專利名稱：表面感測(cè)設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用在位置確定裝置中的表面感測(cè)設(shè)備，位置確定裝置諸如例如坐標(biāo)測(cè)量?jī)x(CMM)、掃描儀、機(jī)床，或檢查/測(cè)量機(jī)器人。
背景技術(shù)：
這種位置判斷機(jī)器(參見例如描述CMM的US-A-3，727，119)用于測(cè)量工件，通常包括可以在三個(gè)方向χ、y、ζ相對(duì)于支撐工件的工作臺(tái)移動(dòng)的臂。臂在每個(gè)方向χ、y、ζ的移動(dòng)由機(jī)器上的變送器測(cè)量，設(shè)置在所述臂上的探頭產(chǎn)生表示指示待測(cè)工件表面與所述臂之間關(guān)系的信號(hào)。由此可以確定工件表面的位置。在替代的機(jī)器中，例如某些類型的機(jī)床上，工作臺(tái)沿著χ和y方向移動(dòng)，而臂沿著 ζ方向移動(dòng)。已經(jīng)知道提供一種固緊到坐標(biāo)測(cè)量?jī)x上的掃描探頭裝置，正如美國(guó)專利申請(qǐng)公開 US2006/0010701所描述的那樣。這種掃描探頭裝置包括探頭頭部，該探頭頭部可以圍繞兩條相互垂直的軸線相對(duì)于固定機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)；和包括觸針的探頭組件。在使用過程中，所述頭部安裝在該機(jī)器的臂上，使其一條軸線與所述臂的軸線對(duì)準(zhǔn)。與該頭部每個(gè)可旋轉(zhuǎn)的軸線關(guān)聯(lián)的變送器確定探頭組件的軸線相對(duì)于該機(jī)器的所述臂的軸線的取向。另一個(gè)已知的探頭頭部的例子是Renishaw PH9。PH9是一種兩軸式馬達(dá)化的探頭頭部，借助兩個(gè)串聯(lián)轉(zhuǎn)子使探頭定向。每個(gè)轉(zhuǎn)子可以占據(jù)多個(gè)圍繞其旋轉(zhuǎn)軸線等間隔分布的運(yùn)動(dòng)學(xué)?？课恢玫钠渲兄?。ΕΡ03 ^660涉及可以手工操作的形式的這種探頭頭部，用在不具備計(jì)算機(jī)控制的機(jī)器上。在掃描操作中，所述機(jī)器和/或所述探頭頭部根據(jù)機(jī)器控制器的指令讓觸針末梢在工件表面上移動(dòng)，從而收集有關(guān)工件表面的數(shù)據(jù)。從該機(jī)器和探頭頭部的測(cè)量變送器提供的信號(hào)，以及對(duì)于表面感測(cè)設(shè)備維度的知識(shí)，可以對(duì)觸針末梢位置進(jìn)行預(yù)測(cè)(因此可以預(yù)測(cè)該表面的位置)。常見工件可以例如為車輛發(fā)動(dòng)機(jī)組，其具有大量角度不同的孔。希望從工件的整個(gè)表面獲取信息，因此觸針必須能到達(dá)所有表面。許多探頭，例如那些帶有球形觸針的探頭，諸如接觸觸發(fā)式探頭，為多向探頭，這意味著它們能從多個(gè)方向感測(cè)工件。但是有些探頭是單向的，諸如光學(xué)探頭和表面拋光探頭，這意味著它們僅能從一個(gè)方向感測(cè)工件，制約了它們所能觸及的表面數(shù)量。由于工件的各種形狀以及探頭頭部運(yùn)動(dòng)的物理維度和約束，觸針末梢有時(shí)無法到達(dá)工件的表面。因此，就無法獲取有關(guān)該表面輪廓的信息。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的第一方面提供一種用于測(cè)量工件表面的裝置，包括
支撐件；將所述支撐件連接到機(jī)器的可移動(dòng)臂上的連接部件；用于感測(cè)工件表面的單向探頭或表面拋光探頭；所述支撐件具有第一構(gòu)件和第二構(gòu)件，第一構(gòu)件被第一馬達(dá)促動(dòng)可以圍繞第一旋轉(zhuǎn)軸線相對(duì)于所述連接部件旋轉(zhuǎn)，第二構(gòu)件被第二馬達(dá)促動(dòng)可以圍繞第二旋轉(zhuǎn)軸線相對(duì)于所述第一構(gòu)件旋轉(zhuǎn)，其中所述第二旋轉(zhuǎn)軸線橫穿所述第一旋轉(zhuǎn)軸線，且所述單向探頭或表面拋光探頭可以連接到所述第二構(gòu)件從而與其一起旋轉(zhuǎn)；其中設(shè)置一旋轉(zhuǎn)部件，用于允許所述單向探頭或表面拋光探頭圍繞第三旋轉(zhuǎn)軸線相對(duì)于所述支撐件旋轉(zhuǎn)；其特征在于，所述單向探頭或表面拋光探頭在橫穿第三旋轉(zhuǎn)軸線的方向上感測(cè)表優(yōu)選設(shè)置保持件，用來在所述支撐件相對(duì)于所述表面感測(cè)設(shè)備旋轉(zhuǎn)時(shí)保持所述表面感測(cè)設(shè)備靜止。具有優(yōu)勢(shì)的是，在所述保持件和所述表面感測(cè)設(shè)備其中之一上設(shè)置銷，所述銷可以與所述保持件和所述表面感測(cè)設(shè)備中的另一個(gè)上的至少一個(gè)凹部嚙合，用來在所述支撐件相對(duì)于所述表面感測(cè)設(shè)備旋轉(zhuǎn)的過程中保持所述表面感測(cè)設(shè)備靜止。優(yōu)選所述支撐件的所述第一和第二旋轉(zhuǎn)軸線正交。具有優(yōu)勢(shì)的是，所述表面感測(cè)設(shè)備的所述第三旋轉(zhuǎn)軸線與所述支撐件的所述第二旋轉(zhuǎn)軸線相交。在某些情況下，所述表面感測(cè)設(shè)備的所述第三旋轉(zhuǎn)軸線是所述表面感測(cè)設(shè)備的基本上縱向的軸線。但是，替代地，所述第三旋轉(zhuǎn)軸線例如可以與所述表面感測(cè)設(shè)備的所述縱向軸線成一定角度。所述探頭或觸針圍繞所述第三軸線的旋轉(zhuǎn)可以允許單向探頭用作多向探頭，增加了該單向探頭可以觸及的表面數(shù)目。在某些實(shí)施方式中，所述表面感測(cè)設(shè)備在橫穿或偏離所述第三旋轉(zhuǎn)軸線的方向上感測(cè)一個(gè)或多個(gè)表面。在另一些實(shí)施方式中，所述表面感測(cè)設(shè)備可以例如在所述表面感測(cè)設(shè)備的第三旋轉(zhuǎn)軸線的方向上感測(cè)一個(gè)或多個(gè)表面。所述表面感測(cè)設(shè)備可以是接觸式探頭，或者非接觸式探頭。非接觸式探頭包括例如光學(xué)探頭、電容探頭和電感探頭。便于使用的是，所述表面感測(cè)設(shè)備包括探頭主體、觸針和觸針末梢。具有優(yōu)勢(shì)的是，所述表面感測(cè)設(shè)備包括表面拋光探頭。或者，所述表面感測(cè)設(shè)備可以包括例如激光光斑探頭或激光線探頭。優(yōu)選所述旋轉(zhuǎn)部件允許所述設(shè)備旋轉(zhuǎn)至多360度，包括360度。但是，所述旋轉(zhuǎn)部件可以允許所述設(shè)備旋轉(zhuǎn)大于360度?；蛘?，可以允許其連續(xù)旋轉(zhuǎn)，而沒有終端止擋件(end stop)，例如通過使用滑環(huán)在探頭和探頭頭部之間提供電接觸，從而實(shí)現(xiàn)連續(xù)旋轉(zhuǎn)。便于使用的是，所述旋轉(zhuǎn)部件額外可以手工促動(dòng)。本發(fā)明的第二方面提供一種使用測(cè)量工件表面的裝置的方法，所述裝置包括支撐件；將所述支撐件連接到機(jī)器的可移動(dòng)臂上的連接部件；感測(cè)工件表面的單向探頭或表面拋光探頭，所述支撐件具有第一構(gòu)件和第二構(gòu)件，第一構(gòu)件被第一馬達(dá)促動(dòng)可以圍繞第一旋轉(zhuǎn)軸線相對(duì)于所述連接部件旋轉(zhuǎn)，第二構(gòu)件被第二馬達(dá)促動(dòng)可以圍繞第二旋轉(zhuǎn)軸線相對(duì)于所述第一構(gòu)件旋轉(zhuǎn)，其中所述第二旋轉(zhuǎn)軸線橫穿所述第一旋轉(zhuǎn)軸線，且所述單向探頭或表面拋光探頭可以連接到所述第二構(gòu)件從而與其一起旋轉(zhuǎn)；允許所述單向探頭或表面拋光探頭圍繞第三旋轉(zhuǎn)軸線相對(duì)于所述支撐件旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)部件，其中所述單向探頭或表面拋光探頭在橫穿第三旋轉(zhuǎn)軸線的方向上感測(cè)表面，其特征在于，所述方法包括以下步驟旋轉(zhuǎn)所述旋轉(zhuǎn)部件以便相對(duì)于所述支撐件確定所述單向探頭或表面拋光探頭的方位。


本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式將在以下通過實(shí)施例并參照附圖進(jìn)行說明，其中圖1示出了本發(fā)明裝置的優(yōu)選實(shí)施方式的等軸測(cè)圖；圖2示出了以圖1中的軸線1A、2A限定的平面穿過所述設(shè)備的截面圖；圖3a和北分別示出了表面感測(cè)設(shè)備的優(yōu)選實(shí)施方式的截面圖和側(cè)視圖；圖3c示出了觸針更換端口 70的底視圖，該端口適配成包括彈簧銷72，還示出了安裝在鉸接探頭頭部上的表面感測(cè)設(shè)備的側(cè)視圖；圖3d分別示出了穿過探頭主體9的平面圖和側(cè)視截面圖，表示出了探頭的基準(zhǔn)位置止擋件；圖!Be示出了在表面拋光探頭的優(yōu)選實(shí)施方式中，檢測(cè)表面感測(cè)設(shè)備與工件表面之間感測(cè)關(guān)系的裝置的示意圖；和圖3f、3g、;3h和3i示出了表面感測(cè)設(shè)備的觸針的4種實(shí)施方式；圖3j示出了檢測(cè)表面感測(cè)設(shè)備與工件表面之間感測(cè)關(guān)系的替代裝置的示意圖；圖3k示出了如圖3 j所示那樣檢測(cè)表面感測(cè)設(shè)備與工件表面之間感測(cè)關(guān)系的替代裝置的截面圖；圖31示出了在彎折觸針中，檢測(cè)表面感測(cè)設(shè)備與工件表面之間感測(cè)關(guān)系的裝置的示意圖，如圖3j示出的平直觸針一樣。
具體實(shí)施例方式參照?qǐng)D1，坐標(biāo)定位儀上的坐標(biāo)系統(tǒng)可以由3個(gè)相互正交的軸線1A、2A和3A限定， 從而在使用過程中，IA基本上豎直而3A基本上水平。如果軸線IA處于紙面內(nèi)的0度位置， 從所述0度位置移動(dòng)到同處于紙面內(nèi)的90度位置，則可以通過圍繞軸線2A逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)來實(shí)現(xiàn)。圖1以三維圖示出了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，圖2示出了以圖1中的軸線IA和2A 所限定的平面穿過所述設(shè)備的截面。支撐件7，在這種情況下是鉸接探頭頭部，分別包括第一和第二殼體構(gòu)件1和2。第一殼體構(gòu)件1適配地連接到位置確定裝置26 (例如，CMM的臂)，并容納馬達(dá)M1，所述馬達(dá)Ml用于實(shí)現(xiàn)第一軸20圍繞第一軸線IA的角度位移。連接到第一軸20的是第二殼體構(gòu)件2，該第二殼體構(gòu)件容納馬達(dá)M2，所述馬達(dá)M2用來實(shí)現(xiàn)第二軸22圍繞第二軸線2A的角度位移。連接到第二軸22并與其一起旋轉(zhuǎn)的是表面感測(cè)設(shè)備4，諸如表面感測(cè)探頭。表面感測(cè)探頭4沿著軸線4A延伸，軸線4A橫穿并交叉軸線2A。所述探頭包括探頭主體9、觸針8和觸針末梢5。此外，探頭設(shè)置有旋轉(zhuǎn)裝置6，該旋轉(zhuǎn)裝置允許所述設(shè)備基本上圍繞第三軸線旋轉(zhuǎn)，第三軸線在本例中為其縱向軸線。在該實(shí)施方式中，所述旋轉(zhuǎn)裝置允許所述設(shè)備最多旋轉(zhuǎn)360度。在優(yōu)選實(shí)施方式中，所述旋轉(zhuǎn)裝置由支撐件中的驅(qū)動(dòng)件(在該實(shí)施方式中為馬達(dá) Ml)利用滑環(huán)和外部固定件來促動(dòng)。在本例中，所述設(shè)備可以至多旋轉(zhuǎn)360度，原因是兩個(gè)移動(dòng)部件之間的導(dǎo)線阻止進(jìn)一步旋轉(zhuǎn)。在本實(shí)施方式中，所述旋轉(zhuǎn)裝置設(shè)置在表面感測(cè)設(shè)備的探頭主體上，使得該設(shè)備能圍繞其縱向軸線旋轉(zhuǎn)?；蛘撸鲂D(zhuǎn)裝置可以由位于所述支撐件和所述表面感測(cè)設(shè)備之間的另外的構(gòu)件來提供。在后一種情況下，所述表面感測(cè)設(shè)備圍繞該另外的構(gòu)件的縱向軸線旋轉(zhuǎn)，而該另外的構(gòu)件的縱向軸線應(yīng)當(dāng)基本上與表面感測(cè)設(shè)備的軸線對(duì)準(zhǔn)，因此所述設(shè)備基本上圍繞其縱向軸線旋轉(zhuǎn)。所述表面感測(cè)設(shè)備例如可以是接觸式探頭，或者非接觸式探頭。非接觸式探頭包括，例如，光學(xué)、電容和電感探頭。特別之處在于，本發(fā)明對(duì)于單軸探頭諸如光學(xué)探頭和表面拋光(surface polish) 探頭非常有用。這是因?yàn)橛绕鋵?duì)于這些探頭而言，圍繞縱向軸線(軸線4A)旋轉(zhuǎn)大大增加了探頭可以觸及的表面數(shù)量。而且圍繞該軸線旋轉(zhuǎn)對(duì)于激光線探頭也非常有用，因?yàn)榭梢試@表面感測(cè)設(shè)備的軸線(如上所述的第三軸線)旋轉(zhuǎn)該激光線。圖3a示出了穿過表面感測(cè)設(shè)備優(yōu)選實(shí)施方式的截面。探頭包括圍繞其縱向軸線旋轉(zhuǎn)的裝置。探頭主體9包括探頭底座30、主體部件32和滑環(huán)34。主體部件由探頭底座 30保持在一端38，其另一端40支撐可拆卸的觸針8。主體部件在其周邊具有凹部36，滑環(huán) 34配合在該凹部?jī)?nèi)。主體部件32和探頭底座30連接在一起，從而它們可以相對(duì)于彼此旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，這種運(yùn)動(dòng)因部件材料的原因而具有較低的滑動(dòng)扭矩。滑環(huán)34更靠近主體部件32 上支撐可拆卸的觸針8的端部40?；h(huán)34和主體部件32之間的滑動(dòng)扭矩大于主體部件 32和探頭底座30之間的滑動(dòng)扭矩。較大的滑動(dòng)扭矩可以借助推靠探頭的環(huán)34或主體部件32的彈簧柱塞來實(shí)現(xiàn)，從而增大兩部件之間的摩擦。因此，滑環(huán)34比探頭底座30更難相對(duì)于探頭主體部件32轉(zhuǎn)動(dòng)。探頭底座30設(shè)置有周邊凹槽31，用來將其例如安裝到如圖 3c所示的觸針更換端口。圖北示出了表面感測(cè)探頭優(yōu)選實(shí)施方式的主視圖?；h(huán)34設(shè)置有一系列凹部， 這些凹部成凹口 50形式定位于周邊上。圖3c示出了觸針更換端口的底視圖，這些端口適配地包括彈簧銷72 ；以及安裝在鉸接探頭頭部7上的表面感測(cè)探頭的主視圖。為了相對(duì)于支撐件7改變觸針末梢5的取向(見圖1)，需要實(shí)施多個(gè)步驟。首先， 表面感測(cè)探頭4的縱向軸線4A與支撐件7第一殼體部件1的旋轉(zhuǎn)軸線IA對(duì)準(zhǔn)。借助于支撐件7的驅(qū)動(dòng)裝置Ml的動(dòng)力，表面感測(cè)探頭4可以圍繞其縱向軸線4A旋轉(zhuǎn)。所述設(shè)備移動(dòng)到觸針更換端口 70內(nèi)，該更換端口與彈簧銷72配合，彈簧銷的取向使得其可以與設(shè)置在第一滑環(huán)；34上的任一凹口 50接合。此外，更換端口 70設(shè)置有唇部71，該唇部配合在設(shè)置于探頭底座30上的凹槽31 中，允許探頭在不用的時(shí)候存放在更換端口 70內(nèi)。
隨著表面感測(cè)探頭4旋轉(zhuǎn)，滑環(huán)34上的一個(gè)凹口 50a與觸針更換端口上的彈簧銷 72接合。銷72將滑環(huán)34保持靜止，進(jìn)而因滑環(huán)34和主體部件32之間存在較高的滑動(dòng)扭矩而將觸針8保持靜止。其他將探頭主體與觸針相對(duì)于支撐件保持靜止的方式也可行，諸如插座接收件、磁性保持件、機(jī)械夾具或機(jī)電夾具或者摩擦保持件。主體部件32和探頭底座30之間較低的滑動(dòng)扭矩允許探頭底座繼續(xù)隨著支撐件7 的旋轉(zhuǎn)而旋轉(zhuǎn)。探頭底座30和支撐件7相對(duì)于主體部件32旋轉(zhuǎn)，直到探頭底座30和支撐件7相對(duì)于主體部件32到達(dá)基準(zhǔn)位置。在該點(diǎn)，探頭底座和主體部件借助“滑釘(sliding peg) ”機(jī)構(gòu)而相對(duì)于彼此停止，如圖3d所示。圖3d示出了穿過探頭主體9的平面圖和側(cè)視截面圖。彎曲槽口 25設(shè)置在探頭底座30上的已知位置處。第一止動(dòng)塊5由兩個(gè)隔件35通過槽口 25固緊到探頭底座30上。 所述第一止動(dòng)塊5連同隔件35可以沿著槽口 25在兩個(gè)方向移動(dòng)。第二止動(dòng)塊15設(shè)置在探頭的主體部件32上。隨著探頭底座30相對(duì)于探頭主體部件32旋轉(zhuǎn)，第一止動(dòng)塊5向第二止動(dòng)塊15移動(dòng)，例如沿著順時(shí)針方向移動(dòng)。當(dāng)?shù)谝恢箘?dòng)塊5接觸第二止動(dòng)塊15時(shí)，探頭底座繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，并且在隔件35接觸槽口 25的邊緣45時(shí)停止。探頭底座30和支撐件7的位置相對(duì)于主體部件32到達(dá)基準(zhǔn)位置。第一止動(dòng)塊5還可以沿著逆時(shí)針方向向第二止動(dòng)塊15移動(dòng)。在兩個(gè)止動(dòng)塊接觸之后，探頭底座30繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，直到隔件35接觸槽口 55的另一邊緣。確定第一和第二止動(dòng)塊以及槽口的尺寸，以使該機(jī)構(gòu)保證基準(zhǔn)位置總是精確地位于同一點(diǎn)，而不論探頭底座30上的止動(dòng)塊從哪個(gè)側(cè)面靠近。然后，探頭主體部件32的位置以及觸針8和觸針末梢5的位置相對(duì)于支撐件7被限定在基準(zhǔn)位置。其他相對(duì)于支撐件限定探頭主體基準(zhǔn)位置的方式也是可行的。這些其他方式包括例如任意類型的基準(zhǔn)標(biāo)記，如，與相機(jī)一起使用的光學(xué)基準(zhǔn)標(biāo)記、磁性基準(zhǔn)標(biāo)記 (正如申請(qǐng)人的美國(guó)專利6，051，971所述)、可對(duì)準(zhǔn)的基準(zhǔn)標(biāo)記?；蛘?，可以使用掣子機(jī)構(gòu)。一旦到達(dá)基準(zhǔn)位置，且相對(duì)于支撐件7限定了探頭主體部件32的位置，則支撐件7 可以自身旋轉(zhuǎn)并旋轉(zhuǎn)探頭底座30，從而將支撐件和探頭底座相對(duì)于觸針8和觸針末梢5定位在所需的精確角度。支撐件相對(duì)于探頭主體32和觸針8從基準(zhǔn)位置的運(yùn)動(dòng)可以利用定位裝置諸如編碼器進(jìn)行測(cè)量，該定位裝置可以提前設(shè)置在支撐件7上?；蛘撸缈梢岳每潭群陀螛?biāo)尺間接測(cè)量，一個(gè)設(shè)置在靜止的探頭主體32上或滑環(huán)34上，而另一個(gè)設(shè)置在運(yùn)動(dòng)的探頭底座 30或支撐件7上。在本例中，位于所述端口內(nèi)或與所述端口分開的觀測(cè)相機(jī)可以用來獲取支撐件相對(duì)于探頭主體和觸針行進(jìn)的距離，或者可以用眼睛觀察該距離。支撐件相對(duì)于探頭主體32和觸針8從基準(zhǔn)位置的運(yùn)動(dòng)可以替代地利用探頭頭部本身內(nèi)的定位裝置諸如編碼器測(cè)量。在這種情況下，探頭頭部?jī)?nèi)的定位裝置將有關(guān)探頭主體和支撐件相對(duì)位置的信息反饋到支撐件內(nèi)的馬達(dá)?；蛘?，探頭主體可以具有分度器，該分度器可以旋轉(zhuǎn)既定數(shù)量的分度點(diǎn)(index point)到達(dá)已知位置。當(dāng)支撐件和探頭底座30相對(duì)于觸針8和觸針末梢5到達(dá)所需的精確角度時(shí)，從觸針更換端口 70和彈簧銷72將支撐件7驅(qū)動(dòng)離開，讓滑環(huán)34脫開。這樣，觸針末梢5可以圍繞探頭的縱向軸線相對(duì)于支撐件7以不同的角度取向，使得表面感測(cè)探頭4到達(dá)更多的表面。觸針末梢5相對(duì)于支撐件7的取向還可以利用例如探頭主體9內(nèi)的馬達(dá)以及滑環(huán)來實(shí)現(xiàn)。在這種情況下，獨(dú)立于支撐件7來調(diào)節(jié)觸針末梢5的取向。圖!Be示出了檢測(cè)表面感測(cè)設(shè)備與工件表面之間感測(cè)關(guān)系的裝置的示意圖，在本例中用利用表面拋光探頭。探頭主體9的主體部件32內(nèi)的激光器100向反射鏡150投射光束200。光束200通過光闌110和透鏡120進(jìn)入分光鏡130。光束200通過分光鏡130并投射到反射鏡150上，光束被反射鏡反射并返回分光鏡130，然后導(dǎo)向光敏二極管(PSD) 140。 反射鏡150連接到杠桿160近端，該杠桿在支點(diǎn)210上形成平衡。杠桿160遠(yuǎn)端連接到觸針桿190 —端，觸針桿另一端連接到觸針末梢5。滑板(skid) 180沿著末梢任一側(cè)貼靠。觸針末梢5優(yōu)選為金剛石末梢，因?yàn)樗枰湍p，從而在沿著某表面拖曳時(shí)不會(huì)斷裂。圖3j示出了檢測(cè)表面感測(cè)設(shè)備與工件表面之間感測(cè)關(guān)系的替代裝置的示意圖。 觸針8(如圖北所示)由殼體185容納，其可以沿著線500從探頭頭部拆卸。杠桿161由 2個(gè)交叉板簧155相對(duì)于觸針185的殼體固定。當(dāng)觸針末梢5接觸工件表面時(shí)，觸針末梢5 將被推回觸針殼體內(nèi)。這種運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致杠桿161圍繞交叉彈簧匯合的樞轉(zhuǎn)點(diǎn)旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而導(dǎo)致反射鏡移動(dòng)。螺釘175可以擰緊，從而向另一個(gè)朝工件促動(dòng)觸針末梢5的彈簧165施加壓力。觸針末梢5通常從滑板180邊緣伸出多達(dá)100微米。螺釘195靠近杠桿161設(shè)置，用來調(diào)節(jié)觸針末梢5從滑板180邊緣伸出的量。圖3k示出了如圖3j所示的檢測(cè)表面感測(cè)設(shè)備與工件表面之間感測(cè)關(guān)系的替代裝置的俯視截面圖。杠桿161具有2個(gè)區(qū)段，第一區(qū)段161C設(shè)置在反射鏡150附近，第二區(qū)段161D設(shè)置在觸針末梢5附近。第二區(qū)段161D形狀為三角形，從而使杠桿以及觸針末梢 5 (通過滑板180上的孔162從觸針伸出)的側(cè)移最小。當(dāng)表面感測(cè)設(shè)備沿著工件表面運(yùn)動(dòng)時(shí)，滑板180沿該表面的粗糙輪廓(表面起伏) 運(yùn)動(dòng)，而金剛石末梢5沿該表面的詳細(xì)表面紋理運(yùn)動(dòng)。當(dāng)金剛石末梢5被工件表面偏移時(shí)， 杠桿160的位置發(fā)生變化，反射鏡150的位置也發(fā)生變化。由于反射鏡移動(dòng)，則向其投射的激光束被以不同的角度反射，并且因此PSD上的激光光斑移動(dòng)，正如圖3e所示。這樣，就可以測(cè)量工件表面輪廓。在圖3e和3j中，當(dāng)金剛石末梢5經(jīng)過工件表面205時(shí)，其運(yùn)動(dòng)以及導(dǎo)致的杠桿、反射鏡和光束的移動(dòng)由箭頭5a、160a、160b、150a和200a示出。光束在反射鏡和PSD之間的偏轉(zhuǎn)路徑由線201示出。在優(yōu)選實(shí)施方式中，滑板相對(duì)于探頭觸針固定，并且探頭觸針具有剛性。當(dāng)沿著表面拖曳表面感測(cè)設(shè)備時(shí)，剛性觸針和固定滑板允許以基本上恒定的扭矩向該表面推壓表面感測(cè)設(shè)備。在替代實(shí)施方式中，觸針可以偏轉(zhuǎn)且滑板可動(dòng)，在這種情況下，可以轉(zhuǎn)換觸針的偏轉(zhuǎn)以確定滑板與工件表面接觸。圖3f、3g和池以及3i示出了表面感測(cè)設(shè)備的觸針末梢5和觸針正面300取向的 4種實(shí)施方式。觸針末梢5垂直于滑板180，并垂直于觸針正面300。觸針正面300以及觸針末梢5可以設(shè)置成與探頭的縱向旋轉(zhuǎn)軸線4A成一定的角度，如圖3f所示，從而在觸針末梢5移入較大的孔時(shí)向其提供協(xié)助。如圖3g所示，觸針正面300可以替代地設(shè)置成與探頭的縱向旋轉(zhuǎn)軸線4A成90度，以便檢查工件下部，在這種情況下，觸針末梢5與探頭的縱向旋轉(zhuǎn)軸線平行。在第三實(shí)施方式中，如圖池所示，觸針正面300可以設(shè)置成與探頭的縱向旋轉(zhuǎn)軸線4A平行。在這種情況下，觸針末梢5垂直于探頭的縱向旋轉(zhuǎn)軸線，改善了小鉆孔內(nèi)表面的可達(dá)性。在如圖3i所示的第四實(shí)施方式中，觸針彎折成非90度的角度。觸針末梢5指向橫穿探頭的縱向軸線4A的方向。當(dāng)感測(cè)工件表面時(shí)，觸針末梢5必須指向與表面301垂直的方向。由于對(duì)鉸接探頭頭部運(yùn)動(dòng)以及鉸接探頭頭部的尺寸存在特定的約束，所以利用如圖池所示的直觸針無法實(shí)現(xiàn)所述的垂直感測(cè)布置。圖3i的彎折觸針允許觸針末梢定位地使探頭頭部能遍及該表面，因此允許觸針末梢5以垂直位置觸及許多表面。圖31示出了在彎折觸針中檢測(cè)表面感測(cè)設(shè)備與工件表面之間感測(cè)關(guān)系的裝置的示意圖。該裝置在許多方面類似于圖3j所示的觸針，類似的附圖標(biāo)記指代類似的部件。觸針501由殼體185容納，其可以沿著線500從探頭頭部拆卸。杠桿布置設(shè)置在觸針的彎折部分，而光路布置設(shè)置在觸針的平直部分。反射鏡以一定的角度設(shè)置在這兩個(gè)部分之間的接合部，從而以類似于平直觸針的方式將光束返回到分光鏡。這就意味著彎折觸針可以和平直觸針一樣使用相同的光學(xué)件和相同的探頭底座。一般來說，為了便于觸及工件表面，觸針正面300和觸針末梢5相對(duì)于探頭的縱向旋轉(zhuǎn)軸線可以設(shè)置成任意角度。例如，如果探頭末梢與表面感測(cè)設(shè)備的縱向軸線對(duì)準(zhǔn)，則當(dāng)圍繞表面感測(cè)設(shè)備縱向軸線旋轉(zhuǎn)時(shí)，探頭對(duì)于可達(dá)性來說沒有優(yōu)勢(shì)。因此，為了憑借使表面感測(cè)設(shè)備圍繞縱向軸線旋轉(zhuǎn)來實(shí)現(xiàn)工件表面可達(dá)性改善的優(yōu)勢(shì)，探頭末梢必須橫穿或偏離所述縱向軸線。
權(quán)利要求
1.一種用于測(cè)量工件表面的裝置，包括支撐件；將所述支撐件連接到機(jī)器的可移動(dòng)臂上的連接部件；用于感測(cè)工件表面的單向探頭或表面拋光探頭；所述支撐件具有第一構(gòu)件和第二構(gòu)件，第一構(gòu)件被第一馬達(dá)促動(dòng)可以圍繞第一旋轉(zhuǎn)軸線相對(duì)于所述連接部件旋轉(zhuǎn)，第二構(gòu)件被第二馬達(dá)促動(dòng)可以圍繞第二旋轉(zhuǎn)軸線相對(duì)于所述第一構(gòu)件旋轉(zhuǎn)，其中所述第二旋轉(zhuǎn)軸線橫穿所述第一旋轉(zhuǎn)軸線，且所述單向探頭或表面拋光探頭可以連接到所述第二構(gòu)件從而與其一起旋轉(zhuǎn)；其中設(shè)置一旋轉(zhuǎn)部件，用于允許所述單向探頭或表面拋光探頭圍繞第三旋轉(zhuǎn)軸線相對(duì)于所述支撐件旋轉(zhuǎn)；其特征在于，所述單向探頭或表面拋光探頭在橫穿第三旋轉(zhuǎn)軸線的方向上感測(cè)表面。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述支撐件的所述第一旋轉(zhuǎn)軸線和第二旋轉(zhuǎn)軸線正交。
3.如權(quán)利要求1或2所述的裝置，其特征在于，所述單向探頭或表面拋光探頭圍繞其旋轉(zhuǎn)的所述第三旋轉(zhuǎn)軸線與所述支撐件的所述第二旋轉(zhuǎn)軸線相交。
4.如權(quán)利要求1或2所述的裝置，其特征在于，所述單向探頭或表面拋光探頭圍繞其旋轉(zhuǎn)的所述第三旋轉(zhuǎn)軸線是所述單向探頭或表面拋光探頭的基本上縱向的軸線。
5.如權(quán)利要求1或2所述的裝置，其特征在于，所述單向探頭或表面拋光探頭是接觸式探頭。
6.如權(quán)利要求1或2所述的裝置，其特征在于，所述單向探頭或表面拋光探頭是非接觸式探頭。
7.如權(quán)利要求1或2所述的裝置，其特征在于，所述單向探頭或表面拋光探頭包括探頭主體、觸針和觸針末梢。
8.如權(quán)利要求1或2所述的裝置，其特征在于，所述旋轉(zhuǎn)部件允許所述單向探頭或表面拋光探頭旋轉(zhuǎn)至多360度并包括360度。
9.如權(quán)利要求1或2所述的裝置，其特征在于，所述旋轉(zhuǎn)部件允許所述單向探頭或表面拋光探頭旋轉(zhuǎn)大于360度，或連續(xù)旋轉(zhuǎn)。
10.如權(quán)利要求1或2所述的裝置，其特征在于，所述旋轉(zhuǎn)部件是馬達(dá)。
11.如權(quán)利要求1或2所述的裝置，其特征在于，所述單向探頭是激光光斑探頭和激光線探頭的至少其中之一。
12.如權(quán)利要求1或2所述的裝置，其特征在于，所述表面拋光探頭是單向探頭。
13.一種使用測(cè)量工件表面的裝置的方法，所述裝置包括支撐件；將所述支撐件連接到機(jī)器的可移動(dòng)臂上的連接部件；感測(cè)工件表面的單向探頭或表面拋光探頭，所述支撐件具有第一構(gòu)件和第二構(gòu)件，第一構(gòu)件被第一馬達(dá)促動(dòng)可以圍繞第一旋轉(zhuǎn)軸線相對(duì)于所述連接部件旋轉(zhuǎn)，第二構(gòu)件被第二馬達(dá)促動(dòng)可以圍繞第二旋轉(zhuǎn)軸線相對(duì)于所述第一構(gòu)件旋轉(zhuǎn)， 其中所述第二旋轉(zhuǎn)軸線橫穿所述第一旋轉(zhuǎn)軸線，且所述單向探頭或表面拋光探頭可以連接到所述第二構(gòu)件從而與其一起旋轉(zhuǎn)；允許所述單向探頭或表面拋光探頭圍繞第三旋轉(zhuǎn)軸線相對(duì)于所述支撐件旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)部件，其中所述單向探頭或表面拋光探頭在橫穿第三旋轉(zhuǎn)軸線的方向上感測(cè)表面， 其特征在于，所述方法包括以下步驟旋轉(zhuǎn)所述旋轉(zhuǎn)部件以便相對(duì)于所述支撐件確定所述單向探頭或表面拋光探頭的方位。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，所述表面拋光探頭是單向探頭。
15.如權(quán)利要求13或14所述的方法，其特征在于，所述方法進(jìn)一步包括步驟 沿著所述工件的所述表面驅(qū)動(dòng)所述表面拋光探頭或所述單向探頭；和收集有關(guān)所述工件的所述表面的信息。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，包括掃描工件。
全文摘要
描述了一種測(cè)量工件表面的裝置。所述裝置包括支撐件(7)，其可以連接到機(jī)器(26)的可移動(dòng)臂，所述機(jī)器諸如坐標(biāo)定位儀；所述支撐件可繞第一旋轉(zhuǎn)軸線(1A)和第二旋轉(zhuǎn)軸線(2A)旋轉(zhuǎn)，所述軸線分別由第一馬達(dá)(M1)和第二馬達(dá)(M2)驅(qū)動(dòng)。所述裝置另外包括用于感測(cè)工件表面的表面感測(cè)設(shè)備(4)，其可以圍繞第三旋轉(zhuǎn)軸線(4A)旋轉(zhuǎn)。所述第三旋轉(zhuǎn)軸線(4A)可與所述第一旋轉(zhuǎn)軸線(1A)對(duì)準(zhǔn)，并且在對(duì)準(zhǔn)時(shí)且在所述表面感測(cè)設(shè)備(4)由保持件(70)保持靜止時(shí)，所述支撐件(7)相對(duì)于所述表面感測(cè)設(shè)備(4)的旋轉(zhuǎn)可以由所述第一馬達(dá)(M1)促動(dòng)。還描述了一種使用測(cè)量工件表面的裝置的方法。
文檔編號(hào)G01B11/00GK102564306SQ201110358458
公開日2012年7月11日 申請(qǐng)日期2007年8月31日 優(yōu)先權(quán)日2006年9月5日
發(fā)明者彼得·海杜基威茲, 戴維·斯文·瓦利亞塞, 若弗雷·麥克法蘭 申請(qǐng)人:瑞尼斯豪公司