的特征不仅可以以相应地指示的组合来使用，而且还可以以其他组合来使用或者单独使用。
附图说明
在附图中展示了本发明的多个示例性实施例并且在以下的说明中对这些实施例进行更详细的说明。在附图中：
图1示出了坐标测量机的示例性实施例的示意性图示；
图2示出了回转测头的第一示例性实施例的透视图；
图3示出了根据第一示例性实施例的回转测头在围绕x轴旋转期间的平面图；
图4示出了根据第一示例性实施例的回转测头在围绕x轴旋转期间的透视图；以及
图5示出了回转测头的第二示例性实施例的透视图。
具体实施方式
图1示出了在其中可以使用根据本发明的回转测头的坐标测量机的示例性实施例。然而，一般而言，根据本发明的回转测头也可以与任何其他类型的测量装置一起使用，以便于在物理和/或几何方面确定工件特性。
坐标测量机整体由附图标记200表示，并且根据本发明的回转测头由附图标记10表示。
坐标测量机200具有基座12。门架14布置在基座12上，使得门架可在纵向方向上移位。基座12优选地是稳定的板，其例如由花岗岩制成。门架14用作可移动的支撑结构。门架14具有从基座12向上突出的两个柱，这两个柱通过横梁连接并且总体上具有倒U形形状。
门架14相对于基座12的移动方向通常被称为Y方向。在横向方向上可移位的滑架18被布置在门架14的上横梁上。这个横向方向通常被称为X方向。滑架18承载套筒轴20，该套筒轴可在Z方向上移动，也就是说垂直于基座12移动。
测量装置由附图标记22、24、26表示，基于该测量装置可以确定门架14、滑架18和套筒轴20的X、Y和Z位置。测量装置22、24、26通常是用作测量标尺的玻璃尺。这些测量标尺与对应的读取头(此处未示出)一起形成，以分别确定门架14相对于基座12的当前位置、滑架18相对于门架14的上横梁的位置、以及套筒轴20相对于滑架18的位置。
在套筒轴20的下自由端部处，布置了根据本发明的回转测头10的实施例，这将在下面的图2至图4中更详细地解释。在当前情况下，回转测头10被紧固到套筒轴20的面向基座12的下端部，使得回转测头可以互换。
应该注意的是，在图1中仅通过示例解释了具有门架设计的坐标测量机200。然而，原则上，根据本发明的回转测头10也可以用于具有悬臂、桥或支架设计的坐标测量机200中。根据坐标测量机200的构造类型，基座12与传感器10之间沿一个、两个或所有三个空间方向的相对移动可以通过基座12或工件容器的可移动性来实施。此外，坐标测量机200的可变性可以通过另外的移动自由度来增加，例如通过使回转测头10旋转来增加。
替代性地，坐标测量机200可以被设计为具有大量自由度的(例如机器人的)铰接臂系统。例如，坐标测量机200可以被配置为机器人的部件，例如被配置为机械臂，根据本发明的回转测头10布置在该部件的末端执行器(未示出)上。换句话说，这意味着坐标测量机200的运动学部件在这种情况下不限于可沿三个轴线移动的系统。因此，术语“坐标测量机”应相应地被广义地解释为任何适于捕获测量物体的坐标的类型的系统。
在图1中示出的示例性实施例中，回转测头10具有传感器元件28(触针)，该传感器元件在Z方向上朝向基座12突出。在当前情况下，传感器元件28是触觉测量传感器的触针。在此未示出的其他示例性实施例中，回转测头10还可以具有可以沿不同的空间方向突出的多个传感器元件28，例如多个触觉触针、传感器元件、粗糙度传感器和/或光学测量传感器。各个传感器元件28的数量和取向取决于要测量的工件的几何学或要测量的测量点的数量和位置。
在当前情况下，传感器元件28被设置成通过其测头头部30探测工件32的表面。例如，测头头部30由红宝石球体制成。在根据本发明的情况下，传感器元件28由于其在回转测头10上的布置而可单独地或以组合的方式围绕三个空间轴线X、Y、Z中的每一个旋转。
当探测例如工件32的大量测量点时，测头头部30的位置和定位信息由测头头部30根据传感器元件28的操作以无线方式或通过一条或多条电缆传输到坐标测量机200的控制单元34。控制单元34例如确定相应测量点的空间坐标，并通过评估大量测量点来确定工件32的几何学。
图2至图4示出了根据本发明的回转测头10的第一示例性实施例。回转测头10具有底座36。底座36例如可以是由金属制成的实心板，并且可以被配置为紧固到测量传感器容器，例如紧固到坐标测量机200的套筒轴20。例如，底座36可以被设计为坐标测量机200的互换板。
回转测头10具有可相对于底座36移动的旋转座38，其中在当前情况下，旋转座38的尺寸比底座36更小。传感器元件28被紧固到旋转座38上或者一体地连接到其上。旋转座38通过球形并联运动学系统40联接到底座36。
球形并联运动学系统40具有三个可单独控制的驱动单元42、44、46。三个驱动单元42中的第一驱动单元具有第一输出轴48，并且被配置为使第一输出轴48围绕第一旋转轴线50旋转。三个驱动单元44中的第二驱动单元具有第二输出轴52，并且被配置为使第二输出轴52围绕第二旋转轴线54旋转。三个驱动单元46中的第三驱动单元具有第三输出轴56，并且被配置为使第三输出轴56围绕第三旋转轴线58旋转。
三个驱动单元42、44、46关于底座36的法向轴线60基本上旋转对称地布置，并被紧固到底座36上以便与底座共同旋转。驱动单元42、44、46可以被设计成例如电动、气动或以其他方式操作的伺服或步进电机。
第一旋转轴线50、第二旋转轴线54和第三旋转轴线58相交于位于法向轴60上的公共交点62。在当前情况下，在沿着法向轴线60观察时，交点62离旋转座38比离底座36更近。交点62优选地位于旋转座38的面向底座36的底侧上。
第一驱动单元42、第二驱动单元44和第三驱动单元46各自仅具有一个围绕相应旋转轴线50、54、58的旋转自由度，换句话说，这意味着三个驱动单元42、44、46各自仅被配置为使输出轴48、52、56围绕相应的旋转轴线50、54、58旋转。
通过以相互同步的方式控制三个驱动单元42、44、46中的每一个单独的驱动单元，旋转座38或传感器元件28可以单独地或以组合的方式围绕全局坐标系的三个空间方向X、Y、Z中的每一个旋转。为此，预定控制命令(例如以旋转(或设定)角度信息的形式，例如通过控制单元34(参见图1))被传输到三个驱动单元42、44、46中的每一个单独的驱动单元。
由控制指令引起的驱动单元42、44、46的相应输出轴的旋转被传递到旋转座38，结果，使旋转座围绕旋转中心或交点62进行符合控制指令的旋转。根据驱动单元42、44、46的控制，旋转座38因此可以围绕全局坐标系的所有三个轴线X、Y、Z移动，并且始终围绕交点62仅执行一次旋转。在这种情况下，通过三个驱动单元42、44、46的对应的同步控制，连接到旋转座38以便与旋转座共同旋转的传感器元件28、或者被布置在触觉传感器元件上的测头头部30可以接近假想球面部分的假想表面上的任何点。换句话说，旋转座38具有三个围绕交点62的旋转自由度，其中旋转移动没有平移移动分量。
旋转移动从至少一个输出轴48、52、56开始传递到旋转座38，该至少一个输出轴通过布置在输出轴48、52、56中的每一个上的联接件进行旋转。为此，旋转座38具有第一联接位点64、第二联接位点66和第三联接位点68，这些联接位点成120°的旋转角度以彼此旋转对称的方式布置在旋转座38上。在当前情况下，联接位点64、66、68是销状螺栓元件，这些销状螺栓元件被紧固到旋转座38上，并以相对于彼此旋转对称的方式布置在旋转座38的圆形外周上。
第一联接位点64通过第一联接件70连接到第一输出轴48。第二联接位点66通过第二联接件72连接到第二输出轴52，并且第三联接位点68通过第三联接件74连接到第三输出轴56。
驱动单元42、44、46和旋转轴线50、54、58各自相对于由底座36的表面76限定的水平面78倾斜预定倾斜角度α1、α2、α3，其中在当前情况下，倾斜角度α1、α2、α3具有相同的大小，并且各自相对于水平面78为60°。
此外，第一驱动单元42被配置为使第一联接件70围绕第一输出轴48的第一旋转轴线50在至少±60°的旋转范围内旋转。第二驱动单元44被配置为使第二联接件72围绕第二输出轴52的第二旋转轴线54至少在±60°的旋转范围内旋转，并且第三驱动单元46被配置为使第三联接件74围绕第三输出轴56的第三旋转轴线58至少在±60°的旋转范围内旋转。
图3至图4以平面图(图3)和透视图(图4)两者示出了回转测头10的第一实施例。与图2中示出的位置相比，回转测头10围绕全局坐标系的X轴旋转。围绕旋转轴线50、54、58的公共交点62的这种旋转是由三个驱动单元42、44、46的优选地同步控制产生的。在所示的情况下，每个输出轴48、52、56被旋转预定旋转角度
Figure BDA0002521945750000121
如图3至图4所示，第一联接件70具有第一连杆80和第二连杆82。第一连杆80通过第一铰接接头84联接到第二连杆82。第一铰接接头84被配置为使得第一连杆80可相对于第二连杆82围绕第一铰接接头84的第一接头轴线86旋转。第二联接件72具有第三连杆88和第四连杆90，其中第三连杆88经由第二铰接接头92联接到第四连杆90，该第二铰接接头被配置为使得第三连杆88可相对于第四连杆90围绕第二铰接接头92的第二接头轴线94旋转(也参见图5)。第三联接件74具有第五连杆96和第六连杆98。第五连杆96通过第三铰接接头100联接到第六连杆98，其中铰接接头100被配置为使得第五连杆96可相对于第六连杆98围绕第三铰接接头100的第三接头轴线102旋转。
连杆82、84、88、90、96、98在此分别围绕多个轴线弯曲和成角度，并且具有直线延伸的杆部分和弯曲的杆部分。连杆82、84、88、90、96、98的相应设计可以根据球形并联运动学系统的类型而不同。
在当前情况下，第一连杆82、第三连杆88和第五连杆96各自具有相同的几何形状。换句话说，这意味着连杆82、88、96具有相同的角度和曲率。第二连杆84、第四连杆90和第六连杆98同样地具有相同的几何形状，但是它们的几何形状不同于第一连杆82、第三连杆88和第五连杆96的几何形状。
图5示出了回转测头10的第二示例性实施例。在本示例性实施例中，出于回转测头10的附加稳定化的原因，球窝接头104还附接到旋转座38的底侧106。在此，旋转座38的底侧106与旋转座38的顶侧108相反，并且朝底座36的方向被布置。在旋转座38的底侧106上，球窝接头104的接头球110同心布置，也就是说布置在旋转座38的中心，该接头球110与球形帽112可旋转地接合。接头球110可旋转地安装在球形帽112中的杯形空腔中。球形帽112通过轴114相对于底座36安装在沿着底座36的法向轴线60的取向上，以便与底座共同旋转。在当前情况下，接头球116的中心点116与交点62重合。

Claims (16)

1.一种用于测量装置(200)的回转测头(10)，包括：
-底座(36)；
-旋转座(38)，该旋转座相对于该底座(36)是可移动的；以及
-传感器元件(28)，该传感器元件联接到该旋转座(38)；
其中该旋转座(38)通过球形并联运动学系统(40)联接到该底座(36)。
2.如权利要求1所述的回转测头，其中该球形并联运动学系统(40)具有三个可单独控制的驱动单元(42，44，46)，其中这三个驱动单元(42)中的第一驱动单元具有第一输出轴(48)并且被配置为使该第一输出轴(48)围绕第一旋转轴线(50)旋转，其中这三个驱动单元(44)中的第二驱动单元具有第二输出轴(52)并且被配置为使该第二输出轴(52)围绕第二旋转轴线(54)旋转，其中这三个驱动单元(46)中的第三驱动单元具有第三输出轴(56)并且被配置为使该第三输出轴(56)围绕第三旋转轴线(58)旋转。
3.如权利要求2所述的回转测头，其中这三个驱动单元(42，44，46)关于该底座(36)的法向轴线(60)旋转对称地布置，并且被紧固到该底座。
4.如权利要求3所述的回转测头，其中该第一旋转轴线(50)、该第二旋转轴线(54)和该第三旋转轴线(58)具有位于该法向轴线(60)上的公共交点(62)。
5.如权利要求4所述的回转测头，其中该球形并联运动学系统(40)被配置为使得该旋转座(38)围绕该交点(62)进行具有三个旋转自由度的旋转移动。
6.如权利要求2所述的回转测头，其中该旋转座(38)具有第一联接位点(64)、第二联接位点(66)和第三联接位点(68)，其中该第一联接位点(64)通过第一联接件(70)连接到该第一输出轴(48)，其中该第二联接位点(66)通过第二联接件(72)连接到该第二输出轴(52)，并且其中该第三联接位点(68)通过第三联接件(74)连接到该第三输出轴(56)。
7.如权利要求6所述的回转测头，其中该第一联接件(70)具有第一连杆(80)和第二连杆(82)，其中该第一连杆(80)通过第一铰接接头(84)联接到该第二连杆(82)，该第一铰接接头被配置为使得该第一连杆(80)相对于该第二连杆(82)围绕该第一接头轴线(86)是可旋转的，
其中，该第二联接件(72)具有第三连杆(88)和第四连杆(90)，其中该第三连杆(88)通过第二铰接接头(92)联接到该第四连杆(90)，该第二铰接接头被配置为使得该第三连杆(88)相对于该第四连杆(90)围绕该第二接头轴线(94)是可旋转的，并且
其中该第三联接件(74)具有第五连杆(96)和第六连杆(98)，其中该第五连杆(96)通过第三铰接接头(100)联接到该第六连杆(98)，该第三铰接接头被配置为使得该第五连杆(96)相对于该第六连杆(98)围绕第三接头轴线(102)是可旋转的。
8.如权利要求7所述的回转测头，其中该第一连杆(80)、该第三连杆(88)和该第五连杆(96)各自具有相同的形状，并且其中该第二连杆(82)、该第四连杆(90)和该第六连杆(98)各自具有不同于该第一连杆(80)、该第三连杆(88)和该第五连杆(96)的形状的相同形状。
9.如权利要求8所述的回转测头，其中这些连杆(80，82，88，90，96，98)各自围绕一个或多个轴线弯曲和/或成角度。
10.如权利要求6所述的回转测头，其中该第一驱动单元(42)被配置为使该第一联接件(70)围绕该第一输出轴(48)的第一旋转轴线(50)至少在±60°的旋转范围内旋转，其中，该第二驱动单元(44)被配置为使该第二联接件(72)围绕该第二输出轴(52)的第二旋转轴线(54)至少在±60°的旋转范围内旋转，并且其中该第三驱动单元(46)被配置为使该第三联接件(74)围绕该第三输出轴(56)的第三旋转轴线(58)至少在±60°的旋转范围内旋转。
11.如权利要求2所述的回转测头，其中该第一驱动单元(42)、该第二驱动单元(44)和该第三驱动单元(46)各自仅具有一个旋转自由度。
12.如权利要求2所述的回转测头，其中该第一旋转轴线(50)相对于由该底座(36)的表面(76)限定的水平面(78)倾斜第一预定倾斜角度(α1)，其中该第二旋转轴线(54)相对于该水平面(78)倾斜第二预定倾斜角度(α2)，其中该第三旋转轴线(58)相对于该水平面(78)倾斜第三预定倾斜角度(α3)。
13.如权利要求12所述的回转测头，其中该第一预定倾斜角度(α1)、该第二预定倾斜角度(α2)和该第三预定倾斜角度(α3)具有相同的大小。
14.如权利要求1所述的回转测头，其中球窝接头(104)的接头球(110)被紧固到该旋转座(38)，而该球窝接头(104)的球形帽(112)被紧固到该底座(36)，或者其中球窝接头(104)的接头球(110)被紧固到该底座(36)，而该球窝接头(104)的球形帽(112)被紧固到该旋转座(38)。
15.如权利要求1所述的回转测头，其中该传感器元件(28)具有触觉感测元件、光学传感器、磁场传感器和/或粗糙度传感器。
16.一种测量装置(200)，包括如权利要求1至15之一所述的回转测头(10)。
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