專利名稱：用以檢測物體位置的探針的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于檢測物體位置的探針。該探針可用于機(jī)床、坐標(biāo)測量器和測量機(jī)器人等定位裝置上。
背景技術(shù)：
尤其是在數(shù)控機(jī)床上，已知的是切削刀具可以和測位探針互換。這種探針例如可以是觸摸開關(guān)式，例如美國專利No.4,153,988(McMurtry)所述的實(shí)例，作為參考結(jié)合在這里。這種探針具有一個工件觸針，且在觸針接觸工件時發(fā)出一個觸發(fā)信號?；蛘?，上述探針可以是“模擬”或“測量”或“比例”式，能夠相對探針本體對觸針的偏轉(zhuǎn)輸出測量。除了具有工件觸針的形式以外，任何這些探針還可以利用光學(xué)、電容、感應(yīng)(例如，利用渦流)或者其他非接觸技術(shù)替代地檢測工件。本發(fā)明可以使用這些探針中的任何一種或者其它類型的探針。
由于用在機(jī)床上的這種探針可和切削刀具互換，所以很難為探針提供導(dǎo)線或電纜，以將探針的輸出信號連到機(jī)床的控制器上。因此，使用了各種無線信號傳輸技術(shù)，包括電感傳輸、光學(xué)傳輸和無線電傳輸?shù)?。隨后，探針需要電池供能。為了保持電池壽命，需要探針僅在使用時才被打開。
美國專利No.4,599,524(McMurtry)中敘述了一種切換這種探針的已知技術(shù)，作為參考結(jié)合在這里。這里，在探針插入到機(jī)床的主軸內(nèi)之后，它的電池依靠主軸的旋轉(zhuǎn)打開。而探針內(nèi)的離心式開關(guān)響應(yīng)于這種旋轉(zhuǎn)。在使用之后，上述電池由進(jìn)一步旋轉(zhuǎn)而斷開，或者通過探針電路內(nèi)的延遲元件，在探針未使用經(jīng)過一預(yù)定期間之后，該元件產(chǎn)生間歇。
利用這種離心式開關(guān)的探針在商業(yè)上很成功，但是所使用的這種離心式開關(guān)卻相當(dāng)笨重。因此，如果需要探針具有很小的物理尺寸，則這種離心式開關(guān)就不能使用了，就需要使用其他的方法來打開探針。另一個問題就是這種離心式開關(guān)比較昂貴。

發(fā)明內(nèi)容
在廣義上，本發(fā)明的一個方面就是利用對于線性加速度敏感的傳感器，替換這種離心式開關(guān)。在優(yōu)選實(shí)施例中，上述傳感器是一種開關(guān)形式，但是也可以使用其他的線性加速傳感器。線性加速傳感器是商業(yè)可獲得的，例如用以汽車的開關(guān)，而且相比現(xiàn)有的離心式開關(guān)，尺寸要小，成本更低。還可以使用能夠提供和加速度成比例的信號的加速計。
因此，本發(fā)明的該方面就是提供一種探針，用于檢測定位裝置上物體的位置，包括響應(yīng)于探針的第一電路，用以獲得與物體的感應(yīng)關(guān)系；為上述電路供能的電源；響應(yīng)于上述探針運(yùn)動的傳感器，且該傳感器設(shè)置得可以在檢測到運(yùn)動時使電源和上述電路相連；其特征在于，上述傳感器響應(yīng)于線性加速度。
最好是，上述傳感器設(shè)置在探針內(nèi)，以使其還可以響應(yīng)于旋轉(zhuǎn)。因此，在探針被插入到位置感應(yīng)裝置的旋轉(zhuǎn)主軸內(nèi)之后，可以旋轉(zhuǎn)該探針，以便于啟動上述傳感器，從而打開探針。
當(dāng)利用旋轉(zhuǎn)來操作該傳感器時，在實(shí)際中會產(chǎn)生進(jìn)一步的問題，如下。上述探針還易于產(chǎn)生線性加速度，會在不希望的時候啟動上述傳感器。舉例來說，在定位裝置的主軸和刀具存儲箱之間交換探針時或者在存放有探針的刀具存儲箱自己移動時就會導(dǎo)致這些問題。
因此，上述線性加速傳感器可以和一個識別電路相連，用于識別線性加速度和旋轉(zhuǎn)，并在檢測到旋轉(zhuǎn)的時候?qū)㈦娫催B接到檢測電路上。
在美國專利4,599,524中敘述的離心式開關(guān)設(shè)計用于具有能夠繞著垂直軸線旋轉(zhuǎn)的主軸的機(jī)床上。這就產(chǎn)生另一個問題如果用于具有繞水平軸線旋轉(zhuǎn)的主軸的機(jī)床中，它不可能總是可靠的。如果在水平主軸機(jī)床中使用線性加速傳感器，也是同樣的問題。這是因?yàn)樵诶@水平軸線旋轉(zhuǎn)的整個循環(huán)過程中，重力可以改變傳感器產(chǎn)生的加速度。在上述旋轉(zhuǎn)的底部，重力作用在徑向向外的方向上，而在頂部，它卻作用在徑向向內(nèi)的方向上。離心式或者其他類型加速感應(yīng)開關(guān)可以在循環(huán)的一部分中關(guān)閉，而在另一部分中打開。其他類型的加速傳感器也有類似的功能。
本發(fā)明的另一方面就是提供一種探針，可以檢測定位裝置上物體的位置，包括響應(yīng)于探針的第一電路，獲得與物體的感應(yīng)關(guān)系；為第一電路供能的電源；響應(yīng)于上述探針運(yùn)動的傳感器，且該傳感器設(shè)置得可以在檢測到運(yùn)動時使電源和上述第一電路相連；其特征在于，運(yùn)動識別電路和上述傳感器相連，該運(yùn)動識別電路可以識別運(yùn)動，從而能夠?qū)⒅甘咎结標(biāo)皇褂玫倪\(yùn)動與其它運(yùn)動中加以區(qū)別。
該運(yùn)動識別電路可以對信號接收產(chǎn)生響應(yīng)，該信號對應(yīng)于與探針運(yùn)動或該運(yùn)動過程中的振動相關(guān)的預(yù)定識別標(biāo)志。
最好是，該運(yùn)動識別電路可以識別探針的旋轉(zhuǎn)和線性加速，在檢測出旋轉(zhuǎn)時將電源和第一電路相連。
在優(yōu)選實(shí)施例中，上述運(yùn)動識別電路檢測在對應(yīng)于探針全轉(zhuǎn)的僅僅一個部分或者多個部分的一個或者多個時間段內(nèi)是否從傳感器接收了指示旋轉(zhuǎn)的信號。
因此本發(fā)明這個方面的優(yōu)選實(shí)施例就提高了在用于檢測水平主軸機(jī)床上的旋轉(zhuǎn)時離心式和線性加速傳感器的可靠性，此時傳感器可以產(chǎn)生一個僅僅用于全轉(zhuǎn)一部分的信號。
在本發(fā)明這個方面的一個優(yōu)選實(shí)施例中，上述傳感器可以是一個開關(guān)。
在本發(fā)明的每一個方面，傳感器還可以設(shè)置得在檢測到探針的進(jìn)一步旋轉(zhuǎn)或其他運(yùn)動時，將電源和上述第一電路斷開。或者，還可以設(shè)置一個定時器，在連接之后或者在探針沒有使用預(yù)定時間之后，將電源斷開一段預(yù)定的時間。該探針可以同時具有這兩項選擇，來斷開上述電源。
最好是，上述電源為電池。
附圖簡述下面，通過實(shí)施例并參考附圖來敘述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，其中

圖1簡要說明了安裝在機(jī)床上的探針；圖2是圖1中探針一部分的垂直截面圖；圖3是圖2中線III-III處的水平截面；圖4是探針內(nèi)電路的一部分的電路簡圖；圖5、6、7和8是在圖4所示電路的處理器中運(yùn)行的程序部分的流程圖；圖9是另一實(shí)施例的一部分的電路簡圖。
優(yōu)選實(shí)施例詳述參考圖1，觸摸開關(guān)式探針10具有一個可插入機(jī)床旋轉(zhuǎn)主軸14內(nèi)的柄部16，可和切削刀具互換。隨后，上述主軸可以相對工件(未示出)進(jìn)行三維(在X、Y、Z方向)移動，從而將探針10的觸針12和工件表面上的不同點(diǎn)進(jìn)行接觸。探針內(nèi)的電路，例如美國專利No.4,153,998中所述的，用于檢測觸針12和工件之間的接觸，并隨之響應(yīng)而產(chǎn)生一個觸發(fā)信號。該觸發(fā)信號被傳送到接口18處，并由此被傳遞到機(jī)床的CNC控制器內(nèi)。由此，就記錄著在上述接觸過程中主軸14相對上述工件的X，Y，Z位置，從而能夠?qū)ぜM(jìn)行尺寸測量。
由于上述探針10可以和機(jī)床主軸14內(nèi)的切削刀具相互換，所以很難由硬連線連接將信號傳送出去。因此，上述探針由電池供能，并具有無線信號傳輸系統(tǒng)。在圖1所示的實(shí)施例中，使用了無線電傳輸系統(tǒng)。由和接口18相連的天線20接收上述信號。然而，用于這種探針的其他無線傳輸系統(tǒng)已為人所熟知，包括光學(xué)和電感傳輸系統(tǒng)，也可以同樣使用這些系統(tǒng)。除了上述觸摸開關(guān)式探針10，還可以使用其他任何類型的探針，包括說明書背景技術(shù)中所述的那些都可以使用。
圖2和3示出了圖1中觸摸開關(guān)式探針10的細(xì)節(jié)。上述工件觸針12和探針殼體24內(nèi)的觸針架22相連。該觸針架22具有三個徑向突出輥26。在彈簧23的偏壓力作用下，這些輥各自動態(tài)地座靠在滾珠對28上，從而為觸針12提供一種可精確重復(fù)的靜止位置。當(dāng)觸針12和工件相接觸時，它就從該靜止位置上被擾動，中斷上述輥26和滾珠28之間的電路?？梢詤⒖济绹鴮＠鸑o.4,153,998，進(jìn)一步了解使用的這種以及其他設(shè)置的細(xì)節(jié)。
在柔性印刷電路30上設(shè)置有可以處理所獲得信號的電路。如圖所示，該電路可有利地彎成三角形，通常和觸針12、觸針架22以及主軸14的旋轉(zhuǎn)軸線同軸。上述柔性印刷電路30可以環(huán)繞或者放在上述觸針架22之上，從而使結(jié)構(gòu)很緊湊，以便于上述探針能夠放到很小的殼體24內(nèi)。上述電路包括能夠處理觸發(fā)信號的元件，該信號從經(jīng)由滾珠28和輥26的電路中接收，而這些信號的大部分都被送入可編程集成電路(PIC)等專用可編程處理器或者微處理器電路中。該電路還可以包括將信號無線傳輸?shù)缴鲜鼋涌?8的元件。
為了簡潔，圖2和3僅示出了一個安裝到柔性印刷電路30上的元件。這就是線性加速開關(guān)32。這種開關(guān)可在商業(yè)上從美國依阿華州的美國電子元件公司(23590，County Road 6，IN 46515)獲得，例如元件#DD1284。這種開關(guān)還可以作為g-開關(guān)即與重力(g-force)作用的開關(guān)銷售。選擇該開關(guān)，主要是由于它的結(jié)構(gòu)緊湊，從而便于制成圖2、3中所示的緊湊設(shè)置。它結(jié)合有滾珠34，通過彈簧38，和可調(diào)節(jié)觸銷36間隔開。當(dāng)上述探針產(chǎn)生加速時，滾珠34就抵抗著彈簧38的作用，和上述銷36導(dǎo)電接觸，從而接通電路。
上述線性加速開關(guān)32偏離探針軸線安裝(由于主軸14，其能夠繞該軸線旋轉(zhuǎn))。這就保證它不僅響應(yīng)于線性加速，還可以響應(yīng)于主軸14的旋轉(zhuǎn)。
由于上述探針10由電池供能，期望的是僅僅在需要使用時將探針打開，以保證電池壽命。以類似美國專利No.4,599,524的方式，由開關(guān)32完成上述目的。在機(jī)床主軸14旋轉(zhuǎn)時，該開關(guān)響應(yīng)于加速度，將探針電路由僅僅監(jiān)視開關(guān)32的睡眠或靜止?fàn)顟B(tài)切換為“全開”狀態(tài)。因此通過主軸14在機(jī)床中CNC控制器的控制下進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，上述探針在插入主軸14之后可以完全打開，進(jìn)行正常使用。
不過，相比美國專利No.4,599,524，開關(guān)32不僅反應(yīng)于因旋轉(zhuǎn)引起的加速度，而且還可以反應(yīng)于線性加速度。例如，該開關(guān)32可以在探針插入主軸14或從中拆除時，反應(yīng)于自動換刀器所產(chǎn)生的加速度；或者，可以在主軸繞工件正常移動時，反應(yīng)于加速度；或者，可以在上述探針不使用而收存在自動換刀器的存儲箱或殼體(carousel)中時反應(yīng)于運(yùn)動。下面，參考圖4，5和6來敘述檢測上述旋轉(zhuǎn)以及將其區(qū)別于其他加速度的設(shè)置。
圖4示出了上述PIC或其他處理器40，由于永久和探針殼體24內(nèi)的電池52或其他電源相連，所以應(yīng)該將其選擇為具有低電流損耗。PIC 40可進(jìn)行編程來運(yùn)行多個程序。如我們待審的國際專利申請No.WO03/021182中所述，這些可以包括用于處理觸發(fā)信號的數(shù)字濾波器功能。如國際專利申請No.WO02/063235中所述，還可以包括對探針操作模式進(jìn)行預(yù)置的功能(國際專利申請No.WO03/021182和No.WO02/063235作為參考結(jié)合在這里)。
這種操作模式之一可以在制造或者安裝過程中預(yù)置到探針中，來確定上述探針是否由開關(guān)32來切換，而不是靠其他一些機(jī)構(gòu)。如果是，則隨后PIC 40的輸出41使電子開關(guān)56將探針電池52的電源電壓施加到電阻R1上。作為一個可替換實(shí)例，電阻R1也可以直接從PIC 40的輸出41獲得電源電壓。
如圖4所示，加速開關(guān)32經(jīng)由電池52和電阻R1串連。該開關(guān)和PIC40的輸入線路42相連，從而使該輸入在開關(guān)32打開時為高，在關(guān)閉時為低。如果例如由于振動而使開關(guān)32暫時關(guān)閉，則由電容C1和電阻R2構(gòu)成的簡單RC濾波器用以對瞬時峰值進(jìn)行濾波，上述電阻R1可限制經(jīng)由開關(guān)32的電流。
圖5簡要示出了在PIC 40內(nèi)運(yùn)行的程序之一，在規(guī)定間隔(在該實(shí)施例中為每1ms)進(jìn)行調(diào)用。在步驟44，(以1ms間隔)探詢開關(guān)32的輸入42，查看該輸入是高還是低。每次探詢開關(guān)，程序44都會將結(jié)果值存儲到內(nèi)部存儲器中。
隨后，該程序的步驟45對這些存儲值的最近150次進(jìn)行分析，以確定在至少前150次探詢中的33％內(nèi)，上述開關(guān)是否關(guān)閉?；诖?，可設(shè)定或清除上述存儲器中的標(biāo)記，從而基于連續(xù)滾動的方式，來指示在最近150ms的至少33％以內(nèi)，上述開關(guān)32是否已經(jīng)關(guān)閉。
這就限定了具有150ms期間的第一時間間隔，這樣選擇是因?yàn)檫@是上述探針以每分鐘400轉(zhuǎn)的速度轉(zhuǎn)動一次的時間。因此，即使上述開關(guān)32在探針每轉(zhuǎn)的至少三分之一內(nèi)關(guān)閉，也會保持上述標(biāo)記設(shè)置。這有兩個作用。第一，它可以過濾和上述開關(guān)32的任何接觸反跳。第二，它可以保證即使(在主軸14水平的機(jī)床中)探針繞水平軸線旋轉(zhuǎn)，也能夠繼續(xù)保持上述標(biāo)記設(shè)置。在后者中，上述開關(guān)32可以由重力作用打開至每轉(zhuǎn)的一半時間，但是仍保持上述標(biāo)記設(shè)置。
當(dāng)然，上述第一時間間隔的長度也會變化，例如，如果上述探針在打開時在不同速度下旋轉(zhuǎn)。舉例來說，如果它在每分鐘1000轉(zhuǎn)的速度下旋轉(zhuǎn)，上述第一時間間隔就為60ms，而不是150ms。需要關(guān)閉上述開關(guān)以設(shè)置上述標(biāo)記的該時間間隔部分(fraction)也可以變化，例如可以對應(yīng)于一轉(zhuǎn)的四分之一或一半。
圖6簡要示出了一個單獨(dú)的程序46，它也在規(guī)定間隔(例如每1ms)進(jìn)行調(diào)用，用于探詢上述標(biāo)記。它可以進(jìn)行分析，以確定上述標(biāo)記是否在最近500ms內(nèi)連續(xù)設(shè)置(高)，該500ms為長于上述第一時間間隔的第二時間間隔。如果這樣，就可以在PIC(參考圖4)的線路48上提供輸出。
選擇上述第二時間間隔為500ms期間，以識別探針10的預(yù)定旋轉(zhuǎn)(deliberate rotation)和上述舉例說明的線性加速。這種線性加速通常不會持續(xù)500ms，但是容易設(shè)置得使探針旋轉(zhuǎn)超過500ms的時間。當(dāng)然，該第二時間間隔也可以大于或小于500ms，這要取決于在實(shí)際過程中線性加速所經(jīng)歷的時間。
因此，上述第一和第二時間間隔就對應(yīng)于一個與探針特定運(yùn)動(即，上述主軸的預(yù)定旋轉(zhuǎn))相關(guān)的預(yù)定識別標(biāo)志。圖5和6中的程序能夠保證上述PIC電路40響應(yīng)于開關(guān)32因該旋轉(zhuǎn)引起的信號。
線路48上的輸出顯示開關(guān)32由上述主軸14的預(yù)定旋轉(zhuǎn)而操作，并不是由任何其他形式的加速度操作。如圖4所示，可操作電子開關(guān)50將電池52的電能施加到探針的高能消耗電路54上。這些包括經(jīng)由滾珠28、輥26的電路和將探針信號經(jīng)由探針內(nèi)的天線58傳輸?shù)臒o線信號傳輸電路。
圖7示出了可以在處理器40內(nèi)運(yùn)行的程序，作為圖5、6中程序的可替代實(shí)例。在圖5、6中，這種程序能夠以例如每1ms的規(guī)定間隔進(jìn)行調(diào)用。
該程序的第一步驟73(以1ms間隔)對開關(guān)32進(jìn)行探詢。隨后，步驟74確定上述開關(guān)的輸入是高還是低，指示出開關(guān)32是打開還是關(guān)閉的。如果開關(guān)關(guān)閉，步驟76使得保存在處理器40中存儲器內(nèi)的內(nèi)部軟件記錄器增加。
而和開關(guān)32的輸出是高還是低無關(guān)的是，在步驟78中，使得軟件計數(shù)器增加。隨后，步驟80測試上述軟件計數(shù)器是否已經(jīng)達(dá)到150個計數(shù)。如果達(dá)到150個計數(shù)，則上述程序只繼續(xù)進(jìn)一步進(jìn)行在圖7中示出的步驟。如果不到150個計數(shù)，則上述程序會退出(步驟81)，在1ms后的下次調(diào)用之前，不會進(jìn)行進(jìn)一步的動作。
由于每1ms產(chǎn)生一個增量，所以步驟78和80中的計數(shù)就指示出是否經(jīng)過了150ms的第一時間間隔。如果是的話，隨后在步驟82中，上述程序就會檢測在步驟76中增加的上述記錄器中所獲得的計數(shù)。由此可以確定該記錄器中的計數(shù)是否等于或者大于50。如果是的話，就指示出上述開關(guān)32在第一時間間隔的150ms的至少33％內(nèi)被關(guān)閉，并在處理器40中存儲器內(nèi)設(shè)置了內(nèi)部標(biāo)記(步驟84)。否則，如果上述記錄器的計數(shù)小于50，上述標(biāo)記就被清除(步驟86)。
到目前為止，可以理解的是可以利用步驟74-82作為實(shí)施圖5中過程45的一個方式。然而在本發(fā)明的程序中，在步驟84、86中的標(biāo)記設(shè)置和清除動作和圖5中的是有區(qū)別的。
尤其是，圖7中的程序在處理器40的存儲器中提供了三個而不是一個這樣的標(biāo)記。在每次達(dá)到步驟84的時候，依次設(shè)置這三個標(biāo)記中的一個。隨后是步驟88，可以確定在最近連續(xù)三次的步驟84中，所有這三個標(biāo)記是否已經(jīng)連續(xù)地設(shè)置。如果不是，則上述程序僅從步驟92中退出，并在1ms后的下次調(diào)用之前不會進(jìn)行下一步動作。
如果已經(jīng)連續(xù)地設(shè)置有三個標(biāo)記，則步驟90就在處理器40的線路48上輸出一個信號，打開探針電路54(參考圖4)。隨后上述程序由步驟92退出。因此不同于單個的500ms的時間間隔，其確定標(biāo)記是否在三個連續(xù)的150ms期間內(nèi)進(jìn)行設(shè)置(共計450ms)以外，這種結(jié)果都類似于圖6中的程序。如在圖6中一樣，還提供了長于第一時間間隔的第二時間間隔，能夠識別探針10的預(yù)定旋轉(zhuǎn)和線性加速。
如果在步驟82中，確定在150ms的第一時間間隔內(nèi)，上述記錄器沒有超過50個計數(shù)，則步驟86清除所有三個標(biāo)記。這表示沒有達(dá)到450ms的第二時間間隔，因而不需要下一步動作。所以，上述程序再次經(jīng)由步驟92退出。
無論何時上述程序從步驟92中退出，都需要上述記錄器和計數(shù)器清零，從而準(zhǔn)備用于在步驟76、78中增加。下次在步驟44中探詢開關(guān)32時，開始一個新的150ms的第一時間間隔。
因此我們可以看出，不同的時間間隔對應(yīng)于和主軸的預(yù)定旋轉(zhuǎn)等探針特定運(yùn)動相關(guān)的預(yù)定識別標(biāo)志。圖7中的程序則再次保證PIC電路40可響應(yīng)于開關(guān)32因該旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的信號。
在打開高能消耗電路54之后，還需要將它們在探針用完時關(guān)閉。如上述國際專利申請WO02/063235所述，可以利用一種方法來完成上述目的，這種方法是預(yù)編程到上述探針內(nèi)并存儲在PIC40的存儲器內(nèi)的多種操作模式之一。一種這樣的方法可用于檢測主軸14內(nèi)探針的進(jìn)一步預(yù)定旋轉(zhuǎn)。另一種就是在預(yù)定的沒有使用期間之后使探針間歇(time out)。
圖8示出了用于上述目的且在PIC 40內(nèi)以規(guī)定間隔運(yùn)行的程序。該程序僅僅在探針電路54打開(即線路48為高)時才運(yùn)行。在初始步驟60中確定上述條件，如果為假，上述程序返回，不執(zhí)行任一隨后的步驟。
在下一步驟62中，上述程序檢測上述存儲在PIC 40中存儲器中的預(yù)編程操作模式。它可以確定是否預(yù)編程為“旋轉(zhuǎn)(spin-off)”模式，即是否由探針的進(jìn)一步旋轉(zhuǎn)來關(guān)閉上述電路54。如果結(jié)果為是，則繼續(xù)進(jìn)行步驟64。如圖5、6或圖7中所確定的那樣，在步驟64中，它需要等待探針的進(jìn)一步旋轉(zhuǎn)。同時，繼續(xù)探針的正常操作。當(dāng)檢測到這種進(jìn)一步的旋轉(zhuǎn)時，使PIC的線路48為低，從而關(guān)閉上述電路54(步驟66)。
如果在步驟62中確定上述探針沒有處于上述“旋轉(zhuǎn)”模式，則隨后上述電路54由“間歇(time-out)”模式所關(guān)閉。這里，可以由步驟68確定上述間歇間隔的預(yù)編程時間，例如12s，33s和124s。根據(jù)上述國際專利申請WO02/063235，這是可選擇的數(shù)值，且可存儲在PIC 40的存儲器內(nèi)。
接著，在步驟70內(nèi)，上述程序等待特定的間歇間隔。同時，上述探針如步驟64中的那樣繼續(xù)正常操作。當(dāng)探針電路54打開時，上述間歇間隔開始。然而有利地是，每次探針產(chǎn)生觸發(fā)信號時，間歇間隔被重啟。這就保證探針電路54不會在探針延長使用時間的過程中被關(guān)閉。當(dāng)上述間歇間隔終了，使PIC的線路48為低，從而關(guān)閉電路54(步驟72)。
盡管在圖8中沒有示出，即使在“旋轉(zhuǎn)”模式中，也期望設(shè)置一個例如90分鐘的較長的間歇間隔，從而即使在步驟64中沒有檢測到探針進(jìn)一步旋轉(zhuǎn)，也能保證上述探針電路54能夠被最終關(guān)閉。
為了替換圖2、3中所示的開關(guān)32，也可以使用其他加速感應(yīng)的開關(guān)或傳感器。
舉例來說，可以使用水銀開關(guān)。該開關(guān)可以是常閉的(相比較于常開開關(guān)32)，在產(chǎn)生加速度時打開。圖5的步驟45對其進(jìn)行檢測，查看是否該開關(guān)打開，而不是關(guān)閉。從技術(shù)上說，這樣的設(shè)置工作良好，但是水銀開關(guān)也有環(huán)境缺陷。
或者，可以使用由微加工硅(MEMS)制成的線性加速開關(guān)。如前所述，可以使用加速計作為其他替代開關(guān)，從而可以提供和加速度成比例的信號，所提供的信號可以電子地或者由PIC 40的軟件進(jìn)行合適處理。也可以使用壓電式或應(yīng)變式傳感器。
圖9示出了本發(fā)明的另一個實(shí)施例。上述探針安裝有一或多個加速傳感器132。最好是，至少兩個在探針內(nèi)成直角設(shè)置，以便于能夠響應(yīng)于兩個正交軸X、Y上的運(yùn)動。第三個傳感器132是可選擇的，和其他兩個成直角設(shè)置，以便于響應(yīng)于Z方向(即主軸的旋轉(zhuǎn)軸線)上的運(yùn)動。
傳感器132可以和圖2、3中的加速感應(yīng)開關(guān)32相同，或者可以為上述探討的其他類型的加速感應(yīng)傳感器。尤其是對于后者，需要信號調(diào)節(jié)電路100來處理信號，以形成這樣一種形式，即可以饋給對應(yīng)于圖4中PIC 40的程控微處理器或PIC 140。
傳感器132(可選擇地經(jīng)由信號調(diào)節(jié)電路100)提供與上述探針運(yùn)動和加速相關(guān)的信號102。這些包括例如在從機(jī)床的刀庫拿開并插入機(jī)床主軸內(nèi)時的換刀操作過程中的探針運(yùn)動和加速。由于這些運(yùn)動和加速是相同的，所以對給定機(jī)床，信號102就形成和換刀操作唯一對應(yīng)的識別標(biāo)志。
通過將相應(yīng)的識別標(biāo)志信號102從傳感器132存儲到閃存104內(nèi)，因而可以由PIC 140獲知換刀的動作(在使用之前將上述探針插入刀主軸內(nèi))。在探針安裝到機(jī)床上時，通過在獲知步驟中執(zhí)行多個換刀動作中的一個來完成上述工作。
在隨后的使用過程中，PIC140監(jiān)視著從傳感器132接收的信號。當(dāng)它們以合適的容許限度和所存儲的識別標(biāo)志信號相匹配時，在對應(yīng)于圖4中線路48的線路148上就會產(chǎn)生一個輸出。這將電池電源與探針的其余電路相連接?？梢钥闯?，這將在換刀操作過程中探針的運(yùn)動和探針其他運(yùn)動之間加以區(qū)別。
圖9中所示的識別標(biāo)志信號是一種矩形形式，從而使它們能夠根據(jù)高低波形部分的持續(xù)時間存儲在存儲器104中。然而，如果傳感器132用于提供和加速成比例的輸出，可以由模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器將它們進(jìn)行數(shù)字化，用于替代信號調(diào)節(jié)電路100。隨后，上述識別標(biāo)志也可以作為數(shù)字表示而存儲在存儲器104中。
或者，上述一或多個傳感器132也可以是振動傳感器，能夠響應(yīng)于換刀操作過程中尤其是在探針的柄部16和主軸14的配合部相接觸時探針運(yùn)動引起的振動并產(chǎn)生輸出。而且該輸出和給定機(jī)床為唯一對應(yīng)，因而可以獲知上述振動識別標(biāo)志，并以和上述的相同方式使用?？梢岳斫獾氖牵捎谝鸬恼駝?，這種設(shè)置可以間接地識別運(yùn)動。
無論使用哪一種形式的標(biāo)志識別，上述探針電路都可以以上述實(shí)施例中的任何方式和上述電池斷開，例如在非使用期間之后的間歇。如果需要使用運(yùn)動或振動檢測來斷開上述電池，那么隨后當(dāng)從主軸拿開而返回刀庫中時，可以對應(yīng)于探針的運(yùn)動，獲知第二識別標(biāo)志信號(或者每一傳感器132的一系列識別標(biāo)志信號)，并存儲到存儲器104內(nèi)。
為了替換特別和運(yùn)動或振動相作用的傳感器32、132，在上述任何實(shí)施例中可以利用已設(shè)置在探針內(nèi)的傳感器來檢測工件。舉例來說，在根據(jù)美國專利4,153,998的探針中，在換刀操作過程中引起的運(yùn)動或振動都不能產(chǎn)生表示探針的觸針和工件表面之間接觸的電子接觸。而可替代的，在模擬式或測量式或比例式探針中，用于上述觸針X、Y、Z運(yùn)動的傳感器可以用作為加速計。在任何情況中，如果這些傳感器永久和電池相連，則可以利用它們產(chǎn)生由圖9中PIC 140可以獲知并檢測到的識別標(biāo)志信號。隨后，可以利用線路148上的輸出來打開探針上通常最耗能的信號傳輸電路。
權(quán)利要求
1.一種探針，用于檢測定位裝置上物體的位置，包括響應(yīng)于探針的第一電路，用以獲得與物體的感應(yīng)關(guān)系；為所述第一電路供能的電源；響應(yīng)于上述探針運(yùn)動的傳感器，且該傳感器設(shè)置為在檢測到運(yùn)動時使電源和上述第一電路相連接；其特征在于，將運(yùn)動識別電路連接至上述傳感器，該運(yùn)動識別電路能夠?qū)⒅甘咎结標(biāo)皇褂玫倪\(yùn)動與其它運(yùn)動加以區(qū)別。
2.如權(quán)利要求1所述的探針，其特征在于，上述傳感器為加速傳感器且安裝為能夠響應(yīng)指示探針?biāo)皇褂玫男D(zhuǎn)運(yùn)動。
3.如權(quán)利要求1或2所述的探針，其特征在于，該運(yùn)動識別電路可以將探針的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動與線性加速加以區(qū)別，并且在檢測出旋轉(zhuǎn)時將電源和第一電路相連接。
4.如權(quán)利要求3所述的探針，其特征在于，上述運(yùn)動識別電路檢測在對應(yīng)于探針全轉(zhuǎn)的僅僅一個部分或者多個部分的一個或者多個時間段內(nèi)是否從傳感器接收了指示旋轉(zhuǎn)的信號。
5.如權(quán)利要求1所述的探針，其特征在于，該運(yùn)動識別電路可以對信號接收產(chǎn)生響應(yīng)，該信號對應(yīng)于與探針運(yùn)動或該運(yùn)動過程中的振動相關(guān)的預(yù)定識別標(biāo)志。
6.如權(quán)利要求5所述的探針，其特征在于，上述預(yù)定識別標(biāo)志信號對應(yīng)于探針的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。
7.如權(quán)利要求5所述的探針，其特征在于，上述預(yù)定識別標(biāo)志信號對應(yīng)于探針運(yùn)動的或者當(dāng)其運(yùn)動時探針振動的預(yù)定序列。
8.一種探針，用于檢測定位裝置上物體的位置，包括響應(yīng)于探針的第一電路，用以獲得與物體的感應(yīng)關(guān)系；為上述電路供能的電源；響應(yīng)于上述探針運(yùn)動的傳感器，且該傳感器設(shè)置為在檢測到運(yùn)動時使電源和上述電路相連接；其特征在于，上述傳感器響應(yīng)于線性加速度。
9.如前述任一權(quán)利要求所述的探針，其特征在于，上述傳感器為一個開關(guān)。
10.如前述任一權(quán)利要求所述的探針，其特征在于，上述傳感器還可以設(shè)置為在檢測到探針的進(jìn)一步運(yùn)動時，將電源和上述第一電路斷開。
11.如前述任一權(quán)利要求所述的探針，其特征在于，還設(shè)置有定時器，在連接電源之后或者在探針沒有使用預(yù)定時間之后，將電源和上述第一電路斷開一段預(yù)定的時間。
12.如前述任一權(quán)利要求所述的探針，其特征在于，上述電源為電池。
全文摘要
用于機(jī)床的探針(10)具有開關(guān)(32)或其他傳感器，用來響應(yīng)于探針的運(yùn)動，而和電池電源相連。在優(yōu)選實(shí)施例中，上述開關(guān)響應(yīng)于機(jī)床主軸上探針的旋轉(zhuǎn)。開關(guān)(32)響應(yīng)于線性加速度，但被安裝在探針內(nèi)，以便于還可以響應(yīng)于旋轉(zhuǎn)。設(shè)置有一個電路，以識別旋轉(zhuǎn)和線性運(yùn)動。
文檔編號G01B5/008GK1771425SQ200480009507
公開日2006年5月10日 申請日期2004年4月13日 優(yōu)先權(quán)日2003年4月9日
發(fā)明者喬納森·保羅·菲格, 羅賓·威廉·卡什莫爾, 大衛(wèi)·科林伍德, 馬克·阿克爾 申請人:瑞尼斯豪公司