CN113557105A

CN113557105A - 用于机床的刀具测量装置

Info

Publication number: CN113557105A
Application number: CN202080019977.1A
Authority: CN
Inventors: 格拉汉姆·理查德·福格森; 史蒂芬·林德西·托克奈尔
Original assignee: Renishaw PLC
Current assignee: Renishaw PLC
Priority date: 2019-03-13
Filing date: 2020-03-11
Publication date: 2021-10-26
Anticipated expiration: 2040-03-11
Also published as: WO2020183154A1; EP3708298A1; JP2022525154A; US20210385364A1; CN113557105B; EP3938140A1; JP7289365B2

Abstract

描述了一种用于机床的光学刀具测量装置(2)。该装置包括用于将光引导向刀具感测区域(13)的光源(10)以及用于检测来自刀具感测区域(13)的光的传感器(14)。还提供了用于选择性地保护传感器(14)免受污染的影响的遮断器组件(40)。遮断器组件(40)被配置成提供关闭配置和打开配置，在关闭配置中，传感器(14)被遮断器组件(40)覆盖，由此防止传感器(14)受到污染，并且在打开配置中，光能够通过遮断器组件(40)的第一孔口(72；102)传递到传感器(14)。此外，遮断器组件(40)被另外配置成另外提供收缩配置，在收缩配置中，光能够通过遮断器组件(40)的第二孔口(74；104)传递到传感器，第二孔口小于第一孔口。以这种方式，装置(2)对存在于机床环境中的、比如切屑和冷却剂等污染物具有增强的抵抗力。

Description

用于机床的刀具测量装置

本发明涉及一种用于机床的光学刀具测量装置，更具体地涉及用于保护这种装置免受机床内的恶劣环境影响的改进。

与机床等一起使用的光学刀具测量装置是已知的。这种装置的一个示例是检测刀具何时使窄激光束中断的所谓的激光对刀器。这样允许收集比如长度和直径等刀具测量值。EP 1050368描述了这样一种激光对刀器，其中激光束可以经由窄孔口进入和离开装置。压缩空气从孔口中流出用于降低污染物等进入装置或遮蔽光路的风险。

基于视觉或相机的刀具测量装置也是已知的，其中成像传感器捕获刀具的图像。由挪威克莱比的科诺普提卡公司(Conoptica，Klaebu，Norway)出售的CU2刀具测量系统是这种装置的示例。典型的基于视觉的对刀系统包括用于照亮刀具的光源以及用于收集此刀具的图像的成像传感器。机械遮断器通常用于保护成像传感器免受恶劣的机床环境的影响。机械遮断器在对刀具进行检查时打开，并且在进行加工操作时关闭以保护成像传感器，这些加工操作通常使用加压冷却剂流并产生大量切割碎屑。这种机械遮断器的目的是保持成像传感器尽可能没有污染物。然而，已经发现，当遮断器最初打开时，污染物可能仍然存在于机床环境中。

US 2010/0206384描述了用于光学刀具测量装置的保护系统的另一示例。该设备包括可以从打开位置移动到关闭位置的遮断器。在打开位置，光线穿过孔口到达光传感器。当遮断器处于关闭位置时，该孔口被密封以防止装置的光学部件受到污染。位于孔口周边周围的一系列喷嘴还提供了离开孔口的管状气流，以帮助在遮断器打开时防止污染物进入。遮断器还被布置成使得当该遮断器从关闭位置移动到打开位置时，在遮断器到达打开位置之前，瞬时喷气通过孔口喷出，在该打开位置，光可以传递到传感器。这种瞬时喷气旨在当空气喷嘴提供管状气流之前(同时遮断器保持处于打开位置)从孔口中清除碎屑。这种布置对于小孔口可能有些效果，但是对于基于相机的系统中所需的大孔口则效果较差。

根据本发明，提供了一种用于机床的光学刀具测量装置，该光学刀具测量装置包括：

光源，用于将光引导向刀具感测区域，

传感器，用于检测来自所述刀具感测区域的光，以及

遮断器组件，该遮断器组件用于选择性地保护所述传感器免受污染的影响，所述遮断器组件被配置成提供关闭配置和打开配置，在所述关闭配置中，所述传感器被所述遮断器组件覆盖而由此防止所述传感器受到污染，在所述打开配置中，光能够通过所述遮断器组件的第一孔口传递到所述传感器，

其特征在于，所述遮断器组件被配置成另外地提供收缩配置，在所述收缩配置中，光能够通过所述遮断器组件的第二孔口传递到所述传感器，所述第二孔口小于所述第一孔口。

因此，本发明涉及一种用于机床(比如加工中心、车床等)的光学刀具测量装置。该装置包含光源，该光源可以包括发光二极管(LED)和其他光学部件，比如，透镜、滤光器等。还提供了用于感测光的传感器。传感器具有一个或多个光敏区域，并且还可以包含其他光学部件(例如，透镜、滤光器等)。在一个实施例中，来自光源的光沿着光束路径经由刀具感测区域被引导到传感器；该刀具感测区域是自由空间中可以被插入刀具的区域。

还提供了遮断器组件，该遮断器组件用于保护传感器免受当加工操作由机床执行时产生的污染(例如，冷却剂、切屑、材料碎片等)的影响。遮断器组件可以被关闭(即，采用关闭配置)以保护传感器免受这种污染的影响。这种关闭的(例如，密封的)配置因此可以在切割操作期间使用，并且提供了非常高水平的污染保护，但是这当然意味着不能使用该装置进行测量。遮断器组件也可以被置于打开(例如，完全打开)配置中，在打开配置中，传感器未被覆盖(例如，完全未被覆盖)。如下文所解释，如果传感器是成像传感器，这种打开配置允许收集放置在刀具感测区域中的刀具的图像。然而，只有在确保机床环境清洁的情况下，才能建议打开遮断器。例如，在执行切削操作后，冷却剂雾和碎屑可能在机床环境中存在一段时间。如果遮断器在这段时间内打开，那么污染物可能会穿过遮断器并积聚在传感器上，而由此降低传感器的性能。这种类型的降低可能会立即发生或随着时间的推移逐渐发生。

根据本发明，遮断器组件还提供了收缩配置，在收缩配置中，光可以通过遮断器组件的第二孔口传递到传感器。第二孔口小于第一孔口。因此，此较小孔口减小了可以感测光的视野或区域，但是较小孔口使得装置更抗污染。因此，即使在机床环境中存在污染的情况下，收缩配置也可以用于允许进行刀具或其他测量。如下文所解释，这可能涉及对刀具的较小部分进行成像或以仿真模式进行操作，在仿真模式中，测量总的接收到的光的水平，以确定刀具何时阻挡原本会传递到传感器的光。

因此，本发明的装置可以以遮断器组件处于打开配置中的全“视觉”模式进行操作，可以在关闭配置中完全密封以防止污染物，并且即使当在收缩配置中操作时存在污染物，也可以在功能上提供测量。因此，提供了较灵活且用户友好的装置。特别是，基于激光(中断光束)的对刀器的抗污染优点可以与基于视觉或相机的对刀系统的附加刀具分析功能性相结合。

传感器可以包括具有用于感测接收到的光强度的单个有源元件的光电探测器。或者，传感器可以包括多个像素或光感测区域。在优选实施例中，传感器包括包含多个像素的二维成像阵列。在这种实施例中，打开配置的第一孔口的大小可以被确定成允许光传递到多个像素的第一集合。该第一集合可以包含成像阵列的所有像素。该第一集合可以仅包含成像阵列的一些像素。收缩配置的(较小的)第二孔口的大小可以被确定成允许光传递到多个像素的第二集合。第二集合优选地包含比第一集合少的像素。

在优选实施例中，成像阵列在成像模式中是可操作的，在成像模式中，可以从多个像素的第一集合捕获图像。当遮断器组件处于打开配置中时，优选使用成像模式。如果装置处于收缩配置中，则仍然可以在较小的视野上收集和分析图像。方便的是，成像阵列在仿真模式也是可操作的，在仿真模式中，测量落在第二集合像素上的合成(总)光强度。当遮断器组件处于收缩配置中时，优选使用仿真模式。以这种方式，视觉和中断光束刀具测量方法可以由相同的装置执行。

遮断器组件可以以多种方式提供。在一个实施例中，遮断器组件包括用于让光传递到传感器的通路。该通路可以限定第一孔口。替代性地，通路可以包含限定第一孔口的物体。遮断器组件还可以包括限定第二孔口的收缩构件。收缩构件可移动到通路中，使得第二孔口使通路收缩。遮断器组件还可以包括关闭构件。关闭构件有利地可移动到通路中以关闭通路，并且由此覆盖传感器。关闭构件还可以密封通路，以防止污染物到达传感器。在优选实施例中，收缩构件和关闭构件可沿着公共轴线分开移动。收缩构件可以包括中心腔，关闭构件可以移动通过该中心腔。

遮断器组件可以包含可以在传感器前方移动的多个遮断器构件。所有或一些这样的多个遮断器构件可以仅包含单个孔口。例如，可以分别提供包含第一孔口的第一遮断器构件和包含第二孔口的第二遮断器构件。替代性地，可以提供包括多个孔口的单个遮断器构件。例如，可移动遮断器构件可以包含第一孔口与第二孔口两者。在优选实施例中，遮断器组件可以包括遮断器构件，该遮断器构件包括限定第一孔口的第一部分、限定第二孔口的第二部分和无孔口的第三部分。遮断器构件可以是可移动的(例如，可旋转的、可平移等的)，使得第一部分、第二部分和第三部分可以相对于传感器定位，以分别提供打开配置、收缩配置和关闭配置。例如，遮断器构件的旋转和/或平移可以提供不同配置。

有利地，当遮断器组件处于关闭配置中时，传感器基本上与外部环境密封隔开。因此，遮断器组件可以包括适当密封件，以在处于关闭配置中时阻止污染物(液体等)进入。

为了提供可重复且可靠的测量，优选的是，每次采用打开配置或收缩配置时，第一孔口并且特别是第二孔口可以采用相对于传感器的相同位置。因此，第一孔口和第二孔口可以各自优选采用相对于传感器的可重复位置。例如，第二孔口可以采用相对于传感器的在100μm以内可重复的位置。更优选地，在50μm以内可重复。更优选地，在25μm以内可重复。更优选地，在10μm以内可重复。

可以提供包含遮断器组件与传感器两者的整体壳体。换句话说，遮断器组件可以与传感器集成在一起。有利地，遮断器组件设置在保护单元内。方便的是，传感器设置在接收器单元内。这种接收器单元的传感器可以包括透明窗口，光通过该透明窗口传递到遮断器组件。透明窗口可以密封接收器单元，由此保护其光学部件免受传递到透明窗口的任何污染物(例如，经由遮断器组件)的影响。移除保护单元可以允许接近接收器单元的透明窗口。这允许定期清洁透明窗口，或者如果保护单元未能阻止所有污染(例如，如果在存在污染物的情况下遮断器组件被错误地置于打开配置中)，则清洁透明窗口。这种拆卸、清洁和重新装配可以在不干扰传感器或刀具测量装置的其余部分的情况下进行。保护单元优选地在可重复的位置中可移除地附接到接收器单元。换句话说，保护单元可以每次安装到接收器单元的基本相同的位置。这确保了遮断器组件与传感器保持相同的对准，即使保护单元被移除和替换。因此，可以避免在移除和更换保护单元之后重新校准装置的需要。

该装置可以接收加压气体(比如压缩空气)的供应。有利地，该装置包括用于接收气体供应的至少一个入口。内部导管也可以设置在装置内，当遮断器组件处于收缩配置中时，内部导管允许所接收到的气体经由第二孔口排出。因此，所接收到的气体可以经由一个或多个孔口导引穿过该装置并从该装置排出，光也通过孔口进入和/或离开该装置。该装置可以包括气动控制阀等，以控制这种所接收到的气体的流量。也可以提供额外的气体喷嘴；这些气体喷嘴可以帮助将碎屑吹离装置和/或清洁待测量的刀具。

有利地，该装置包括用于引导遮断器组件进入打开配置、关闭配置和收缩配置中的任何一种中的控制器。控制器可以全部或部分位于包含传感器和/或光源的外壳内。替代性地，控制器可以全部或部分位于机床罩壳的外部。遮断器组件采用的配置可以基于所接收到的指令(例如来自机床控制器)。替代性地，控制器可以限制何时可以采用某一遮断器组件配置。有利地，控制器分析当遮断器组件处于收缩配置中时由传感器接收到的光，并由此确定装置的外部环境是否没有污染物足以允许遮断器组件进入打开配置。换句话说，只有当在收缩配置中执行的检查确定污染水平足够低时，才可以采用打开配置。检查可以包括测量接收到的光的强度和/或分析图像的强度特性变化。收缩配置可以只用于检查污染水平。收缩配置可以只用于测量刀具。有利地，收缩配置可以用于检查污染水平与测量刀具两者。

遮断器组件可以使用任何适当的方式来致动。例如，遮断器组件可以气动启用(即，经由一个或多个气体管线、通过压缩气体供应来启用)。遮断器组件可以是电致动的。遮断器组件可以包含至少一个弹簧，该至少一个弹簧使得在没有施加力(例如，来自电致动器或加压气体供应)的情况下采用一种配置(例如，关闭配置)。以这种方式，如果电力或气体供应被切断，装置可以默认进入关闭配置，而由此为传感器提供最大保护。

该装置可以包括如上所述的用于保护传感器的单个遮断器组件。光源可能不需要遮断器组件的保护(例如，如果使用大的广角光源从前方照亮刀具)。然而，在优选实施例中，光源也由遮断器组件保护，该遮断器组件具有与保护传感器的遮断器组件相关的上述特征中的任何一个或多个。因此，该装置可以包括用于选择性地保护光源免受污染的影响的附加遮断器组件。附加遮断器组件可以被配置成提供关闭配置，在关闭配置中，光源被附加遮断器组件覆盖，而由此防止光源受到污染。附加遮断器组件还可以提供打开配置，在打开配置中，来自光源的光可以穿过附加遮断器组件的第一孔口。附加遮断器组件还可以被配置成提供收缩配置，在收缩配置中，来自光源的光可以穿过遮断器组件的第二孔口，第二孔口小于第一孔口。应注意，该光源可以包括光学元件，比如，透镜、透明窗口等。

传感器可以被布置成检测来自光源的光，该光从放置在刀具感测区域中的刀具反射。例如，可以获取前照刀具图像和/或可以实施反射刀具测量装置。在优选实施例中，光源被设置成发射光束，该光束穿过刀具感测区域到达传感器。插入到光束中的刀具由此遮蔽了由传感器接收到的光。这允许获取刀具的后照图像。这还允许通过分析光束何时中断来检查刀具的存在。由光源产生的光可以具有任何合适的波长(例如，根据需要，从光谱的红外部分到紫外部分)。传感器优选地被选择成对光源发射的光的波长敏感。

本文还描述了一种用于在机床环境中使用的光学装置的遮断器组件，该遮断器组件被配置成提供：关闭配置，在关闭配置中，光被阻止穿过遮断器组件；打开配置，在打开配置中，光可以穿过遮断器组件的第一孔口；以及收缩配置，在收缩配置中，光可以穿过遮断器组件的第二孔口，第二孔口小于第一孔口。遮断器组件可以具有允许其附接到对刀装置的发射器(光源)和/或接收器(传感器)的特征。

本文还描述了一种用于机床的光学刀具测量装置，该光学刀具测量装置包括：用于将光引导向刀具感测区域的光源、用于检测来自刀具感测区域的光的传感器、以及用于保护传感器免受污染的影响的保护装置，其中，保护装置包括遮断器组件，该遮断器组件可以采用：关闭配置，在关闭配置中，遮断器组件覆盖传感器从而防止光到达传感器；打开配置，在打开配置中，传感器未被覆盖从而允许光落在传感器的第一区域上；以及部分打开配置，在部分打开配置中，传感器被遮断器组件部分覆盖，而由此允许光落在传感器的小于传感器的第一区域的第二区域上。遮断器组件可以包括一个或多个孔口。该装置还可以包括本文也描述的任何其他特征。

本文还描述了一种用于机床的光学刀具测量装置。该装置可以包括用于将光引导向刀具感测区域的光源。可以设置传感器以检测来自刀具感测区域的光。该装置还可以包括用于选择性地保护传感器免受污染的影响的遮断器组件。遮断器组件可以被配置成提供关闭配置。在关闭配置中，遮断器组件可以覆盖传感器，由此防止传感器受到污染。遮断器组件可以被配置成提供打开配置。在打开配置中，光可以穿过遮断器组件的第一孔口到达传感器。遮断器组件也可以提供收缩配置。在收缩配置中，光可以穿过遮断器组件的第二孔口到达传感器。有利地，第二孔口小于第一孔口。该装置还可以包括本文也描述的任何其他特征。

本文还描述了一种用于选择性地保护光学部件(例如，传感器或光源等)免受污染的遮断器组件。遮断器组件可以包括第一遮断器构件和第二遮断器构件。第一遮断器构件和/或第二遮断器构件可以基本上是平面的。第一遮断器构件可以被布置成相对于第二遮断器构件移动。例如，第一遮断器构件和第二遮断器构件的平坦表面可以接合并相对于彼此移动(滑动)(即，这些平坦表面可以滑动接触)。第一遮断器构件和第二遮断器构件可以相对于彼此来回移动和/或旋转。在一个示例中，第一遮断器构件和第二遮断器构件可以包括可以相对于彼此旋转的第一圆盘和第二圆盘。第一遮断器构件和第二遮断器构件之间的润滑剂层(例如，机床冷却剂)可以减少原本由于遮断器构件之间的滑动接触而可能发生的摩擦和/或磨损。

遮断器组件可以包括致动机构，以提供第一遮断器构件与第二遮断器构件之间的相对运动。例如，致动机构可以包含用于提供相对运动的致动器(例如，电动或气动致动器)。致动机构还可以或替代性地包括偏置装置(例如，一个或多个弹簧)，以用于将第一遮断器构件和第二遮断器构件偏置到预定相对位置(即，静止位置)。在这种布置中，致动器可以克服偏置力，以引起第一遮断器构件和第二遮断器构件背离预定(静止)位置的相对移动。遮断器组件可以包括遮断器壳体。第一遮断器构件可以相对于遮断器壳体具有固定的(不变的)位置。在这样的示例中，致动机构可以相对于遮断器壳体(和第一遮断器构件)移动第二遮断器构件。

上述遮断器组件的第一遮断器构件可以包含单个孔口。要保护的光学部件可以位于第一遮断器构件中的孔口附近(即，因此光可以穿过第一遮断器构件的孔口到达光学部件和/或从光学部件穿过)。第二遮断器构件可以包含孔口。第一遮断器构件和第二遮断器构件的相对运动可以将第二遮断器构件的孔口与第一遮断器构件的孔口对准；光进而可以穿过到达光学部件和/或从光学部件穿过。第二遮断器构件可以从对准位置移开，以使得第二遮断器构件的实心部分阻挡第一遮断器构件的孔口；这种关闭或密封状态保护光学部件免受污染的影响。遮断器组件可以仅提供打开状态和关闭状态。可选地，第二遮断器构件可以包括多个孔口(例如不同大小的孔口)，以通过改变第一遮断器构件和第二遮断器构件的相对位置来提供多个不同状态(例如，打开状态和部分打开状态或收缩状态)。

上述遮断器组件可以用于保护光学部件(例如，激光器、光电探测器、成像传感器等)免受机床恶劣环境的影响。气体流(例如，空气流)可以经由孔口喷出，以帮助防止被保护的光学部件受到污染，即使当遮断器组件处于打开状态。在优选示例中，非接触对刀装置可以包含如上所述的遮断器组件。遮断器组件可以与被保护的光学部件一体形成，或者该遮断器组件可以附接到(例如，可释放地附接到)这样的光学部件。已发现，上述遮断器组件、特别是遮断器构件的滑动布置降低了当在不同状态之间移动时碎屑被遮断器组件截留或捕获的可能性，同时当处于关闭状态中时，仍然提供良好的流体密封以防止冷却剂和其他污染物。

现在将仅通过举例方式、参考附图来描述本发明，在附图中；

图1示出了本发明的对刀器，

图2a至图2c示出了图1的装置的遮断器组件的三种配置，

图3示出了圆盘形可旋转遮断器，

图4示出了包括可旋转圆盘的遮断器组件，

图5a至图5c示出了双锥体遮断器组件，

图6a至图6c示出了具有相对锥体形式的遮断器构件的遮断器组件，以及

图7展示了在成像模式和仿真模式中操作装置的概念。

参考图1，本发明的对刀装置2被展示为安装到机床的床身4。对刀装置2包括发射光束的LED光源10。还设置了成像传感器14，该成像传感器包括用于感测光的1000×1000像素阵列(即，100万像素阵列)。光源10和传感器14包含适当的光学元件(例如，透镜等)。设置分析单元16(例如，包括处理器)以用于分析由成像传感器14收集的强度数据。光源10和成像传感器14包含在公共基座20内，并通过支柱18附连到该公共基座。放置在刀具感测区域13中的不透明物体(例如，刀具)阻挡来自光源10的光束到达传感器14。也可以设置辅助光源11以用于对刀具进行前照明。

对刀装置2所安装到的机床还包含用于保持刀具32的主轴30。主轴可围绕旋转轴线R旋转(即，允许刀具围绕其纵向轴线旋转)。主轴30在包含处理器的数控器或NC 34的控制下在机床内旋转并且四处移动。对刀装置2还经由接口36连接至NC 34。接口36经由电缆线17连接至对刀装置2。接口36还向对刀装置提供电力。此外，接口36连接至外部计算机31，以用于执行较复杂的处理任务(比如，图像分析)。应注意，计算机31还可以指导NC 34的操作(例如，通过发送由NC 34进行作用的一系列移动指令)。还应注意，接口36不必是离散单元，并且可以形成为NC 34或外部计算机31的一部分。使用时，机床(在NC 34的控制下)可以根据需要使刀具32移动进入和离开光束，由此允许刀具被测量。

对刀装置2还包含用于保护成像传感器14的第一遮断器组件40和用于保护光源10的第二遮断器组件42。第一遮断器组件40和第二遮断器组件42可以各自采用三种不同配置，即打开配置、关闭配置和收缩配置。如果第一遮断器组件和第二遮断器组件都采用打开配置，那么它们为光的通过提供相对宽的孔口。特别地，产生相对宽的光束12a，该光束从光源10传递到成像传感器14。在没有任何障碍物的情况下，光束12a的尺寸被确定成完全照亮成像传感器14的有效区域(即，1000×1000像素)。以这种方式，可以使用由成像传感器14产生的刀具的后照图像来检查放置在刀具感测区域13中的刀具。如果第一遮断器组件和第二遮断器组件都被置于关闭配置中，那么它们将光源10和传感器14与机床环境密封隔开。在这种关闭配置中，光源10和传感器14受到保护，以免受当机床执行切割操作时通常存在的大量冷却剂和切割碎屑的污染的影响。当然，在关闭配置中，测量是不可能的。

根据本发明，第一遮断器组件40和第二遮断器组件42也可以采用收缩配置。这也可以称为部分打开配置、受约束配置或受限配置。在这种收缩配置中，遮断器组件各自限定了小孔口(即，比打开配置的孔口小的孔口)。第一遮断器组件40的小孔口限制了被引导向传感器14的光量；即，产生了所展示的“窄”光束12b。第二遮断器组件42的小孔口部分覆盖成像传感器14。第一遮断器组件40和第二遮断器组件42适当对准，以使得在没有刀具的情况下，窄光束12b穿过第二遮断器组件42的小孔口并落在成像传感器14上。

在收缩配置中，还可以感测放置在刀具感测区域13中的刀具，但是装置的视野减小。可以在这个较小视野上捕获刀具的图像，或者如下文更详细描述的，该装置可以以仿真模式进行操作，在仿真模式中，分析到达传感器的光的总强度。这种仿真模式将允许以类似于上述类型的激光对刀装置的方式检测进入和/或离开光束12b的刀具。收缩配置也可以用来检测机床环境的清洁度。例如，可以分析到达传感器的光的量或图案，以确定局部环境中是否仍然存在冷却剂雾、切屑等。如果分析确定环境足够干净，那么可以采用打开配置。

提供收缩配置(即，具有较小孔口)的优点在于，提供了比处于(完全)打开配置中时更抗污染的装置。换句话说，较小孔口减少了可能传递到传感器或光源的污染量。进一步的保护通过经由遮断器组件的孔口提供流出装置的气体流(例如，压缩空气流)而成为可能。在这个示例中，这种压缩空气可以从压缩空气供应管38接收。因此，收缩配置可以具有与基于激光的非接触对刀装置类似的抗污染性，但是具有的优点在于也可以根据需要(例如，当机床环境没有冷却剂雾或切割碎屑时)采用全成像模式(即，遮断器组件处于打开配置中)。

接口36控制装置的操作。特别地，接口36可以命令装置进入关闭配置、打开配置和收缩配置中的任一种。这些都是可以根据需要的时间长度维持的稳定配置。虽然设想两个遮断器组件将在任何单个时间点处采用相同配置，但是可以分开设定第一遮断器组件40和第二遮断器组件42的配置。接口36可以从控制器34和/或外部计算机31接收指令，并相应地设定适当的配置。

参考图2a、图2b和图2c，展示了参考图1描述的类型的遮断器组件70的打开(完全打开)配置、收缩(部分打开)配置和关闭配置。图2a的打开配置提供了第一(大)孔口72，该第一孔口的尺寸被确定成使得光束可以穿过该第一孔口，该第一孔口所具有的宽度略大于成像传感器的宽度。图2b示出了收缩配置的第二(小)孔口74。第二孔口74小于第一孔口72；术语“小”和“大”用来指这些孔口的相对大小。如图2c所示，关闭配置不包含孔口，并且在此关闭配置中，提供物理和光学屏障来保护相关联的光源或传感器。关闭配置可以提供不透流体的密封。

应该注意的是，虽然展示了圆形截面的孔口，但是这些孔口可以具有任何合适形状。例如，可以选择孔口形状以对应于传感器的形状。示出了每种配置使用的单个孔口，但是一种配置也可以提供多个孔口。例如，收缩配置可以提供多个小孔口，这些小孔口允许成像传感器的多个区段被照亮。上文的示例还假设打开配置提供了允许整个成像传感器被照亮的孔口，但是这也不是必需的。打开配置可能仅使得一些成像传感器被照亮。此外，遮断器组件可以提供图2b所示的收缩配置和至少一个附加收缩配置。附加配置可以具有比收缩配置的孔口小和/或大的孔口和/或具有一个或多个孔口。

参考图3，示出了可以形成遮断器组件的一部分的遮断器构件100。遮断器构件100包括大孔口102、小孔口104和无孔口的实心区域106。在使用中，传感器(或光源)放置在遮断器构件后方。遮断器构件100进而可以围绕其中心旋转，以使得光可以根据需要经由小孔口或大孔口到达传感器。

图4示出了包含固定圆盘142和可旋转圆盘144的遮断器组件机构140。固定圆盘142可以固定到包含传感器(或光源)的壳体，使得传感器(或光源)邻近于形成在固定圆盘142中的进入孔143(在图4的视图中在后方)。可旋转圆盘144的中心经由旋转连杆145附接至固定圆盘142，该旋转连杆允许可旋转圆盘144围绕其中心旋转。可旋转圆盘144包含第一(大)孔口146和第二(小)孔口148。致动活塞150通过定心弹簧152保持在中心位置中。当致动活塞150处于图4所展示的中心位置中时，可旋转圆盘144阻挡进入孔143，由此防止光到达传感器；即，提供了关闭配置。致动活塞150可以被通电以前后移动，由此旋转可旋转圆盘144。取决于旋转方向，此旋转可以使第一(大)孔口146或第二(小)孔口148与进入孔143对准。以这种方式，可以提供打开配置和收缩配置。在没有施加力的情况下，弹簧将组件偏置到关闭配置。

虽然在上述实施例中描述了关闭配置、打开配置和收缩配置，但是作为当前要求保护的发明的替代，可旋转圆盘144可以仅包括单个孔口。遮断器组件机构140进而可以用于选择性地保护任何光学部件(例如，通过根据需要被打开或关闭)。这种替代概念也在上面进行了更详细的描述，并且可以进一步包括本文也描述的其他特征中的任何一个或多个。

参考图5a至图5c，分别展示了遮断器组件处于打开状态、收缩状态和关闭状态中的进一步的示例。遮断器组件包括具有通路202的壳体200。

图5a示出了处于打开配置中的遮断器组件，其中通路202是无障碍的。因此，通路202的直径限定了(完全打开的)第一孔口。在这种打开配置中，光束204可以穿过遮断器组件(例如，传递到传感器或从光源传递)，但是大孔口将仅提供防止污染物进入由遮断器组件保护的任何装置的最少保护。

图5b示出了处于收缩配置中的遮断器组件。在这种收缩配置中，收缩构件220被第一弹簧224的动作向上推入到通路202中。收缩构件220的上端穿过通路202，并接合设置在壳体的主体内的止动特征222。收缩构件220的远端和止动特征222被布置成使得当接合时，收缩构件220相对于通路202和壳体200总是采用相同位置。特别地，止动特征222和收缩构件220包含互补的运动学或拟运动学特征(例如，一组间隔开的球和相应的一组辊)，当接合时，这些特征提供相同的(可重复的)位置。收缩构件220是不透明的，但是具有位于通路内的小通道或孔口226。这允许一些光束204穿过遮断器组件。此外，引入到收缩构件220的中空内部的压缩空气经由小孔口排出。这个小孔口与空气供应相结合，提供了防止污染物穿过遮断器组件的高水平保护。

图5c示出了处于关闭配置中的遮断器组件。在这种关闭配置中，位于收缩构件内的关闭构件240被第二弹簧242向上推动。关闭构件阻挡收缩构件220的孔口。关闭构件240还包含O形环243，以提供不透流体的密封，从而进一步防止污染物进入。收缩构件220和关闭构件240因此完全阻挡通路202，并提供密封以防止任何污染物穿过遮断器组件。

如上文所解释，压缩空气用于抵抗由第一弹簧224和第二弹簧242施加的弹簧力来移动收缩构件220和关闭构件240。因此，在没有压缩空气供应的情况下，遮断器组件采用关闭配置，但是压缩空气的适当供应可以根据需要引起对收缩配置或打开配置的采用。虽然这种气动布置是方便的，但是也可以替代性地提供电致动或其他致动布置。

图5a至图5c所示的遮断器组件可以集成到对刀装置中(例如，集成到上文参考图1描述的装置中)。换句话说，该遮断器组件可以形成为这种装置的一体部分，该一体部分在正常维护或使用过程中无法移除。替代性地，保护单元可以包括图5a至图5c所示的遮断器组件。保护单元可以包括遮断器组件所位于的壳体200。保护单元进而可以可释放地附接到对刀装置的主体。例如，对刀装置的主体可以具有与保护单元的对应特征相配合的特征，以允许根据需要并且在需要时进行附接和拆卸。该附接可以是可重复的。可重复的附接可以包含运动连接。在这样的实施例中，保护单元可以在需要时容易地移除和更换。可以进行这种移除来清洁通常由遮断器组件保护的部分；例如，传感器或光源(其可以包含保护性透明窗口)可以被定期清洁，或者如果例如遮断器组件在存在污染物的情况下意被外地置于打开配置中，则进行清洁。

图6a至图6c示出了上文参照图5a至图5c描述的遮断器组件的替代方案。

图6a至图6c示出了遮断器组件，该遮断器组件包括具有中心通路302的壳体300，光可以通过该中心通路传递到检测器和/或从光源传递。壳体300内所包含的第一构件310可沿着线性轴线A_x来回移动。壳体300内同样包含的第二构件320也可沿着同一轴线A_x来回移动。第一构件310包含第一(大)孔口312，并且第二构件320包含第二(小)孔口322。如上所述，遮断器组件可以可释放地附接至对刀装置的主体，或者与该对刀装置的主体永久集成在一起。

在图6a中示出了遮断器组件的完全打开配置。在这种打开配置中，第一构件310被气动力向上推动，使得第一(大)孔口312位于中心通路302内。第一构件310也接合第二构件320，并将该第二构件向上推出通路302。因此，相对大直径的光束330可以穿过通路302。

在图6b中示出了遮断器组件的收缩配置。在这种收缩配置中，第一构件310通过气动力缩回(向下移动)。在弹簧340施加的力的作用下，第二构件320被推入通路302中。第二构件320具有锥形表面342，这些锥形表面接合形成在壳体内的对应锥形特征344，而由此将第二构件320相对于通路302定位在所需位置中。如上所述，适当特征(例如，运动学特征)可以用于提供必要水平的位置可重复性。第二(小)孔口322因此位于通路302内，并相应地使通路302收缩。在这种配置中，空气也可以从第二孔口322喷出。

图6c示出了关闭配置。在这种配置中，在弹簧340施加的力的作用下，第二构件320被推入通路302中，并采用根据收缩配置相同的位置。然而，第一构件310也被其相关联的弹簧342向上推动，并且第一构件310的远端进入第二构件320内的中心间隙，而由此阻挡和密封通路302。这种配置是在没有施加任何气动力的情况下采用的；也就是说，如果关闭了对遮断器组件的压缩空气供应，弹簧340和342将第一构件和第二构件偏置到此关闭配置中。

参考图7，将描述上述对刀装置以视觉模式和激光仿真模式进行的操作。如上文所提及的，图1的装置的成像传感器具有1000乘1000像素元素阵列；这在图7中被展示为成像传感器60。这些像素元素各自可以检测接收光的强度并且来自每个像素的接收光强度可以从成像传感器60中读取。但是，即使成像传感器的总线速度是大约50MHz，从一百万像素读取强度数据也只能以大约50Hz的速率完成。作为比较，典型的现有技术的基于激光的对刀器(其中使用单个光电二极管测量光束强度)具有超过20kHz的带宽。如果当光束的某一比例(例如50％)被进入光束的刀具阻挡时生成触发信号，那么测量光束强度时的速率决定了在给定的刀具移动速度下可能进行的位置测量的准确度。因此，可以看到，将光束强度测量的速率从20kHz减小到50Hz将大大降低测量精确性或意味着刀具必须以低得多的速度移动。

当处于收缩模式中时，装置2使用分析单元16仅从成像传感器60的像素的非常小的子集62(即，被尺寸减小的光束照亮的至少一些像素)提取光束强度信息。在本示例中，成像传感器60的一百万像素中的仅十六个像素的子集62接收的光强度被传送到分析单元16；这十六个像素被示出为成像传感器60的在图7的小图64中提供的展开图中的实心块66。以这种方式，已经发现可以以100KHz或更高的速率提取强度数据(即，对于这个像素子集的十六个像素)。

分析单元16进而将由成像传感器的像素子集62的每个像素测得的强度值进行组合(即，求和)以产生合成光束强度值。分析单元16还将合成光束强度值与阈值进行比较。特别地，“光束清晰”强度值被设定为等于当没有物体位于光束中时出现的合成光束强度值。分析单元16可以进而将合成光束强度值与光束清晰强度值进行比较并且当越过某一强度阈值时发出触发信号。例如，可以在合成光束强度值越过等于光束清晰强度值的一半的阈值时发出触发信号。此触发信号可以接着经由接口36被传输至NC 34。

因此装置可以模仿包括单个元件光电二极管的基于激光的对刀器的操作。产生合成光束强度值的20kHz帧速率意味着测量具有与现有技术对刀系统相似的准确性。这还允许对刀设备2代替现有的基于激光的对刀器而无需修改该设备使用的测量惯例。换言之，可以提供与现有基于激光的对刀器的向后兼容。然而，当遮断器组件处于打开配置中时，对刀设备2还可以提供基于视觉的测量功能。关于这种仿真模式的更多细节可以在本申请人先前提交的PCT专利申请PCT/GB2018/052600中找到，其内容通过援引并入本文。

应当记住的是，以上仅仅是本发明的示例。鉴于本公开，本领域技术人员将完全理解对上述示例的各种替代和修改是可能的。

Claims

1.一种用于机床的光学刀具测量装置，包括：

光源，用于将光引导向刀具感测区域，

传感器，用于检测来自所述刀具感测区域的光，以及

2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述传感器包括二维成像阵列，所述二维成像阵列包括多个像素，所述打开配置的第一孔口的大小被设定为允许光传递到所述多个像素的第一集合，并且所述收缩配置的第二孔口的大小被设定为允许光传递到所述多个像素的第二集合，所述第二集合包含的像素少于所述第一集合。

3.根据权利要求2所述的装置，其中，所述成像阵列能以成像模式和仿真模式进行操作，在所述成像模式中，能够从所述多个像素的第一集合捕获图像，在所述仿真模式中，对落在所述第二集合像素上的合成光强度进行测量。

4.根据任一前述权利要求所述的装置，其中，所述遮断器组件包括用于使光传递到所述传感器的通路，所述通路限定了所述第一孔口。

5.根据权利要求4所述的装置，其中，所述遮断器组件包括限定所述第二孔口的收缩构件，所述收缩构件能移动到通路中，使得所述第二孔口使所述通路收缩。

6.根据权利要求5所述的装置，其中，所述遮断器组件包括关闭构件，所述关闭构件能移动到所述通路中以关闭所述通路并且由此覆盖所述传感器。

7.根据权利要求6所述的装置，其中，所述收缩构件和所述关闭构件能分别沿着公共轴线移动，所述收缩构件包括中心腔，所述关闭构件能够移动通过所述中心腔。

8.根据权利要求1至4中任一项所述的装置，其中，所述遮断器组件包括遮断器构件，所述遮断器构件包括限定所述第一孔口的第一部分、限定所述第二孔口的第二部分、以及无孔口的第三部分，所述遮断器构件能移动而使得所述第一部分、所述第二部分和所述第三部分能够相对于所述传感器定位以分别提供所述打开配置、所述收缩配置和所述关闭配置。

9.根据任一前述权利要求所述的装置，其中，当所述遮断器组件处于所述关闭配置中时，所述传感器基本上与外部环境密封隔开。

10.根据任一前述权利要求所述的装置，其中，所述第一孔口和所述第二孔口能够各自采用相对于所述传感器的可重复位置。

11.根据任一前述权利要求所述的装置，其中，所述遮断器组件设置在保护单元内，并且所述传感器设置在接收器单元内，所述保护单元在可重复位置中可移除地附接到所述接收器单元。

12.根据任一前述权利要求所述的装置，其中，设置了至少一个入口以用于接收气体供应，并且当所述遮断器组件处于所述收缩配置中时，所述装置内的内部导管允许所接收的气体经由所述第二孔口排出。

13.根据任一前述权利要求所述的装置，包括控制器，所述控制器用于引导所述遮断器组件进入所述打开配置、所述关闭配置和所述收缩配置中的任一种，其中，所述控制器分析当所述遮断器组件处于所述收缩配置时由所述传感器接收到的光，并从其确定所述装置的外部环境是否没有污染物足以允许所述遮断器组件进入所述打开配置。

14.根据任一前述权利要求所述的装置，包括附加遮断器组件，所述附加遮断器组件用于选择性地保护所述光源免受污染的影响，所述附加遮断器组件被配置成提供关闭配置和打开配置，在所述关闭配置中，所述光源被所述附加遮断器组件覆盖而由此防止所述光源受到污染，并且在所述打开配置中，来自所述光源的光能够穿过所述附加遮断器组件的第一孔口，所述附加遮断器组件还被配置成另外提供收缩配置，在所述收缩配置中，来自所述光源的光能够穿过所述遮断器组件的第二孔口，所述第二孔口小于所述第一孔口。

15.根据任一前述权利要求所述的装置，其中，所述光源被布置成发射光束，所述光束穿过所述刀具感测区域到达所述传感器，刀具被插入到所述光束中而由此遮蔽由所述传感器接收到的光。