用于坐标测量机的探头系统 技术领域 本发明涉及一种坐标测量机， 其用于确定测量对象上的空间坐标， 并包括具有探 头传感器系统的探头、 本体部和相对于本体部可移动的并且配置有探测工具的结合部， 还 包括设计成相对于测量对象移动探头的框架结构， 其中所述探测工具具有与测量对象发生 接触的至少一个触针， 并且具有旋转板， 所述触针经由该旋转板可旋转地结合至结合部。
本发明还涉及一种用于这种坐标测量机的探头系统、 以及一种借助于这种坐标测 量机确定空间坐标的方法。
背景技术 从例如 US6,430,828 中已知一种具有可旋转探测工具和探头系统的坐标测量机。
该已知坐标测量机具有探头， 在该探头上配置有具有触针的探测工具， 所述触针 附接至垂直地配置的套管轴的下侧自由端。套管轴能够沿竖直方向移动， 以使探头能够正 交于用于保持测量对象的测量台地移动。套管轴本身配置在一托台的横梁上， 并且能够沿
横梁在第一水平方向上移动。托台能够与套管轴一起沿第二水平方向移动， 以使探头整体 能够沿三个相互垂直的空间方向移动。 探头沿三个移动轴线的最大移动距离限定出一测量 体积， 在该测量体积内能够确定测量对象上的空间坐标。
为了进行测量， 将测量对象配置在测量台上。然后使触针的自由尖端与测量对象 上的所选测量点接触。然后， 能够从探头在测量体积内的位置以及触针相对于探头的偏移 确定出所接触测量点的空间坐标。通过在不同测量点处确定多个空间坐标， 能够确定出测 量对象的几何尺寸， 甚至是对象轮廓。 这种坐标测量机的一个典型应用领域是测量工件， 以 进行质量控制。
测量对象上的测量点经常位于触针难以触及的位置， 例如要确定配置于测量对象 的侧面处的孔的深度时。为了触及这种 “隐藏” 的测量点， 已知的是使用具有不同触针和 / 或触针组合的不同探测工具。 例如， 存在这样一种探测工具， 其中触针相对于坐标测量机的 空间 z 轴横向地配置。为了进行大量复杂的测量任务， 通常需要频繁地改变触针和 / 或触 针组合。这是不利的， 因为触针的改变需要时间， 从而延长了用于进行测量的测量时间。这 特别是探头的长移动距离的结果， 因为通常在配置于测量体积外的仓库 (magazine) 处替 换探头。为了进行触针改变， 必须将探头移出测量体积， 然后必须回到初始位置。改变所需 的时间取决于坐标测量机的尺寸。 另外， 可获得的探测工具的灵活性受到限制， 这导致对于 复杂测量需要大量的探测工具。例如， 如果要确定相对于测量对象的表面倾斜 45°的孔的 深度， 需要适当的触针或适当的触针组合。此外， 使用这种触针和 / 或触针组合会限制测量 体积， 因为探头的移动只能进行到与横向支承部之一发生接触时。 在长触针的情况下， 这导 致大的限制。
先前引用的 US6,430,828 提出了一种具有仓库的坐标测量机， 该仓库具有用于旋 转探测工具的设备。旋转是围绕空间 z 轴进行的， 方法是将探测工具与该设备中的触针和 / 或触针组合放置在一起 ( 这意味着它与探头是分离的 )， 并且使用该设备旋转它， 然后将它再次固定至探头。
该设备使得每个探测工具能够用于数个旋转位置中的一个。 这降低了所需要的具 有相应触针和 / 或触针组合的探测工具的数量， 因为每个探测工具能够用于围绕 z 轴的数 个取向。该途径还使得能够实现降低因触针引起的对测量体积的限制。
该情况的一个缺点是探测工具的旋转要求将探测工具放置到仓库中， 由此仍然需 要长时间来将探头移动至仓库、 放在那里、 以及在拾取后再次移回。
DE 10114126 公开了一种能够实现直接在探头上旋转探测工具的探头。 为此目的， 在探头上设置有下降设备， 该下降设备首先使探测工具下降以使得能够旋转。在下降过程 后， 通过电动机进行旋转， 所述电动机是为此目的与大齿轮驱动器设置在一起。在旋转后， 通过下降设备再次升起探测工具。
它的一个优点是时间方面的收益， 因为不必将探测工具移动至仓库以进行旋转。 这还允许探头的平衡状态能够得到维持。然而， 一个缺点是探头必须配备有复杂的下降设 备以及用于此目的的电机和齿轮箱。这增加了探头的重量， 导致移动期间在探头上发生不 希望的震荡。此外， 这还导致探头更复杂， 导致在设计、 制造和维修上的附加复杂性。
US5,185,936 公开了具有能够旋转的探测工具的另一种探头。该探测工具磁性地 保持在探头上。 在探测工具被使用的同时， 在与探测工具相距一定距离处配置有保持磁体。 此外， 它连接至能够借助于电机发生旋转的轴， 所述电机为此目的设置的。为了旋转探头， 沿探测工具的方向与所述轴一起移动保持磁体， 由此探测工具被移动离开其位置。然后借 助于电机旋转探测工具。 然后将轴牵引返回其初始位置， 由此使保持磁体从探测工具释放。 这导致上面已经描述的优点和缺点。 发明内容
基于该背景， 本发明的一个目的是提供一种在开篇处所提及类型的坐标测量机， 其允许降低所需的触针改变的次数， 并且减少所需的包括有相应触针和 / 或触针组合的探 测工具的数量， 同时应使探头的重量和复杂性保持得较低。另一目的是允许以尽可能高效 的方式使用可获得的测量体积。
根据本发明的一个方面， 提出了一种以上最初述及类型的坐标测量机， 其中在本 体部上形成有至少一个滚动突起， 旋转板能够借助于结合部的移动在该滚动突起上发生滚 动偏离 (rolled off)。
根据本发明的另一方面， 提出了一种探头系统， 其用于一种坐标测量机， 该坐标测 量机用于确定测量对象上的空间坐标， 并包括具有探头传感器系统的探头、 本体部和能够 相对于本体部发生移动的结合部， 以及能够选择性地结合至所述结合部的多个探测工具， 其中所述坐标测量机具有设计成相对于所述测量对象移动所述探头的框架结构， 其中所述 探测工具中的至少一个具有与所述测量对象发生接触的至少一个触针、 并且具有旋转板， 所述触针能够经由所述旋转板可旋转地结合至所述结合部， 其中， 在所述本体部上形成有 至少一个滚动突起， 在所述滚动突起上， 所述旋转板能够借助于所述结合部的移动发生滚 动偏离。
根据本发明的再一方面， 提出了一种用于确定测量对象上的空间坐标的方法， 其 包括一种坐标测量机， 该坐标测量机包括具有探头传感器系统的探头、 本体部和相对于本体部可移动的并且配置有探测工具的结合部、 以及设计成相对于所述测量对象移动所述探 头的框架结构， 其中所述探测工具具有与所述测量对象发生接触的至少一个触针、 以及旋 转板， 所述触针经由所述旋转板可旋转地结合至所述结合部， 其中， 所述探测工具通过所述 结合部的移动被所述旋转板旋转， 所述旋转板在形成于所述本体部上的滚动突起上滚动。
该新颖的坐标测量机的优点是具有可旋转探测工具的探头。然而， 与已知提案相 比， 本新颖坐标测量机不需要复杂的设备来旋转探测工具。实际上， 探头具有滚动突起， 探 测工具能够在滚动突起上滚动以旋转。用于本申请目的， 表述 “滚动” 意味着在探测工具与 滚动突起之间存在牵引力， 并且该牵引力能够特别通过摩擦或形式配合 (form fit) 而生 成。可想到的是， 旋转板通过相对于滚动突起发生移动直到发生接触而与滚动突起相互作 用， 以旋转探测工具。结合部以及相应地旋转板相对于滚动突起的适当移动于是使得能够 在滚动突起上没有滑动的情况下大幅旋转旋转板。旋转优选绕空间 z 轴发生。绕另一轴线 或其它轴线的旋转同样也是可行的。 旋转探测工具所需的结合部的移动是从滚动突起的几 何构造得到的。例如， 如果其设置有平坦的滚动面 (rolling plane)， 则会引起结合部平行 于滚动面的直线移动。然而， 弧形滚动面是优选的， 其导致结合部进行相应地曲面的移动。 表述 “滚动面” 意指能够用于形成牵引连接的滚动突起的区域。 该新颖坐标测量机的设计允许非常快速的测量， 因为每当探测工具的取向需要改 变时， 探头的平衡状态被维持， 并且不需要移动至仓库来旋转探测工具。此外， 这能实现高 效利用测量体积， 因为探测工具能够 “通过” 障碍物。
此外， 这意味着仓库能够被最佳地利用， 因为探测工具能够被放置在其相应的节 省空间的取向上的仓库中。这使得能够防止特别长的触针特别是延伸超过多个仓库空间。
再一优点是能够在没有旋转台的情况下测量旋转对称部分， 因为触针在探测工具 上的取向能够直接匹配于各种情形。 同时， 探头的重量能够保持得极低， 因此能够实现对探 头选择非常高的移动速度。
再一优点是能够通过设置有滚动突起的结合部来轻松地重新装备已有的探头。 因 此， 探头的复杂性和重量保持得低。
优选地， 可想到的是探头和 / 或探测工具具有抓爪 (catch)， 以允许可靠且高精度 地定位探测工具。例如， 可将锁定球用作抓爪， 锁定球成对地配置在探头上， 并与配置在探 测工具上的锁定辊相互作用， 方法是通过使锁定辊配置成使得探测工具在没有任何游隙的 情况下锁定在锁定球之间。均匀分布地配置至少三个锁定球对， 联合以相应方式配置并形 成三点式轴承的三个锁定辊， 在该情况下是特别有利的。通过在锁定工具上设置相应的多 个锁定辊， 能够获得多个锁定位置。 使用这种抓爪允许探测工具得到牢固且可重复的支承。
上述目的以这种方式得到完全实现。
在一优选改进中， 探头传感器系统具有生成结合部的移动的至少一个测量力发生 器。
在该改进中， 有利地配置在探头中的测量力发生器用于移动结合部。这是例如通 过使电流通过柱塞型线圈来完成的。 这致使与柱塞型线圈相关联的至少一个芯子由于所导 致的磁力被强制离开柱塞型线圈的绕组或被强制进入绕组中。 借助于芯子与结合部之间的 适当机械连接， 通过使芯子强制离开和 / 或进入， 能够移动结合部。两个柱塞型线圈被优选 地设置， 并配置成相对于彼此正交， 以沿两个维度移动结合部。在该情况下， 有利的是不需
要附加的电机， 而是使用现有器件来移动结合部， 从而用于旋转探测工具， 允许结合部以及 相应地允许触针相对于测量对象的非常精确的移动。
在另一优选改进中， 滚动突起是围绕旋转板的圆管。
在该改进中， 术语 “围绕 ... 的圆管” 意指沿径向绕旋转板延伸并且至少大幅围绕 它的圆管。 在该情况下， 有利的是圆管的内表面即滚动面具有大于旋转板的半径的半径。 这 实现旋转板与滚动面只在期望时发生相互作用。此外， 这意味着旋转板能够在没有任何阻 碍的情况下旋转。 具体地， 如果旋转板是圆形的， 那么这借助于结合部绕圆管的中心点的圆 周运动提供连续地旋转旋转板的能力。旋转板和滚动突起因此形成啮合对， 由此对应于升 压比 (step-up ratio) 地旋转旋转板。这从而避免了旋转板像在滚动面为不连续的情况下 那样是必要的被放置在滚动面上然后相对于滚动面重新对齐。
在另一改进中， 坐标测量机具有配置在旋转板与滚动突起之间的至少一个牵引元 件， 特别是 O 形环。
在该改进中， 牵引元件改善旋转板的旋转期间在旋转板与滚动突起之间的牵引连 接， 并且同时在旋转板抵靠在滚动突起上时起到止动件的作用。 优选地， 提供生成高摩擦的 材料， 例如橡胶或类似橡胶的材料。 如果牵引元件呈 O 形环的形式， 则附加地实现能够沿周向绕旋转板配置牵引元件 的优点， 由此全面地保护旋转板， 并连续地支持连续移动。
在另一改进中， 探头和探测工具包括用于检测旋转板沿旋转方向的取向的取向检 测设备。
在该改进中， 取向检测设备使得能够实现在旋转板得到旋转时或者在探测工具已 发生改变时确定探测工具的取向。这有助于防止与测量体积外的元件发生碰撞。此外， 取 向检测设备使得能够实现通过检验正确的位置来检查探测工具正好被保持在探头上的抓 爪中。
在另一改进中， 取向检测设备包括多个取向检测元件， 特别是电气识别电路， 各取 向检测元件与探测工具的特定取向相关联， 并且所述取向检测设备还包括与取向检测元件 相互作用的至少一个传感器。
在该改进中， 取向检测设备为探测工具的每个取向赋予特定的取向检测元件， 因 此能够实现唯一地识别每个取向。取向检测元件优选配置在探测工具上， 从而提供为每个 探测工具单独地配备取向检测元件的能力。 这允许不同探测工具具有不同数量的取向检测 元件， 其满足各探测工具的需求。从而， 当需要比较少量的不同取向时， 能够节省取向检测 元件。这使得能够更加地节省探测工具上的质量和用于取向检测元件的部件。
传感器优选配置在探头上， 特别是结合部上， 以便能够在坐标测量机的测量操作 期间连续地检查探测工具的取向和正确锁定。
将识别电路用作取向检测元件致使得到在识别电路中存储附加信息的能力， 例如 探测工具的类型或与探测工具有关的几何数据。识别电路优选呈集成电路的形式。
在另一改进中， 取向检测元件沿旋转板的旋转方向相对于彼此以偏置 (offset) 角度配置。
在该改进中， 取向检测元件优选以均匀的角度偏置在旋转期间定位在围绕旋转板 的旋转运动中心点的虚拟圆形线上。 因此， 当旋转板相对于取向检测元件位于固定位置时，
适当的取向检测元件被自动引导至对应于旋转板的取向的传感器。
在另一改进中， 取向检测元件各自具有至少两个触点， 所述至少两个触点相对于 旋转板的旋转方向沿径向一个接着一个地配置。
在该改进中， 在旋转期间只有适当的触点被带至相关联的传感器。这在电连接的 情况下特别有利， 例如当取向检测元件呈识别电路形式时， 因为对取向检测元件只可能有 一个正确的电连接。 特别地， 当使用两个触点时， 采取措施以使用与触点相关联并呈相对的 触点形式的两个传感器。
因此旋转板及其当前取向能够在任一时刻被识别， 甚至紧接在坐标测量机被接通 之后， 即在切断状态后。该信息使得能够例如防止在仓库中替换探测工具期间发生碰撞。
在另一改进中， 坐标测量机具有中心销， 该中心销可移动地配置在结合部上， 并借 助于它将探测工具结合至结合部。
在该改进中， 旋转板能够借助于中心销在结合部上居中。 由于移动的能力， 旋转板 能够随中心销旋转， 从而避免旋转板在中心销上的复杂轴承的需要。
优选在旋转板上提供封闭， 并且该封闭与中心销相互作用。该封闭允许探测工具 与结合部之间的牢固结合。 在一个优选实施例中， 一沟槽沿周向配置在中心销上， 并形成能 够被扣紧的台阶， 并且在旋转板结合至中心销时位于旋转板内。 为了牢固地结合， 旋转板具 有与扣紧台阶相关联的至少一个锁定元件， 接合在沟槽中， 并借助于扣紧台阶保持旋转板。 该结合附加地需要一设备用于从中心销分离旋转板， 以例如允许改变探测工具。这防止了 探测工具被意外地甩开。 所述沟槽优选具有倾斜的壁部， 以确保牢固的就位、 容易的锁进和 容易的释放。 此外， 相应壁部的使用允许探测工具在碰撞时从中心销释放， 从而降低或防止 对探测工具和 / 或探头的损伤。 在另一改进中， 可移动中心销具有至少一个锁定位置和至少一个旋转位置。
在该改进中， 中心销优选配置成使得它能够在结合部内沿纵向方向移动。在该情 况下， 锁定位置是旋转板旋转地固定至结合部处的位置。 在该旋转位置， 能够相对于结合部 旋转旋转板。这特别是通过以下方法获得的 ： 将居中部分移动出结合部， 以到达旋转位置， 以使旋转板距结合部一定距离。 在旋转位置， 旋转板能够在没有任何阻碍的情况下旋转， 即 对结合部或例如抓爪没有任何干扰影响。为了到达锁定位置， 该改进中的中心销撤回结合 部， 使得旋转板抵靠在结合部上， 并且因此处于它不能旋转的位置。特别地， 中心销能够在 重力的作用下， 沿 z 轴的方向向外移动， 然后却需要适当的措施向里移动它。适当的措施 可包括例如使用磁力来将旋转板与中心销吸引一起， 和 / 或沿旋转板的方向适当地移动探 头。
在另一改进中， 中心销具有至少一个锥形部分， 其与至少一个轴承元件相互作用。
在该改进中， 中心销可被支承在轴承元件中， 也可移出轴承元件。 后向移动于是使 中心销立即被正确地对齐， 以与轴承元件接触， 并被牢固地支承。
在另一改进中， 所述锥形部分借助于轴承元件安装成在旋转位置没有游隙， 并且 配置成在锁定位置与轴承元件相距一定距离。
在该改进中， 在旋转位置没有任何游隙的支承允许探测工具的高精度旋转。 同时， 这意味着探测工具能够被一预定压力按压抵靠滚动突起， 从而得到滚动突起与旋转板之间 的永久牵引连接， 该连接在旋转运动期间保持相同。这在使用具有高偏心质量的触针和 /
或触针组合时特别有利， 因为它们也可通过旋转正确地取向。在锁定位置将锥形部分配置 成相距轴承元件一定距离意味着旋转板能够精确地放置在结合部上， 并且中心销不生成反 作用力和机械应力。这特别适用于上面已经描述的抓爪。
在另一改进中， 设置一控制单元， 该控制单元使所述探头和 / 或所述结合部发生 突然移动， 通过所述突然移动来将所述探测工具从与所述结合部分开一定距离的位置移动 至靠近所述结合部的位置。
在该改进中， 探测工具的质量惯性用于相对于结合部移动探测工具， 以使结合部 能够固定探测工具。探测工具优选借助于配置在结合部上和 / 或中的电磁体得到固定。这 得到将旋转板移动到磁体的有效区域中以将它附接至结合部的能力。
不言而喻的是上述特征以及将在下文说明的特征不但能够在各个描述了的组合 下使用， 而且能够以其它组合或独自使用， 而不背离本发明的范围。 附图说明
本发明的示例性实施例将在以下描述中更详情地说明， 并且在附图中示出， 附图 图 1 示出了本发明一示例性实施例的坐标测量机， 图 2 示出了具有探头传感器系统和测量力发生器的探头的简化图示， 图 3 以改变界面的视图示出了用于图 1 所示坐标测量机的探头的优选示例性实施中：
例， 图 4 以沿线 III-III 的截面图示出了图 3 的探头，
图 5 以改变界面的俯视图示出了用于图 1 所示坐标测量机的探测工具的一个优选 示例性实施例，
图 6 以改变界面的俯视图示出了用于图 1 所示坐标测量机的探测工具的另一优选 示例性实施例，
图 7 示出了探头在探测工具旋转期间的简化图示，
图 8-10 以截面图的形式示出了处于不同操作位置的图 3 所示探头的结合部， 而
图 11-12 以截面图的形式示出了处于不同操作位置的中心销的示例性实施例。
具体实施方式
图 1 以整体示出了以附图标记 10 表示的本新颖坐标测量机的示例性实施例。坐 标测量机 10 在该情况下具有基底 12， 在基底 12 上配置有框架结构 14， 使得框架结构 14 能 够沿纵向方向移动。框架结构 14 相对于基底 12 的移动方向通常称为 y 轴。托架 16 配置 在框架结构 14 的上侧横向支承部上， 并且能够沿横向方向移动。横向方向通常称为 x 轴。 托架 16 装配有套管轴 18， 套管轴 18 能够沿 z 方向移动， 即正交于基底 12 地移动。附图标 记 20、 22、 24 代表测量装置， 其能够用于确定框架结构 14、 托架 16 和套管轴 18 的位置。测 量装置 20、 22、 24 通常是玻璃刻度尺， 其在适当传感器的辅助下被读取。
探头 26 配置在套管轴 18 的下侧自由端， 并且保持探测工具 27。 在该情况下， 探测 工具 27 具有三个触针 28， 各触针 28 在其自由端具有探测球 29。它们用于与测量对象 30 上的测量点发生接触。测量装置 20、 22、 24 能够用于在测量点被接触的同时在测量体积内确定探头 26 的位置。据此， 于是能够确定被接触测量点的空间坐标。
附图标记 32 代表评价和控制单元， 该评价和控制单元经由线 34 和 36 连接至框架 结构上的驱动器和传感器。控制单元 32 用于控制电机驱动器， 以沿三个坐标轴 x、 y和z移 动探头 26。 另外， 评价和控制单元 32 在该情况下从测量装置 20、 22、 24 读取测量值， 并确定 测量点的当前空间坐标， 以及可能进一步确定作为其函数和作为触针 28 中的至少一个的 偏移的函数的、 与测量对象 30 有关的几何变量。
图 2 使用简化的示意图来示出探头 26 的操作的基本方法。探头 26 具有本体部 38 和结合部 40， 它们经由两个板簧 42 和 44 彼此连接。板簧 42、 44 形成弹簧平行四边形， 其允 许结合部 40 沿箭头 46 的方向 ( 以及反向沿箭头 46′的方向 ) 移动。从而探测工具 27 以 及触针 28 能够从其静止位置偏移一距离 D。附图标记 28′和 29′代表处于偏移位置的触 针 28 之一与探测球 29。
探测工具 27 相对于本体部 38 的偏移可能是在测量点处与测量对象 30 接触的结 果。探测工具 27 的偏移在确定空间坐标时被有利地纳入考量。此外， 优选示例性实施例中 的探测工具 27 的偏移能够在测量力发生器 56 的辅助下生成， 这将在下文详情描述。在本 体部 38 和移动部 40 上分别配置有分支 48、 50。分支 48、 50 在该情况下平行于板簧 42、 44。 在该情况下， 检测器 52( 在该情况下表示为刻度尺 54) 和测量力发生器 56 配置在分支 48、 50 之间。在该情况下， 检测器 52 具有呈柱塞型线圈形式的测量线圈 53。替代地或附加地， 霍尔传感器、 压阻式传感器或一些其它传感器可用作检测器 52， 在这些传感器的辅助下， 能 够确定探测工具 27 相对于本体部 38 的空间偏移。在该情况下， 测量力发生器 56 同样地呈 柱塞型线圈的形式， 其能够用于通过芯子 59 的吸引力或推斥力使两个分支 42 和 50 彼此靠 近或彼此远离。
在图 2 的简化图示中， 探头 26 允许探测工具 27 只沿箭头 46 的方向偏移。 然而， 本 领域的技术人员应明白的是这种探头 26 通常允许沿另外两个正交空间方向的相应偏移。 然而， 本发明并不局限于该特定探头， 也可使用具有能够彼此相对移动的本体部 38 和结合 部 40 的不同探头来实施。
本领域的技术人员应明白的是， 在图 2 中以高度简化形式示出的类型的探头 26 通 常将具有附接探测工具 27 的保持部以使探测工具 27 能够被替换。
图 3 示出了从下方观察到的图 1 所示探头 26 的优选示例性实施例。本体部 38 保 持结合部 40， 结合部 40 可移动地附接至本体部 38。结合部 40 具有中心销 57， 中心销 57 在结合部 40 中被引导， 以便能沿正交于移动方向 46 的移动方向移动 ( 这将参考图 8-10 说 明 )。锁定球 58 在结合部 40 的边缘区域中成对地配置。成对配置选择成使得锁定球对各 自与中心销 57 相距相同的径向距离。此外， 成对配置的锁定球 58 在结合部 40 的周缘上相 对于彼此均匀地分布。结合部 40 还具有磁体 60， 在该情况下呈环形电磁体的形式。电磁体 相对于中心销 57 同心地配置在结合部 40 上。此外， 结合部 40 还具有传感器 64， 在该情况 下传感器 64 具有两个触点 66。在本体部 38 上形成有呈具有内管面 72 的圆管形式的滚动 突起 68。
图 4 示出了沿剖面线 III-III 所取的图 3 所示探头 26 的截面。为清楚起见， 未示 出与触点 66 相关联的线、 保持部和弹簧器件。
图 4 示出了呈相对于销 57 同心地延伸而得到内管面 72 的圆管形式的滚动突起68。 图 5 示出了探测工具 27 的一优选示例性实施例的俯视图。探测工具 27 具有在该 情况下为圆形的旋转板 74。围绕旋转板 74 沿周向配置有呈 O 形环形式的牵引元件 76。旋 转板 74 具有多个锁定辊 80， 所述多个锁定辊 80 配置成使得它们能够相对于旋转板 74 径向 地旋转。锁定辊 80 绕旋转板 74 的周缘等间距地分布。相对于每个锁定辊 80 沿径向在内 侧配置有两个触点 82。 在该情况下， 触点 82 沿旋转板 74 的径向定位成一个位于另一个后， 因此得到绕周缘分布的触点对的配置。每个对均是取向检测元件 84( 另见图 8) 的一部分。 为清楚起见， 只通过虚线示出了取向检测元件 84 中的一个。取向检测元件 84 在该情况下 具有呈集成电路形式的电气识别电路。每个识别电路代表与所述识别电路在旋转板 74 上 所处位置有关的独特信息。基于该信息能够识别旋转板 74 在周向上的位置。此外， 至少一 个识别电路包含代表探测工具 27 的身份的信息。在旋转板 74 的中心处设置有呈圆形切口 形式的保持部 90。在保持部 90 内配置有两个锁定元件 92。
探测工具 27 在该情况下使用图 3 和 4 所示探头 26 上。为此目的， 保持部 90 设计 成使得它能够保持中心销 57 的下侧自由端， 并且能够借助于锁定元件 92 锁定中心销 57。
触点 82 排列成使得它们能够各自与探头 26 上的触点 66( 图 3) 成对地相互作用。 这意味着， 当探测工具 27 配置到探头 26 上时， 在触点 66 与两个触点 82 之间形成电接触。 因此能够从一个且是唯一的一个识别电路读取信息。
在该情况下， 探测工具 27 装配有三个触针 28， 与图 1 相对应。触针 28 配置在旋转 板 74 下方。在该情况下， 探测工具的设计并不局限于图 5 所示设计。可使用具有不同长度 和 / 或几何结构的触针。所使用的触针的数量也可改变。
图 6 示出了一替代探测工具 27。与图 5 中的探测工具相比， 在旋转板 74 上配置有 更多的锁定辊 80 以及相关联的触点 82 和取向检测元件 84。
当如图 5 和 6 所示探测工具 27 使用在图 3 和 4 所示探头 26 上时， 锁定球 58 与锁 定辊 80 一起形成抓爪 (catch)。该抓爪在锁定辊 80 被锁定于成对配置的锁定球 58 之间后 提供牢固的和可重复的就位。由于结合部 40 的构造， 探测工具 27 上的三个锁定辊 80 各自 均被相应的一对的锁定球 58 沿旋转板 74 周向固定， 从而得到三点式支承。取向检测元件 84 的触点 82 配置成使得它们允许取向检测元件 84 在被正确地锁定时能被读取。
图 7 以简化图示的形式从下方示出了图 3 或 4 所示探头 26 以及图 5 所示旋转板 74。在该情况下， 只以本体部 38 和滚动突起 68 的外侧轮廓示出了探头 26。在该情况下， 旋转板 74 示出为具有用于触针 28 和牵引元件 76 的保持块 94。在该情况下， 测量力发生 器 56 用于相对于探头移动旋转板 74， 并沿双头式箭头 96 和 97 的方向生成测量力。方向 96 和 97 相互正交， 并且在该情况下对应于坐标测量机 10 的移动方向 x 和 y。这些测量力 能够用于在滚动突起 68 内移动旋转板 74。在所示位置， 旋转板 74 搁置成使牵引元件 76 抵 靠内管面 72， 并在滚动突起 68 上形成摩擦锁定。
旋转板 74 通过旋转板 74 的圆周运动 ( 箭头 100) 沿箭头 102 的方向旋转， 所述圆 周运动在该情况下相对于滚动突起 68 是同心的。该圆周运动是通过沿箭头 96 和 97 适当 地控制测量力而生成的。运动 102 一直进行， 直到触针处于期望的旋转位置。然后， 旋转板 74 能够移动返回其中心静止位置。该静止位置相对于滚动突起 68 优选是居中的。由于滚 动突起和牵引元件 76 的不同半径， 这些元件形成摩擦驱动 104， 如果设计适当， 该摩擦驱动
决定旋转板 74 的旋转速度。
图 8 示出了处于第一操作位置的图 4 所示结合部 40 和图 5 所示旋转板 74 的截面 图。
结合部 40 具有环形磁体 60， 该环形磁体 60 同心地围绕保持设备 106。在该情况 下， 保持设备 106 具有呈滚珠轴承形式的两个轴承元件 108， 这两个轴承元件 108 呈环形形 式， 并且相对于中心销 57 同心地配置。
中心销 57 配置在保持设备 106 内， 并具有两个锥形部分 112 和 114。当中心销 57 处于图示位置时， 锥形部分 112、 114 抵靠在轴承元件 108 上， 没有任何游隙。中心销 57 的 位于结合部 40 内的端部形成保持突起 116， 该保持突起 116 固定中心销 57 以克服保持设备 106 内的高拉力。位于结合部 40 外的部分 118 大致是锥形的。该部分 118 沿中心销 57 的 周向形成有沟槽 120。沟槽 120 的面向结合部 40 的壁部 122 形成另一锥形部分 124， 该锥 形部分 124 相对于锥形部分 112 和 114 沿相反方向取向。中心销 57 的自由端形成另一锥 形部分 126， 该锥形部分的取向对应于锥形部分 112、 114 的取向。此外， 这里能够看见锁定 球 58 之一和触点 66。
旋转板 74 装配有呈 O 形环形式的牵引元件 76。在旋转板 74 的面向结合部 40 的 那侧示出了两个锁定辊 80 和两个取向检测元件 84。保持部 90 大致是锥形的， 从而确保了 中心销 57 在保持部 90 内的牢固就位， 以及自动对中。在保持部 90 内设置有圆柱形切口 128， 锁定元件 92 能够在圆柱形切口 128 内移动。旋转板 74 保持保持块 94。为清楚起见， 未示出触针 28。 图 9 示出了处于第二操作位置的结合部 40、 中心销 57 和旋转板 74。与图 8 相比， 旋转板 74 在该情况下附接至中心销 57。为此目的， 中心销 57 插入保持部 90 中， 使得锁定 元件 92 接合在沟槽 120 中。锥形部分 124 因此形成用于锁定元件 92 的支座， 并且沟槽 120 与锁定元件 92 一起形成封闭。
当旋转板 74 处于图示位置时， 在锁定球 58 与下一锁定辊 80 之间余留有一间距。 因此能够绕中心销 57 旋转旋转板 74。在该情况下， 锥形部分 112 和 114 在没有任何游隙的 情况下停靠在轴承元件 108 上。中心销 57 因此位于旋转位置 134， 允许旋转板 74 旋转。
结合部 40 沿移动箭头 136 的方向 ( 即沿销的纵向方向 ) 的突然移动致使旋转板 74 从如图 9 所示的分离位置移动至靠近结合部 40 的位置。这种突然移动是通过控制单元 32 使探头 26 向下急剧移动而形成的。
图 10 示出了处于相应的第三操作位置的图 8 和 9 所示结合部 40、 中心销 57 和旋 转板 74。另外， 电磁体 60 现在被磁化， 以将旋转板 74 固定在靠近结合部 40 的位置。在该 闭合位置， 锁定球 58 与最靠近的锁定辊 80 相互作用， 从而致使旋转板 74 被锁定在预定位 置。
锥形部分 112 和 114 现在由于中心销 57 被向上推动而配置在与轴承元件 108 相 距距离 138 的位置处。由于这些距离 138 的缘故， 中心销 57 在保持设备 106 内具有游隙。 这防止中心销 57 生成逆着旋转板 74 的取向而作用的反作用力。中心销 57 因此位于锁定 位置 140， 这得到可重复的锁定， 并且旋转板 74 相对于结合部 40 高精度定位。
图 11 以截面形式示出了另一改进的中心销 57′。在该情况下， 中心销 57′形成 为多个部分， 并包括电枢部分 142 和结合元件 144。电枢部分 142 具有锥形端部 146， 该锥
形端部 146 在该情况下就位于呈截顶锥体形式的凹部 148 中。结合部分 144 牢固地连接至 一线缆 150， 该线缆 150 延伸穿过端部 146 处的开口 152 和贯穿电枢部分 142 的弹簧区域 154。线缆 150 连接至锁定垫圈 156， 该锁定垫圈 156 在保持突起 116 的区域中位于电枢部 分 142 的上端。一螺旋弹簧 158 配置在弹簧区域 154 内， 并在电枢部分 142 与锁定垫圈 156 之间生成弹簧力。这致使结合元件 144 被保持在电枢部分 142 上。锁定垫圈 156 设计成能 够在受力时被牵引到弹簧区域 154 中。
图 12 示出了处在第二位置的中心销 57′。第二位置是沿箭头 160 的方向对结合 元件 144 施加作用力的结果。该作用力致使线缆 150 上的锁定垫圈 156 被牵入弹簧区域 154 中， 压缩螺旋弹簧 158。
图 11 和 12 所示实施例起固定元件的作用。当该中心销 57′用于探测工具 27 时， 导致探测工具 27 能够在受到过大作用力时移动离开探头 26。具体地， 如果探测工具 27 与 测量对象 30 或一些其它障碍物发生碰撞， 则这能降低或完全防止对探测工具 27 和探头 26 的损伤。在识别到碰撞时， 还能为探头 26 的制动获得附加的时间周期， 因为探测工具 27 能 够发生偏移。
为了从中心销 57 释放旋转板 74， 锁定元件 92 必须从沟槽 120 中移出。为此目的 设置有在这里未示出但是能够从外部触及的设备， 从而允许锁定元件 92 被手动地或自动 地移动。
在其它示例性实施例中， 以虚拟方式为触针的位置细化角度分度 (indexing) 是 可行的。为此目的， 选择适当数量的等间距地分开的锁定位置。另外， 优选为均匀地设计的 数个触针相对于同一中心点沿径向配置在探头上。触针之间 ( 沿围绕中心点的周向 ) 的角 度分度选择成使得触针的角度分度不同于锁定位置的角度分度， 并且不形成后者的倍数。 这允许将触针定位在多个不同的角度位置。 由于沿周向即探头的旋转方向的角度位置不是 一个紧接着一个设定的， 所以这在相应探头位置和触针的各角度位置被传送至控制装置时 是有利的。因此能够为用户提供细化的角度分度， 并且能够通过选择相应的角度分度来使 探头旋转至适当的位置。
在一个示例性实施例中， 可设想探头包括 24 个等间距地分开的锁定位置。它们以 15°的角度间隔绕同一中心点配置。如果使用三个等间距地分开的触针， 则触针的角度分 度为 120°。 由于触针的均匀设计以及锁定位置的角度分度与触针的角度分度之间的比值， 可得到 5°的虚拟角度分度。 换言之， 触针不仅可以定位在 24 个锁定位置之一， 而且三个触 针能够定位在 72 个不同位置。
该基本原理能以不同分辨率设定。优选示例有 ： 三个等间距地分开的锁定位置外 加四个等间距地分开的触针得到 30°的虚拟分度 ； 三个锁定位置外加五个触针得到 24° 的虚拟分度 ； 和六个锁定位置外加星形触针组合得到 15°的分度。
还可以使用不同的触针， 但是控制装置应该提供适当的模型来计算各位置。
由于虚拟分度的缘故， 所需触针的数量较少， 这允许最小化校准的工作。
总之， 当使用相应探头时， 获得了增加的灵活性。