CN112469964B - 旋转探针支撑件的配件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于使探针支撑件(250)旋转的配件(100)，该探针支撑件(250)包括被安装在位置确定设备上的第一构件(260)以及与第一构件(260)以可旋转的方式联接并被配置成支撑探针的第二构件(270)。配件(100)包括：主体(110、111)和第一接收部分(125)，该第一接收部分(125)被配置成接收所述第二构件(270)和/或由所述第二构件(270)支撑的探针(300)的一部分并与其接合。配件(100)还包括机械传动件(120、122、140)，该机械传动件(120、122、140)被配置成将第一接收部分(125)的相对平移运动转换成第一接收部分(125)相对于主体(110、111)的相对旋转。

Description

旋转探针支撑件的配件

技术领域

本发明涉及用于可旋转地支撑探针的可旋转支撑件，以及用于将探针支撑件旋转所需角度的配件和方法。重要但非排他地，本发明由用于将探针安装到坐标测量机(CMM)的非机动化的、可重定向且可转位的支撑件来体现。在本发明的上下文中，术语“探针”表示能够读取工件表面上的坐标或者工件的任何特征(比如精加工状态、温度或成分)的任何装置。本发明特别适合于表面特征的测量，但是也可以例如通过无创超声或Focault电流分析来应用于内部缺陷或特征的检测。

探针支撑件被配置成可旋转地支撑表面感测装置，该表面感测装置用于多种设备中，诸如所提及的坐标机、扫描机、机床、检查/测量机器人或任何其它合适的设备。表面感测装置可以用于测量工件表面上的点的坐标或测量表面的其它特征，诸如粗糙度、硬度或材料缺陷。

背景技术

坐标测量机(为简便起见称为CMM)是已知的，并且在尺寸计量领域中使用。在许多情况下，CMM包括：参考表面，例如经校正的花岗岩平面，待测量的工件可以被放置在该经校正的花岗岩平面上；以及可移动支撑件，该可移动支撑件可以通过合适的执行器和编码器的组件来精确地定位在三个坐标XYZ上。安装在可移动支撑件上的表面感测探针提供相对于工件表面的位置或其它信息。

已知借助两轴探针头将探针安装在CMM的可移动支撑件上，该两轴探针可以绕两个相互垂直的轴相对于固定结构旋转，此外，如在EP2889573A1中所述。探针头将探针相对于待测量的表面以适当的角度取向定位。

例如在EP1610087中所述，安装在CMM上的坐标探针可以是简单的接触触发式探针，其确定接触的时刻，该探针又允许从CMM的XYZ坐标和探针取向确定接触点的位置。一些接触探针是响应于3D偏转的多维探针，其可以在多个方向上感测工件；然而，其它接触探针是单向的，或者经过优化以响应于沿着优选方向的偏转。

非接触探针(诸如干涉式、共聚焦或任何其它类型的光学探针)和超声传感器通常是单向探针：它们可以沿着一个方向感测表面，该方向通常由发射光束的轴确定。扫描表面以通过三角测量确定坐标点的扫描激光探针也具有优选的测量方向。

如上所述，两轴探针头没有足够的自由度以合适的方式来定向探针以测量工件的复杂特征，特别是当探针不能提供多维测量时(例如单向探针)。例如，测量钻孔的直径需要将探针***孔中，并且随后围绕探针的纵向轴线旋转以感测孔的侧面。单向探针通常需要旋转元件来提供第三旋转轴线，以在测量工件时具有更大的通用性。

具有用于测量探针的旋转适配器的坐标测量***在本领域中是已知的：EP2384851公开了一种CMM，该CMM包括可移动支撑件和模块化旋转附件，该模块化旋转附件包括致动器，该致动器被布置成在该可移动支撑件与探针连接器之间进行中间操作。该模块化旋转附件包括多个电信号连接件和光信号连接件以及致动器，以将旋转附件旋转至预定角度。这种机动化的旋转附件昂贵、笨重并且构造和操作复杂。另外，它们消耗电能并且对加热探针做贡献。

非机动化的旋转适配器在本领域中也是已知的：DE10260670B4描述了一种通过将传感器保持在固定件中并且以把旋转适配器的轴作为中心的圆周运动使CMM臂移动直到到达所需角度取向来使安装在具有旋转适配器的两轴探针头上的光学线传感器旋转的方法。WO2008/029094描述了一种无源旋转适配器，该无源旋转适配器允许在将探针保持在固定位置的同时借助探针头的两个致动器中的一个致动器来旋转该无源旋转适配器所附接的表面感测探针。然而，这些旋转方法不适用于分度旋转附件，该分度旋转附件具有离散且可重复的角位置，该角位置由诸如齿轮或球和凹槽的闩锁机构确定。

WO2009/109764中描述的方法包括将表面感测装置从其支撑件断开(优选地，分离到支架中)，使支撑构件旋转，然后以新的取向重新连接装置。然而，在测量过程期间反复断开和重新连接装置非常耗时，并且如果需要精确定位，则需要重新校准。

WO2015/155209描述了一种集成到探针中的分度旋转适配器，其必须手动进行旋转。

发明内容

本发明的目的是消除或至少减轻一些现有技术的上述缺点。

该解决方案提供了安装在位置确定设备上并借助外部附件(即，不是探针或探针支撑件的一部分的配件，该附件在表面感测期间与探针或探针支撑件断开连接)以半自动或全自动方式支撑探针的探针支撑件的旋转，而无需将探针与探针支撑件断开连接。如果需要，还可以手动旋转探针支撑件。

而且，该解决方案准许利用无源的、可转位的探针支撑件来替换机动化的探针支撑件。这种替换不仅在制造和操作探针支撑件方面是有利的，而且由于减少了由马达引起的热膨胀和由于支撑件的重量引起的偏转还提供了探针的更精确的角度定位。

尤其是，该解决方案为机动化的双轴探针头提供了经济高效、体积较小的第三旋转轴线，特别是用于支撑用于在工件上进行通孔测量的单向探针。

附图说明

借助于通过示例的方式给出并通过附图例示的实施方式的描述，将更好地理解本发明，其中：

图1示出了具有可旋转地支撑光学线传感器的探针支撑件以及呈用于使探针支撑件旋转的台形式的配件的位置确定设备。

图2至图5示出了图1的探针支撑件的细节和剖面图。

图6至图9示出了用于使图1的探针支撑件旋转的配件的细节和剖面图。

图10示出了探针连接器与用于提供探针支撑件的旋转的台的对准。

具体实施方式

本发明涉及用于使探针支撑件旋转的配件、套件和方法，该探针支撑件被布置成在位置确定设备与探针之间进行中间操作以相对于该设备向探针提供可旋转支撑。有利地，探针支撑件可以布置成在位置确定设备的可移动支撑件与探针的探针连接器之间进行中间操作，其中，可移动支撑件通过合适的致动器和编码器的组件精确地定位在三坐标系中。

根据本发明，“探针支撑件”表示被配置成安装在位置确定设备上(特别是在其移动平台上)并被配置成向探针提供可旋转支撑的任何结构。位置确定设备可以是诸如上述坐标机的尺寸计量机，也可以是扫描机、机床、检查/测量机器人或任何其它合适的(尺寸计量、检查和/或测量)设备。

探针支撑件借助以下构件来为探针提供可旋转支撑：

-第一构件(固定构件)，该第一构件最终借助(模块化或可拆卸的)旋转接头被安装或能够安装在位置确定设备(特别是其移动平台)上，以及

-第二构件(旋转构件)，该第二构件与第一构件可旋转地联接，第二构件最终借助(模块化或可拆卸的)连接元件来支撑或被配置成支撑探针，以将探针可操作地连接至位置确定设备。

探针支撑件可以包括一个或更多个电信号连接件和光信号连接件，用于向探针供电和/或在探针与位置确定设备之间交换信号。

探针支撑件可以被集成在位置确定设备中。探针支撑件的第一构件因此可以是位置确定设备(特别是其可移动支撑件)的一部分(例如，共享部件)。

另选地，探针支撑件可以被集成在探针中。探针支撑件的第二构件因此可以是探针(特别是探针的主体)的一部分(例如，共享部件)。

另选地，探针支撑件可以被包括在位置确定设备的独立探针支撑件或探针支撑件模块中或者是位置确定设备的独立探针支撑件或探针支撑件模块的一部分，诸如旋转适配器或旋转附件。有利地，独立的探针支撑件或探针支撑件模块可以包括用于与位置确定设备(的移动平台)连接的第一连接器以及用于经由其连接器连接探针的第二连接器。该解决方案准许在不对位置确定设备或探针进行任何结构修改的情况下拆卸和/或更换探针支撑件。

有利地，探针支撑件可以是单轴或多轴旋转接头(例如，单轴或多轴探针头)的部分或被集成在单轴或多轴旋转接头中，该单轴或多轴旋转接头即是提供所连接的探针绕一个轴线或多个(优选地，相互垂直的)轴线相对于被连接或能够连接至位置确定设备的固定结构的旋转的旋转接头。单轴或多轴旋转接头可以被集成在位置确定设备中或者是独立模块。有利地，多轴旋转接头可以是两轴旋转接头(例如，两轴探针头)，该两轴旋转接头提供所连接的探针绕两个相互垂直的轴线相对于被连接或能够连接至位置确定设备的固定结构的旋转。该特定解决方案为单轴或多轴旋转接头提供附加旋转度，而无需附加的(昂贵、笨重和产生加热的)致动器或旋转机构。

有利地，探针支撑件是无源探针支撑件。无源探针支撑件是非机动化的旋转支撑件，即无源探针支撑件必须手动地和/或借助外部配件进行旋转。实际上，该探针支撑件既不包括致动器，也不包括用于使第二构件相对于第一构件旋转(定向)的由致动器致动的机构。

有利地，探针支撑件是可转位的，即，探针支撑件被配置成准许第一构件与第二构件之间相对旋转至多个(已知)离散旋转位置中的一个旋转位置。离散的和可重复的角位置通常由闩锁机构提供，该闩锁机构特别是包括协同的闩锁元件，诸如齿轮、球、销和/或凹槽。

根据本发明，探针可以是被配置成感测对象(例如工件)的表面以便提供所感测的表面上的点的坐标(根据坐标系)和/或所感测的表面的物理特征的度量的任何表面感测装置。所感测的表面的物理特征可以是对象的材料的粗糙度、硬度或不合格项(例如，缺陷)。

探针可以是例如接触探针，其被配置成通过接触对象的表面的一部分来提供坐标(通常通过确定接触的时刻)或度量。

探针还可以是光学探针，例如干涉式或共聚焦光学探针或激光扫描器，能够在不接触对象表面的情况下提供坐标或度量，特别是通过发射和接收光线。光学探针可以被配置成通过三角测量提供坐标，诸如扫描激光探针。

在另一变型例中，探针可以是多维的，即能够相对于探针主体沿着多个不同方向(优选地沿着多个垂直方向)感测表面。

在又一变型例中，探针可以是单向探针，即被配置成相对于探针主体沿着一个方向(或沿着锥内角度小于90°的方向)感测表面的探针。单向探针的典型示例是线光学传感器，即能够沿着形成线的多个会聚方向感测对象表面的光学探针。

在图1的示例性实施方式中，探针支撑件250被***在坐标测量机(CMM)1的移动平台3与表面感测探针300之间，在这种情况下是单向光学探针300(参见图2)。在所示的示例中，探针支撑件250是配备有桥式坐标测量机(桥式CMM)1的多轴旋转接头200的一部分(或被集成到配备有桥式CMM 1的多轴旋转接头200)。

多轴旋转接头200被附接至CMM 1的移动平台3，移动平台3可以沿着多个垂直轴线11、12、13平移，以沿着多个轴线向单向光学探针300提供旋转支撑。

根据本发明，位置确定设备可以是任何坐标测量机(例如，基于铰接臂、桥或龙门的CMM)、扫描机、机床或检查/测量机器人。因此，移动平台3可以是提供一个或更多个旋转度的铰接臂、可以沿着一个或更多个(优选地垂直)轴线平移的活动臂或者是提供沿着/围绕多个轴线的平移和旋转的组合的移动元件。如图所示，移动平台3可以通过CMM的主轴(quill)或Z轴来体现。

如图2所示，多轴旋转接头200为(光学)探针300提供第一旋转轴线201、第二旋转轴线202和第三旋转轴线203。优选地，第一旋转轴线201正交于第二旋转轴线202。优选地，第三旋转轴线203正交于第二旋转轴线202。

第一旋转轴线201和第二旋转轴线202由第一旋转连接件(接头)210、220和第二旋转连接件(接头)230、240提供，而第三轴线203由探针支撑件250提供。

第一旋转连接件210、220包括被安装或能够安装在位置确定设备1的移动平台3(的远侧部分)上的第一构件210。第一旋转连接件的第二构件220与第一构件210可旋转地联接，并且被配置成支撑第二旋转连接件230、240。因此，该第一旋转连接件提供第二旋转连接件围绕第一旋转轴线201的旋转。

第二旋转连接件230、240包括被附接至第一旋转连接件的第二构件220(的远侧部分)的第一构件230。第二旋转连接件的第二构件240与第一构件230可旋转地联接，并且被配置成支撑探针支撑件250以提供探针围绕第二旋转轴线202的旋转。

探针支撑件250的固定构件260被附接至第二旋转连接件的第二构件240。探针支撑件250的旋转构件270被配置成支撑探针300，并且被可旋转地附接至固定构件260，以提供探针沿着第三旋转轴线203的旋转。

优选地，第一旋转轴线201正交于第二旋转轴线202，并且第三旋转轴线203正交于第二旋转轴线202。第三轴线203由探针支撑件250提供。

第一旋转接头210、220和第二旋转接头230、240可以是可转位的轴。

第一旋转接头210、220和第二旋转接头230、240可以是无源的或机动化的。旋转接头200可以由一个或更多个致动器或由CMM 1的一个或更多个致动器致动的机构提供，以提供探针300围绕第一旋转轴线201和/或第二旋转轴线202的旋转。

所描述的示例性实施方式的探针支撑件250是可转位的无源探针支撑件，如图2至图5所示。

探针支撑件250被配置成借助于闩锁机构来保持旋转构件270相对于固定构件260的离散且可重复的旋转位置。

探针支撑件250的闩锁机构255、262、272被配置成通过旋转构件270从锁定位置到脱离位置沿着脱离轴线203的轴向位移来提供旋转构件270从固定构件260的旋转脱离。闩锁机构被配置成借助预定接合力将旋转构件270保持在其锁定位置。

有利地，探针支撑件250的脱离轴线与由多轴旋转接头200提供的第三(旋转)轴线203同轴或平行(即与由探针支撑件250提供的旋转轴线203同轴或平行)。

优选地，闩锁机构被配置成通过旋转构件270的轴向位移来提供脱离，在CMM的情况下，该脱离可以通过使旋转构件270(和附接的探针)沿着脱离轴线203朝向(例如专用配件的)表面移动并施加大于接合力的轴向力而获得。

通过借助滑动枢轴接头将旋转构件270与固定构件260连接，可以有利地提供旋转构件270的这种脱离。滑动枢轴(如图4所例示)提供围绕/沿着相同的轴线203的相对旋转和平移，即，脱离轴线与由探针支撑件250提供的旋转轴线203(即第三旋转轴线)重合。

在图3至图5的实施方式中，滑动枢轴接头由固定构件260的内部部分261实现，该内部部分261被旋转构件270的外部部分271包围。内部部分261包括与外部部分271的圆柱形内表面在旋转和平移方面协作的圆柱形外表面。因此，外部部分271可以相对于内部部分261旋转并且竖直滑动。

内部部分261的径向延伸表面265设置有闩锁元件(例如，球262的环)，并压靠在外部部分271的径向延伸表面273上，该径向延伸表面273设置有协作的闩锁元件272、275(例如，分度销272和凹槽275)。借助弹簧常数为k₁的弹簧、特别是借助螺旋弹簧255将旋转构件推入锁定位置。

在所示的实施方式中，闩锁元件包括球262的环和形成腔275的多对分度销272，各个腔被布置成接收该环的多个球中的一个球的突出部分，以在旋转元件处于锁定位置时防止旋转元件的旋转，同时提供可重复的离散角位置。

沿着脱离轴线203在旋转构件270的一部分上和/或在连接的探针上施加超过接合力(例如，常数k₁的弹簧255)的初始力会导致旋转构件270从锁定位置的平移运动。该平移通过从相应凹槽275移除环的球来引起闩锁机构的脱离。

一旦闩锁机构被脱离，响应于外力，旋转构件270就可以围绕探针支撑件260的旋转轴线203自由旋转所需角度Φ。

一旦达到所需角位置，优选对应于由闩锁机构262、272、275提供的分度位置中的一个位置，就抑制初始力，以使旋转构件返回到由弹簧255保持的静止位置。

探针支撑件250可以包括一个或更多个电信号连接器和连接件和光信号连接器和连接件(优选地设置有允许无限旋转的光学和电滑环)，用于为探针300供电和/或在附接的探针300与位置确定设备1之间传输信号。

所示的探针支撑件250还包括用于提供多个(例如，一组)可互换(接触和/或光学)探针中的一个探针的附接的连接器274。

特别是在探针支撑件包括独立探针支撑件或探针支撑件模块或是独立探针支撑件或探针支撑件模块的一部分的情况下，可以在固定构件260和旋转构件270两者上提供电连接和/或光学连接，以从定位确定设备向探针供电并在探针与设备之间的传输信号。

在示例性实施方式中，位置确定设备1被配置成尤其在测量空间(即坐标和/或度量可以被提供的给定的相对容积)内并根据3D坐标系XYZ提供探针300相对于参考表面20的精确位置和定向。参考表面20例如由经校正的平面2提供，待测量的工件500放置在该经校正的平面2上。

通过以下方法执行所附接的探针的精确定位和定向：

-借助设备1的一个或更多个致动器和编码器和/或旋转接头200来提供探针支撑件250的固定构件260的给定定位和定向，以及

-通过提供探针支撑件250的旋转构件270的相对角度定位。

根据本发明，借助用于使探针支撑件旋转的配件100来提供探针支撑件250的旋转构件270的所需角度定位。该设备有利地被安装在位置确定设备(例如，CMM)1的测量空间中的固定位置，例如，在参考表面20上。

另选地或补充地，配件可以固定在位置确定设备1上和/或是位置确定设备1的一部分(特别是其固定部分或可移动部分)，以便相对于位置确定设备1的测量空间处于已知和/或固定(例如，不变)位置。

在图1和图6至图10所示的实施方式中，配件采取旋转台配件100的形式，该旋转台配件100被安装在CMM的工作容积(测量空间)内，并以机械方式致动所附接的探针300的旋转达预定角度。旋转台配件不需要电源，因为致动是纯机械的。

配件100包括：

-主体111，该主体由固定部分和可移动部分组成；

-接收部分125，该接收部分125与主体可移动地联接，并且被配置成接收探针支撑件250的第二构件270(的一部分)和/或附接至探针支撑件的探针300(的一部分)并与其接合；以及

-机械传动件，该机械传动装件被配置成将接收部分125的相对平移运动转换成接收部分125相对于主体的相对旋转。

有利地，机械传动件被配置成将第一接收部分125沿着第一轴线121的平移运动转换成第一接收部分125围绕相同的第一轴线或围绕平行于所述第一轴线121的另一轴线的旋转。这些配置通过在轴向地致动第一接收部分的同时使探针支撑件的旋转轴线与第一接收部分的旋转轴线对准来提供安装在位置确定设备上的探针支撑件的旋转。

根据本发明，沿着相同的轴线的平移和旋转意味着旋转轴线和平移轴线中的一个轴线相对于旋转轴线和平移轴线中的另一轴线是同轴的或以小于45°(优选地小于5°)的角度入射(即会合)。

根据本发明，沿着平行轴线的平移和旋转意味着轴线具有相同的方向，其公差小于45°(优选地小于5°)，而轴线永不相遇。

接收部分125有利地被配置成免工具地接收探针支撑件250的第二构件270(的一部分)和/或附接至探针支撑件的探针300(的一部分)并与其接合，即，在不使用和/或不需要工具的情况下、特别是在不使用和/或不需要拧紧、拧松、***和/或去除工具(诸如螺丝刀、扳手和/或扳子)的情况下提供接收和接合。

接收部分125还有利地被配置成提供所接收和接合的第二构件270和/或探针300(的一部分)的免工具的退回，即，在不使用和/或不需要工具的情况下、特别是在不使用和/或需要拧紧、拧松、***和/或去除工具(诸如螺丝刀、扳手和/或扳子)的情况下进行退回。

主体的固定部分准许将设备的位置固定在位置确定设备(例如，CMM)1的测量空间中和/或位置确定设备1的一部分上。固定部分可以被配置成提供设备在CMM 1的测量空间中的表面上、特别是在参考表面20上的放置和/或固定。固定部分可以包括用于将设备放置在表面上的基座、支架和/或底座。固定部分可以包括用于将设备固定到CMM 1的测量空间中的表面的固定装置。

另选地或补充地，固定部分可以被配置成提供配件到位置确定设备的固定部分或到位置确定设备的可移动部分的固定(以便提供配件在位置确定设备的测量空间中的固定定位)。

有利地，接收部分125可以被配置成接收探针支撑件或附接的探针的给定接口元件并与其接合，以避免在与接收部分相互作用和/或接触之后探针支撑件或探针的潜在劣化。例如，接收部分可以包括径向延伸和/或会聚的突起(例如，齿或嵌齿)，以将由配件提供的旋转提供给探针支撑件或附接的探针。

优选地，机械传动件被配置成将接收部分125沿着给定轴线121的平移运动转换成接收部分125的旋转，优选地旋转给定角度Φ。

在所示的实施方式中，机械传动件包括主轴120，该主轴120借助机械联接件联接至接收部分。机械联接件提供：

-优选地根据相同的轴线121将接收部分125的平移运动传递到主轴120；以及

-优选地根据相同的轴线121将主轴120的旋转传递到接收部分125。

在所示的实施方式中，通过接收部分的帽形部分沿相同的轴线径向包围主轴120的圆形末端来提供机械联接。接收部分125的平移运动的传递是通过接收部分的帽形部分与主轴120的圆形末端之间的轴向物理接触来提供的，而主轴120的旋转到接收部分125的传递是通过这些元件之间围绕相同的轴线的物理接触所提供的摩擦来提供的。

角度Φ可以是当(接收部分125和主轴120)相对于主体(其固定部分)111从静止位置移动到至少(即，达到或超过)阈值位置时，由接收部分125提供的预定恒定角度Φ。恒定角度Φ优选在从5°至30°的范围内选择。生成预定旋转所需的垂直行程优选地在2mm至10mm的范围内选择。

另选择地，角度Φ是可变角度，该可变角度例如是接收部分125相对于主体(其固定部分)从静止位置的位移(量)的函数，例如与接收部分125相对于主体(其固定部分)从静止位置的位移(量)成比例。可以通过主轴120的螺纹部分与主体111的固定部分的螺旋形螺纹部分协同或静态连接来提供可变角度。

配件100有利地包括保持机构130，该保持机构130将保持力施加到接收部分125和主轴120，以保持并移动回静止位置。保持力可以被选择或限定成大于待旋转的探针支撑件的接合力。

有利地，因此，配件可以包括力调节机构和选择元件，该选择元件准许使用者对力调节机构进行作用以选择所需保持力。

具有或没有预应力机构(由力调节机构机械地控制)的弹簧(即存储机械能的弹性对象，诸如螺旋弹簧)可以提供这种保持力，同时保持由配件通过纯机械方式提供的致动。

配件100(特别是机械传动件)有利地包括接收部分125，该接收部分125借助角度保持机构150联接至主轴120，该角度保持机构150被配置成使得当它们都向下移动时将主轴120的旋转传递到接收部分125。在接收部分125和主轴两者向上运动的返回运动期间，主轴的旋转被脱开，以使得接收部分不旋转并且返回到静止位置，以保持由机械传动件提供的角度Φ。因此，可以通过保持弹簧150(即允许仅在一个方向上的旋转运动而防止在相反方向上运动的机构)来提供脱开。另选地，棘轮机构可以用于仅允许在一个方向上旋转。外部弹簧190压靠在接收部分125上以施加附加摩擦，以防止在向上运动期间接收部分125的旋转。作为外部弹簧190的替代，可以使用提供摩擦的接头或具有弹簧加载的钢辊的飞轮机构来防止接收部分125在向上运动期间的旋转。

在所示的实施方式中，配件100包括具有固定基座的主体和可以相对于基座移动(平移和/或旋转)的圆柱形盖110。配件100还包括与中央主轴120滑动接触的接收部分125，使得该接收部分、主轴和圆柱形盖110可以相对于主体的固定基座一起移动。弹簧130提供保持力，以将接收部分125、主轴120和圆柱形盖110保持在其静止位置。

由该弹簧提供的保持力(显著地)大于探针支撑件的接合力，即，弹簧130的弹簧常数k₂显着大于将探针支撑件的旋转构件推入锁定位置的弹簧的弹簧常数k₁。

主轴120的下部包括螺纹部分122，该螺纹部分122与静态地连接至主体的固定部分的突起协作以在其上下移动期间提供主轴的旋转。在该实施方式中，螺纹部分122是顺时针螺旋形螺纹部分，并且突起是紧固至主体的固定部分的螺母140的螺旋形突起。

当主轴120被向下按压(对抗弹簧k₂)时，其顺时针旋转角度Φ，该角度Φ与主轴120的(竖直)位移y成比例，例如：

Φ＝f(θ)·y

其中，θ是螺纹部分122和/或突起的螺旋角。

螺旋角和轴的长度可以被选择成提供与探针支撑件的分度角度一致的所需旋转角度。例如，轴位移5mm可以使其旋转15°，而轴位移10mm则产生30°的旋转。通过释放轴并按要求重复上述过程多次可以获得更大的旋转角度，为15°或30°的倍数。

配件100可以被配置成提供其它角度-位移关系。因此，上述主轴120和螺旋螺母140可以被具有较陡或较浅螺旋角度的另一对来替换，以分别生成针对预定竖直行程的较小或较大的旋转Φ。螺旋角必须足够陡，以使运动可逆。

当释放作用在接收部分125上的力时，接收部分125和主轴120相对于主体的固定部分(例如，基座)向上移动。主轴120在该运动期间逆时针旋转，然而由于被缠绕在主轴120的上部并锚固至接收部分125上以用作角度保持机构的弹簧150，主轴120的旋转不传递至接收部分125。在该实施方式中，围绕主轴沿顺时针方向紧密缠绕的弹簧150允许主轴和接收部分一起沿顺时针方向但不能沿逆时针方向(这使弹簧松开)旋转。固定至相对于主体的固定部分不可旋转移动的连接板170的外部弹簧190进一步阻止了接收部分125的逆时针旋转，这可能是由于来自松开的弹簧150的残余力引起的。

另选地，可以使用棘轮机构，诸如基于圆齿轮的棘轮机构，该圆齿轮的齿由弹簧加载的指状件旋转地控制。

因此，配件100提供探针支撑件250旋转给定角度而无需将探针与其支撑件断开以提供新的取向。因此，该配件避免了在测量期间断开和重新连接探针的时间损失，同时如果需要精确定位，则进一步避免了对探针的重新校准。此外，该解决方案以半自动或全自动方式提供了探针支撑件的旋转。

在未例示的另一实施方式中，配件100可以用于旋转多轴非机动化的探针支撑件。如果2轴探针支撑件(诸如图2所示的200)配备有类似于针对支撑件250描述的分度机构的分度机构以及与配件100的接收部分125接合的装置，则2轴探针支撑件可以围绕轴201或202旋转。

在图6、图7、图9和图10所示的实施方式中，该设备有利地是双接收部分的实施方式。该设备包括第二不同的接收部分165，该第二不同的接收部分165被配置成接收旋转探针支撑件250的第二构件270和/或所支撑的探针300且与其接合。机械传动件还被配置成将第二接收部分的平移运动转换成第二接收部分在相对于由另一接收部分125提供的方向(以下称为第一接收部分)的相反旋转方向上的旋转。

有利地，机械传动件被配置成将第二接收部分165沿着(第二)轴线161的平移运动转换成第二接收部分165围绕相同的第二轴线或围绕平行于所述第二轴线161的另一轴线的旋转。

第二接收部分165有利地被配置成免工具接收探针支撑件250的第二构件270(的一部分)和/或附接至探针支撑件的探针300(的一部分)并与其接合。接收部分125还有利地被配置成提供所接收和接合的第二构件270和/或探针300(的一部分)的免工具的退回。

有利地，第二接收部分165被配置成接收第二构件270和/或探针的与第一接收部分125相同的部分并与其接合。

更有利地，第二接收部分125可以被配置成接收探针支撑件的或附接的探针的(相同)给定接口元件并与其接合，以避免探针支撑件或探针的潜在劣化。

在图6至图9中，因此机械传动件可以被配置成借助第二主轴160将第二接收部分165沿着第二轴线161的平移运动转换成接收部分165围绕相同的第二轴线161的旋转。相同的第二轴线161优选地平行于第一接收部分125的轴线121(以下称为第一轴线)。第二主轴160被相对于第二轴线161可平移地且(优选地单向的)可旋转地联接至第二接收部分125。

在所示的实施方式中，第一主轴120和第二主轴160被相互连接，特别是通过连接板170相互连接，使得它们一起竖直地移位。仅第一主轴120和第二主轴160中的一者设置有上述的螺纹部分122，而另一者由轴承180径向保持。因此，这种布置借助联接机构(例如齿轮171、172)提供从一个主轴到另一主轴的旋转传递，以确保在相反方向上的旋转，同时通过连接板170将平移从一个主轴传递到另一主轴。与具有两个分开的螺旋轴的解决方案相比，该实施方式提供了一种成本更低的解决方案。

由于配件可以选择性地提供顺时针和逆时针旋转，因此该双接收部分实施方式准许减少使旋转支撑件旋转给定角度所需的时间。取决于所需的旋转方向，旋转支撑件和/或探针可以被定位在第一接收部分或第二接收部分的上方，并被向下按压以根据所选的旋转方向旋转所需角度致动。举例来说，具有单个旋转机构以用于顺时针旋转15°的配件100将需要进行23次重复以生成逆时针旋转15°。

因此，配件100可以用于使作为单轴或多轴旋转接头的一部分或被集成在单轴或多轴旋转接头中的探针支撑件旋转。尤其是，配件100可以以这种方式用于使作为具有正交轴线的2轴探针头的一部分或集成在具有正交轴线的2轴探针头中的探针支撑件旋转。

有利地，配件100可以以计量套件的方式提供，即与探针支撑件250结合，特别是与包括探针支撑件250的单轴、两轴或多轴旋转接头200(例如探针头)结合。

如图10所示，该套件通过为探针支撑件或探针提供适当的接口元件来在第一接收部分或第二接收部分之间提供有效的联接。

在所示的实施方式中，接口元件包括在探针300的旋转轴线上的盘302以及在其***上的突起的圆柱形元件301，该突起的圆柱形元件301被设计成与接收部分125的齿状周边的凹口中的一个凹口联接。盘302用于向下按压在接收部分125上，以使得圆柱形盖110、主轴120和接收部分125向下移动。由该运动提供的旋转通过接合在接收部分(嵌齿轮)的径向延伸齿中的一个齿中的元件传递到探针支撑件。

而且，该套件可以包括第二配件(例如旋转台)。因此，该套件准许将第一配件和第二配件相对于参考平面放置在不同的位置和取向上。例如，一个旋转台可以被竖直放置以致动围绕第一轴线的旋转，而第二旋转台被放置成其轴为水平的以致动围绕第二轴线的旋转。

根据本发明，探针支撑件一旦被安装在位置确定设备1上并且优选地支撑探针300，就可以根据以下步骤借助所描述的配件进行定向或重新定向：

-利用位置确定设备1驱动位置确定设备1以使第二构件270和/或探针300(的一部分)接合在配件100的第一接收部分125或第二接收部分165中；

-利用位置确定设备1移动第二构件260和/或探针300，以使第一接收部分125或第二接收部分165相对于配件100的主体111(特别是相对于固定部分，例如其基座)相对平移；

-使第二构件270和/或探针300从第一或第二接收部分125、165退回。

尤其是，使第二构件和/或探针移动的步骤包括沿着第一接收部分或第二接收部分的旋转轴线(或沿着平行于该旋转轴线的另一轴线)移动(第二构件或探针)，以便提供第二构件的旋转。

有利地，在没有工具的情况下操作将第二构件270和/或探针300(的一部分)接合在第一接收部分125或第二接收部分165中或从第一接收部分125或第二接收部分165退回的步骤。

该方法还可以包括在使用双接收部分旋转台的情况下在第一接收部分和第二接收部分之间进行选择的初始步骤。

驱动第二构件270和/或探针300的步骤可以包括使第二构件270和/或探针300(特别是其接口元件)与配件100的第一轴线121或第二轴线161对准的步骤。

因此使第二构件260和/或探针300移动的步骤可以包括使第二构件260和/或探针300(特别是其接口元件)沿着第一轴线121或第二轴线161移动(特别是通过大于配件100的保持力的预定抚压(stroke))的步骤。第二构件260和/或探针300可以被移动以将第一接收部分或第二接收部分从其静止位置平移到给定相对位置，以便使探针支撑件旋转所需角度。

该方法还可以包括使第二构件260和/或探针300(特别是其接口元件)向后移动以将第一接收部分125或第二接收部分165平移回到静止位置的步骤。因此，第二构件260和/或探针300可以沿着相同的第一轴线121或第二轴线161向后移动，特别是通过施加比配件100的保持力弱的抚压(例如，通过将预定抚压减小到低于保持力)。

因此，可以重复使第二构件260和/或探针300移动以致动第一接收部分125或第二接收部分165的步骤，以使探针支撑件进一步旋转附加角度。

图10示出了探针支撑件250与用于提供探针支撑件的旋转的台(即，配件)100的对准。探针支撑件的固定构件260被连接至CMM(未例示)，并且旋转构件270支撑作为线光学探针300的探针300。

首先，CMM将探针300在竖直方向上定位在站100上方，该站不可移动地位于CMM的测量空间中。CMM将探针300的接口元件定位在站的所选择的接收部分上方。

然后，CMM按预设量的竖直位移和大于探针支撑件250的接合力和台100的保持力这二者的预定力将探针300压靠在台上。

探针支撑件的闩锁机构的弹簧255因此被压缩，从而将旋转构件270从固定构件260释放。

随着进一步的位移，台的弹簧130被压缩并且主轴120和第一接收部分125开始使探针300旋转所需角度。预设的位移量被选择或确定成提供所需角度，该所需角度基于所选择的轴的向下位移(例如，与所选择的轴的向下位移成比例或是所述向下位移的函数)。

在达到预设的位移之后，CMM使探针300的移动停止。

然后CMM使探针竖直向上移动，允许主轴向上移动到其静止位置，并(在最后阶段)释放探针支撑件的闩锁机构的弹簧255，以使得将探针支撑件锁定在最近的分度位置。

如果所需的是更大的旋转角度，则可以重复上述过程以再次旋转相同的或另一所需角度。

附图标记列表

1 位置确定设备

2 参考平面

3 可移动平台

20 参考表面

100 配件/旋转台

110 圆柱形盖

111 主体

120 第一主轴

121 平移和旋转轴线

122 螺纹部分

125 第一接收部分

130、131 弹簧

150、151 保持弹簧

161 平移和旋转轴线

160 第二主轴

165 第二接收部分

170 联接板

171、172 联接齿轮

180 轴承

190、191 摩擦弹簧

200 多轴旋转接头

201 旋转轴线

202 旋转轴线

203 旋转轴线

210 第一接头/连接件的固定构件

220 第一接头/连接件的旋转构件

230 第二接头/连接件的固定构件

240 第二接头/连接件的旋转构件

250 探针支撑件

255 弹簧

260 固定构件

261 圆柱形部分

262 分度球

265 闩锁表面

270 旋转构件

271 圆柱形部分

272 分度销

273 闩锁表面

274 连接器

275 凹槽

300 光学线传感器

301 圆柱形元件

302 盘

500 工件

Claims (21)

1.一种用于使探针支撑件(250)旋转的配件(100)，所述探针支撑件(250)包括安装在位置确定设备(1)上的第一构件(260)以及与所述第一构件(260)以可旋转的方式联接并被配置成支撑探针的第二构件(270)，所述配件(100)包括：

主体(111)；

第一接收部分(125)，所述第一接收部分(125)被配置成接收并接合所述第二构件(270)的一部分或由所述第二构件(270)支撑的探针(300)；

机械传动件，所述机械传动件被配置成将所述第一接收部分(125)相对于所述主体(111)的平移运动转换成所述第一接收部分(125)相对于所述主体(111)的相对旋转；

其中，所述机械传动件被配置成将所述第一接收部分(125)沿着第一轴线(121)的平移运动转换成所述第一接收部分(125)围绕相同的第一轴线(121)或围绕平行于所述第一轴线(121)的另一轴线的旋转，以在所述配件(100)的所述第一接收部分(125)与所述第二构件(270)的所述一部分或与所述探针(300)接合并且所述第二构件(270)或所述探针(300)被所述位置确定设备(1)沿着相同的第一轴线(121)或沿着所述另一轴线移动预定行程时，使所述第二构件(270)相对于所述探针支撑件(250)的所述第一构件(260)移动。

2.根据权利要求1所述的配件，所述配件包括施加保持力的机构(130)，以用于：

将所述第一接收部分(125)相对于所述主体保持在静止位置，和/或

使所述第一接收部分移回到所述静止位置。

3.根据权利要求2所述的配件，其中，所述机械传动件被配置成响应于所述第一接收部分(125)相对于所述主体从所述静止位置到阈值位置的平移而使所述第一接收部分(125)旋转恒定角度。

4.根据权利要求2所述的配件，其中，所述机械传动件被配置成使所述第一接收部分(125)旋转可变角度，所述可变角度与所述第一接收部分(125)从所述静止位置的相对位移成比例和/或是所述相对位移的函数。

5.根据权利要求4所述的配件，所述第一接收部分包括螺旋形螺纹部分(122)，所述螺旋形螺纹部分(122)与静态地连接至所述主体的至少一个突起协作。

6.根据权利要求1所述的配件，所述配件还包括保持机构(150)，所述保持机构(150)允许所述第一接收部分(125)仅在一个旋转方向上的旋转运动。

7.根据权利要求1所述的配件，所述配件还包括第二接收部分(165)，所述第二接收部分(165)被配置成接收所述探针支撑件的所述第二构件的一部分和/或所述探针(300)并与所述探针支撑件的所述第二构件的所述一部分和/或所述探针(300)接合；

其中，所述机械传动件被配置成将所述第二接收部分(165)的平移运动转换成所述第二接收部分(165)在相对于由所述第一接收部分(125)提供的旋转的相反旋转方向上的旋转。

8.根据权利要求7所述的配件，其中，所述机械传动件被配置成将所述接收部分沿着第二轴线(161)的平移运动转换成所述接收部分围绕相同的第二轴线(161)的旋转。

9.根据权利要求1所述的配件，其中，所述接收部分(125)被配置成：

免工具地接收所述第二构件(270)的所述部分和/或所述探针(300)的所述部分并与所述第二构件(270)的所述部分和/或所述探针(300)的所述部分接合，并且

提供所述第二构件(270)的所接收和接合的部分和/或所述探针(300)的所接收和接合的部分的免工具的退回。

10.根据权利要求1所述的配件，所述配件是相对于所述探针支撑件(250)和所述探针(300)的外部配件。

11.根据权利要求2所述的配件，其中，所述机构包括弹簧，用于在所述第一接收部分(125)与所述主体(111)之间提供所述保持力。

12.根据权利要求11所述的配件，其中，所述弹簧是螺旋弹簧。

13.根据权利要求3所述的配件，其中，所述恒定角度在5°至30°的范围内。

14.根据权利要求8所述的配件，其中，所述第二轴线(161)平行于所述第一轴线(121)。

15.一种计量套件，所述计量套件包括：

探针支撑件(250)，所述探针支撑件(250)包括：第一构件(260)，所述第一构件(260)被安装或能够安装在位置确定设备(1)上；以及第二构件(270)，所述第二构件(270)与所述第一构件(260)以可旋转的方式联接并且所述第二构件(270)被配置成支撑探针；以及

根据权利要求1至14中任一项所述的配件，所述配件用于使所述探针支撑件(250)旋转；

其中，所述第二构件(270)或被附接至所述第二构件(270)的探针(300)包括被配置成与所述配件(100)的所述第一接收部分(125)和/或所述配件(100)的第二接收部分(165)相互作用的接口元件。

16.根据权利要求15所述的计量套件，所述计量套件还包括单轴、两轴或多轴旋转接头；

其中，所述旋转接头(200)包括所述探针支撑件(250)。

17.根据权利要求15或16所述的计量套件，其中，所述探针支撑件(250)被配置成响应于所述第二构件(270)相对于所述第一构件(260)的相对平移而使所述第二构件(270)从所述第一构件(260)以可旋转的方式脱离。

18.根据权利要求15所述的计量套件，其中，所述探针支撑件是无源的和/或能转位的探针支撑件(250)。

19.根据权利要求16所述的计量套件，其中，所述单轴、两轴或多轴旋转接头为探针头。

20.根据权利要求17所述的计量套件，其中，所述探针支撑件(250)被配置成克服将所述第二构件(270)相对于所述第一构件(260)保持在锁定位置的接合力而使所述第二构件(270)从所述第一构件(260)以可旋转的方式脱离。

21.一种重新定向旋转探针支撑件(250)的方法，所述旋转探针支撑件(250)包括被安装在位置确定设备(1)上的第一构件(260)以及与所述第一构件(260)以可旋转的方式联接并被配置成支撑探针的第二构件(270)，所述方法包括：

-驱动所述位置确定设备(1)以使所述第二构件(270)的接口元件或由所述第二构件支撑的探针(300)的接口元件与根据权利要求1至14中任一项所述的配件(100)的轴线(121)对准；

-使所述第二构件(270)或所述探针(300)与所述位置确定设备(1)一起沿着所述轴线(121)移动，以接合所述配件(100)的接收部分；

-使所述第二构件(270)或所述探针(300)与所述位置确定设备(1)一起沿着相同的轴线(121)或沿着平行于所述轴线(121)的另一轴线移动预定行程，以便提供所述第二构件(270)相对于所述第一构件(260)的旋转；

-使所述第二构件(270)或所述探针(300)退回。

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