用于光学探针的模块化微光学器件制造技术

本发明专利技术涉及用于光学探针的模块化微光学器件。一种光学探针组件(60)的探针本体(61)，该探针组件(60)被设计成用于在由坐标测量机器的探头承载的同时测量对象表面，该探针本体包括：位于所述探针本体的第一端的联接单元，该联接单元被设计成用于提供所述探针本体(61)与坐标测量机器的探头的联接；光导元件(62)，该光导元件用于将由所述探头供应的原始源光从联接单元传输到探针本体(61)的第二端。所述探针本体(61)包括位于所述探针本体(11，61)的第二端的微光学器件探针接口(66)，该探针接口(66)包括：源光发射元件(65)，该源光发射元件相对于所述第二端以限定方向提供所述原始源光的发射。

Modular micro optics for optical probes

The present invention relates to a modular micro optical device for optical probes. An optical probe assembly (60) of the probe body (61), the probe assembly (60) is designed for measuring object surface on the bearing by the probe coordinate measuring machine at the same time, the probe body comprises: a coupling unit is arranged at a first end of the probe body, the connecting unit is designed to provide the probe body (61) is connected with the probe coordinate measuring machine; the optical element (62), the photoconductive element used by the probe light from the original source supply unit connected to the transmission probe body (61) of the second end. The probe body (61) of the probe body (11, 61) of the second end of the micro optics probe interface (66), the probe interface (66) includes a source light emitting element (65), the source of the light emitting element relative to the second end to define the direction provided by the original the emission of light source.

【技术实现步骤摘要】
用于光学探针的模块化微光学器件
本专利技术一般地涉及对用于坐标测量机器(CMM)的测量探针进行模块化设计以便针对所需测量条件修改探针特性的方法。
技术介绍
通常的实践是在诸如坐标测量机器(CMM)的坐标定位设备上对生产之后的工件进行检验，以便检查预先限定的对象参数如对象尺寸和形状的正确性。而且，在许多工业应用中关注对未知对象的表面进行检测。这种测量典型地也可以使用坐标测量机器或任何其它适当类型的扫描装置来提供。在传统的3D坐标测量机器中，探头被支撑为沿着三个相互垂直的轴线(在方向X、Y和Z上)运动。由此，探头能够被引导至坐标测量机器的测量容积的空间中的任一任意点，并且可利用由探头承载的测量传感器(探针或探测单元)来测量对象。这种探测单元可以被设计成触觉式探针或光学传感器，以例如基于三角测量或光学干涉原理来提供表面的测量值。在该机器的简单形式中，与每个轴线平行地安装的合适的换能器或线性编码器能够确定探头相对于机器基座的位置，因此能够确定被传感器照明的对象上的测量点的坐标。为了给探头提供可动性，典型的坐标测量机器可以包括布置有探头的框架结构和用于使框架结构的框架部件相对于彼此运动的驱动装置。使用光学传感器的一个优点是，它不与零件接触，因此不会像利用触觉型探针的情况那样在测量过程中使零件变形或损坏零件。然而，用于测量具体工件的光学探针的类型必须以如下方式进行选择，即，使得探针的测量特性适应于工件的形状或地形测量特性。例如，为了测量钻孔，探针可以优选包括棱镜或反射镜以相对于探针触针的延伸轴线以预先确定的角度例如90°发射测量光束。为了提供适应于相应测量要求的单独合适的探针，通常必须频繁改变附接至CMM的探头的探针。而且，必须有用于相应测量要求的许多特殊探头以确保不同工件的精确测量。因而，坐标测量机器和相应的探针通常包括允许两个部件既进行机械联接又进行光学联接特别是电气联接的接口。通过这种接口，探针能够以较少努力比较快速地附接至探头并由探头承载和定位以用于测量目的。例如从EP2356401B1已知这种光学机械接口。根据该方案，当已经偏离测量要求时，将更换整个探针，由于典型的测量条件，例如在工业过程中，在探针处以及在CMM处不利机械影响的频率相当高。因此，这种探针和结构的总的使用寿命非常有限。另外，高精度光学测量探针的成本对于CMM的总操作成本来说是高相关因素，这意味着对于不同测量要求提供不同探针的总成本较高。在这种情况下，进一步的缺点涉及到对这种探针的初始轻微损伤例如在发光光学器件处的损伤，这最终会导致比较高的修复成本或用新的探针更换整个探针以确保精确测量。
技术实现思路
因此，本专利技术的目的是提供一种用于CMM的改进探测系统，该探测系统允许针对所需的测量要求快速容易地适应测量条件。本专利技术的另一个目的是针对待测量的不同工件提供一种柔性CMM和探针设计。本专利技术的又一个目的是提供一种可修改的测量传感器，其中能够容易地执行由于改变测量条件而引起的修改，并且整个系统复杂性和成本都较低。这些目的通过实现第一方面的特征而实现。以另选或有利方式进一步发展本专利技术的特征在其它方面中描述。本专利技术涉及一种模块化地设置用于利用坐标测量机器测量坐标的光学探针组件的方案。不是为了相应的非接触式测量要求而更换整个光学测量探针，而是将具体的基础探针本体安装至CMM，并且将用于最终限定所发射的测量光的光学部件模块化地安装在探针本体的另一端处，从而根据将要进行的测量进行更换。因此，本专利技术涉及一种光学探针组件的探针本体，该探针组件被设计成用于在由坐标测量机器的探头承载的同时测量距离对象的距离，例如测量对象上的点。该探针本体包括：位于所述探针本体的第一端的联接单元，该连接单元被设计成用于提供所述探针本体与坐标测量机器的探头的联接。因而，所述探针本体能够在由CMM提供的自由度的限度内定位和取向。特别地，所述探针本体自身包括用于使所述探针本体的部分相对旋转的装置，并且提供铰接探针本体的类型。所述探针本体进一步包括：光导元件，该光导元件用于将由所述探头供应的原始源(未限定测量)光从所述联接单元传输到所述探针本体的第二端。在本专利技术的上下文中，术语“原始源”或“未限定测量光”应该理解为由CMM提供并经由探针本体传输但是尚未适合于利用CMM进行坐标测量的光的说明。原始源光在这里是指可以以具体方式限定但是尚未完成测量要求或期望的光特性的光。例如，可以很好地获知并很好地限定这种光的波长、偏振和/或强度，但是结果得到的用于相应距离测量所必需的光斑尺寸和/或准直性尚未限定。因此，原始源光代表可能被部分地限定但是尚未提供最终测量要求的光。此外，原始源光不一定对应于在CMM的光源(例如，激光二极管)侧初始产生但是没有被进一步修改的光，而是可以是已经以任何方式进行操纵并在进行这种操纵之后从CMM发射的光。根据本专利技术，在所述探针本体的第二端设置有微光学器件接口，该接口包括：光发射元件，该光发射元件相对于所述第二端以限定方向提供所述原始源光的发射，该原始源光的发射基本具有由所述光导元件限定和/或由所述光发射元件限定的发射散度。此外，该微光学器件接口包括机械探针联接部(接收联接元件)，该机械探针联接部被设计成接收由所述光学探针组件的光束限定光学部件的机械部件联接部(附接的联接元件)提供的联接配对件。所述原始源光可由所述探针本体基本以所述发射散度提供，并且具有用于测量的期望测量光特性(特征)的期望测量光可通过所述光束限定光学部件联接至所述探针本体来提供。这种期望的测量光特征可以是测量光的限定发射角(例如，相对于所述探针本体的延伸轴线)、具体光束形状、测量光的准直或聚焦或者是光的相对于探头或联接单元的发射点(位置)(例如，由触针限定的限定距离)。根据本专利技术的探针本体的一个实施方式，所述光导元件以光纤或自由光束光学器件为代表。因而，由CMM供应或接收的光能够经由所述光纤的自由光束光学器件例如装置或透镜而被引导通过所述探针本体，特别是在两个方向上(双向)。另选地或附加地，所述光导元件包括透镜，特别是准直透镜。所述光发射元件能够以套管为代表，特别地其中所述套管以与所述光纤限定的散度对应的散度提供限定的测量光的发射。这里，所述光纤可以由所述套管接收，该套管可以在所述探针本体的第二端或接口处提供适当的固定。另选地或附加地，所述光发射元件包括透镜，特别是准直透镜。特别地，所述机械探针联接部包括球支承部的至少一个球体特别是三个球体，或者球支承部的至少一个球体配对件。所述接口因而提供了典型的球支承部的(一侧)部件，而当附接第二(配对)部件(该配对件可以设置在待附接至探针本体的光束限定光学部件一侧)时，将完成相应的球支承部。根据本专利技术的进一步实施方式，所述探针本体的机械探针联接部包括至少一个磁性元件特别是可切换的电磁元件，以按照需要产生用于连接(联接)光束限定光学部件的保持力。这种可控的磁性元件(特别是与以上球支承部件)提供相应光束限定光学部件的完全自动的联接和分离，这使得可以进行完全自动的测量过程，其中CMM控制所述探针本体相对于所设置的光束限定光学部件的运动，并且通过所述电磁体的受控致动而开始相应部件的联接。待联接的部件可以由用于待加工的具体工件的部件程序来限定。这些部件可以由相应的工具变换器提本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光学探针组件(60)的探针本体(11，61)，该光学探针组件(60)被设计成用于在由坐标测量机器的探头承载的同时测量距对象的距离，该探针本体(11，61)包括：·位于所述探针本体(11，61)的第一端的联接单元(13a，13b)，该联接单元被设计成用于提供所述探针本体(11，61)与坐标测量机器的探头的联接；以及·光导元件(12，62)，该光导元件用于将由所述探头供应的原始源光从所述联接单元(13a，13b)传输到所述探针本体(11，61)的第二端，其特征在于，位于所述探针本体(11，61)的第二端的微光学器件探针接口(20，20’，66)，该探针接口(20，20’，66)包括：·源光发射元件(15，65)，该源光发射元件相对于所述第二端以限定方向提供所述原始源光的发射，该原始源光的发射基本具有由所述光导元件(12，62)限定和/或由所述源光发射元件(15，65)限定的发射散度；以及·机械探针联接部(21，67)，该机械探针联接部(21，67)被设计成接收由所述光学探针组件(60)的光束限定光学部件(30，40，50，50’，71)的机械部件联接部提供的联接配对件(31，41)，其中·所述原始源光能够由所述探针本体(11，61)以所述发射散度提供；并且·具有用于测量的期望测量光特性的期望测量光能够通过联接所述光束限定光学部件(30，40，50，50’，71)来提供。...

【技术特征摘要】
2015.12.23 EP 15202538.31.一种光学探针组件(60)的探针本体(11，61)，该光学探针组件(60)被设计成用于在由坐标测量机器的探头承载的同时测量距对象的距离，该探针本体(11，61)包括：·位于所述探针本体(11，61)的第一端的联接单元(13a，13b)，该联接单元被设计成用于提供所述探针本体(11，61)与坐标测量机器的探头的联接；以及·光导元件(12，62)，该光导元件用于将由所述探头供应的原始源光从所述联接单元(13a，13b)传输到所述探针本体(11，61)的第二端，其特征在于，位于所述探针本体(11，61)的第二端的微光学器件探针接口(20，20’，66)，该探针接口(20，20’，66)包括：·源光发射元件(15，65)，该源光发射元件相对于所述第二端以限定方向提供所述原始源光的发射，该原始源光的发射基本具有由所述光导元件(12，62)限定和/或由所述源光发射元件(15，65)限定的发射散度；以及·机械探针联接部(21，67)，该机械探针联接部(21，67)被设计成接收由所述光学探针组件(60)的光束限定光学部件(30，40，50，50’，71)的机械部件联接部提供的联接配对件(31，41)，其中·所述原始源光能够由所述探针本体(11，61)以所述发射散度提供；并且·具有用于测量的期望测量光特性的期望测量光能够通过联接所述光束限定光学部件(30，40，50，50’，71)来提供。2.根据权利要求1所述的探针本体(11，61)，其特征在于，所述光导元件：·以光纤(12，62)或自由光束光学器件来代表；和/或·包括透镜，特别是准直透镜。3.根据权利要求1或2所述的探针本体(11，61)，其特征在于，·所述源光发射元件由套管(15，65)来代表，特别地其中所述套管以与所述光纤(12，62)的散度对应的散度提供所述原始源光的发射；并且/或者·所述源光发射元件包括透镜，特别是准直透镜。4.根据权利要求1至3中任一项所述的探针本体(11，61)，其特征在于，所述机械探针联接部(21，67)包括球支承部的至少一个球体(23’，33’，43)特别是三个球体，或者球支承部的至少一个球体配对件(23，33)。5.根据权利要求1至4中任一项所述的探针本体(11，61)，其特征在于，所述机械探针联接部(21，67)包括至少一个磁性元件(22，22’)，特别是能够切换的电磁元件，用于产生用于连接所述光束限定光学部件(30，40，50，50’，71)的保持力。6.根据权利要求1至5中任一项所述的探针本体(11，61)，其特征在于，所述探针本体(11，61)包括触针(14，64)，其中所述触针(14，64)的自由端代表所述第二端。7.一种光学探针组件(60)的光束限定光学部件(30，40，50，50’，71)，该探针组件(60)被设计成用于在由坐标测量机器的探头承载的同时测量距对象的距离，所述光束限定光学部件(30，40，50，50’，71)包括：·具有机械部件联接部(67)的微光学器件部件接口，该机械部件联接部(67)被设计成在所述光学探针组件(60)的探针本体(11，61)的第二端处将所述光学部件(30，40，50，50’，71)联接至由机械探针联接部(21，67)提供的配对件；以及·光操纵光学元件(36，46，48，51，52)，该光操纵光学元件被设计成基于由所述探针本体(11，61)提供的原始源光的操纵来提供具有期望测量光特性的期望测量光。8.根据权利要求7所述的光学部件(30，40，50，50’，71)，其特征在于，该光操纵光学元件(36，46，48，51，52)被构建为如下光学元件中的一...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·帕杜切，托马斯·延森，
申请(专利权)人：赫克斯冈技术中心，
类型：发明
国别省市：瑞士,CH