[發明專利]光譜測距傳感器光學筆用的可更換型光學結構

有效

• 申請號: 201310201645.7
• 申請日: 2013-05-27
• 公開（公告）號: CN103424074B
• 公開（公告）日: 2018-03-27
• 發明（設計）人: 本杰明·基思·瓊斯;斯科特·艾倫·哈斯拉;安德魯·邁克爾·帕茲瓦爾德;大衛·威廉·賽思克
• 申請（專利權）人: 株式會社三豐
• 主分類號: G01B11/00
• 分類號: G01B11/00
• 代理公司: 北京林達劉知識產權代理事務所(普通合伙)11277
• 代理人: 劉新宇

相關申請的交叉引用

本申請是2012年5月25日提交的美國專利申請13/481,734的部分繼續申請，根據35U.S.C.§120要求了該遞交日的優先權，在此通過引用包含其內容。

技術領域

本發明總體上涉及精密測量儀器，尤其涉及諸如可以用在坐標測量機用的探測器系統等的光譜測距傳感器光學筆用的光學結構。

背景技術

在一種坐標測量機中，利用探測器來掃描工件的表面。在該掃描之后，提供工件的三維輪廓。在一種掃描探測器中，通過使該探測器的機械觸點接觸沿著工件表面的各點來直接測量該工件。在一些情況下，機械觸點為球。

在其它的坐標測量機中，利用在無需與表面進行物理接觸的情況下測量工件的光學探測器。某些光學探測器(例如，三角測量探測器)利用光來測量工件表面點，并且一些光學探測器包括用于對工件表面的2D截面進行攝像的攝像機(例如，立體視覺系統或結構光系統)。在一些系統中，經由圖像處理軟件來確定工件的幾何元素的坐標。

還已知有使用光學測量傳感器和機械測量傳感器這兩者的某些“組合式”坐標測量機。美國專利4,908,951說明了這樣一種裝置，在此通過引用包含其全部內容。該所述設備具有兩個主軸，其中一個主軸支撐機械探測器，并且另一個主軸保持具有如下光束路徑的攝像機，其中為了在Z坐標中、即沿著攝像機的光軸進行測量而將激光探測器同時反射至該光束路徑內。

通過引用而全部包含于此的美國專利5,825,666描述了位于標準探測器的接觸元件上的光學坐標測量機，其中該裝置的光學觸摸探測器的遠端上具有第一靶。將標準探測器安裝至攝像機以在該照相機上對靶進行攝像。利用該機器的計算機圖像處理系統來表示靶在X坐標和Y坐標中的移動和位置。該探測器的近端安裝有第二靶，并且該第二靶表示Z坐標的移動和位置。第二靶可能會使光學檢測器隱蔽，但可以利用平行于XY平面的光束來齊焦于照相機。可以存在兩個利用平行于XY平面的正交光束照射的第二靶。然后，在使用場強探測器的情況下，可以利用計算機來計算繞Z軸的轉動。還公開了用于保持多個探測器、探測器保持件和選擇性地安裝在照相機上的鏡頭的自動交換架。

測量探測器在各種“探測頭”中所包括的自動更換接合連接機構(在某些情況下，還稱為“自動接頭”)處可更換地頻繁安裝至坐標測量機。目前，Renishaw^TM探測頭最常用于工業中的特定應用。這些探測頭是由位于Gloucestershire,United Kingdom的Renishaw Metrology Limited所制造的。盡管Renishaw型探測頭在工業中最常用，但某些技術不容易并入Renishaw型系統。此外，嘗試將現有的Renishaw型探測頭系統升級為具有更為先進的能力的探測頭系統可能會帶來巨額成本和/或極大不便。例如，適用于Renishaw型探測頭系統的某些技術可能缺乏期望特征，缺乏期望水平的可控制性，并且/或者缺乏能夠自動利用被配置為連接至該Renishaw型探測頭系統的其它類型探測器進行更換(例如，能夠在無需人為干預的情況下通過機器控制進行更換)的能力。關于使用Renishaw型探測頭系統或類似系統的一個特別問題在于以下兩點：現有數據；以及這些機器和探測器之間的控制接線在自動交換接頭處包括有限數量的有線接線并且不包括光纖接線或光路。這實際上形成了“瓶頸”，從而使得難以向使用探測頭系統所要安裝和/或更換的探測器添加附加的技術和/或特征。特別地，無法使用Renishaw型探測頭系統等來安裝和/或更換現有的光譜測距傳感器。現有的光譜測距傳感器的架構與Renishaw型探測頭系統中所包括的數據和控制接線不兼容。期望如下的光譜測距傳感器探測器，其中該光譜測距傳感器探測器例如能夠使用Renishaw型探測頭系統而在坐標測量機(CMM)上進行自動安裝和/或更換。

現有的光譜測距傳感器的相關問題在于：即使可以對光譜測距傳感器的架構進行設計以使得該架構可以包括在(例如，使用Renishaw型探測頭系統)能夠在CMM上進行自動安裝和/或更換的光譜測距傳感器探測器系統內，現有類型的光譜測距傳感器光學筆也是針對手動更換而設計的并且無法進行自動更換。因而，光譜測距傳感器探測器系統在其用途方面由于與該探測器中使用的特定光學筆相關聯的不靈活的測量范圍和/或方向而仍受到限制。該不靈活性將成為光譜測距傳感器探測器系統的創建和采用的重大障礙，由此在無法根據需要針對特定測量操作快速且可靠地改變該光譜測距傳感器探測器系統的測量范圍和/或精度的情況下，可能會使成本/效益比變差。