[发明专利]用于测量仪的光学传感器元件及其测量仪侧耦接件

说明书

本发明涉及根据权利要求1的前序部分的用于测量仪尤其是坐标测量仪的光学传感器元件以及根据权利要求10的前序部分的测量仪侧耦接件。

坐标测量仪或者坐标测量装置的各种实施方式是早就公开的。例如，尤其在制造业中，这些仪器被用于高精度测量物体表面，工件表面的测量和检查对于制造业有着重要意义。

上述类型的典型装置是便携式坐标测量仪，就像例如在DE 4325337中描述的便携式坐标测量仪，或是例如由US 5,402,582或EP 1474650所公开的三维坐标测量铰接臂。

这种坐标测量仪具有在参考坐标系中已知的、固定定位的底座(其作为测量系统或铰接臂的末端)和可相对运动的测量端，在该测量端上设有探测件。作为标准探测件，可以采用探触头，可以使探触头接触物体表面的测量点，并且探触头例如由安装在测量杆上的红宝石球构成。在这样的坐标测量仪中，光学传感器元件开始变得越来越有意义。

当前，在测量界占大多数的是呈现不同实施方式的探触型探测件，例如用于轴向或横向扫过被测物。探测件此时按照不同的长度和直径来设计，以便也能达到很难达到的地点。

为了使探触型探测件和坐标测量仪连接，已经研发出机械连接器和机电连接器，就像例如US 7,282,017B2所述的连接器，其允许借助三个球柱触头的、重复性很强的机械连接器并且通过由弹簧支承的触头销也实现测量信号的电子传输。这些接口是如此设计的，即探测件安置在工具更换装置上并能由坐标测量仪自动记录。

但是，用于坐标测量仪的新型光学测量方法带来以下情况，即光纤也必须从传感器元件延伸至坐标测量仪的控制装置，该光纤用作光导体并且用于测量光束的光学信号传输。在缺乏通常允许频繁更换传感器元件的高功率光学耦合器时，至今只能实现其上永久固定有传感器元件的坐标测量仪。

合适的光纤在电讯中被拓展至信号传输。为了光纤耦合，存在许多插接耦合器，它们适应于当时的应用目的并可以实现通过光纤和插接耦合器在低损耗情况下传输高能光束。但是，插接耦合器的一个严重缺点是：它们是针对静态连接而提供的。因为光学接口非常容易受到脏污和损伤的影响，所以这种光学接口不能经常插接。已知的连接器的预估使用寿命为500至1000次插拔次数。在实践中，这种连接器只有在维护时才断开。此外，为了保证最佳传输，在重新插合之前必须在显微镜下清洁光学接口处的光纤表面。

为了能用坐标测量仪测量复杂的被测物例如发动机台架，需要较为频繁地更换传感器元件。粗略估算，传感器元件更换一次大约需要一个小时。因为坐标测量仪通常整天运转，所以一周就能轻松达到100次插拔次数，从而电讯领域中已知的光学插接耦合器在大约3个月后就已经达到其预期使用寿命终点。

为了能有意义地在坐标测量仪中使用光学传感器元件，光学耦合器必须至少在耐用性和精度方面满足与机械连接件或机电连接件同样的要求。

鉴于这种现有技术，本发明的任务在于给出一种光学传感器元件和一种测量仪，其中向机械连接器额外增加一个光学部分，其中该光学接口必须能够不受伤地经得住至少50000次插接，可以容易地清洁并且在脏污少的情况下也允许可靠地继续执行测量。

本发明的第一部分通过具有权利要求1的特征的用于测量仪的光学传感器元件或者具有权利要求10的特征的测量仪侧耦接件来完成。由从属权利要求中得到得知光学传感器元件的有利实施方式。

光学传感器元件具有传感器元件侧耦接件，其用于机械和光学连接该测量仪或者说其仪器侧耦接件。根据本发明，该光学传感器元件还具有在传感器元件侧耦接件中的光纤和光学接口，其穿过浮动的支承部。

有利的是，配属于传感器元件侧耦接件的光学触头形成有磨削斜面并且具有与光纤芯相比增大的光束横截面。该解决方案的优点是，光学传感器元件非常耐用，并且如在试验中表明的那样，经受得住115000次插接，这也在图1中被示出。

光学传感器元件被用于坐标测量仪，用于非接触地精确扫描和测量工件或其它物体的表面或者检查尺寸精确性。