[发明专利]用于位置确定设备的表面检测装置

说明书

分案申请

本申请是2006年4月26日提交的申请号为200680014249.1、发明名称为“带有光学传感器的表面检测装置”的中国专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种用于例如坐标测量仪（CMM）、扫描仪、机床或测量机器人的位置确定设备的表面检测装置。

背景技术

这样的仪器用于测量工件，并且典型地包括相对于支撑工件的台面在X、Y、Z三个方向上可移动的臂或其它部件。在该仪器上的传感器测量可移动臂或其它部件在X、Y、Z方向的每个方向上的运动，使得能够确定可移动部件相对于基准位置的位置。

本发明特别涉及的表面检测装置是一种模拟或测量探针，具有带接触工件的尖端的细长触针。在使用中，如在我们的美国专利No.5040306中所述，它可以安装在铰接探头上以用于高速扫描操作。该探头安装在仪表的可移动部件上，并且具有能够关于旋转的两正交轴线确定探测器触针的轴线的取向的电机或致动器。与这些可旋转的轴线相关联的传感器确定取向的方向。

在扫描操作期间，仪表和/或探测头根据来自仪表控制器的指令，使触针尖端在工件表面上运动，以收集关于该工件表面轮廓的数据。从仪表和探测头的传感器提供的信号，并从探测触针的维度信息，可以估计被扫描的表面上的点的位置。但是，只有在触针制成足够刚性时才能具有所需的精度，而这是不切实际的。

我们的美国专利No.6633051（对应于国际专利申请No.WO00/60310）示出了这样的探测器。其包括相对柔软、中空的触针，它在触针尖端和工件表面之间的接触力以及加速时的惯性力的作用下横向弯曲。提供一种光学系统，它用于测量由这样的弯曲导致的触针尖端的横向位移。然后将其与来自仪表传和探测头的传感器的测量相结合。

所述光学系统包括沿中空的触针穿过的光束。然后，该光束由在尖端上或接近尖端的光学部件沿触针反射回去。触针尖端的横向位移引起返回光束的横向或倾斜位移，该横向或倾斜位移由位置敏感检测器测量。

在US6633051中示出的探测器只能测量触针尖端的横向位移。

发明内容

根据本发明，提供了一种用于位置确定设备的表面检测装置，其包括：

探测器本体；

具有检测工件的触针尖端的细长触针；

所述触针被可互换地连接到所述探测器本体并且被安装到所述探测器本体以用于纵向位移；

在所述探测器本体中用于测量所述纵向位移的设备；

所述触针尖端经受横向位移；

与所述可互换的触针相关联的传感器系统，用于测量所述尖端的所述横向位移。

另外，本发明提供一种用于位置确定设备的表面检测装置，包括：

具有检测工件的触针尖端的细长触针；

光学元件，所述光学元件位于该尖端处或在该尖端附近或连接到该尖端，以经受尖端的横向位移；

光学传感器系统，所述光学传感器系统在光学元件和检测器之间投射光束，由此测量尖端的所述横向位移；

其中，所述触针安装在表面检测装置中用于进行纵向位移；并且

提供用于测量所述纵向位移的设备。

在一些优选实施例中，用于测量触针的纵向位移的设备是光学的。

附图说明

现在将参考附图举例说明本发明的优选实施例，其中：

图1是带有表面检测装置的铰接头的示意图；

图2A和图2B是表面检测装置的第一实施例的截面图；

图3是表面检测装置的第二实施例的截面图；和

图4、5、6和7表示用于这种装置的可选触针组件。

具体实施方式

现在参考图1，其中示出了一种铰接探测头。该探测头包括适于连接到位置确定设备（未示出）的第一外壳部分10，并且第一外壳部分10包含电机或致动器12以提供轴14绕第一轴线Z的旋转。连接到轴14的是第二外壳部分16，该第二外壳部分16包含第二电机或致动器18，以提供第二轴20绕正交的第二轴线X的旋转。连接到第二轴20用于随之旋转的是外壳24，该外壳包含用于包括探测器22和触针组件26的表面检测装置的支撑件。角度传感器和轴线X和Z相关联，以测量旋转运动并向控制器提供反馈。