CN1721811A - 一种可定向的探针 - Google Patents

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Abstract

一种可定向的探针(10)，包括探针触针(6)，能够沿多个围绕转动中心(O)分度的方向定向，设置了两个移动件(4，5)，第一个围绕第一轴(B)和相对固定的支承件(3)转动，第二个围绕第二轴(A)和相对第一移动件转动。触针(6)固定到相对转动中心(O)的偏移位置。

Description

一种可定向的探针
技术领域
本发明涉及一种测量测量机械构件三维坐标的探针，特别地但不排他地，涉一种可定向的探针，设计用于手动或自动的坐标测量装置。
背景技术
接触探针是一种测量仪器，例如，可用于机械零件的生产线，检查机械零件的尺寸或表面形状。接触探针还可用于获得复杂零件的三维形状，以便复制或模型化。
探针一般包括固定件，可固定到测量装置的臂上，和移动的触针，包括位于细长杆的端部的球体，可与进行测量的构件接触。
在许多应用中，接触探针固定到测量装置的移动臂上，其位置可通过手动或自动测量系统，如位于装置轴上的位置编码器，精确地确定。移动臂可在空间中移动，直到探针的测量触针与待测量的构件或表面接触。在接触过程中，偏转力施加到触针上，将其从原始的静止位置移开。传感器与触针的轻微位移作用，产生电信号，送到使用者，其具有光信号的形式，或送到装置的控制软件，其根据测量系统的数据，确定给定参考框架中的接触点的坐标。为此，现有技术使用了机电或光传感器，或基于不同原理的移动传感器，例如，包括约束仪(constraint gauge)的传感器。
对于三维接触探针，触针和探针固定件之间的连接通常根据Boys连接原理来实现，即通过三个位于6个球体上的圆柱销，以形成位于固定件和触针之间的6个接触点。已知存在有一维和二维探针。
当探针用于测量复杂形状的构件时，如具有空腔和凸出部，探针的固定件或触针杆不与待测量件的元件干涉，则难以或不可能使得触针与构件的整个表面接触。为了避免这种不便，已知道探针可允许接触触针位于多个空间方向。一般要有两个互相独立的旋转轴，以覆盖所有可能的方位。欧洲专利申请EP0392660介绍了这种类型的探针。
这种类型的探针不局限于使用接触触针，还可以采用无接触的探针，例如，摄影机，来检测和检查机械零件。
旋转轴最好是可分度的，意味着可提供足够多的但有限数目的，预先确定的和可精确重新定位的静止位置。这样设置可防止测量装置在触针方位改变后重新校准。
已知的可定向的探针的一个局限是探针定向机构，与非定向的探针相比，包括了增加的探针尺寸。因此，测量装置的三维坐标轴的有效移动范围，尤其是在Z轴上，将减少。
具体地，因为探针本身的空间要求，难以测量靠近测量装置的移动范围端部的点的坐标，或复杂形状的构件的坐标。
发明内容
本发明的目的是提出一种探针，其没有现有技术存在的缺点，尤其是避免已知可定向的探针的空间要求导致的局限性。
这些目的的实现是通过作为权利要求的主体的装置，尤其是一种用于相对测量装置定向触针的可定向的探针，其包括支承件；第一移动件，连接到所述支承件，能够相对所示支承件围绕第一轴转动；第二移动件，连接到所述第一移动件，能够相对所述第一移动件围绕第二轴转动；探针触针，具有细长形状，连接到所述第二移动件；其中，所述探针触针可相对所述支承件平移。
附图说明
通过阅读以示例方式给出的和附图显示的说明，对本发明可有更好的了解，附图中：
图1是根据本发明的可定向的探针的视图；
图2，3，4分别显示了图1的探针的第一位置，第二位置和第三位置；
图5显示了本发明探针的一个实施例；
图6，7，8显示了探针的三种结构。
具体实施方式
参考图1，根据本发明的可定向的探针10包括支承件3，其设计成可固定道测量装置的臂上，例如，能够沿测量空间内的X，Y，Z的三个轴移动。可通过杆2或其他固定机构进行固定。
下面，为了简化，用语“垂直的”是指图1中轴B的方位。该用语指的是图的惯用方位，以及本发明的装置通常使用的方位，其通常与固定探针的测量装置的垂直轴Z的方向重合。但是探针可使用其他的空间方位。
第一移动件4固定道支承件3，可绕垂直轴B转动。第一移动件4最好能够位于多个分度的位置，对应多个预定的小角度，例如，10度。在已知的方式中，这些分度位置的确定，例如，可通过在定位件之间形成6个静止点的均衡连接，其中定位件的位置具有很高的精度。
在本发明的一个实施例中，移动件4的转动不是分度的，可具有连续的角度值。
第一移动件4的转动可通过机电促动器来实现，例如，直流马达或步进马达，或通过其他促动机构。转动还可由操作员干涉手动进行。
在本发明的一个实施例中，角度编码器允许绕轴B的转动角读出。编码器和马达最好连接起来，形成侍服马达。
第二移动件5可绕水平轴A自由转动，轴设置在第一移动件4。第二移动件5的绕轴A的转动可以是连续的或分度的，马达带动的或手动，如同上面所述的移动件4。
第二移动件5绕轴A的转动覆盖了大于90度的角度范围，角度范围大于120度更好，最好是角度范围不小于180度。
探针触针6固定到第二移动件5，在其端部支承了球体7，其设计可与进行测量的零件接触。检测装置，未显示，可响应球体7的轻微位移，电信号通过连接件(未显示)发送到光显示器35或发送到装置的控制软件。
参考图2，围绕轴A和B的转动后，触针6和球体7可位于多个相对旋转中心O的空间位置，旋转中心位于轴A和B的交叉点。
一般地，两个轴A，B不必在空间交叉，点O不总是存在。
根据本发明的一个方面，探针触针6，触针6的轴线61和球体7的中心不与第二轴A对齐，而是偏移的，例如是沿垂直方向相对第二移动件5的轴A偏移距离d。
图2，3，4对探针触针6的偏移d进行修正的转动过程，发生在本发明的一个实施例中。图2表示根据本发明的探针触针位于水平位置。触针6向上偏移距离d。当测量接近测量装置的Z向移动范围的上限的点时，这种结构具有优越性。
图3和图4分别显示了从图2的结构，绕轴A转动180度后，然后绕轴B旋转180度的探针。可以想到，在过程结束时，探针触针位于与开始时完全相同的水平方向，但相对轴A向下偏移距离d。这种结构使得位于非常低位的点的坐标可以测量，探针的下部不会接触到放置测量零件的心轴。
在图4的结构中，探针触针6相对图2的初始结构平移，处于相对轴C的对称位置。
根据相同的原理，可以从触针6的偏斜位置开始，进行两次转动，一次绕轴A，第二次绕轴B，到达的位置的触针的偏移不同于初始位置，触针的水平和垂直方位角未进行修正。在这种情况下，如果α是触针的相对垂直轴的初始角，需要绕轴A轴动2α，然后绕轴B转动180度。
因此，本发明的探针10允许对探针触针6的偏移进行修正，但不改变其方位，可位于向上偏移的位置，如图2所示，或位于向下偏移的位置，如图4所示。通过这种方式，测量装置的沿Z向的有效移动范围增加了2个d。
参考图6，7，8，相同的原理可应用于探针触针相对轴C水平移动数量d，和相对第一轴B进行移动。图6显示了处于开始结构的示例，触针6沿增加的坐标Y的方向偏移距离d。
绕轴B的180度旋转使得图7的结构实现。继续沿轴A转动180度，触针6回到其原始的方位，但沿增加坐标Y偏移了距离d，如图8所示。
尽管所显示的图形和示例涉及到具有平行于第二移动件的轴C的对称轴线61的探针触针，本发明还包括不对称或偏斜探针触针的情况，其中设计用于接触待测量零件的元件，如球体7，相对轴C偏移。
本发明的另一实施例现在参考图5进行介绍。
在图5所显示的本发明的探针中，探针触针6固定到转动板56，其可绕轴C转动。在这种方式下，可以通过转动板56修正探针触针6的偏移。板56最好具有第一数量的分度位置，类似于移动件4和5，两个对应垂直轴的位于轴C两侧的位置，两个对应水平轴的位置。
板56的转动可通过马达来驱动，或其他的促动器，直接被测量装置的软件控制，或由操作人员手动进行。
在本发明的未显示实施例中，探针触针固定到滑动支承件，能够在移动件5的对应探针触针两个不同偏移的端部位置之间滑动。还可以采用另外的手动或马达带动位移机构，这些都属于本发明的范围。
在本发明的一未显示的实施例中，探针触针的偏移的实现通过在第二移动件5和探针触针6之间插入可移动的偏移机构。该偏移机构可包括转动板，类似于图5所示的本发明的实施例，或滑动件，来改变偏移量。
在另一实施例中，固定的偏移机构插入第二移动件5和探针触针6之间。在这种情况下，偏移变化通过转动的合成来实现，如图2，3，4所显示的实施例。

Claims (17)

1.一种可定向的探针(10)，可相对测量机构定向探针触针(6)，包括：
支承件(3)：
第一移动件(4)，连接到所述支承件(3)，能够相对所示支承件(3)围绕第一轴(B)转动；
第二移动件(5)，连接到所述第一移动件(4)，能够相对所述第一移动件围绕第二轴(A)转动；
探针触针(6)，具有细长形状，连接到所述第二移动件(5)；
其中，所述探针触针(6)可相对所述支承件(3)平移。
2.一种可定向的探针(10)，可相对测量机构定向探针触针(6)，其包括：
支承件(3)；
第一移动件(4)，连接到所述支承件(3)，能够相对所示支承件(3)围绕第一轴(B)转动；
第二移动件(5)，连接到所述第一移动件(4)，能够相对所述第一移动件围绕第二轴(A)转动；
探针触针(6)，具有细长形状，连接到所述第二移动件(5)；
其中，所述探针触针(6)可位于多个空间方位，所述探针触针相对所述第二轴(A)偏移。
3.一种可定向的探针(10)，可相对测量机构定向探针触针(6)，其包括：
支承件(3)；
第一移动件(4)，连接到所述支承件(3)，能够相对所示支承件(3)围绕第一轴(B)转动；
第二移动件(5)，连接到所述第一移动件(4)，能够相对所述第一移动件围绕第二轴(A)转动；
其中，所述第二移动件绕所述第二轴(A)转动覆盖的角度范围大于90度，最好不小于180度。
4.根据权利要求1所述的可定向的探针(10)，其特征在于，所述探针触针(6)可不改变方位进行平移。
5.根据权利要求1所述的可定向的探针(10)，其特征在于，所述平移的实现是通过连续转动所述第一移动件(4)和第二移动件(5)。
6.根据权利要求2所述的可定向的探针(10)，其特征在于，所述探针触针(6)的偏移可改变。
7.根据权利要求2所述的可定向的探针，其特征在于，所述偏移可通过连续转动所述第一移动件(4)和所述第二移动件(5)来改变。
8.根据权利要求2所述的可定向的探针，其特征在于，所述偏移可不改变所述探针触针(6)的方位进行改变。
9.根据权利要求2所述的可定向的探针，其特征在于，通过定位所述探针触针于相对所述第二移动件(5)的轴(C)的两个对称位置中的一个，来改变所述偏移。
10.根据权利要求2所述的可定向的探针，其特征在于，所述探针触针(6)包括杆，其一端设置了构件(7)，其设计成可与进行测量的零件接触，所述杆的轴线(61)相对所述第二轴(A)偏移。
11.根据权利要求3所述的可定向的探针，其特征在于，包括细长形状的探针触针(6)，连接到所述第二移动件(5)。
12.根据前面权利要求中任一项所述的可定向的探针，其特征在于，所述第二移动件(5)围绕所述第二轴(B)转动覆盖的角度范围大于120度，最好不小于180度。
13.根据前面权利要求中任一项所述的可定向探针，其特征在于，包括转动板(56)，一方面固定到所述移动件，另一方面固定所述探针触针。
14.根据前面权利要求中任一项所述的可定向探针，其特征在于，包括滑动件，所述探针触针(6)固定到所述滑动件。
15.根据前面权利要求中任一项所述的可定向探针，其特征在于，包括可移动的机构，设置在所述第二移动件(5)和所述探针触针(6)之间。
16.根据前面权利要求中任一项所述的可定向探针，其特征在于，所述第一移动件(4)和所述第二移动件(5)可位于多个分度的和可重现的位置。
17.根据前面权利要求中任一项所述的可定向探针(10)，其特征在于，包括至少一个电动机，使所述第一移动件(4)和/或所述第二移动件(5)转动。
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