具有捕获装置的改换机构的制作方法

本发明涉及一种用于将传感器、追踪元件或工具可互换地安装在机器、或机器的一部分上、并且尤其是安装在坐标测量机器上的改换机构，并且涉及一种对应的坐标测量机器。

背景技术：

在用于测量部件或类似物的坐标测量机器上，经常需要改换传感器、追踪元件或类似物以便调整到不同的测量状态，因而为此采用自动改换机构，以便使对应追踪元件或传感器的快速改换变得可能而没有重大花费。这同样也适用于其中工具经常需要时常改换的、例如机床的其他机器。

除了以低支出来快速并简单地改换工具或追踪元件之外，对于坐标测量机器而言尤其重要的是使得对所改换的追踪元件或传感器的精准定位成为可能，以便避免对所改换的追踪元件或传感器进行重新校准。

此外，对于这种自动改换装置而言需要具有紧固机构，通过该紧固机构可以避免这种自动更换所需要的工具或追踪元件的意外松散。同时，碰撞保护装置此外应该防止在故障事件中由于传递过大的力而在工具或追踪元件与正在加工或研究的部件之间产生的碰撞以及对该部件和/或该工具或承载该工具的机器的损坏。

因此，在现有技术中已经提出了应该满足上述需求的改换机构。一个实例是wo2007/031218a1，该文件指明了一种坐标测量机器的改换机构，其中具有支承件的支承部件和具有反向支承件的反向支承部件通过卡夹装置来保持彼此抵靠。在这个装置中支承件和反向支承件形成用于精准定位的三点支承系统，并且支承部件或反向支承部件可以构成或包括追踪元件或传感器，同时可以在机器上提供对应的另一部件(即，反向支承部件或支承部件)。卡夹装置可以由磁性安排或真空抽吸系统形成，其使支承部件或反向支承部件保持彼此抵靠，从而使得支承件和反向支承件牢固地彼此接合。

在wo2007/031218a1中描述的改换机构包括紧固机构，从而使得彼此抵靠的这些部件(支承部件和反向支承部件)在使这两个部件彼此抵靠的卡夹装置意外释放的事件中不能变得从彼此上松脱。为此，被安排在这些部件之一上的轴颈被锁定滑动件通过形状配合来保持在支座中，该支座被提供在另一个对应部件上。在工具或追踪元件与部件之间碰撞的事件中，轴颈可以与该对应部件分离并且被保持在轴颈支承件中，以便使支承件与反向支承件的分离成为可能，而不必打开紧固机构。提供了捕获装置以便防止从支承系统释放的部件在这种情况下从坐标测量机器中掉出。

该捕获装置包括缆线，该缆线一方面被安排在轴颈上并且另一方面被接收在弹簧机构中，该弹簧机构撑靠在轴颈支承件上并且包括螺旋弹簧，轴颈通过该螺旋弹簧经由缆线来在圆锥轴颈支承件中预张紧。现在，如果轴颈在碰撞事件中从轴颈支承件上释放，则螺旋弹簧压缩并且其上安排有支承件或反向支承件的这个对应部件可以从对应的配对件释放，直到螺旋弹簧被完全压缩的时候。如果施加进一步的负载，则对应的缆线在超过拉伸强度时断开，并且追踪元件或工具可以变得与机器完全分离并且掉出。然而，如果捕获装置的缆线的弹性张力被调整得过大，则在分离力停止作用之后，脱出的部件将猛然弹回并且可能损坏配对部件。

技术实现要素：

由本发明解决的问题：

因此，本发明提出要解决的问题是创造一种改善的改换机构，该改换机构使得传感器、追踪元件或工具在机器或机器元件上的自动联接和释放变得可能，而同时提供了对传感器或工具的紧固以抵抗意外松脱，并且创造一种碰撞保护装置，该碰撞保护装置与在正在加工或研究的部件发生意外碰撞时防止对部件或工具或对应机器的损坏。应该确保在碰撞事件中仅产生少量或不产生永久损坏，从而可以通过在运行状态下的简单重置使对应的装置继续运行。具体地，即便在发生大力度强烈碰撞的事件中，传感器、追踪元件或工具也不应掉出。总体上，装置和运行应该是简单且可靠的。

技术解决方案：

这个问题是通过具有权利要求1的特征的改换机构以及具有权利要求11的特征的用于操作改换机构的方法和具有权利要求12的特征的坐标测量机器来解决的。有利的实施例是从属权利要求的主题。

本发明提出对wo2007/031218a1的改换机构的修改，该文件的披露内容通过引用以其全部内容合并于此，一方面，所谓的滑动联接器被提供在用于改换机构的紧固机构中，该紧固机构具有带捕获装置的碰撞保护装置，该滑动联接器具有限定滑动开口的第一联接元件以及在克服反向力之后穿过该滑动开口的第二联接元件。在碰撞事件发生之后，这种滑动联接器确保了支承部件和反向支承部件或者支承件或反向支承件可以以一种方式分离而使得对改换机构或部件或整个机器不受损，因为在第二联接元件滑动穿过滑动联接器的第一滑动元件之后，在受滑动联接器保护的这些部件的分离过程中建立的力被释放，并且彼此分离的这些部件不再有可能弹性反冲。然而，同时，这种滑动联接器可以容易地返回起始运行状态，而不必修复任何永久损坏。

此外，本发明通过第二方面(针对第二方面寻求的保护独立于本发明的第一方面并且与本发明的这个方面相组合)提出捕获装置的多级设计，使得在第一级中，支承件和反向支承件可以彼此松脱远至第一距离，并且在达到支承件与反向支承件之间的第一最大距离之后，在第二级中，该支承件和反向支承件可以通过克服一个力阈值而彼此分离远至至少第二距离，其中第二距离大于第一距离。这种二级布局同样提供的事实是，如果在支承件和反向支承件的分离过程中产生不同的力就需要不同的措施来处理碰撞的发生。例如，在二级捕获装置中，第一级可以被设计成使得(与来自wo2007/031218a1的改换机构或捕获装置类似)抵抗弹性力的分离是可能的，而在这些力使分离停止进行之后，该支承件和反向支承件或该支承部件和反向支承部件可以通过弹性回复力自动地返回至其初始位置。多级捕获装置的第二级相应地可以被设计成使得，在克服一定的力阈值之后，捕获装置或其部分(尤其是在捕获装置中使用的缆线)不再有可能弹性变形，并且因此这些经分离的部分(例如，支承件和反向支承件或支承部件或反向支承部件)不再返回至初始位置，例如以便避免由于弹性反冲的损坏。支承件和反向支承件或支承部件或反向支承部件然后仅经由捕获装置(例如，对应的缆线)而仍然松散地联结在一起。为了实施捕获装置的第二级，人们可以有利地利用上述滑动联接器，一旦超过力阈值该滑动联接器就因此被触发。

改换机构的用于将支承件和反向支承件或支承部件和反向支承部件保持在一起的卡夹装置进而可以通过真空抽吸装置或尤其具有永磁体/电磁体组合的磁性安排来实施。

捕获装置可以包括缆线，该缆线连接支承部件和反向支承部件。缆线在此指任何种类的缆线状连接，即便对应的元件不严格符合缆线的狭窄定义也是如此，因此甚至其他种类的缆线状元件(例如，绳索、线、链条元件或类似物)也将归纳于缆线名义下。

该紧固机构可以包括轴颈，该轴颈可释放地保持在支承部件或反向支承部件的这些部件之一中的轴颈支承件中，并且该轴颈与另一个对应部件的支座接合，以便借助于锁定元件来以形状配合的方式保持在那里，该锁定元件能够在锁定位置与打开位置之间移动。

将支承部件和反向支承部件相联结并且在碰撞事件中使它们保持彼此固持的缆线可以以一个末端附接在轴颈中或上、并且以另一个末端附接在包括轴颈支承件的部件中、优选地在滑动联接器的第二联接元件中或上。

缆线自身可以被弹性地构型，因此已经借助于缆线而在轴颈支承件中对轴颈预张紧的支承、以及通过缆线的弹性变形而从轴颈支承件中释放该轴颈、以及因此的从反向支承件释放支承件成为可能。一旦弹性扩张达到使得所施加的力超过滑动联接器的阈值的一定值，滑动联接器就可以被激活而使得在支承件与反向支承件或在支承部件与反向支承部件之间的进一步远离成为可能。在这个变体实施例中，弹性缆线替换了从wo2007/031218a1已知的用于捕获装置的第一级的捕获装置的弹簧机构，并且上述滑动联接器构成捕获装置的第二级。通过缆线的非弹性设计，可以仅通过滑动联接器实施单级捕获装置，如以上已经描述的。

如果缆线能够实现多于5％、尤其多于10％并且特别是多于20％的弹性延伸，则该缆线可以被认为是有弹性的。

然而替代地或另外，捕获装置可以包括弹簧机构。为此，可以提供衬套，滑动联接器的第一联接元件可以可移动地接收在该衬套中，并且其中，捕获装置可以具有弹簧元件，第一联接元件可以通过该弹簧元件来预张紧在远离该部件被联接的位置中。以此方式，将第一联接元件预张紧的弹簧元件可以使紧固机构的轴颈在轴颈支承件中预张紧，并且可以提供弹簧路径，该弹簧路径使得支承件和反向支承件在碰撞事件中能够间距分开。

衬套可以在一个末端处具有开口，在碰撞事件中第一联接元件被拉向该开口的方向，该开口被构型成使得第一联接元件和第二联接元件均不能从中穿过，从而在滑动联接器释放之后，第二联接元件在衬套中保持返回。

滑动联接器可以被设计成使得，该第一联接元件和/或该第二联接元件具有被弹性构型的本体和/或甚至至少被部分地弹性地构型，或者弹性本体被安排在该第一联接元件与该第二联接元件之间，从而使得当该第一联接元件超过一个力阈值时通过横向于该第二联接元件的这一个运动方向的弹性变形而使得该第二联接元件穿过第一联接元件。这种弹性可以与弹性缆线的情况相类似地定义。

第一联接元件的滑动开口可以具有多种不同的形状并且尤其是圆形的圆。因此，可以将环形本体提供为弹性本体。

附图说明

附图以纯粹示意性的方式示出了

图1示出了呈门形架设计的坐标测量机器的透视图示，具有通过改换机构来安装在坐标测量机器的套管处的回转机构以及通过另一个改换机构来安装在该回转机构上的传感器，

图2示出了根据本发明的处于正常运行的改换机构的截面视图，

图3以使用捕获装置的第一级的状态示出强制分离之后的改换机构的一部分的截面视图，并且

图4以捕获装置的第二级的状态示出强制分离之后的图2的改换机构的截面视图。

具体实施方式

本发明的进一步的益处、特性和特征将在对样本实施例的以下详细说明中变得清楚。然而，本发明并不受限于这些样本实施例。

在图1中，呈门形架设计的坐标测量机器被标记为1。该坐标测量机器包括花岗石板1，多个引导件2、3被提供在该花岗石板上，测量门形架可以在计算机控制下通过其托架4、5沿这些引导件在一个方向上行进。在这些托架4、5上，通过两个竖直支撑件6、7安装有横梁8。进而，在横梁8上，安装有横向滑动件9，该横向滑动件可以同样在计算机控制下沿横梁并因此垂直于引导件2、3的方向行进。在横向滑动件9上，安装有能够竖直行进的套管10。经由具有控制计算机、多个微处理器、控制面板21和监视器22的机器控制器器20来控制整个机器以及套管10在三个相互垂直的空间方向上的运动。

在套管10上通过第一改换机构11安装有回转机构12、13、14。回转机构一方面使得在与套管10的轴线(竖直)相平行的轴线上关于水平面18并且在竖直旋转平面19中围绕与套管10的轴线相垂直的轴线的受计算机控制的旋转成为可能。回转机构可以是所谓的连续回转机构，使得在这两个旋转平面18、19中可能以任何或几乎任何希望的旋转角度旋转运动，或者是作为所谓的断续回转联接器，其中旋转运动只可能以固定指定的角度增量。借助于第二改换机构15，传感器16被安装在回转机构上，该传感器具有安装在其上的触针17。通过回转机构，无论测量任务有哪种需要传感器16都可以在空间中任意定向。触针17自身进而可以通过另一个改换机构来安装在传感器上。

图2以截面视图示出了根据本发明的改换机构30的实施例，该改换机构具有通过三点支承系统支撑的支承部件33和反向支承部件34。该三点支承系统具有在圆周方向上间隔以120°的若干对支承元件31、32。这些支承元件对可以例如通过多个球31和形成球支座的一对圆柱体32形成。

支承部件33和反向支承部件34(在所呈现的样本实施例中可以是或可以包括追踪元件、传感器或类似物)通过卡夹装置经由具有这些支承元件31、32的三点支承系统来保持彼此抵靠，该卡夹装置在所呈现的样本实施例中是通过磁性装置35和金属板36的组合来形成的，其中磁性装置35在磁性装置35的方向上拉动金属板36，从而使得这些支承元件31、32牢固地彼此抵靠。

在所示出的样本实施例中，磁性装置35由永磁体/电磁体组合形成，使得可以通过对电磁体的适当开关动作来改变卡夹装置的保持力，以便使反向支承部件34与支承部件33分离。为了释放反向支承部件34，永磁体/电磁体组合中的电磁体可以被操作成使得其反向于永磁体的磁性力来起作用，以便减少或消除金属板36上的吸引力。此外，电磁体可以被操作成增强永磁体的磁性力，例如以便使得反向支承部件34与支承部件33相连，即，将反向支承部件34安装上。在正常运行中，电磁体不需要工作，因为那时可以由永磁体来单独保持反向支承部件34。

为了防止反向支承部件34从支承部件33上意外释放，图2中示出的改换机构具有紧固机构，该紧固机构包括门形阀38，该门形阀被螺旋弹簧44预张紧在紧固位置(即，关闭位置)中。门形阀38与轴颈37相互作用，该轴颈被保持抵靠支承部件33并且具有凹槽45，该门形阀38可以接合该凹槽以便防止轴颈37从反向支承部件34的支座46移出。因此，只有在门形阀38处于打开位置中时才能通过对磁性装置35中的电磁体的相应切换来改换或释放反向支承部件34，从而释放在反向支承部件34的支座46中的轴颈37。

此外，又为了提供例如防止坐标测量系统的传感器或追踪元件一经与正在测量的物体碰撞就由于施加过量力而损坏的碰撞保护装置，轴颈37通过其指向端47来可释放地安装在支承部件33的圆锥形座48中，从而使得在向反向支承部件34施加力时，轴颈37可以从支承部件33的圆锥座48松脱。轴颈37由缆线39保持在支承部件33中，缆线39的一个末端被安排在轴颈37上，并且缆线39的另一个末端被保持在滑动联接器的第二联接元件41中，该滑动联接器将在以下更详细地描述。

该滑动联接器包括限定滑动开口50的第一联接元件40，第二联接元件41在超过力的阈值之后可以穿过该滑动开口。力的阈值由弹性环本体49调整，该弹性环本体在图2的滑动联接器中被安排在第一联接元件40与第二联接元件41之间，并且在放松状态下将第一联接元件40的滑动开口50的打开宽度减小到足以在没有施加力时使得第二连接元件41不能穿过弹性环本体49。只有当在第二联接元件41上施加充分大的力时，弹性环本体41才被加宽成使得第二联接元件41可以穿过弹性环本体49并且穿过第一联接元件40的滑动开口50。为了在向第二联接元件41施加力的情况下改善弹性环本体49的加宽，第二联接元件41具有环绕倾斜表面，该环绕倾斜表面利于第二联接元件穿到弹性环本体49中。

滑动联接器的第一联接元件以可移动的方式安装在衬套42中，而螺旋弹簧43使第一联接元件40预张紧在第一联接元件40与衬套42的面向反向支承部件34的末端51间隔分开的位置中。

归功于第一联接元件40通过其来预张紧的这个螺旋弹簧43，轴颈37被第二联接元件41和缆线39保持在圆锥座48中并且因此在座48的方向上预张紧。

在图2中示出的改换机构起作用的方式为使得，在正常运行中，反向支承部件34被安装好，支承部件33和反向支承部件34仅通过具有支承元件31、32的三点支承系统来保持彼此抵靠，以便确保明显的、可复现的并且精确的支撑。轴颈37被安排成相对于支座46具有游隙，并且门形阀38仅关于轴颈37产生形状配合锁定而没有施加可能防害支承部件33和反向支承部件34的精准支撑的任何横向力或夹紧力。

为了使反向支承部件34从支承部件33释放，门形阀38移动到打开位置中，使得轴颈37可以从支座46移出。同时，磁性装置35的电磁体被操作成使得永磁体的磁性力被抵消，从而使得反向支承部件34可以从支承部件33松脱。

相反地，在安装反向支承部件34时，电磁体被操作成使得永磁体的磁性力增强，从而使得金属板36被拉向磁性装置35的方向。门形阀38通过手动方式或通过适当的装置抵抗螺旋弹簧44的弹簧力来移动至一边，从而使得轴颈37可以在门形阀38的开口中到位。以此方式，轴颈37可以与反向支承部件34的支座46接合，并且三点支承系统的支承元件31、32可以彼此产生接触以产生三点支承。

如果在坐标测量机器的运行期间在被安排在反向支承部件34上的追踪元件与正在测量的部件之间产生碰撞，则反向支承部件34可以抵抗磁性装置35的磁性力从支承部件33释放，而同时轴颈37从圆锥座48释放。为此，螺旋弹簧43被压缩，并且滑动联接器在衬套42中被缆线39向下拉。在图3中示出了这种情况，然而由于简明原因，这个附图没有示出反向支承部件34。

三点支承系统的支承元件31、32或支承部件33和反向支承部件34现在可以彼此以路径s1移动分开，这可以使螺旋弹簧43压缩。如果支承件和反向支承件或支承部件33和反向支承部件34存在进一步的远离，并且如果因此由缆线39进一步施加张力，如果由缆线39施加的张力超过对应的极限值或阈值，就会发生激活滑动联接器。在图4中示出了这种情况。通过第二联接元件41滑动穿过弹性环本体49和第一联接元件的开口50，发生螺旋弹簧43放松，从而使得滑动联接器以第一联接元件40和弹性环本体49移动回到其起始位置，而第二联接元件41在螺旋弹簧43和衬套42内移动直到衬套42的面向反向支承部件34的末端51，从而使得支承部件33和反向支承部件34现在可以以路径s2移动分开。在这个衬套端51处提供了衬套开口52，该衬套开口的尺寸被确定成使得第二联接元件41不能从这个衬套开口穿过，从而使得在支承部件33与反向支承部件34之间的连接仍然经由第二联接元件41、缆线39和轴颈37而存在。这确保了反向支承部件34不能完全从支承部件33松脱和落下。同时，缆线39不再张紧、或者仍然仅以反向支承部件34的重力来张紧或者如果支承部件33和反向支承部件34已经彼此多于路径s2地移动分开。以此方式，可以避免缆线39的过量负载，并且可以防止缆线39的可能断裂。

尽管已经通过样本实施例清楚地描述了本发明，但对技术人员明显的是，本发明不局限于这些样本实施例，而是可以进行修改，从而可以对特征进行不同组合或省略单独特征而不脱离所附权利要求书的保护范围。本披露包括所呈现的这些单独特征的所有组合。

附图标记列表

1花岗石板

2引导件

3引导件

4托架

5托架

6竖直支撑件

7竖直支撑件

8横梁

9横向滑动件

10套管

11改换机构

12回转机构

13回转机构

14回转机构

15改换机构

16传感器

17触针

18水平旋转平面

19竖直旋转平面

20机器控制器

21控制面板

22监视器

30改换机构

31支承元件

32支承元件

33支承部件

34反向支承部件

35磁性装置

36金属板

37轴颈

38门形阀

39缆线

40第一联接元件

41第二联接元件

42衬套

43螺旋弹簧

44螺旋弹簧

45凹槽

46支座

47指向端

48圆锥座

49弹性环本体

50滑动开口

51衬套端

52衬套开口