CN116868024A - 铰接构件 - Google Patents

Abstract

披露了一种包括铰接接头的计量设备，该铰接接头包括：第一本体和第二本体，该第一本体和该第二本体可以围绕第一轴线以多个不同的角度取向锁定在一起；第一本体包括支柱，该支柱可由马达在缩回构型与伸出构型之间致动，在该缩回构型中，第一本体和第二本体处于其锁定状态，在该伸出构型中，第一本体和第二本体被支柱沿着第一轴线固持分开，使得第一本体和第二本体解锁，从而准许第一本体和第二本体相对旋转，支柱和第二本体被朝向彼此磁力地偏置，以磁力地保持第一本体和第二本体；并且进一步包括至少一个补充偏置构件，其被配置成将支柱朝向其缩回构型偏置。

Description

铰接构件

本发明涉及一种铰接接头，特别是用于计量设备中的铰接接头。例如，本发明涉及一种用于铰接头的铰接接头，该铰接头被配置成将测量探头支撑在坐标定位设备上，使得测量探头可以被布置为多个不同的旋转取向。

如在坐标定位设备的领域中、特别是在坐标测量机(CMM)的领域中众所周知的，用于测量探头(或物体)的铰接头(或旋转台)包括可铰接构件，这些可铰接构件有助于安装在其上的测量探头(或物体)绕至少一条旋转轴线重新定向。典型地，铰接头将提供两条正交的旋转轴线，但也可以提供更少或更多的旋转轴线。

US 5185936描述了一种具有一条旋转轴线的铰接头，并且EP 2889573和WO 2006/079794描述了提供两条正交的旋转轴线的铰接头。如这些文件中所描述的，还已知的是提供具有分度机构的铰接头，该分度机构使得铰接头的可相对旋转的部分能够被锁定到限定的分度位置。可以通过提供两组相互啮合的构件(在每个可相对旋转的构件上有一组)来提供分度机构。当相互啮合的构件相接合时，它们锁定从而呈现可旋转构件的相对旋转。当相互啮合的构件脱接合时，可旋转构件相对于彼此自由旋转，使得它们(以及安装在其上的测量探头)可以在重新接合之前重新定位到新的取向，以便将可旋转构件(以及安装在其上的测量探头)锁定在新的取向。然后可以在测量探头被固持在限定的、已知的旋转取向的情况下进行测量操作。

本发明涉及一种改进的铰接接头。

根据本发明的第一方面，提供了一种包括铰接接头的计量设备，该铰接接头包括：第一本体和第二本体，该第一本体和该第二本体可绕第一轴线以多个不同的角度取向锁定在一起；第一本体包括支柱，该支柱可由马达在缩回构型与伸出构型之间致动，在该缩回构型中，第一本体和第二本体处于其锁定状态，在该延伸构型中，第一本体和第二本体被支柱沿着第一轴线固持分开，使得第一本体和第二本体解锁，从而准许第一本体和第二本体相对旋转，支柱和第二本体被朝向彼此磁力地偏置，以磁力地保持第一本体和第二本体；并且进一步包括至少一个补充偏置构件，其被配置成将支柱朝向其缩回构型偏置。

有利地，该至少一个补充偏置构件是对上述用于将支柱在其缩回构型与伸出构型之间致动的马达的补充(并且因此不同于该马达)。相应地，除了由马达实现的用于使支柱朝向其缩回位置返回的任何偏置/力之外，该至少一个补充偏置构件被配置成还提供所述偏置/力。相应地，可以说该至少一个补充偏置构件辅助马达使支柱朝向其缩回构型返回并且可以帮助减少马达所需的峰值力和功。

相应地，本发明可以帮助提供以下项中的一个或多个：增加的速度、减少的磨损、更长的寿命、更小的马达、更小的设备/铰接接头和/或更低的成本，和/或本发明可以帮助减小锁定构型与解锁构型之间的起动(break-out)力的差异(如下面更详细地解释的)。

有利地，该至少一个补充偏置构件不需要持续的马达功率/驱动来提供所述偏置(或者换言之，不需要主动驱动马达以继续提供由补充偏置构件提供的所述偏置)。相应地，该至少一个补充偏置构件可以是非机动化的。这种配置有助于避免可能对计量产生不利影响的过多热量输入到铰接接头中。相应地，除了将支柱朝向其缩回构型偏置的任何由马达驱动/施加的力之外，所述至少一个补充偏置构件也可以工作。

第一本体和第二本体可以包括对应的接合特征，这些接合特征被配置成在第一本体和第二本体处于其锁定构型时彼此接合。此类接合特征可以被配置成在第一本体和第二本体处于其解锁构型时完全脱接合。第一本体和第二本体上的接合特征可以位于支柱和第二本体上的磁性材料/磁体的径向外侧(这有助于支柱和第二本体之间的所述磁偏置)。接合特征可以设置在第一本体和第二本体的相对面上。第一本体和第二本体的接合特征可以通过第一本体和第二本体沿着第一轴线在第一方向上的轴向相对移动而脱接合，使得第一本体和第二本体可以解锁并且绕第一轴线相对旋转。第一本体和第二本体的接合特征可以通过第一本体和第二本体沿着该轴线在第二方向上的轴向相对移动而重新接合，使得第一本体和第二本体可以被锁定在新的相对旋转位置。

对应的接合特征可以使得第一本体和第二本体能够在绕第一轴线的任何相对旋转位置处(在第一本体和第二本体的可旋转范围内)锁定在一起。换言之，对应的接合特征可以实现第一本体和第二本体的近乎无限的定位(在第一本体和第二本体的可旋转范围内)。例如，第一本体和第二本体中的至少一者的接合特征可以包括平坦的平面表面，另一个本体的接合特征可以压靠在该平坦的平面表面上，以在第一本体与第二本体之间提供摩擦锁定。替代性地，铰接接头可以是分度式铰接接头。相应地，第一本体和第二本体的接合特征可以包括可相互接合的接合元件，这些接合元件可以绕第一轴线以多个预定的不同角度取向锁定在一起。由此，这样的可相互接合的接合元件可以提供第一本体和第二本体可以相对于彼此锁定的多个预定的角度分度位置。相应地，这些可相互接合的接合元件可以提供分度机构。可相互接合的接合元件/分度机构可以提供10°或更小的分度增量，例如5°或更小、例如4°或更小的分度增量。可相互接合的接合元件/分度机构可以提供至少0.5°、例如至少1°的分度增量。例如，可相互接合的接合元件/分度机构可以提供约2.5°的分度增量。

如将理解的，可相互接合的接合元件/分度机构可以包括两组相互啮合的构件/特征，在第一本体和第二本体中的每一个上各一组。可相互接合的接合元件/分度机构可以包括例如在第一本体和第二本体中的一个本体上(例如第一本体上)的环形系列的特征，例如一系列球或一系列锥形齿(例如从而提供端面花键(face spline)构件)。第一本体和第二本体中的另一个本体(例如，第二本体)也可以包括环形系列的特征，但可以优选的是，第一本体和第二本体中的另一个(例如，第二本体)的接合元件被配置成使得当处于锁定状态时，它们仅在多个离散的、环形隔开的位置处与第一本体和第二本体中的所述一个本体上(例如，第一本体上)的环形系列的特征的齿系列的子集接合。该设备可以被配置成使得当处于锁定状态时(并且对于每个可能的分度位置)，设置在第一本体和第二本体中的另一个本体上的接合元件在多个(例如三个)离散的位置(例如等角度隔开的位置)处与第一本体和第二本体中的所述一个本体的齿系列的子集接合。

第一本体和第二本体上的接合特征/可相互接合的接合元件/分度机构可以被配置成在其间提供运动学定位/连接(例如，在绕第一轴线的这些预定的不同角度取向中的每一个处)。如将理解的，运动学安装座以下安装座：该安装座在一个部分上具有布置成与另一部分上的元件协作以提供可高度重复定位的元件。这些元件被布置成彼此协作，以便优选地通过六个接触点或约束点在所有六个自由度(即，三个垂直线性自由度和三个垂直旋转自由度)上约束这些部分之间的相对运动。在一个特定实施例中，这些部分中的一个部分上的元件可以布置成在三个隔开的位置中的每一个处提供一对相互会聚的表面，从而提供与另一个部分上的元件的总共六个接触点。这限制了一个部分相对于另一部分的六个可能的自由度。这种运动学安装座有时被称为Boys支撑件，并且在例如H.J.J.Braddick的“Mechanical Design of Laboratory Apparatus[实验室设备的机械设计]”,Chapman andHall,伦敦,1960年,第11页至第30页中进行了描述。下面提供了用于提供这种运动学定位/连接的示例配置的进一步细节。

在支柱和第二本体之间提供磁偏置可以避免对机械臂/杠杆(或类似物)的需要，该机械臂/杠杆物理地连接到第一本体和第二本体两者并且被配置成在处于锁定构型时在第一本体与第二本体之间施加拉力/保持力。例如，在根据本发明的示例实施例中，当处于其缩回构型时，优选地支柱与第二本体解联接，使得第一本体与第二本体之间的唯一机械约束由上述对应的接合特征提供。例如，当处于锁定构型时，支柱与第二本体解联接，使得支柱不干扰第一本体和第二本体的上述(例如运动学)联接。

优选地，该设备被配置成使得在锁定构型和解锁构型两者中，第一本体和第二本体主要且例如纯粹/仅经由磁偏置被保持/固持(或者换言之，主要且例如纯粹/仅通过作用于第一本体与第二本体之间的磁力被固持)。

该至少一个补充偏置构件可以帮助将支柱保持在其缩回构型中。相应地，该至少一个补充偏置构件可以提供其偏置，甚至在支柱处于其缩回构型时也是如此。

优选地，该设备被配置成使得该至少一个补充偏置构件对支柱的偏置力(其将支柱朝向其缩回构型偏置)的量在缩回构型中比在伸出构型中更大。有利地，该设备可以被配置成使得在其缩回构型中，支柱被该至少一个补充偏置构件固持在那里。

支柱可以在处于其伸出构型时联接到第二本体(例如，经由如下面更详细地描述的对应接合特征)，并且在处于其缩回构型时与第二本体解联接。

优选地，该设备被配置成使得马达要将支柱固持在其缩回构型所需的力/功率显著小于马达要将支柱与第二本体解联接所需的力/功率(例如至少小50％，更优选地至少小80％，特别优选地至少小90％，例如至少小95％)。

可选地，该设备可以被配置成使得在其缩回构型中(例如，当第一本体和第二本体处于其锁定构型时)，由该至少一个补充偏置构件提供的偏置基本上平衡了支柱与第二本体之间使支柱朝向其伸出构型偏置的任何力(例如，基本上平衡了支柱和第二本体之间的磁偏置(例如，吸引力))。换言之，可选地，该设备可以被配置成使得在其缩回构型中(例如，当第一本体和第二本体处于其锁定构型时)，支柱上的净负载(例如，净磁负载)基本上为零。这可以帮助避免反向驱动力被施加在马达上，该马达被配置成将支柱在其缩回构型与伸出构型之间驱动/致动。这进而可以帮助促进更有效的马达配置和更低的摩擦，这进而可以帮助提供更长的工作寿命和更低的相关联成本。例如，在包括导螺杆的马达配置中，本发明可以有助于使得能够使用更低摩擦的导螺杆。

相应地，该设备可以被配置成使得在其缩回构型中(例如，当第一本体和第二本体处于其锁定构型时)基本上不需要马达功率(例如来自用于致动支柱的所述马达)来防止支柱朝向其伸出构型移动(例如，基本上不需要马达来将支柱固持在其缩回构型)。如将理解的，摩擦力可以在实现这一点中发挥作用(例如支柱与第一本体之间的摩擦力和/或用于驱动支柱的马达机构中的摩擦力)。如将理解的，摩擦力可以在实现这一点中发挥更重要的作用，尤其是如果用于将支柱在其缩回构型与伸出构型之间致动的马达基本上不可反向驱动的话。然而，这可以主要通过该至少一个补充偏置构件对支柱提供朝向其缩回构型的足够偏置来实现。例如，通将该设备配置成使得在其缩回构型中，由该至少一个补充偏置构件提供的偏置至少基本上平衡支柱和第二本体之间的将支柱朝向其伸出构型偏置的磁偏置，并且例如可以大于支柱与第二本体之间的将支柱朝向其伸出构型偏置的磁偏置。例如，该设备可以被配置成使得当马达关掉/停用时，通过由补充偏置构件提供的偏置以及第二本体与支柱之间的磁偏置来维持支柱的轴向位置。

可选地，这可以如下实现：将该设备配置成使得在其缩回构型中，由该至少一个补充偏置构件提供的偏置至少与支柱和第二本体之间的迫使支柱朝向其伸出构型的磁力相同(并且可选地该磁力)。如果当处于缩回构型时由该至少一个补充偏置构件提供的偏置大于支柱与第二本体之间的迫使支柱朝向其伸出构型的磁力，则支柱可以被偏置抵靠机械止动件。

该至少一个补充偏置构件可以包括被配置成将支柱朝向其缩回构型偏置的至少一个(机械)弹簧。有利地，该至少一个补充偏置构件可以被配置成将探头朝向其缩回构型磁力地偏置。例如，该至少一个补充偏置构件可以包括磁性材料。例如，该设备可以被配置成使得支柱上的磁体被朝向所述磁性材料磁力地偏置(例如吸引)，以便提供这样的偏置。有利地，磁性材料可以包括至少一个磁体。相应地，可以提供被配置成将支柱朝向其缩回构型偏置的至少一个磁体。使用磁偏置代替机械弹簧可以帮助避免系统中的磁滞。

优选地，该至少一个补充偏置构件设置在第一本体上/由第一本体提供/与第一本体一起设置。

支柱以及第一本体和第二本体可以包括布置成提供以下项的磁性材料：i)作用在支柱上、将支柱朝向其伸出构型推动的磁力；以及ii)作用在支柱上、将支柱朝向其缩回构型推动的磁力。

可选地，仅第一本体、第二本体和支柱的子集可以包括磁体，而其他构件包括磁性材料。例如，支柱可以包括磁体，并且第一本体和第二本体可以包括吸引该磁体的磁性材料。

优选地，第一本体、第二本体和支柱中的每一个均可以包括磁体。这可以帮助提高该系统保持第一本体和第二本体以及将支柱固持在适当位置的效率。在这种情况下，优选地，第一本体的磁体被配置成磁力地吸引支柱。优选地，第二本体的磁体被配置成磁力地吸引支柱。优选地，第一本体、第二本体和支柱的磁体基本相同。

优选地，第一本体、支柱和第二本体的磁体(和/或磁性材料)基本上同轴布置。再次，这可以帮助提高该系统保持第一本体和第二本体以及将支柱固持在适当位置的效率。

该设备可以被配置成使得，支柱的缩回位置使得第一本体、第二本体和支柱的磁性材料(例如磁体)基本上等距(即第一本体与支柱的磁性材料之间的距离、以及第二本体与支柱的磁性材料之间的距离基本上相同。

优选地，第一本体、第二本体和支柱中的至少一个包括环磁体。优选地，第一本体、第二本体和支柱中的每一个均包括环磁体。如下面更详细地解释的，已经发现使用环磁体比使用盘磁体提供了更有效的系统。

支柱可以包括在其端部处的径向延伸的面部分，该径向延伸的面部分被配置成接合第二本体并且被布置成被夹在第一本体与第二本体之间。径向延伸的面部分可以包括支柱的上述磁性材料/磁体。

支柱和第二本体可以包括对应的接合特征，这些接合特征被配置成在支柱处于其伸出构型时接合。此类接合特征可以被配置成在支柱处于其缩回构型时完全脱接合。支柱构件上的接合特征可以位于支柱上的磁性材料/磁体的径向外侧(这有助于支柱与第二本体之间的所述磁偏置)。支柱的径向延伸的面部分可以包括所述接合特征。支柱和第二本体上的接合特征可以被配置成在其间提供运动学定位/连接(例如，通过支柱和第二本体中的一者上的三个球形/球构件和另一者上设置的三个v形槽的已知布置(例如，由成对的圆柱形构件提供)，或者通过支柱和第二本体中的一者上的三个球形/球构件和另一者上设置的三面孔、V形槽和平面座部)。

有利地，当处于其缩回构型时，支柱与第二本体解联接。特别地，当处于其缩回构型时，支柱与第二本体解联接，使得当处于锁定状态时，支柱对第一本体和第二本体的相对位置没有影响。

可以在第一本体和第二本体之间设置安全掣子，以防止第一本体和第二本体完全分开(例如，在意外碰撞的情况下)。安全掣子可以设置在支柱与第二本体之间。

有利地，第一本体和第二本体仅通过磁偏置/力在其锁定构型和/或解锁构型中固持在一起。这可以避免在处于其锁定构型(和/或解锁构型)时在两者之间需要提供机械连结件，该机械连结件可能干扰并影响它们的相对空间构型，该相对空间构型由设置在第一本体与第二本体之间的接合特征决定。相应地，优选地，在处于锁定状态的第一本体和第二本体之间不存在伸长和起作用(即，提供一些偏置/力)的机械/物理连结件(例如弹簧)。

该设备可以包括被配置成在第一本体和第二本体被解锁时驱动第一本体和第二本体绕旋转轴线(第一轴线)的马达(“重新定向”马达机构)。该设备可以包括至少一个传感器(例如，编码器设备)，该至少一个传感器被配置成测量当解锁时(和/或锁定时)第一本体和第二本体绕第一轴线的相对旋转位置。

有利地，至少当处于解锁构型时，支柱可以相对于第一本体旋转，并且相对于第二本体绕第一轴线在旋转意义上被固定(使得支柱和第一本体的相对旋转引起第一本体和第二本体的相对旋转)。优选地，提供至少一个马达来实现支柱和第一本体的所述相对旋转。优选地，提供至少一个传感器(例如编码器设备)来测量支柱和第一本体的相对旋转/旋转位置(使得能够由此确定第一本体和第二本体绕第一轴线的相对旋转位置)。

该计量设备可以包括第三本体，该第三本体可以相对于第一本体和第二本体被锁定在绕第二轴线的多个不同角度取向。第一轴线和第二轴线可以基本上正交。可选地，第一本体和第三本体可以绕第二轴线以多个不同的角度取向锁定在一起。第一本体可以包括第二支柱，该第二支柱可由马达在缩回构型与伸出构型之间致动，在该缩回构型中，第一本体和第三本体处于其锁定状态，在该伸出构型中，第一本体和第三本体被支柱沿着第二轴线固持分开，使得第一本体和第三本体解锁，从而准许第一本体和第三本体进行相对旋转。第二支柱和第三本体可以被朝向彼此磁力地偏置，以磁力地保持第一本体和第三本体。可以设置被配置成将第二支柱朝向其缩回构型偏置的至少一个补充偏置构件。如将理解的，上文和下文结合第一本体和第二本体描述的特征同样适用于第一本体和第三本体，并且为了清楚和简洁起见这里不再重复。

该计量设备可以包括旋转台，该旋转台包括铰接接头，要检查的工件安装在该旋转台上。计量设备可以包括探头头部，该探头头部包括铰接接头。探头头部可以被配置成将测量探头支撑在坐标定位设备上，使得测量探头可以被布置为多个不同的旋转取向(例如不同的分度旋转取向)。合适的测量探头包括接触式和非接触式测量探头。合适的测量探头包括用于测量工件的尺寸的探头。合适的测量探头包括触摸触发式测量探头还以及扫描或“模拟”测量探头。

该计量设备(例如旋转台/探头头部)可以被配置成安装在定位设备、特别是坐标定位设备、例如坐标测量机(CMM)上。该计量设备(例如旋转台/探头头部)可以安装在定位设备上，该定位设备被配置成有助于在至少两个、例如三个正交的线性自由度上重新定位该计量设备。该计量设备(例如旋转台/探头头部)可以经由一个或多个可释放紧固件(比如一个或多个螺栓)可移除地安装到定位设备(例如到CMM的z柱或套管轴)。可选地，计量设备被配置成经由第二本体(例如经由与第二本体接合的一个或多个可释放紧固件，比如一个或多个螺栓)(例如可移除地)安装到定位设备。

计量设备(例如探头头部)可以包括用于将工具可移除地安装在其上的工具安装座。第一本体、第二本体(或者如果提供的话，第三本体)可以包括工具安装座。

工具安装座可以形成运动学安装座的一部分，该运动学安装座的另一部分由要安装在其上的工具提供。工具安装座可以包括用于磁力地保持安装在其上的工具的一个或多个磁体。

用于安装在计量设备(例如探头头部)上的合适工具包括测量探头。合适的测量探头包括用于测量工件的尺寸的探头。合适的测量探头可以是接触式或非接触式测量探头。合适的测量探头包括触摸触发式测量探头还以及扫描或“模拟”测量探头。

可相互接合的接合元件可以包括设置在第一本体和第二本体中的一个本体上的端面花键(例如，端面花键布置/构件)。端面花键可以包括环形布置的锥形齿系列，例如连续环形系列的锥形齿。设置在第一本体和第二本体中的另一个本体上的接合元件可以被配置成在处于锁定状态时在多个离散的、环形隔开的位置处与端面花键的齿系列的子集接合。

可相互接合的接合元件可以设置在第一本体和第二本体的相对面上。

可相互接合的接合元件/分度机构可以被描述为包括环形有齿布置，该环形有齿布置包括设置在第一本体和第二本体中的一个本体上的一(例如连续)系列的(例如基本上径向延伸的)齿，其中设置在第一本体和第二本体中的另一个本体上的接合元件可以被配置成在处于锁定状态时在多个离散的、环形隔开的位置处与环形有齿布置的齿系列的子集接合。

可相互接合的接合元件/分度机构的环形系列的特征(例如端面花键的环形布置的锥形齿系列)可以包括离散/分开的特征组(例如锥形齿)(或者换言之，在环形布置的特征/锥形齿系列中可以存在间隙)。例如，可以有两组或更多组(特别是三组或更多组)特征/锥形齿设置在环形隔开的位置处。在第一本体和第二本体可以相对于彼此重新定向的范围受到限制的情况下，这可以是可能的/优选的。例如，在设置在第一本体和第二本体中的另一个本体上的接合元件在三个离散的、等角度隔开的位置处与端面花键/环形有齿布置的齿系列的子集接合(在下面更详细描述)的实施例中，并且如果第一本体和第二本体可以/要相对于彼此重新定向的范围小于120°，则环形布置的特征(例如锥形齿)系列可以包括离散的特征组(例如锥形齿)，而不是连续环形系列的特征(例如锥形齿)。然而，在大多数情况下，优选的是存在连续环形系列的特征(例如锥形齿)。

优选地，该特征系列中的特征(例如锥形齿)的节距(或者换言之“周期”)基本上恒定(或者换言之，相邻特征(例如齿)之间的间距基本上恒定)。

端面花键可以包括沿其长度弯曲的齿(例如，使得对于每个齿，沿其长度的中心线是弯曲的)。例如，端面花键可以包括曲线形(Curvic)接头构件。端面花键可以包括基本上直的齿(例如，使得对于每个齿，沿其长度的中心线基本上是直的)。例如，端面花键可以包括端面齿(Hirth)接头构件。

端面花键的锥形齿可以基本上径向延伸(例如，使得对于每个齿，沿其长度的中心线基本上径向延伸)。换言之，端面花键的每个锥形齿可以基本上平行于(端面花键/环形系列齿)径向方向(即，平行于端面花键的半径/环形齿系列的半径)延伸。

然而，如将理解的，端面花键的锥形齿可以与径向方向成某个角度延伸，但优选地不超过45°，更优选地不超过25°，例如不超过10°，例如不超过5°。换言之，端面花键的锥形齿可以被配置成使得对于每个齿，沿其长度的中心线与径向方向(即，与端面花键/环形齿系列的半径)成某个角度延伸。

端面花键/环形有齿布置的齿可以与基底本体一体地形成。换言之，端面花键/环形有齿布置可以包括其中形成有所述系列锥形齿的本体。这种配置可以通过模制和/或机加工来形成。相应地，端面花键/环形有齿布置的齿和基底本体可以是单件。相同的配置可以应用于第一本体和第二本体中的另一个本体上的接合元件。

设置在第一本体和第二本体中的另一个本体上的接合元件可以在所述多个离散的、环形隔开的位置中的每一个处包括至少一个特征(例如，齿)，该至少一个特征被配置成接合端面花键/环形有齿布置的锥形齿。设置在第一本体和第二本体中的另一个本体上的接合元件可以在所述多个离散的、环形隔开的位置中的每一个处包括单一特征(例如，齿)。设置在第一本体和第二本体中的另一本体个上的特征(例如齿)可以是锥形的。

相应地，端面花键的齿和/或第一本体和第二本体中的另一个本体的齿可以是基本上楔形的。例如，它们可以具有垂直于它们的长度/(环形齿系列的)径向方向截取的基本上三角形或梯形的截面。

端面花键/环形有齿布置的齿和/或设置在第一本体和第二本体中的另一个本体上的特征(例如，齿)可以是基本上长形的(例如，在径向方向上)。

如上所述，端面花键/环形有齿布置的齿可以是非球形的。特别地，例如，可选地，齿的沿着齿长度观察/截取的截面形状不是圆形的，并且可选地基本上是矩形或梯形的。如将理解的，齿的长度是从其径向最内点/侧到其径向最外点/侧测量的。

端面花键/环形有齿布置的齿可以包括负载承载侧面/接合侧面。端面花键/环形有齿布置的齿可以是冠状的，但这制造起来可能是困难的和/或耗时的。相应地，优选地，端面花键/环形有齿布置的齿的负载承载侧表面/接合侧表面在垂直于其长度的平面中取得的曲率半径不小于1mm，更优选地不小于1.5mm。可选地，端面花键/环形有齿布置的齿的负载承载侧表面/接合侧表面在沿其长度的平面中取得的曲率半径不小于10mm，例如不小于15mm，例如不小于20mm。优选地，端面花键/环形有齿布置的齿的负载承载侧表面/接合侧表面(在上述平面中的任一个中取得)的曲率半径接近无穷大，换言之，优选地，锥形负载承载面基本上是平坦的。

优选地，设置在第一本体和第二本体中的另一个本体上的特征(例如齿)是锥形的。有利地，设置在第一本体和第二本体中的另一个本体上的齿可以包括冠状齿。冠状齿可以包括两个弯曲的负载承载侧面/接合侧面。冠状齿可以是径向地长形的并且可以具有大体锥形轮廓(垂直于其长度截取)，从而提供两个弯曲的负载承载侧面/接合侧面。冠状齿的负载承载侧面/接合侧面可以沿着径向维度(即沿着它们的长度)是弯曲的。冠状齿的负载承载侧面/接合侧面可以沿着它们的截面轮廓(垂直于它们的径向维度截取)是弯曲的。这种配置可以确保冠状齿的每个负载承载侧面/接合侧面呈现顶点区域。优选地，设置在第一本体和第二本体中的另一个本体上的齿的侧面在垂直于其长度的平面中取得的曲率半径不小于1mm，更优选地不小于1.5mm。优选地，设置在第一本体和第二本体中的另一个本体上的齿的侧面在垂直于其长度的平面中取得的曲率半径不大于10mm，更优选地不大于5mm，例如不大于2.5mm。优选地，设置在第一本体和第二本体中的另一个本体上的齿的侧面在沿其长度的平面中取得的曲率半径不小于10mm，例如不小于15mm，例如不小于20mm。优选地，设置在第一本体和第二本体中的另一个本体上的齿的侧面在沿其长度的平面中取得的曲率半径不大于100mm，例如不大于50mm，例如不大于30mm。

特别优选的配置是，i)花键端面构件/环形有齿构件和ii)第一本体和第二本体中的另一个本体中的一者的齿的负载承载侧表面/接合侧表面是冠状的，而i)和ii)中的另一者上的齿是基本上平坦的。换言之，特别优选的配置是，花键端面构件/环形有齿构件的齿的负载承载侧表面/接合侧表面是基本上平坦的，而第一本体和第二本体中的另一个本体上的齿的负载承载侧表面/接合侧表面是冠状的(或者反过来)。特别优选的是，花键端面构件/环形有齿构件的齿的负载承载侧表面/接合侧表面是基本上平坦的，而第一本体和第二本体中的另一个本体上的齿是冠状的。

该设备可以被配置成使得当处于锁定状态时(并且对于每个可能的分度位置)，设置在第一本体和第二本体中的另一个本体上的接合元件在多个离散的、等角度隔开的位置处与端面花键/环形有齿布置的齿系列的子集接合。

该设备可以被配置成使得当处于锁定状态时(并且对于每个可能的分度位置)，设置在第一本体和第二本体中的另一个本体上的接合元件在三个离散的、等角度隔开的位置处与端面花键/环形有齿布置的齿系列的子集接合。

该设备可以包括至少一个验证传感器，该至少一个验证传感器被配置成提供对第一本体和第二本体在处于其锁定状态时的相对空间构型的测量。该设备可以被配置成使得在第一本体和第二本体在分度位置处锁定在一起的情况下，验证传感器用于测量第一本体和第二本体的相对空间构型。该设备可以被配置成使得将从所述测量获得的信息与校准信息进行比较，以便建立关于第一本体和第二本体的接合状态的信息，该校准信息是从当第一本体和第二本体在较早的时间点锁定在所述分度位置处时对第一本体和第二本体的相对空间构型的至少一个其他(换言之先前的)测量(例如，由验证传感器进行)获得的。

如将理解的，提及“先前的测量”和“先前地锁定在所述分度位置处”并不一定是指最新的或最近的测量，或者它们被锁定在所述分度位置处的最新的或最近的时间。更确切地说，术语“先前的”和“先前地”用于意指在某个较早的时间点。相应地，第一本体和第二本体可能在当前时间与获得校准信息的时间之间已被多次锁定在所述分度位置处。

优选地，校准信息是从由该至少一个验证传感器进行的对第一本体和第二本体的相对空间构型的至少一个其他测量(当第一本体和第二本体在较早的时间点锁定在所述分度位置处时)获得的。

该设备可以被配置成根据比较的结果以预定方式做出反应。例如，如果比较结果指示第一本体和第二本体没有正确地锁定在一起，则该设备可以被配置成通过使第一本体和第二本体在相同的分度位置处解锁和重新锁定来做出反应。可选地，这可以包括从稍微不同的位置(例如，从稍微不同的相对旋转取向)重新锁定第一本体和第二本体。以预定方式做出反应可以附加地或替代性地包括记录和/或报告(例如，输出到控制器装置)错误或警告状态。

该至少一个验证传感器可以被配置成仅在一个维度(例如至少两个正交维度，例如三个正交维度)上测量第一本体和第二本体的相对空间构型。验证传感器可以被配置成测量第一本体和第二本体的相对高度/间隔(例如，沿着旋转轴线)。

可选地，验证传感器可以被配置成测量第一本体和第二本体在垂直于旋转轴线(即，第一轴线)的平面中的相对构型(例如，侧向位置和/或旋转取向)。例如，验证传感器可以被配置成测量第一本体和第二本体的相对侧向位置(例如，在垂直于旋转轴线的至少一个维度上，例如在垂直于旋转轴线的两个正交维度上)。

可选地，验证传感器可以被配置成测量第一本体和第二本体绕第一轴线的相对旋转取向。

可选地，该至少一个验证传感器可以被配置成测量上述相对构型的组合。

如将理解的，该至少一个验证传感器可以被配置成以比接合元件的分度增量更精细的分辨率提供对第一本体和第二本体(在垂直于旋转轴线的平面中)的相对构型的测量，例如以接合元件的分度增量的至少5倍、可选地接合元件的分度增量的至少10倍、例如接合元件的分度增量的至少15倍的分辨率。优选地，验证传感器使得能够在50μm内、例如至10μm内、可选地至1μm内建立第一本体和第二本体的相对位置。

该设备可以被配置成使得如果比较结果指示处于该分度位置的第一本体和第二本体的当前相对空间构型与由校准信息表示的第一本体和第二本体的相对空间构型相差大于预定阈值，则确定第一本体和第二本体没有正确地锁定在一起。预定阈值可以不大于100μm(微米)，例如不大于50μm，可选地不大于20μm，但是可以例如小到不大于1μm，例如不大于100nm(纳米)，不大于50nm，或不大于10nm。

优选地，验证传感器包括编码器设备。编码器设备可以包括设置在第一本体和第二本体中的一个本体上的旋转标尺、以及设置在第一本体和第二本体中的另一个本体上的用于读取旋转标尺的至少一个第一读取头。可以优选的是，验证传感器的编码器设备包括被配置成读取标尺的第二读取头。可以优选的是，所设置的第二读取头被配置成在与该至少一个第一读取头读取标尺的位置相距小于180°的位置处读取该标尺，例如在与该至少一个第一读取头读取标尺的位置相距45°和135°之间的位置处，并且优选地在与该至少一个第一读取头读取标尺的位置相距大约90°的位置处。相应地，在验证传感器包括至少第一读取头和第二读取头的实施例中，该设备可以被配置成使得在第一本体和第二本体在分度位置处锁定在一起的情况下，第一读取头和第二读取头用于读取标尺，并且将分别从第一读取头和第二读取头获得的第一读数和第二读数与当第一本体和第二本体在较早的时间点锁定在所述分度位置处时由第一读取头和第二读取头获得的相应的第一读数和第二读数进行比较，以便建立关于第一本体和第二本体的接合状态的信息。

验证传感器的编码器设备可以包括增量式编码器设备，该增量式编码器设备包括具有一系列周期性标尺特征的增量标尺。特别地，验证传感器的编码器设备可以包括光学编码器设备。

该设备可以进一步包括主编码器设备，该主编码器设备被配置成在第一本体和第二本体解锁时测量其绕第一轴线的相对旋转位置。可选地，这可以是与验证传感器的编码器设备相同的编码器设备。可选地，主编码器设备可以与验证传感器的编码器设备共享一些公共部分(例如，它们可以共享相同的标尺，其中主编码器设备包括与验证传感器的读取头不同的读取头)。然而，可以优选的是，主编码器设备是与验证传感器的编码器设备完全不同的编码器设备，包括不同的读取头和不同的标尺。

主编码器设备可以包括在第一本体和该构件中的一者上的读取头以及在另一者上的标尺，使得读取头提供对第一本体和该构件的相对旋转位置的测量结果。该设备可以被配置成在第一本体和第二本体解锁时使用主编码器设备的输出来控制第一本体和第二本体的旋转。

该设备可以包括存储器装置，该存储器装置包括校准信息。存储器装置可以位于设备的与分度式铰接接头分开的一部分中(例如在控制器内)。优选地，分度式铰接接头的一部分(例如第一本体或第二本体)包括存储器装置。在设备包括探头头部(或旋转台)的实施例中，探头头部(或旋转台)可以包括存储器装置。

该设备可以包括被配置成执行上述比较的处理装置。该处理装置可以位于设备的与分度式铰接接头分开的一部分中(例如在控制器内)。可选地，分度式铰接接头的一部分(例如第一本体或第二本体)包括处理装置。在设备包括探头头部(或旋转台)的实施例中，探头头部(或旋转台)可以包括处理装置。

相应地，该设备可以被配置成使得在计量设备的包括分度式铰接接头本身的部分内(例如在探头头部或旋转台内)执行上述比较。

校准信息可以存储在查找表中。可选地，校准信息可以由函数来表示。相应地，上述存储器装置可以包括查找表和/或包含/表示校准信息的函数。查找表可以包括第一本体和第二本体的可能分度位置的至少一个子集中的每一个可能分度位置的校准信息。查找表可以包括第一本体和第二本体的每一个可能分度位置的校准信息。例如，查找表可以包括针对每个分度位置的至少一个元素/数据单元。每个元素/数据单元可以包括与该元素/数据单元相关联的分度位置的校准信息。查找表可以包括针对每个分度位置的多个元素/数据单元。这在存在不止一个验证传感器或者验证传感器可以提供对于第一本体和第二本体的相对位置的多个输出/读数/测量(例如，根据上文和下文描述的包括具有至少两个读取头的编码器设备的验证传感器的实施例)的情况下可能是有帮助的。

“从所述测量获得的信息”和“校准信息”可以包括相对位置信息(例如，与绝对位置信息相对)。

如上所述，验证传感器可以包括编码器设备(例如，在第一本体和第二本体中的一个本体上的标尺以及在第一本体和第二本体中的另一个本体上的一个或多个读取头，该一个或多个读取头输出取决于标尺和读取头的相对位置的信号)。如将理解的，标尺可以包括一系列特征，例如一系列大体上周期性的特征。标尺可以具有特征节距距离(或对于一些旋转系统来说“特征节距角度”，例如标尺特征径向布置在其上的圆盘标尺)。读取头信号还可以用于在标尺节距间隔之间进行插值，以产生比标尺节距具有高得多的分辨率的位置测量结果。(存在读取头产生空间周期性信号的情况，并且在一些实施例中，读取头的信号周期具有比标尺周期更高的频率(更短的波长)。在这些情况下，仍然可以使用插值来产生具有比信号周期高得多分辨率的位置测量结果)。

相应地，“从所述测量获得的信息”和“校准信息”可以包括分辨率比标尺的周期精细得多的相对位置信息。这种相对位置信息可以称为“相位读数”；因为该信息与标尺的周期性特征之间的“相位”位置有关。相应地，“从所述测量获得的信息”和“校准信息”可以包括相位读数。相应地，在这样的实施例中，该设备可以被配置成使得在第一本体和第二本体在分度位置处锁定在一起的情况下，安装在第一本体和第二本体中的一本体个上的读取头被配置成读取安装在第一本体和第二本体中的另一个本体上的标尺，并且将从其获得的相位读数与当第一本体和第二本体在较早的时间点锁定在所述分度位置处时由该读取头获得的相位读数进行比较，以便建立关于第一本体和第二本体的接合状态的信息。

相应地，在验证传感器包括至少第一读取头和第二读取头的实施例中，该设备可以被配置成使得在第一本体和第二本体在分度位置处锁定在一起的情况下，第一读取头和第二读取头被配置成读取标尺，并且将分别从第一读取头和第二读取头获得的第一相位读数和第二相位读数与当第一本体和第二本体在较早的时间点锁定在所述分度位置处时由第一读取头和第二读取头获得的相应的第一读数和第二读数进行比较，以便建立关于第一本体和第二本体的接合状态的信息。

校准信息(例如查找表或函数)可以随时间更新。这可以连续发生或定期发生。这可以作为专用校准过程的一部分来完成，或者可以在测量操作期间完成。例如，每次第一本体和第二本体在任何给定分度位置处锁定在一起并且比较结果指示第一本体和第二本体已经正确地锁定在一起(例如，比较结果指示处于该分度位置的第一本体和第二本体的当前相对空间构型与由校准信息表示的第一本体和第二本体的相对空间构型相差不超过预定阈值)，从由验证传感器提供的对第一本体和第二本体的当前相对空间构型的测量获得的信息、由第一读取头160和第二读取头(未示出)输出的读数可以用于更新(例如，可以被存储)校准信息(例如，可以用于更新/替换存储在查找表中与该分度位置相关联的特定元素/数据单元中的信息)。

如将理解的，“从所述测量获得的信息”可以指该信息是从由验证传感器本身获得的测量结果获得的，或者可以指该信息是从由验证传感器获得的测量结果还以及从其他数据来源获得的。相应地，该信息不一定是从或者仅从由验证传感器获得的测量结果获得/得出的。然而，可以优选的是，“至少从所述当前测量得出的信息”仅是由验证传感器获得的测量结果。相应地，“从所述测量获得的信息”可以是由验证传感器获得的测量结果，例如它可以仅是来自验证传感器的输出。

同样地，“从对第一本体和第二本体的相对空间构型的至少一个其他测量/先前测量获得的校准信息”可以指校准信息是从由验证传感器自身获得的至少一个其他/先前测量结果获得的，或者可以指校准信息是从由验证传感器获得的至少一个其他/先前测量结果还以及从其他数据来源获得的。相应地，校准信息不一定是从或者仅从由验证传感器获得的至少一个其他/先前测量结果获得/得出的。然而，可以优选的是，“校准信息”仅是由验证传感器先前获得的测量结果。相应地，“校准信息”可以是由验证传感器获得的测量结果，例如它可以仅是来自验证传感器的输出。

相应地，该设备可以被配置成将由验证传感器获得的对第一本体和第二本体的相对空间构型的当前测量与当第一本体和第二本体在较早的时间点锁定在所述分度位置处时由该验证传感器进行的对第一本体和第二本体的相对空间构型的其他测量/先前测量进行比较，以便建立关于第一本体和第二本体的接合状态的信息。

相应地，本申请描述了一种包括铰接接头的计量设备，该铰接接头包括：第一可铰接构件和第二可铰接构件，其可被配置成处于：锁定状态和解锁状态，在解锁状态下第一可铰接构件和第二可铰接构件(在分度式铰接接头的情况下，它们的分度特征)充分脱接合，使得第一可铰接构件和第二可铰接构件可以相对旋转到不同的旋转位置；马达驱动的支柱，该马达驱动的支柱可在第一位置/构型和第二位置/构型之间移动，在该第一位置/构型处，使第一可铰接构件和第二可铰接构件处于其锁定构型，在该第二位置/构型处，使第一可铰接构件和第二可铰接构件处于其解锁位置，其中马达驱动的支柱被朝向第一构件和第二构件的本体磁力地吸引

根据本发明的另一方面，提供了一种包括铰接接头的计量设备，该铰接接头包括：第一本体和第二本体，所述第一本体和所述第二本体能够绕第一轴线以多个不同的角度取向锁定在一起，并且能够解锁以准许所述第一本体和所述第二本体相对旋转；以及至少一个环磁体，该至少一个环磁体被配置成磁力地保持第一本体和第二本体。如下面更详细地解释的，已经发现使用环磁体比使用盘磁体提供了更有效的系统。以上和以下结合本发明的其他方面描述的特征也适用于本发明的该方面，并且反之亦然。

铰接接头可以是分度式铰接接头，其中第一本体和第二本体具有可相互接合的接合元件，这些接合元件可以绕第一轴线以多个不同的角度取向锁定在一起，以便提供第一本体和第二本体可以相对于彼此锁定的多个角度分度位置。

根据本发明的另一方面，提供了一种包括铰接接头的计量设备，该铰接接头包括：第一本体和第二本体，该第一本体和该第二本体可以绕第一轴线以多个不同的角度取向锁定在一起；支柱，该支柱可由马达在缩回构型与伸出构型之间致动，在该缩回构型中，第一本体和第二本体处于其锁定状态，在该伸出构型中，第一本体和第二本体被支柱沿着第一轴线固持分开，使得第一本体和第二本体解锁，从而准许第一本体和第二本体相对旋转，其中对应的接合特征使得第一本体和第二本体能够在绕第一轴线的任何相对旋转位置处锁定在一起(在第一本体和第二本体的可旋转范围内)。

换言之，对应的接合特征可以实现第一本体和第二本体的近乎无限的定位(在第一本体和第二本体的可旋转范围内)。换言之，铰接接头是非分度式铰接接头。例如，第一本体和第二本体中的至少一个本体的接合特征可以包括平坦的平面表面，另一个本体的接合可以压靠在该平坦的平面表面上，以便在第一本体和第二本体之间提供摩擦锁定。另一本体的接合也可以包括平坦的平面表面。

结合本发明的其他方面所描述的特征同样适用于本发明的这个方面。例如，可选地，支柱和第二本体被朝向彼此磁力地偏置，以磁力地保持第一本体和第二本体。可以设置被配置成将支柱朝向其缩回构型偏置的至少一个补充偏置构件。

根据本发明的另一方面，提供了一种包括分度式铰接接头的计量设备，该分度式铰接接头包括：可相对重新定向的第一本体和第二本体，该第一本体和该第二本体分别具有可相互接合的接合元件，这些接合元件可以绕第一轴线以多个不同的预限定角度取向锁定在一起，以便提供第一本体和第二本体的多个角度分度位置(它们可以相对彼此锁定在该多个角度分度位置处)。可相互接合的接合元件包括设置在第一本体和第二本体中的一个本体上的端面花键(例如，端面花键布置/构件)。端面花键可以包括环形布置的锥形齿系列，例如连续环形系列的锥形齿。设置在第一本体和第二本体中的另一个本体上的接合元件可以被配置成在处于锁定状态时在多个离散的、环形隔开的位置处与端面花键的齿系列的子集接合。已经发现，与第一本体和第二本体的可相互接合的接合元件各自包括具有连续环形系列的径向延伸的齿的端面花键(例如，两个配合的端面花键，或者例如全端面齿联接件)的解决方案相比，这种配置提供更好的可重复性和/或更容易制造。还已经发现，与可相互接合的接合元件包括设置在其中一个本体上的一圈球(即球形构件)和设置在另一个本体上的辊的运动学解决方案相比，尤其是当期望较小的分度增量(例如小于7°)时，本配置提供了更好的可重复性和/或更容易制造。结合本发明的其他方面所描述的特征同样适用于本发明的这个方面。

根据本发明的另一方面，提供了一种包括分度式铰接接头的计量设备，该分度式铰接接头包括：第一本体和第二本体，该第一本体和该第二本体分别具有可相互接合的接合元件，这些接合元件可以绕第一轴线以多个不同的角度取向锁定在一起，以便提供第一本体和第二本体可以相对彼此锁定的多个角度分度位置；至少一个验证传感器，该至少一个验证传感器被配置成提供对第一本体和第二本体在其锁定状态时的相对空间构型的测量，并且其中该设备被配置成使得在第一本体和第二本体在分度位置处锁定在一起的情况下，验证传感器被用于测量第一本体和第二本体的相对空间构型，并且其中将从所述测量获得的信息与从当第一本体和第二本体在较早的时间点锁定在所述分度位置处时由验证传感器进行的对第一本体和第二本体的相对空间构型的至少一个其他测量/先前测量获得的校准信息进行比较，以便建立关于第一本体和第二本体的接合状态的信息。以上和以下结合本发明的其他方面描述的特征也适用于本发明的该方面，并且反之亦然。

现在将参考以下附图，仅以示例的方式描述本发明的实施例，在附图中：

图1展示了安装在坐标测量机(CMM)上的根据本发明的分度头；

图2单独展示了图1的分度头；

图3展示了图1的分度头处于其锁定构型时的截面图；

图4展示了图1的分度头处于其解锁构型时的截面图；

图5a展示了图1的分度头的分度机构；

图5b单独展示了图5a的分度机构的一个部分；

图6是图5a所示的分度机构的详细视图；

图7a、图7b和图7c展示了图5b所示的分度机构的该部分的单一齿；

图8是图1的分度头的分度机构和解锁机构的不同部分的分解图。

图9和图10a示出了图1的分度头的分度机构和解锁机构的不同部分的剖视图；

图10b示出了图1的分度头的分度机构的铰接部分之一的底侧；

图11a至图11d示出了图1的分度头的分度机构和解锁机构的不同部分在解锁操作和锁定操作期间的不同阶段的示意性截面图；

图12至图15示出了根据替代性实施例的分度机构和解锁机构的、特别是带有不同磁体布置的不同部分的示意性截面图；

图16是展示用于图3、图4和图11的三个环磁体的实施例的支柱力和固持力的曲线图；

图17是展示用于图12的两个环磁体的实施例的支柱力和固持力的曲线图；以及

图18是展示用于两个盘磁体的实施例的支柱力和起动扭矩的曲线图。

参考图1，示出了安装在定位设备200上的根据本发明的铰接头100。

定位设备200包括移动结构，在这种情况下呈坐标测量机(“CMM”)的形式。CMM 200包括支撑着框架204的基座202，该框架进而固持了托架206，该托架进而固持了套管轴208(或“Z柱”)。提供了马达(未示出)来使套管轴208沿着三条相互正交的轴线X、Y和Z移动(例如，通过使框架沿着Y轴移动、使托架206沿着X轴移动、并且使得套管轴208沿着Z轴移动)。

套管轴208固持铰接头100，该铰接头进而固持探头300。在该实施例中，铰接头100有助于将安装在其上的探头300绕第一旋转轴线D和第二旋转轴线E重新定位，如下面更详细地解释的。

由铰接头100提供的两条旋转轴线(D，E)与CMM 200的三条线性平移轴线(X、Y、Z)的组合允许探头300在五个自由度上移动/定位(两个旋转自由度以及三个线性自由度)。

虽然未示出，但可以提供测量编码器，以用于测量基座202、框架204、托架206、套管轴208与铰接头100的部分的相对位置，从而可以确定测量探头300相对于位于基座202上的工件的位置。

提供了控制器220以用于控制CMM 200的操作，比如控制探头300在CMM体积内的位置和取向(手动地，例如经由输入装置、比如操纵杆216；或自动地，例如在检查程序的控制下)并且从CMM 200接收信息(例如，测量信息)。可以提供显示装置218，以用于帮助用户与控制器220交互。

控制器220可以是例如专用电子控制系统和/或可以包括个人计算机。

在所示的实施例中，探头300是包括探头本体302和触针304的接触探头。触针304具有用于接触要检查的工件的球形端头306，并且在该实施例中，触针304相对于探头本体302是可偏转的。接触探头300可以是通常被称为接触触发探头的探头，或者可以是扫描(或模拟)探头。

如将理解的，包括非接触式探头在内的其他类型探头也可以安装在铰接头100上。

在当前实施例中，铰接头100包括探头安装座108，以有助于在其上更换不同探头。特别地，这可以是有助于在CMM的操作体积内将探头到机架或从机架自动更换的安装座。例如，探头安装座108和探头本体302可以包括用于将探头保持在安装座上的磁体。

铰接头100可以包括内置传感器元部件，以用于检测安装在其上的接触探头的触针304的偏转。然而，在本实施例中，所有这样的传感器元部件都设置在探头300本身的本体302内。探头300被配置成将触针偏转信号发送到控制器220。正如常见的，这可以通过探头300与探头安装座108之间的接触信号接口来完成，其中此类信号然后经由铰接头100和CMM200的布线被中继到控制器220。这样的接口还可以用于向探头300供电。相应地，如将理解的，铰接头100本身将具有与套管轴208的信号接口，该信号接口可以用于中继探头信号以及接收电力和马达控制指令，以便控制铰接头100。

现在参考图2至图18，现在将更详细地描述铰接头100。

如图2所示，铰接头100包括第一构件102或“安装板”、可绕第一旋转轴线“D”相对于第一构件102铰接/旋转的第二构件104、以及可绕第二旋转轴线“E”相对于第二构件104铰接/旋转的第三构件106。第二旋转轴线“E”与第一旋转轴线“D”正交。在所描述的实施例中，第一旋转轴线“D”被布置成平行于CMM的Z轴，但是不一定必须是这种情况。

第一构件/安装板102包括孔103，螺栓可以穿过这些孔，以便将铰接头100紧固至CMM 200的套管轴208。第三构件106包括探头安装座108，探头(比如接触探头300)可以可互换地安装在该探头安装座上。

在替代性实施例中，第三构件106可以是可互换构件。例如，第三构件106可以设置为探头的一部分，而不是作为铰接头100的一部分，使得其可以(例如自动地)与探头一起被互换。在这种情况下，铰接头100可以包括用于第三构件106的安装座构件106'，安装座构件106'可绕第二旋转轴线“E”相对于第二构件104铰接/旋转。安装座构件106'和第三构件106可以设有相协作的安装特征，以使第三构件106能够可拆卸地安装到安装座构件106'。例如，此类相协作的安装特征可以包括限定运动学安装座的特征。可以提供一个或多个磁体来将第三构件106保持在安装座构件106'上。

图3和图4示出了铰接头100的沿Z-Y平面截取的截面图。图3和图4基本上相同并且是同一铰接头的共同视图，但是在图3中示出了第一构件/安装板102和第二本体105处于其锁定状态时的铰接头100，而在图4中示出了第一构件/安装板102和第二本体105处于其解锁状态时的铰接头100。图4中省略了许多附图标记以帮助观察铰接头100的各种特征。

现在将解释第一轴线“D”(即，第一构件/安装板102和第二构件104)的锁定/解锁、旋转和分度机构。在该实施例中，第二轴线“E”(即，第二构件104和第三构件106)的锁定/解锁和分度机构基本上相同(但是布置成垂直于第一轴线“D”的锁定/解锁和分度机构)，因此将不再详细描述，并且仅其一些部分在图3和图4中示意性地展示(并且用后缀有撇号'符号的相同附图标记来标记)。

第一轴线“D”的分度机构包括设置在第一构件/安装板102和第二构件104上的可相互接合的接合元件的布置。特别地，提供了具有一系列连续锥形齿112的第一环形构件110(例如，详细视图请参见图5a和图6)。齿112基本上径向延伸，因为齿的范围主要沿着径向方向(相对于第一环形构件的半径；也相对于第一轴线“D”)延伸。相应地，在该实施例中，第一环形构件110呈“端面花键构件”的形式，并且之后将这样命名(特别注意，在所描述的实施例中，端面花键构件具有端面齿接头构件的构型)。端面花键构件110的齿是径向长形的并且具有大致锥形的截面轮廓(垂直于其长度截取)。在该实施例中，齿112的每个侧面111基本上是平的/平面的，尽管不一定必须是这种情况(例如它们可以是弯曲的或者是冠状的，如下面描述的冠状齿118)。

分度机构/可相互接合的接合元件进一步包括第二环形构件114，该第二环形构件具有被配置成与端面花键构件110的齿112相互啮合的特征。第二环形构件114具有被配置成仅接合被设置在端面花键构件110上的连续系列齿的子集的特征(详细视图请参见图5b和图6)。相应地，代替提供一系列连续的相互接合齿的第二环形构件114，第二环形构件114仅包括被配置成在三个离散的、等角度隔开(120°)的位置116处与端面花键构件110的齿112相互啮合的特征。在这个具体实施例中，在所述位置116中的每一个处，仅设置呈冠状齿118的形式的单一特征。每个冠状齿118是径向长形的并且具有大致锥形的轮廓(垂直于其长度截取)并且由此提供两个弯曲的接合侧表面120，这两个弯曲的接合侧表面被配置成接合端面花键构件110上的齿112的侧表面111。

如图7a至图7c所示，冠状齿118的接合侧表面120沿其长度(在该实施例中沿径向维度，或沿X轴，如图7a和图7c所示)以及在它们的截面轮廓(垂直于其长度/径向维度，如图7b所示)中弯曲。这种构型(即，与端面花键构件110上的平坦/平面齿112接合的冠状齿118)确保了冠状齿118的每个接合侧表面120呈现顶点区域122。正是该顶点区域122将倾向于与端面花键构件110上的齿112的侧表面111接合。已经发现提供顶点区域将在第一环形构件/端面花键构件110与第二环形构件114之间提供更可重复的安置位置。这是因为提供顶点区域112意味着对于第一环形构件/端面花键构件110和第二环形构件114上的任何给定齿对，显著更可能的是所述对中的齿在每次凑到一起时将在其侧表面111、120上的相同区域处接合(与第一环形构件/端面花键构件110和第二环形构件114两者上的齿的侧表面111、120均为基本上平坦/平面的情况相比)，从而帮助确保第一环形构件/端面花键构件110和第二环形构件114在每次以给定的角度取向凑到一起时一起安置在相同位置。特别地，这种配置有助于在第一环形构件/端面花键构件110和第二环形构件114之间提供运动学联接。

此外，当分度增量变小(例如小于7.5°，并且特别是小于5°，例如接近2.5°)时，已经发现所描述的配置显著优于WO 2006/079794中描述的球和辊分度机构。这是因为分度增量越小，相互啮合的特征越小。不仅可能难以准确地制造和组装一圈具有小得多的直径的球，而且由于直径非常小的球与对应的辊之间非常小的接触点，赫兹接触压力将极其高，导致它们承受过多压力，并且这进而将导致分度机构的过分磨损和/或故障。

例如，在当前描述的实施例中，第一环形构件/端面花键构件110和第二环形构件114具有75mm的外直径，并且设有尺寸被设计成提供2.5°分度增量的齿，并且铰接头100被配置成使得当处于锁定位置时，第一环形构件/端面花键构件110和第二环形构件114将被大约120N(牛顿)的力固持在一起。冠状齿在垂直于其长度的平面中(例如在图7b的Z-Y平面中)截取的曲率半径R'是1.8mm，并且冠状齿在沿其长度的平面中(例如在图7c的Z-X平面中)截取的曲率半径R”是23mm。相比之下，如果使用球形球代替冠状齿，则球将必须具有<0.75mm的曲率半径，以便装配在第一环形构件/端面花键构件的齿112之间。不仅将难以将如此小的球组装到铰接头中，而且它们将提供非常小的接触点，从而导致极其高的赫兹接触压力。

如将理解的，可以通过使第一环形构件/端面花键构件110上的齿112为冠状的并且在第二环形构件114上提供具有平坦侧面的齿118来实现相同的效果，尽管这可能更难以制造。替代性地，第一环形构件/端面花键构件110和第二环形构件114上的齿112、118均可以是冠状的，但伴随制造难度的增加，齿尺寸将需要调整(特别是增加)以避免不期望的赫兹接触压力。

现在将描述用于锁定和解锁第一轴线“D”的分度机构的机构。总之，在所描述的特定实施例中，锁定/解锁机构仅依靠磁体来提供第一环形构件/端面花键构件110与具有冠状齿118的第二环形构件114之间的保持力，并且使用马达驱动的致动器来推动第一构件/安装板102和第二构件104彼此远离，以便将第一环形构件/端面花键构件110和具有冠状齿118的第二环形构件114分开。下面即将更详细地描述该机构。

在所描述的实施例中，锁定/解锁机构包括一组三个堆叠磁体。特别地，第一环磁体140设置在第二构件104的壳体105的顶面115上，第二环磁体142设置在支柱130的接触板134上(下面更详细地描述)，并且第三磁体144设置在第一构件/安装板102上。第一环磁体140、第二环磁体142和第三环磁体144的形状和大小相同，堆叠成彼此同轴，并且布置成使得第一环磁体140和第三环磁体144两者吸引夹在它们之间的第二磁体142。环磁体的磁极轴向布置(即，使得两个磁极位于环的平坦表面的顶部和底部上)。特别地，环磁体被配置成使得第一磁体140的北极面对第二磁体142的南极，并且使得第二磁体142的北极面对第三磁体144的南极。如下文更详细地解释的，当处于锁定和解锁位置时，第二构件104仅通过磁吸引力被保持，并且特别地仅通过第三磁体144、第二磁体142和第一磁体140之间的磁吸引力被保持。

锁定/解锁机构包括支柱130，该支柱包括轴132和“头部”或“接触板”134。支柱130的轴132被支撑在由第二构件104的壳体105的顶面115构件提供的线性圆柱形轴承壳体107内。轴承(在这种情况下为滚珠轴承109的阵列)设置在轴132和圆柱形轴承壳体107之间，以便有助于轴132与圆柱形轴承壳体107之间的相对线性运动和旋转运动(即，沿着以及绕第一轴线“D”)。接触板134包括夹在第一构件/安装板102的本体与第二构件104的本体之间的径向延伸面。

提供了马达驱动的杠杆170以实现轴132沿着第一轴线“D”的所述线性移动/轴向移动。杠杆170朝向其第一端可枢转地安装至挠曲件178，该挠曲件经由安装块179锚固至第二构件的壳体105(在该实施例中锚固至顶板115)。杠杆170朝向其第二端附接到导螺杆机构172，该导螺杆机构被配置成升高和降低杠杆170的第二端。该杠杆在其第一端和第二端之间的点处经由线轴146附接至轴132的远离接触板134的端部(这有助于轴132和杠杆170的相对旋转)。马达(未示出)被配置成驱动导螺杆机构172。特别地，马达(未示出)被配置成经由驱动齿轮173来转动导螺杆174，该驱动齿轮在被转动时引起螺母176(其经由销175附接到杠杆170)沿着导螺杆174轴向行进。导螺杆174还经由安装支架177和轴承179被锚固至第二构件的壳体105(在该实施例中锚固至圆柱形轴承壳体107)，使得该导螺杆可以绕其旋转轴线旋转，但使得该导螺杆在Z维度上相对于第二构件的壳体105固定(如图3和图4所示)。

可能有利的是，用于支柱130的驱动机构抵抗反向驱动(换言之，其不容易被手动反向驱动)，尤其是如果不采用下面描述的三磁体设计的话。这是因为，如果支柱130上的净外力足够低，则不容易被手动反向驱动的驱动机构将倾向于保持其位置，即使当马达/电源未启动时也是如此。这可以避免需要伺服驱动机构/马达来保持固定位置，并且因此可以减少铰接头的功耗。相应地，这可以减少由驱动机构/马达产生的热量，这进而可以通过减少热变形来改进铰接头的计量性能。具有高齿轮节距的导螺杆机构是不容易被反向驱动的驱动机构的一个示例。

如下面更详细地解释，提供了具有齿轮的另一马达(未示出)，该齿轮被配置成接合设置在轴132上的驱动齿轮148并朝向轴的远离接触板134的端部驱动该驱动齿轮，并且可以被操作来使第一构件104的壳体105(以及锚固到其的所有东西)关于第一轴线“D”绕轴132旋转/自旋。提供了第一(或“主”)旋转编码器装置135(例如磁性绝对旋转编码器装置)以测量/监测第一构件104的壳体105和轴132关于第一轴线“D”的相对角度位置。

支柱的接触板134和第一构件/安装板102具有对应的接合元件。特别地，对应的接合元件包括被配置成这样的特征：这些特征在接合时在支柱的接触板134与第一构件/安装板102之间提供可重复的、特别是运动学的联接。在所描述的实施例中，支柱的接触板134包括彼此间隔120°定位的三个接合球152，并且第一构件/安装板102具有三对接合球154，这些对彼此间隔120°定位(参见图10b)。第一构件/安装板102上的每对接合球154限定了用于接纳位于接触板134上的接合球152之一的通道或凹槽。

还如图3和图4所示，提供了第二旋转编码器装置，该第二旋转编码器装置包括设置在第一构件/安装板102的底侧上的环形标尺162以及设置在第二构件104的壳体105的顶面115上的第一读取头160和第二读取头(未示出)(尽管如将理解的，它们可以以相反的方式设置)。在所描述的实施例中，第一读取头160和第二读取头(未示出)彼此环形地间隔开90°。在所描述的实施例中，第二旋转编码器装置是增量式光学旋转编码器装置。在所描述的特定实施例中，第二编码器装置是高分辨率编码器，该高分辨率编码器使得能够在10nm(纳米)内建立第一构件/安装板102和第二构件104的本体105的相对位置。本文件稍后将更详细地描述其目的。

现在将描述第一构件/安装板102和第二构件104的解锁/重新定向/锁定过程。图3示出了处于锁定状态的第一构件/安装板102和第二构件104。在锁定状态下，安装在探头安装座108上的探头300可以被固持在稳定且明确的角度位置，使得其可以在测量操作中用于检查制品。然而，可能期望对安装在探头安装座108上的探头进行重新定向，例如出于触及的原因。为此，将需要将第一构件/安装板102和第二构件104解锁，使它们进行相对的重新定向，然后将它们在新的取向下锁定在一起。

解锁第一构件/安装板102和第二构件104涉及将支柱130沿着第一轴线“D”朝向第一构件/安装板102轴向地驱动。在所描述的实施例中，这是如下实现的：操作马达(未示出)以驱动导螺杆174以便在Z维度上向上驱动导螺杆螺母176(在图3和图4所示的取向上)。在短距离之后，接触板134上的接合球152将接触并接合第一构件/安装板102上的成对接合球154，此后继续驱动导螺杆174将引起杠杆170和导螺杆机构172轴向向下推动壳体105(经由导螺杆174锚固至的圆柱形轴承壳体107)，从而引起第二构件104的壳体105与第一构件/安装板102分开。操作导螺杆174以将第二构件104和第一构件/安装板102分开受控的预限定量，该量足以使得冠状齿118脱离齿112，但如下面更详细地解释的，该量不是太大，因为期望第一磁体140仍旧足够靠近第二磁体，以便即使在解锁状态下也对第二磁体142具有合理量的拉力。图4展示了处于这种解锁状态的分度头100。

当处于解锁状态时，驱动该导螺杆机构172的马达(未示出)停止，并且与轴132的驱动齿轮148接合的马达(未示出)运行，以实现铰接头100的第二构件105的旋转位置的改变。如上所述，在解锁状态下，支柱130经由接合球152、154与第一构件/安装板102接合，并且因此相对于其在旋转意义上被固定(在解锁状态下)。相应地，当与轴132的驱动齿轮148接合的马达(未示出)运行时，其引起第二构件104的整个壳体105、107、115(以及锚固至其的所有部件，包括上述马达)关于轴132被驱动，并且因此引起第二构件104的整个壳体105、107、115(以及锚固至其的所有部件)关于第一轴线“D”旋转。

从第一(“主”)编码器设备135已知i)第二构件104的壳体105、107、115以及ii)轴132(因此以及第一构件/安装板102)的相对旋转位置。相应地，控制器220可以使用来自第一编码器设备135的输出来控制与轴的驱动齿轮148接合的马达(未示出)，从而将第一构件/安装板102和第二构件104带到期望的相对取向。如将理解的，需要以足够高的精确度来控制旋转位置，使得当处于新的期望相对取向时，第二环形构件114上的冠状齿118与第一环形构件/端面花键构件110上的齿112的谷相对，使得当它们锁定在一起时，冠状齿118完美位于第一环形构件/端面花键构件110的两个齿112之间。

现在将描述锁定第一构件/安装板102和第二构件104的过程。在所描述的实施例中，这是如下实现的：操作马达(未示出)以驱动导螺杆174以便向下驱动导螺杆螺母176(在图3和图4所示的取向上)。这将引起第二构件104的壳体105被朝向第一构件/安装板102上拉，直到第二环形构件114上的冠状齿118接合端面花键构件110的齿112，此后继续操作马达将引起支柱130背离第一构件/安装板102缩回，从而使设置在接触板134和第一构件/安装板102上的接合球152、154脱接合。相应地，在接合球152、154的脱接合点处，第一构件/安装板102和第二构件104经由在三个冠状齿118与第一环形构件/端面花键构件110的齿112之间的六个接触点提供的运动学约束被固持。

将参考图11a至图11d描述第一磁体140、第二磁体142和第三磁体144彼此相互作用的方式，这些图示意性地展示了支柱的轴132和接触板134、第二构件的顶板115、第一构件/安装板102、第二环形构件114(作为三个冠状齿118)、第一环形构件/端面花键构件110(其具有连续系列的齿112)、以及第一环磁体140、第二环磁体142和第三环磁体144。图11a展示了处于锁定位置的第一构件/安装板102和第二构件104；即，此时第一环形构件/端面花键构件110上的齿112与第二环形构件114上的齿118完全接合。图11b展示了处于锁定位置的第一构件/安装板102和第二构件104，但是此时支柱130已经被致动至以下点：接触板134上的接合球152已经接合第一构件/安装板102上的接合球154并且即将开始将第一环形构件/端面花键构件110上的齿112与第二环形构件114上的齿118分开。图11c展示了第一构件/安装板102和第二构件104，其中它们已经开始分开，但尚未达到其完全解锁构型。图11d展示了处于解锁位置的第一构件/安装板102和第二构件104，此时第一环形构件/端面花键构件110上的齿112和第二环形构件114上的齿118完全彼此脱离，使得第一构件/安装板102和第二构件104的壳体105围绕第一轴线“D”相对于彼此可自由旋转。

在图11a所示的配置中，第三磁体144被吸引至第二磁体142和第三磁体144两者，因此从而将第一构件/安装板102拉向支柱130和第二构件104的壳体105。在所描述的实施例中，该设备被配置成使得当处于锁定位置时第一构件/安装板102和第二构件104之间存在大约120N的总锁定力(这结合适当的头部尺寸、特别是分度机构和环磁体的直径和位置，提供2Nm的起动扭矩)。如将理解的，起动扭矩是在第一本体和第二本体开始彼此剥离之前可以施加的力矩。这一点可能重要，因为铰接头常常受到偏心加载。

如还将理解的，起动扭矩取决于除保持力/固持力/锁定力之外的因素，比如端面花键构件110的直径或这一圈接合球152、154的直径。

为了转变到解锁状态，支柱130需要朝向第一构件/安装板102移动。虽然看起来第一磁体140的存在将至少在最初增加马达这样做所需的功(与不存在第一磁体的情况相比)，但应当注意的是，该设备被配置成使得在图11a所示的锁定状态下，支柱的接触板134被固持在预定位置，这将第二磁体142置于第一磁体140和第三磁体144之间。这确保了第一磁体140对第二磁体142的拉力显著小于它们彼此接触时的拉力。而且，第三磁体144对第二磁体142具有一定程度的磁拉力。相应地，与第一磁体140和第二磁体142接触时相比，将第二磁体(以及因此接触板134)背离第一磁体140移动所需的功/功率显著较小。

特别地，在所描述和示出的实施例中，支柱的接触板134被固持在预定位置，这将第二磁体142置于第一磁体140和第三磁体144之间的大致中间，但是使得第二磁体142比起第三磁体144稍微更靠近第一磁体140。这意味着由第一磁体140和第三磁体144施加在第二磁体上的磁力几乎(但不完全)平衡。相应地，马达需要非常小的功/功率来将支柱130朝向第一构件/安装板102移动。实际上，一旦第二磁体142已经到达第一磁体140与第三磁体144之间的中间点，第三磁体144对第二磁体142的磁拉力将大于第一磁体140的磁拉力。随着接触板134朝向第一构件/安装板102前进，第三磁体144对第二磁体142的磁拉力逐渐增加。

当支柱130已经移动至图11b所示的构型时，接着马达必须将第二构件104的本体105/115上的齿118背离第一构件/安装板102上的齿112拉动。虽然此时存在足够大的固持/保持力(至少160N)将第二构件104保持在第一构件/安装板102上(经由接合球152、154)，但马达需要施加比该固持力/保持力小的力，因为现在仅需要施加足够的力(在该实施例中为约95N)来克服第一磁体140拉动第二磁体142和第三磁体144的吸引力。

马达继续驱动支柱130，直到第二构件104的壳体105已经移动离开了第一构件/安装板102这样的量：该量足以使第一环形构件110的齿112脱离第二环形构件114上的齿118，如图11d所示。此时，将支柱130和第二构件104的壳体105固持到第一构件/安装板102上的保持力为大约160N。通过控制第一磁体140、第二磁体142和第三磁体144之间的间隙，与图11a相比，在图11d所示的构型实现了更高的保持力。特别地，尽管在图11d的解锁状态下第一磁体140和第二磁体142之间存在相对大的间隙，但第二磁体142和第三磁体144之间存在相对小的间隙(与处于图11a的锁定状态时第一磁体140和第二磁体142之间的间隙相比)，从而实现更高的总保持力。在解锁位置期望较高的总保持力，因为接合球152、154的圈的直径S小于第一环形构件110和第二环形构件114的直径S'，这意味着它们需要更高的拉动力/保持力来确保约2Nm(牛顿米)的相同或相似的起动扭矩。

当处于图11d所示的解锁状态时，第一构件102和第二构件104可以围绕D轴线相对旋转到新的相对旋转位置/取向。如上所述，这涉及驱动该接合了轴的驱动齿轮148的马达(未示出)，以使第二构件104的本体105围绕轴132旋转。第一编码器设备135的输出被用于测量/监测第二构件104的本体105和轴132(以及因此第一构件/接触板102，该第一构件/接触板围绕D的旋转取向是固定的)的相对位置。当第一编码器设备135的输出指示第二构件104的本体105现在处于期望的分度位置时，马达停止，并且第一构件102和第二构件104被锁定在一起，如下所述。

为了将第一构件102和第二构件104锁定在其新的旋转位置/取向，运行马达以驱动导螺杆机构172，以便驱动导螺杆螺母176沿着导螺杆174向下。这最初会引起第二构件104的壳体105被朝向第一构件/安装板102上拉。如将理解的，马达需要非常小的功率，因为第二构件104的壳体105已经被第一磁体140、第二磁体142和第三磁体144朝向第一构件/安装板102拉动。这继续进行到第一环形构件110的齿112接合第二环形构件114的齿118(图11b所示)，此时马达和导螺杆机构172必须开始抵抗磁力推动以将支柱的接触板134与第一构件/安装板102分开。然而，此时，第一磁体140离第二磁体142近得多，因此第一磁体对第二磁体施加相对大的力。实际上，此时在图11b所示的状态下第二磁体142上的净力仅为95N。相应地，马达和导螺杆机构172由磁体辅助并且可以容易得多地拉动第二磁体142(并且因此支柱130)远离第三磁体144(并且因此远离第一构件/安装板102)，直到接触板134到达图11a所示的预定轴向位置/Z位置。

从第一旋转编码器135的输出已知第一构件/安装板102和第二构件104处于什么样的分度旋转位置。

检查第一构件/安装板102和第二构件104已经正确锁定在一起也可能是有用的。这可以以各种方式实现，例如通过使用可以检查第一构件/安装板102和第二本体105的相对面之间的间隔的一个或多个传感器，并且如果该间隔大于固定阈值量(其对于所有分度位置都是相同的)，则可以采取矫正措施(例如，可以报告错误/警告和/或采取措施以试着纠正问题，比如通过尝试解锁操作/重新锁定操作，例如从不同的位置/方向，和/或要求重新校准)。

在所描述的本实施例中，提供了被配置成测量处于其锁定状态的第一本体和第二本体的相对空间构型并提供关于此相对空间构型的信息的传感器(在下文中标记为“验证”传感器，因为是用于检查/验证第一构件/安装板102和第二本体105已经正确锁定在一起)。将验证传感器的输出与它们被锁定在的特定分度位置所关联的预定信息进行比较。如果验证传感器的输出与该预定信息的差异超过预定量，则可以采取这样的矫正措施。

在所描述的特定实施例中，验证传感器是上述第二旋转编码器装置。相应地，第二旋转编码器装置的第一读取头160和第二读取头(未示出)的输出被用于确保第一构件/安装板102和第二构件104已经正确锁定在一起。特别地，当锁定时，第一读取头160和第二读取头(未示出)的输出被传递到读取头内的电子器件400，该电子器件例如包括处理装置402(例如CPU(中央处理器单元)、FPGA(现场可编程门阵列)或ASIC(专用集成电路)等)和存储器404。处理装置402将从第一读取头160和第二读取头(未示出)接收的值与存储在位于存储器404中的查找表中的值进行比较。特别地，处理装置402比较第一读取头160和第二读取头(未示出)的输出以确定它们的输出是否与存储在与特定分度位置相关联的查找表的元素中的那些值基本相同。如果第一读取头160或第二读取头(未示出)中的任一者或两者的输出与查找表中存储的值显著不同(例如，差异大于100nm)，则这可能指示出现了问题，例如：第一构件/安装板102和第二本体105没有正确锁定在一起；齿112/118已经撞坏；齿112/118之间有碎屑；齿/118之间存在过度磨损等。相应地，设备(例如控制器)然后可以在这种情况下采取矫正措施。这种矫正措施可以包括：使第一构件/安装板102和第二本体105再次解锁并重新锁定；向操作员和/或其他过程输出警告信号；停止当前操作等。

如上所述，第二旋转编码器装置是增量式编码器装置。因此，第一读取头160和第二读取头(未示出)的输出不包括任何绝对位置信息。相应地，处理器402不是比较绝对位置信息，而是比较相对(位置)数据/信息。特别地，例如，如位置测量编码器领域的技术人员将理解的，增量式位置编码器的标尺典型地包括以特定间距或“周期”(其在所描述的实施例中是20μm，但是如将理解的，可以使用具有其他周期的标尺)布置的规则间隔开的特征的阵列。读取头可以读取这些特征(例如光学地、磁力地、感应地，具体取决于所使用的技术)，并且读取头或其输出通常用于“计算”读取头和标尺在相对于彼此移动时的相对位置。还众所周知的是，可以对由读取头接收和/或由读取头输出的信号进行插值，来以比标尺的实际周期精细得多的分辨率来提供对读取头和标尺的相对位置的测量结果。这种插值读数通常称为“相位”读数。例如，典型地，由标尺信号生成正交(例如，SIN和COS)信号和/或由读取头输出。可以对此类正交(例如，SIN和COS)信号进行插值以提供此类“相位”读数。在所描述的实施例中，处理器402使用的是插值或“相位”读数并将其与存储在与特定值相关联的查找表的元素中的预存“相位”读数进行比较。

相应地，当第一104构件/安装板102和第二本体105随着分度位置改变而相对于彼此移动时，第一读取头160或第二读取头(未示出)不必读取标尺162(但如果配置允许的话，可以这样做)。更确切地说，当锁定操作已经完成时，第一读取头160和第二读取头(未示出)可以获取并输出单一读数，并且这些读数的插值或“相位”值可以与存储在与特定值相关联的查找表的元素中的预存“相位”读数进行比较。如果相位读数之一或二者相差超过预定量(例如，按照上述示例为100nm)，则可以如上所述采取矫正措施。

相应地，查找表中的数据元素可以说是每个校准分度位置的“相位识别标志(phase-signature)”，并且如果第一读取头160和第二读取头(未示出)的相位读数的值与针对给定分度位置的查找表中相位识别标志足够不同，则可以采取矫正措施。

在使用铰接头100进行测量操作之前，填充查找表(例如可以在校准程序期间填充)。

这可以包括以下步骤：将第一104构件/安装板102和第二本体105相对于彼此锁定在给定分度位置，以及将第一读取头160和第二读取头(未示出)的相位读数记录/存储在与给定分度位置关联的元素/数据单元中。然后，对于铰接头的分度位置中的每一个(或者至少对于要使用该头并且期望进行这种验证的分度位置)重复这个步骤。

可选地，查找表可以随时间更新，以允许随时间的小程度漂移。这可以连续发生或定期发生。这可以作为专用校准过程的一部分来完成，或者可以在测量操作期间完成。例如，每次第一构件/安装板102和第二本体105在任何给定分度位置处成功地锁定在一起(例如，它们通过上述100nm测试)，由第一读取头160和第二读取头(未示出)输出的相位读数可以取代先前的值被存储在查找表中。

如将理解的，如果需要，可以用描述查找表中的值的函数来代替查找表。然而，查找表可以是优选的，因为它易于生成并且因为容易保持其为最新版。

如将理解的，除了两个读取头之外，还可以使用单一读取头，或者可以使用不止两个读取头。多个读取头不必围绕标尺162彼此隔开90°放置。然而，已经发现，提供彼此不完全相对(即不成180°)的多个读取头是特别有利的，因为它可以提供关于第一构件/安装板102和第二本体105在多个维度上的空间构型的信息，并且出于效率和最佳性能的原因，以基本上/大约90°设置它们可以是优选的。

上述第二旋转编码器装置是增量式编码器，但是如将理解的，其可以由绝对编码器装置代替。

在上述实施例中，验证传感器是旋转编码器装置。然而，不一定必须是这种情况。可以使用其他类型的传感器，比如位置灵敏装置(PSD)，该位置灵敏装置的输出取决于第一构件/安装板102和第二本体105在被锁定在一起时的相对空间位置。在这种情况下，可以在校准阶段期间填充查找表，以便记录针对每个感兴趣的分度位置(例如，可以是所有分度位置或仅打算在后续测量操作期间使用的那些分度位置)的PSD输出。随后，在使用中，当第一构件/安装板102和第二本体105被锁定在特定分度位置时，PSD可以向处理器402提供输出，该输出然后与存储在存储器404中的查找表的与特定分度位置相关联的特定元素中存储的值进行比较。如果PSD的输出相差超过阈值量，则可以采取矫正措施。

在替代性实施例中，验证传感器被配置成仅测量第一本体和第二本体的相对高度/间隔(例如经由电容传感器)。然而，有利地，当第一本体和第二本体锁定在一起时，将验证传感器的输出与查找表的与第一本体和第二本体锁定在一起时的特定分度位置相关联的元素中的预存值进行比较。

如将理解的，上述铰接接头的进一步变化和替代性实施例是可能的。例如，第一磁体140、第二磁体142和第三磁体144中的一个或两个可以用可磁性吸引的(例如含铁)材料代替。这将提供与提供三个磁体时的效果相似(虽然较弱)的效果。相应地，留下的一个或两个磁体将需要更强，因此更大，这也可能(取决于配置)意味着需要更大的峰值马达力。

在另一个类似的实施例中，第一磁体140位于其他地方。例如，第一磁体140可以位于轴132的远离接触板134的端部处/朝向该端部定位。再次，这将在锁定/解锁过程期间辅助马达方面提供类似的效果，但是因为第一磁体140远离第一构件/安装板102定位，所以其将提供很小的保持力(如果有的话)，因此需要提供更大/更强的第二磁体142和/或第三磁体144。

图12示意性地展示了替代性实施例，其中省略了第一磁体140，使得第二构件104仅通过一对磁体(即，设置在第一构件/安装板102上的第三磁体144和设置在支柱132的接触板134上的第二磁体142)被磁力地保持在第一构件/安装板102上。虽然这是可能的，但第二磁体142和第三磁体144自身需要提供所有锁定力/保持力，因此它们中的任一者或两者将需要比上述三个磁体的布置强得多，这接着需要马达在锁定过程期间、在支柱的接触板134要被拉离第一构件/安装板102拉动时(即，在从图11b转变到图11a时)更加努力地工作。而且，在没有第一磁体140的情况下，将第二构件104的壳体105保持到第一构件/安装板102的所有力必须通过支柱130、杠杆170和导螺杆机构172以及相关联的轴承来承载。这将需要这些部分更大/更强，并且理想情况下将需要防止反向驱动的马达。

图13展示了另一替代性实施例，其中省略了第三磁体144，使得第二构件104仅通过一对磁体(即，设置在壳体的顶板115上的第一磁体140和设置在支柱的接触板134上的第二磁体142)被磁力地保持在第一构件/安装板102上。在这种情况下，第一构件/安装板102(至少其一部分)必须由能够被磁体吸引的材料(例如含铁材料)制成。该实施例的缺点在于，与存在第三磁体的情况相比，固持/保持和起动扭矩较低(因此，如果期望相同的固持/保持和起动扭矩，则需要更大/更强的第一磁体140和/或第二磁体142)。

图14展示了另一替代性实施例，其中省略了第二磁体144，使得第二构件104仅通过一对磁体(即，设置在壳体的顶板115上的第一磁体140和设置在第一构件/安装板102上的第三磁体144)被磁力地保持在第一构件/安装板102上。该实施例的缺点在于，与存在第二磁体的情况相比，固持/保持和起动扭矩较低(因此，如果期望相同的固持/保持和起动扭矩，则需要更大/更强的第一磁体140和/或第三磁体144)。在该实施例中，接触板134可以包括能够被磁体吸引的材料(例如含铁材料)，以辅助磁性保持，但这不如包括磁体的接触板134好。

图15展示了另一替代性实施例。在该实施例中，展示了磁体不必直接堆叠成彼此成一直线。例如，图15展示了第一磁体140和/或第三磁体144 140的替代性位置(例如，它们可以位于比第二磁体142径向更远的位置)。

磁体还可以以彼此排斥的布置来使用，以便提供必要的锁定力/保持力。

然而，已经发现，所描述的根据图1至图11的实施例具有至少三个成一直线的堆叠磁体(所有磁体均布置成彼此吸引)的布置可以是有利的。特别地，已经发现这显著减少了当支柱130处于其锁定状态时控制支柱的线性位置的马达所需的功，并且可以帮助减少马达在锁定动作期间所需的峰值功。这不仅可以减小所需马达的大小并有助于保持铰接头紧凑和轻型，而且还可以减少马达的热输出(这进而可以通过减少/避免热变形来改进铰接头的计量性能)。事实上，当图1至图11的实施例的磁体可以被配置成在锁定时提供120N的拉力，在解锁时提供160N(以便提供2Nm的起动扭矩)时，由于三个成一直线的堆叠磁体，马达只需要产生峰值95N的力。

图16是展示图3、图4和图11的三个磁体的实施例的支柱力和固持力的曲线图，图17是展示图12的两个磁体的实施例的支柱力和固持力的曲线图(除了省略了第一磁体140之外，在各方面都是等同的)。固持力(上文也称为“保持力”或“锁定力”)是将第一构件102和第二构件104拉到一起的净力。支柱力是支柱130所经历的/被施加的净磁力。相应地，这是为了将支柱130固持在适当位置而必须克服的磁力。这种力可以通过由马达施加在支柱上的力与齿轮装置/马达/支柱系统中的任何摩擦力的组合来克服(如将理解的，如果排除齿轮装置/马达/支柱系统中的摩擦力，则支柱力与马达所需的功成正比；例如与马达电流成正比)。

如图16所示，当第一构件/安装板102和第二构件104处于其锁定状态时，支柱力非常低(小于10N)。相应地，将支柱130固持在适当位置所需的力较低。事实上，它低到使得取决于齿轮装置/马达/支柱系统，摩擦力可能足以将支柱130固持在适当位置(例如，如果其非常抵抗反向驱动)。相应地，需要很少甚至为零的马达功率来将支柱130固持在适当位置。此外，如上所述，图1至图11的构型布置成使得在锁定位置，支柱130定位成使得将第二磁体142朝向第一磁体140偏置的磁力大于将第二磁体142朝向第三磁体144偏置的磁力。相应地，即使控制支柱130的线性位置的马达被关掉，并且即使摩擦力不足以抵抗磁偏置将支柱130固持在适当位置，将发生的也只是支柱130将进一步缩回，直到接触板134抵接壳体顶面115，这不会对第一构件/安装板102和第二构件104的齿112、118的接合产生不利影响。

这与图12的两个磁体的实施例中支柱130所经历的支柱力形成对比。如图17所示，当处于锁定状态(为如图12所示的状态)时，存在显著的净磁力(大约110N)将第二磁体142朝向第三磁体144偏置。相应地，在锁定位置，马达需要显著的功/功率来将支柱130固持在适当位置。事实上，支柱力大到使得即使非常抵抗反向驱动的导螺杆机构的摩擦力也不足以克服支柱力，因此如果马达断电，则支柱130将朝向第一构件/安装板102蠕动，直到它们相接触，接着这会干扰第一构件/安装板102和第二构件104的齿112、118的接合。

如从图16和图17中的曲线图可以看到的，三个磁体的实施例存在一些缺点，因为当支柱130和第一构件/安装板102相接合时存在显著的支柱力。相应地，需要显著的马达功/功率来推挤支柱力，以便将第一构件/安装板102与第二本体104分开(例如，在图11b和图11d所示的状态之间)，还将第一构件/安装板102和第二本体104固持在其解锁状态(例如，图11d所示的状态)。相比之下，对于图12的两个磁体的实施例，支柱力为零，因此一旦支柱130和第一构件/安装板102已经接合，只需要非常小的马达功/功率来分开第一构件/安装板102与第二本体104。

然而，在正常情况下，铰接头在其解锁状态下度过的时间量显著小于铰接头在其锁定状态下度过的时间量，因此三个磁体的实施例在锁定状态下需要显著更少(或甚至为零)的马达功率的好处超过了在解锁状态下需要更加努力地工作的成本。

图1至图11的三个磁体的实施例还具有以下好处：其所需的峰值马达功/功率小于两个磁体的实施例。在两个磁体的实施例中，马达所需的最大量的功是当其重新锁定第一构件/安装板102和第二本体104时出现，并且特别地在第一构件/安装板102和第二本体104的齿112、118相接合并且马达试着将支柱的接触板134与第一构件/安装板102分开时需要峰值马达功/功率。此时，马达必须全部靠自身克服第二磁体142和第三磁体144的吸引拉力(并克服齿轮装置/马达/支柱系统中的任何摩擦力)，因此需要施加大于150N的力。相比之下，对于三个磁体的实施例，在锁定操作期间在第一构件/安装板102和第二本体104的齿112、118相接合并且马达试着将支柱的接触板134与第一构件/安装板102分开时(即，在图11b所示的点)，第一磁体140和第二磁体142已更靠近在一起(与当它们如图11d所示完全解锁时相比)。相应地，第一磁体140足够靠近第二磁体142从而在第二磁体142上施加显著量的拉力，并且因此辅助马达将支柱的接触板134与第一构件/安装板102分开。这使得马达只需施加约95N来实现这种分开(参见图16中的点A)。

如将理解的，可以提供替代性装置来保持第一构件/安装板102和第二构件104。例如，可以使用一个或多个机械杆(比如US 7213344中描述的那些)将第二构件104的壳体105和第一构件/安装板102拉到一起。替代性地，可以使用机械弹簧将第二构件104的壳体105和第一构件/安装板102拉到一起。然而，已经发现，由于可能存在由摩擦引起的磁滞问题，因此磁体比此类机械解决方案更优选(磁体可以避免第一构件/安装板102与第二构件104之间需要任何移动部分)。

有利地，上述实施例依赖于环磁体的使用。可能的是，环磁体中的一个或多个可以被盘磁体代替，但是，有点违反直觉的是，发明人已经发现，与盘磁体相比，环磁体具有基本上不同的力/距离分布，这在本情况下是显著有利的(特别是与盘磁体相比，环磁体似乎针对给定的表面积提供了更有效的设计)。事实上，已经发现，在这种配置中，环磁体可以提供比相同外直径和深度(正交于环的直径来测量)的盘磁体大得多的力(约多50％)。图18是展示两个盘磁体的实施例的支柱力和起动扭矩的曲线图，除了第二磁体142和第三磁体144是盘磁体而不是环(其中，盘磁体的外直径与环磁体的外直径相同)之外，其在各方面都与图12所示的等同。如图所示，支柱力以及至关重要的起动扭矩比等效的环磁体实施例中显著更小。

这一发现使它们能够为铰接头提供非常高的保持力/锁定力，这进而使铰接头在磁耦合失效之前能够承受更高的负载/更高的力矩。例如，可能期望承载非常重的探头(比如相机/视频探头)和/或可能期望承载非常长的触针，其在磁耦合上提供大的力矩，尤其是在探测期间。过去，对如此大的力的需求迫使适合承载大负载/力矩的铰接头的设计者放弃使用磁体。例如，US 7263780和US 9494403中披露的铰接头使用机械杆来提供锁定力。然而，发明人发现，使用环磁体可以提供适当大的保持负载，而不需要物理上较大的磁体，因此可以被适当地装配到要安装到定位设备(比如CMM)上的铰接头中。

作为连续环磁体的替代方案，布置成环形状的一系列小的盘磁体可以优于具有与环形状相同直径的单一盘磁体提供优点，但已经发现连续的环提供了最有效的设计(对于给定的表面积)。

如上所述，第一环形构件/端面花键构件110的平面齿112和第二环形构件114的冠状齿118提供第一构件/安装板102和第二构件104的稳定且可重复的定位。当处于锁定状态时，第一构件/端面花键构件102与第二构件104之间的唯一物理/机械约束是第一环形构件/端面花键构件110的平面齿112与第二环形构件114的冠状齿118之间的接触点。这种构型的特别优点在于，在每一个分度位置处，第二构件104通过由第二环形构件114的冠状齿118和第一环形构件/端面花键构件110的平面齿112提供的六个接触点而相对于第一构件/安装板102在所有六个自由度上受到约束，从而提供运动学约束。对于每个可能的分度位置都是如此。这为安装在铰接头100上的探头300在每个分度位置处提供了最大的位置可重复性。还有利的是，端面花键构件110和第二环形构件114具有作为分度元件和保持元件的双重功能。

如可以在图3和图4中看到的，提供了安全掣子136或“销”。提供安全掣子136仅是充当安全机构，以在磁性保持机构失效时(例如，由于第二构件104的过载，例如由于碰撞)防止第一构件102与第二构件104完全脱离。安全掣子136的一端固定至支柱的接触板134，另一“头”端宽松地位于第一构件/安装板102中的空隙138内。由于其宽松地位于第一构件/安装板102中的空隙内，所以它不充当第一构件/安装板102与支柱130/第二构件104之间的约束(并且因此不干扰第一构件/安装板102与第二构件104在处于锁定构型时的上述运动学联接，也不干扰第一构件/安装板102与支柱130在处于解锁构型时的运动学联接)。然而，安全掣子136具有扩大的头部构件137，在第二磁性环142与第三磁性环144之间的磁耦合失效的情况下，该头部构件将接合空隙中的凸耳139，从而防止第一构件/安装板102与第二构件104的进一步分开。

在上述实施例中，端面花键构件110设置在铰接头的第二构件104上，并且冠状齿118设置在第一构件/安装板102上。然而，不一定必须是这种情况，并且可以以相反的方式设置它们。

在上述实施例中，第一构件/安装板102和第二构件104经由磁体的布置被磁力地保持，这意味着不需要使用机械装置(例如臂/杠杆)来将第一构件/安装板102和第二构件104拉动并固持在一起。相应地，当处于锁定状态时，第一构件/安装板102与第二构件104之间的唯一机械约束由端面花键构件110的齿和第二环形构件114的齿提供。因此，当处于锁定构型时，支柱130与第一构件/安装板102解联接，使得支柱130不干扰第一构件/安装板102与第二构件104的上述运动学联接。然而，不一定必须是这种情况。例如，在其他实施例中，可以提供机械推/拉杠杆臂机构，其中臂的一端封装在第一构件/安装板102的轴承内，并且臂的另一端封装在第二构件104的轴承内。

上述实施例涉及分度式铰接头。如将理解的，可以使用替代性的非分度机构将第一本体和第二本体锁定在一起。例如，第一构件/安装板102和第二构件104的接合构件可以有助于第一本体和第二本体的近乎无限的相对定位。例如，这可以通过用具有平坦的平面表面的构件替代具有连续系列的非球形齿112的第一环形构件110来实现。同样地，第二环形构件114可以用具有与第一环形构件110的平坦的平面表面配合的平坦的平面表面的构件来替代。可选地，第一构件/安装板102和第二构件104中的一个可以具有用于接合另一个构件的平坦的平面表面的特征。例如，第一构件/安装板102和第二构件104中的一个可以具有被配置成接合另一个构件的平坦的平面表面的三个特征(例如突出部)。

Claims (15)

1.一种包括铰接接头的计量设备，所述铰接接头包括：

第一本体和第二本体，所述第一本体和所述第二本体可围绕第一轴线以多个不同的角度取向锁定在一起；

第一本体包括支柱，所述支柱可由马达在缩回构型与伸出构型之间致动，在所述缩回构型中，所述第一本体和所述第二本体处于其锁定状态，在所述伸出构型中，所述第一本体和所述第二本体被所述支柱沿着所述第一轴线固持分开，使得所述第一本体和所述第二本体解锁，从而准许所述第一本体和所述第二本体相对旋转，所述支柱和所述第二本体被朝向彼此磁力地偏置，以磁力地保持所述第一本体和所述第二本体；并且

进一步包括至少一个补充偏置构件，所述至少一个补充偏置构件被配置成将所述支柱朝向其缩回构型偏置。

2.如权利要求1所述的设备，其中，所述补充偏置构件包括磁性材料，例如磁体。

3.如权利要求2所述的设备，其中，所述支柱以及所述第一本体和所述第二本体包括被布置成提供以下项的磁性材料：

i)作用在所述支柱上、将所述支柱朝向其伸出构型推动的磁力；以及

ii)作用在所述支柱上、将所述支柱朝向其缩回构型推动的磁力。

4.如任一权利要求2或3所述的设备，其中，所述第一本体、所述第二本体和所述支柱中的每一个均包括磁体。

5.如权利要求4所述的设备，其中，所述第一本体的磁体被配置成磁力地吸引所述支柱，和其中，所述第二本体的磁体也被配置成磁力地吸引所述支柱。

6.如权利要求4或5所述的设备，其中，所述第一本体、所述支柱和所述第二本体的磁体基本上同轴布置。

7.如权利要求4至6中任一项所述的设备，其中，所述第一本体、所述第二本体和所述支柱中的至少一个包括环磁体。

8.如任一前述权利要求所述的设备，其中，所述支柱包括在其端部处的径向延伸的面部分，所述径向延伸的面部分被配置成接合所述第二本体并且被布置成使得所述径向延伸的面部分夹在所述第一本体与所述第二本体之间。

9.如权利要求4和8所述的设备，其中，所述径向延伸的面部分包括所述磁体。

10.如任一前述权利要求所述的设备，其中，所述支柱和所述第二本体包括被配置成在所述支柱处于其伸出构型时用以接合的接合特征，其中，所述支柱构件上的接合特征位于所述支柱上的磁性材料的径向外侧。

11.如权利要求8和10所述的设备，其中，所述支柱的径向延伸的面部分包括所述接合特征。

12.如任一前述权利要求所述的设备，其中，所述设备包括探头头部，所述探头头部用于将测量探头支撑在坐标定位设备上，使得所述测量探头能够被布置成多个不同的旋转取向。

13.如任一前述权利要求所述的设备，其中，所述铰接接头是分度式铰接接头，其中，所述第一本体和所述第二本体具有可相互接合的接合元件，所述接合元件能够绕所述第一轴线以多个不同的角度取向锁定在一起，以提供所述第一本体和所述第二本体能够相对于彼此锁定的多个角度分度位置。

14.一种包括铰接接头的计量设备，所述铰接接头包括：

第一本体和第二本体，所述第一本体和所述第二本体能够绕第一轴线以多个不同的角度取向锁定在一起，并且能够解锁以准许所述第一本体和所述第二本体相对旋转；以及

至少一个环磁体，所述至少一个环磁体被配置成磁力地保持所述第一本体和所述第二本体。

15.如权利要求14所述的设备，其中，所述铰接接头是分度式铰接接头，其中，所述第一本体和所述第二本体具有可相互接合的接合元件，所述接合元件能够绕所述第一轴线以多个不同的角度取向锁定在一起，以提供所述第一本体和所述第二本体能够相对于彼此锁定的多个角度分度位置。