专利名称：部件在机器上的接合的获知的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于获知机器的能接合的部件的接合状态和/或脱开状态的方法。本发明还涉及一种用于获知机器的能接合的部件的接合状态和/或脱开状态的系统。所述机器尤其涉及坐标测量仪或者工具机。
背景技术：
在坐标测量仪中经常将部件接合，例如用于机械式触及待测量对象的测头、传感器(譬如用于非接触地触及待测量对象的光学传感器，或者为了机械式触及待测量对象时例如利用又接合在传感器上的测头产生传感器信号而建立的传感器)和例如关节(例如具有两根转动轴线的所谓转动/枢转关节)那样的机械构件。本发明尤其涉及如下这样的耦合，在这些耦合中使得相互待耦合的部件被带入预先限定的相对彼此的相对位置中。例如，必须非常精确地以预先限定方式将坐标测量仪的测头接合到坐标测量仪上，以保证测量精度。否则，当测头已接合到坐标测量仪上时，必须将其每次重新校准。从坐标测量技术已知，通过待耦合部件的机械接口的相应形状设计来保证这样的预先限定的并且可以重现的相对位置。尤其已知在机械接口上的圆形、柱体形和齿形的突出部和留空部。例如在所谓的三点支承的情况下，通过沿轴向方向的运动将彼此待耦合的部件相互接合，其中，在通常绕轴向方向的中轴线周围分布的三个点方面，在一个部分上分别布置有一成对柱体或者一成对球体，并且其中，在另一部分上这样地布置有相应的突出部、例如柱体形突出部或者球形突出部，使得该突出部在部件接合的情况下布置在另一部件的成对柱体或成对球体之间。另一示例是同样通过轴向运动相互嵌接的啮合部。在此，在已建立接合的情况下，一个部件的齿嵌入到另一部件的齿之间的加深部中。一已知的实施例是鼠牙盘啮合部，在鼠牙盘啮合部的情况下，两个部件具有直径相同的齿圈，该齿圈围绕中轴线延伸，沿该中轴线的方向在接合或脱开时发生两个部件中的至少一个的线性运动。在坐标测量仪和工具机的情况下，通常希望能够可靠确定是否完全以预先限定方式建立了接合。例如可能的是，在一个部件上的突出区域和在另一部件上的相应的留空部没有完全相互嵌接，因为这些部件倾斜。在可以在不同转动位置中接入的转动关节的情况下，此外希望能够确定该关节是否处在接入状态(在该接入状态下关节的两个部件相互接合)或者是否处在脱联状态(在该脱联状态下这些部件不相互接合)。除此之外，在具有多个转动位置的转动关节的情况下感兴趣的是，是否到达了可以通过沿轴向方向的线性运动使得尚未相互耦合的部件相互接合的转动位置。例如在鼠牙盘啮合部的情况下，仅当齿尖端与另一部件的齿之间的加深部对置时，才是可能的。一种确定接合状态的可能性是，检查电流从一个部件流向另一部件是否可行。为此，在两个部件上安置附加的电触点，或者将形成已提及的突出部和加深部或者说留空部的、在接合状态下彼此碰上的表面区域设计成导电的表面并且进行相应地电耦合。附加电触点的缺点在于，它们无法明确识别待可重现式建立的耦合状态，因为这些电触点不是机械支承部的部分。如果将机械支承 部本身用于电的接触部，那么同样可能出现错误信息，因为某些情况下也在倾斜的耦合的情况下建立电接触，该倾斜的耦合并不相应于待耦合部件的预先限定的、所希望的相对位置。因此，在三点支承的情况下，机械支承部的三个预先限定的触点中至少两个必须分别设有电的接触测量装置。但是，如果尚未建立电接触，也就是部件相互间尚未处在机械接触中的话，那么利用这类电的接触测量装置无论如何不能确定这两个待耦合的部件处在哪一个相对位置中。此外也不能忽略用于待耦合部件上的附加电触点或者电接口的耗费。尤其在很小的构件和高精密构件的情况下可能不期望附加的电连接和接口。
发明内容
本发明的任务在于，给出开头提到的类型的方法和系统，所述方法和系统能够实现两个相互待耦合部件的耦合状态的获知。尤其应当能够可靠确定未耦合的状态。可选地应当也可以在部件未耦合的状态下确定所述部件的预先限定的相对位置。按照本发明的基本思路，使用一磁阻传感器。该传感器优选呈如下方式相对于待彼此耦合的部件定位和取向，即，通过传感器的传感器信号能够关于转动轴线识别所述部件的预先限定的相对位置和/或部件的转动位置。替代地或附加地，该传感器可以呈如下方式相对于所述部件定位并且取向以及设计，即，该传感器关于转动轴线地在相对位置范围内探测所述部件的相对位置和/或所述部件的转动位置并且发出相应的传感器信号。传感器相对于待彼此耦合的部件的定位和取向尤其可以通过如下方式来实现，即，将传感器紧固在部件的其中一个上并且将传感器经由一紧固装置相互连接。在该情况下，传感器相对于部件的位置和取向不改变。仅另一部件引起不同的传感器信号，具体要看所述部件关于另一部件处在哪一个相对位置和/或转动位置中而定。换句话说，没有与传感器牢固连接的部件改变由传感器探测的磁场。所述待相互耦合的部件尤其可以涉及上面已提及的部件，例如坐标测量仪的测头和其上待接合测头的测臂或者传感器。 尤其地，传感器的信号可以唯一地相应于在传感器的位置处主导的磁场的磁场强度。但是替换地，传感器也可以与磁场线的方向相关地或者与在传感器的位置处不均匀的磁场梯度相关地产生传感器信号。按照一特别优选的实施方式，磁阻传感器不仅探测两个相互待耦合部件关于轴向方向的相对位置，在该轴向方向上，所述部件相对彼此被直线运动，以便将所述部件耦合或者相互分离，而且探测所述部件关于一转动轴线的相对转动位置，该转动轴线沿轴线方向的方向取向。当以下提及两个部件关于一转动轴线的转动位置时，于是涉及一相对彼此的转动位置。如果例如不仅一个部件而且另一部件均绕转动轴线转动180°，那么又达到相同的转动位置。但是在实践中，例如在转动关节的情况下，经常出现仅一个部件被转动，而另一部件则相对于周围环境被保持或者说不被转动。在实践中也经常仅将部件的其中一个沿轴向方向运动来用于接合或脱开。如果传感器相对于两个部件的其中一个固定定位和取向，则对于由传感器产生的传感器信号而言仅取决于相对位置和相对转动位置。磁阻传感器的按照本发明的应用使得不仅可以探测两个待耦合部件的轴向相对位置，而且可以探测相对转动位置。因此能特别可靠地识别:这些部件是否真正处在所希望的接合状态中，即彼此耦合。如果这些部件没有彼此耦合的话，这可以由传感器信号来获知并且可以通过探测或评价相对转动位置来确定是否能够通过实施这些部件沿轴线方向彼此合上的线性直线运动来达到这些部件的所希望的、预先限定的耦合。例如，在三点支承的情况下可以确定，是否所述三点支承通过线性运动来实现。如果所述三点支承可以具有不同的状态，即如果可以通过所述三点支承使得部件在不同的相对转动位置情况下相互耦合，那么当这些部件通过线性运动被相互耦合时，通过评价传感器信号能够可靠地确定达到哪种耦合状态。相应地适用于啮合部，例如鼠牙盘啮合部。在该情况下尤其可以通过评价传感器的传感器信号来确定，是否可以在不损坏啮合部和/或不产生不期望的强制力的情况下通过线性运动来建立所述鼠牙盘啮合部。这样的强制力会例如当一个齿圈的齿尖端没有与另一齿圈的齿之间的最深部位对置时出现。当两个齿圈的齿尖端彼此恰好对置时，可能出现损坏。与涉及的机械接口的类型、例如三点支承或者鼠牙盘啮合部无关地，两个彼此待耦合的部件的瞬时相对转动位置可以通过评价由传感器连续或准连续产生的传感器信号的随时间走向来发生，这些传感器信号在部件相对彼此绕所述转动轴线进行转动运动期间被产生。例如，在鼠牙盘啮合部情况下，如果齿圈的其中一个以一个齿周期，即以相应于齿间隔的转动角发生转动的话，则传感器产生的传感器信号可以是相同的。如果齿圈的其中一个以一个齿周期实施了这样的转动运动的话，那么传感器信号也实施一个周期性改变，即传感器信号改变并且又达到与周期开始时一样的相同信号状态。因此，相应的评价装置优选这样地设计:使得该评价装置能够确定传感器信号的这类周期性改变。如果例如应当发生以1.5个齿周期的转动，那么所述评价装置在经过一个齿周期之后探测到该周期完全结束，并且接着探测到经过了一另外的半周期。在此，可以设计所述评价装置仅检查转动运动的正确实施，但是，所述评价装置也可以与一控制装置连接，该控制装置控制所述转动运动(和/或在另一实施例中所述沿轴向方向的运动)，并且控制装置可以与评价装置的探测结果相关地控制所述转动运动(和/或所述沿轴向方向的运动)，尤其可以终止所述运动。例如，在转动1.5个齿周期的情况下，一旦控制装置从评价装置获得表示转动1.5个齿周期完全结束的信号，则所述控制装置终止所述转动运动。前面提到的、用于转动1.5个齿周期的实施例相应地适用于以齿周期的另一倍数或者非整数倍的转动运动。例如，在一每个齿圈具有30个齿的鼠牙盘啮合部的情况下可能希望绕转动轴线的半圈转动。在该情况下，评价装置会探测到经过15个周期的传感器信号。当评价装置操控控制装置时，所述评价装置可以要么将关于所经过的周期(例如1.5或3.2)的信息发出给控制装置，要么当经过周期的所期望的数量或者周期的非整数倍时发出停止信号。磁阻传感器的按照本发明的应用可以与另一个传感器结合。在此，可以涉及其它的磁阻传感器。以该方式可以产生例如还进一步提高识别可靠性的冗余信号。替代地或附加地可以将部件的接合状态的识别和/或部件的脱开状态的识别和/或相对转动位置的识别与利用利用霍尔效应的霍尔传感器结合。探测接合状态或脱开状态的另一附加的或替代的可能性是应用光栅。也可以的是，使用霍尔传感器替代磁阻传感器。在霍尔传感器的情况下也确定:在传感器的位置处的磁场如何变化。就此而言，可以将磁阻传感器和霍尔传感器在共同的上位概念“磁性传感器”下进行总结。但是，磁阻传感器为了这里意图的应用目的提供了具有较大信 噪比的信号。此外，磁阻传感器可以特别好地微型化，其中，尽管如此产生具有非�：玫男旁氡鹊男藕拧Ｏ喾矗舳衅鞯奈⑿突贾旅飨越喜畹男藕牌分�。
尤其建议一种用于获知机器的、尤其是坐标测量仪的或工具机的可接合部件的接合状态和/或脱开状态的方法，其中，所述可接合部件可以为了建立接合状态沿一轴向方向运动到机器的接触区域中并且可以为了建立脱开状态沿所述轴向方向离开所述接触区域地运动，其中，磁阻传感器被应用于产生与能接合部件的轴向位置相关的传感器信号，对已产生的传感器信号进行评价并且据此获知，所述可接合部件是否在机器的接触区域上接合和/或所述可接合部件是否由接触区域脱开。此外建议一种用于获知机器的、尤其是坐标测量仪的或工具机的可接合部件的接合状态和/或脱开状态的系统，其中，所述系统具有能接合的第一部件和一第二部件，其中，所述第二部件具有用来接合所述第一部件的机器接触区域，其中，所述能接合部件可以为了建立接合状态沿一轴向方向运动到所述接触区域中并且可以为了建立脱开状态沿所述轴向方向离开所述接触区域地运动，其中，所述系统具有一磁阻传感器，所述磁阻传感器以如下方式设计和定位，即，该磁阻传感器产生与第一部件的轴向位置相关的传感器信号，其中，所述系统具有一评价装置，设计该评价装置来评价已产生的信号并且由此获知，所述能接合的部件是否在机器的接触区域上接合和/或所述能接合的部件是否与所述接触区域间隔开。 此外，具有所述系统的机器、尤其是坐标测量仪属于本发明的范畴。机器的接触区域尤其被理解为如下的表面区域，所述能接合的第一部件在接合的状态下与该表面区域处在机械接触中。该接触区域通常并非完全面式地接触。确切地说，例如在三点支承的情况下仅在三个点上或者成对点上在两个接合的部件之间有接触。在鼠牙盘啮合部的情况下，通常齿的很多齿面与另一部件的齿圈的齿面处在机械接触中。在很多情况下，在其上相互耦合的部件机械接触的表面基本上处在一平面中或者处在一扁平的通过平面限界的盘状平坦区域中。在接合或脱开的情况下，彼此待耦合的部件在其中直线进行运动的轴向方向垂直于或者大概垂直于所述平面或所述盘状区域的平面走向。在三点支承的情况下，所述三个点(或在成对柱体或成对球体的情况下的成对点)基本上在一这样的平面中。在鼠牙盘啮合部情况下，在其上不同部件的齿相互接触的齿面处在上述类型的盘状区域中，其中，该盘状区域的平面的限界面仅是假想面，该假象面在这种情况下并非沿着接触面走向。磁阻传感器的传感器信号尤其与能接合的部件的轴向位置相关，也就是在另一轴向位置中产生另一传感器信号。这至少适用于轴向位置的区域。与磁阻传感器的布置和取向相关地但是并不完全排除，不同的轴向位置也产生相同的传感器信号。但是，在这种情况下通过评价在能接合的部件的轴向运动期间产生的传感器信号的随时间走向可以可靠地识别所述部件处在哪一轴向位置上。为此，可以同样如在转动情况下的随时间信号走向的以上描述的评价那样，存在传感器信号在轴向运动或转动运动期间如何变化的信息(例如保存相应的数字数据)。通过与已知的信息进行比较，尤其可以获知部件的瞬时轴向位置或者相对转动位置。轴向位置被理解为在接合或脱开的情况下能接合的部件在其中进行运动的一轴向方向。如果提及能接合部件的运动，则这一并包括相对运动的情况，在相对运动的情况下两个部件被运动。如上面提及的那样，尤其获知所述能接合的部件是否在机器的接触区域上接合和/或所述能接合的部件是否与接触区域有间隔，也就是脱开。所述能接合的部件与接触区域有间隔的获知也一并包括如下情况，即，由传感器信号来获知两个彼此待耦合或待脱开的部件的相对位置，并且不是仅仅确定所述部件脱开。应用至少一个磁阻传感器的优点是:在待耦合的部件之间不需要电触点。磁阻传感器能够以非常小的结构方式例如作为集成电路获得并且能够因此以简单方式并且在没有显著损害所述耦合的结构的情况下紧固、例如牢固粘接在部件的其中一个上。虽然由磁性或者可磁化材料(例如含铁金属)制成的彼此待耦合部件尤其具有对主导在传感器的位置处的磁场的特别明显的影响，但是，部件的材料并非一定是金属或者其它可磁化的或磁性的材料。确切地说，其它材料基于它们的导磁性也改变磁场。因此，至少一个磁阻传感器的利用并不在用于待耦合部件的磁性或可磁化材料方面受局限。如已经提及的那样，特别有利的是:如果第一和第二彼此待耦合的部件可以绕轴向方向相对彼此转动的话，使用磁阻传感器。在该考虑的情况下，相应于轴向方向的轴线是转动轴线。这例如在能接合和能脱开的转动关节的情况下就是这种情况。在所述实施方式中，如同上面已经提及那样，至少一个部件(第一和/或第二部件)具有至少一个突出的区域，该突出的区域在接合的状态下嵌入到另一部件的相应容纳部中。例如，所述突出的部分是一球形的表面区域，该球形的表面区域在接合状态下布置在另一部件的两个平行的柱体形区域之间，从而使得基本上球体的两个点与另一部件接触，更确切地说，各一个点与各一个柱体接触。在鼠牙盘啮合部的情况下，所述突出的区域涉及齿圈的齿。在该优选的实施方式中，磁阻传感器并非仅仅用于获知能接合的部件的轴向位置，而是也用于产生与第一和第二部件的相对转动位置相关的传感器信号。因此，可以评价已产生的传感器信号并且由此可以获得关于转动位置的信息。已经探讨了一些示例。尤其地，通过评价已产生的传感器信号可以获知:第一和第二部件是否相互处在预先给定的转动位置中，该预先给定的转动位置允许通过沿轴向方向的运动使第一部件接合到第二部件上。在所述系统中存在一相应的评价装置，设计所述评价装置来评价已产生的传感器信号，优选可选地也评 价已产生的传感器信号的随时间走向。磁阻(简称:MR)传感器这一概念是对如下传感器的总概念，在这些传感器的情况下，传感器的电路的电阻在磁场影响下发生变化。在此，各种不同的物理作用方式可以引起电阻变化。根据MR传感器的设计方案的不同，例如可以检测磁场角度、磁场强度或者磁场梯度。一种物理作用方式例如是铁磁材料中出现的各向异性磁阻效应(简称:AMR)，这些铁磁材料的比电阻随着磁场方向和电流方向之间的角度发生变化。另一种物理作用方式是隧道磁阻效应，根据该隧道磁阻效应，两个铁磁层之间的隧道电阻与这两个层的磁化的角度相关地变化。根据另一种物理作用方式，即巨磁阻(GMR)效应，由一非磁性薄层分开的两个铁磁薄层的电阻与这两个铁磁层中的磁化的相对彼此的角度相关地变化，并且提供了直至50%的电阻变化。在铁磁薄层的反平行磁化的情况下，电阻最大。所述电阻变化在此与电流方向无关。通过堆垛具有不同特性和磁化的多个层来确定GMR传感器的由它们的结构决定的特性曲线，这允许了特性曲线与测量应用的要求的有目地的适配。另一种物理作用方式是庞磁阻(CMR)效应。在基于锰的氧化物中出现该效应，这些氧化物与磁场相关地改变它们的电阻。可以以薄层技术将MS传感器实现为电路，例如电路板上的电路。但是原理上也可以用其它方式来实现该电路。例如替代地或附加地，也可以使用微电子集成电路作为传感器的电路。许多MR传感器除了具有电路之外，还具有一个或多个永久磁体。一方面所述电路和另一方面所述至少一个永久磁体的相对位置和取向在此要么固定地预先给定，要么可以调整。传感器原理在这种情况下基于如下:外部影响改变由至少一个永久磁体产生的磁场。这引起在所述电路区域内的改变的磁�。龈谋涞拇懦∮伤龅缏防刺讲猓簿褪堑缏凡嘤Φ拇衅餍藕�。也可以使用电磁体来替代永久磁体。但是，在一具体的传感器系统中替换地也可行的是，至少一个磁体紧固在一物体上和/或该物体本身是磁性的和/或该系统处在外部磁场中。因此，MR传感器不是必须强制性具有一磁体。
通常适用的是，MR效应可以实现微弱磁场的检测，并且在此提供具有极好信噪比的信号。对于本发明而言，优选例如Sensitec有限公司(地址:Georg-0hm_Str.11,35633Lahnau-ffaldgirmes, Deutschland)提供的AMR传感器和/或者GMR传感器。也可以将TMR传感器用于本发明。
现在参考附图来说明本发明的实施例。附图中的各个图示出:图1以龙门结构方式的坐标测量仪，具有传感器和接合在该传感器上的测头；图2在轴向纵剖面图中的马达式运行的转动关节；图3由图2的转动关节，其中，能轴向运动的部件处在另一轴向位置中；图4沿着图3中的剖切线IV-1V穿过图3中所示的转动关节的中心区域的横断面，其中，两个能相互耦合的部件在接合状态下示出；图5第一和第二部件的一部分啮合部，其中，磁阻传感器布置在该啮合部区域中；图6到图5中所示系统上的侧视图，其中，图6中的观察方向垂直于图5中的观察方向；图7在两个能耦合部件的另一相对位置中的在图5和图6中所示的啮合部；图8在部件的另一相对位置中的源自图5至图7的啮合部；图9鼠牙盘啮合部的齿圈；图10示意性地示出两个能通过啮合部能相互耦合的部件和用来获知这两个部件的相对位置并用于与磁阻传感器的传感器信号相关地对两个部件其中一个的运动进行控制的系统；图11示意性地示出图10中所示两个能相互耦合的部件以及磁阻传感器和磁体的设计方案，其中，传感器布置在轴向位置的高度上，该轴向位置在两个部件的耦合状态下处在该耦合的中心平面内；以及图12用于表示用于获知两个能耦合部件的耦合状态的方法的一优选实施方式的方法步骤的流程图。
具体实施例方式图1中所示的以龙门结构方式的坐标测量仪41是在其上多个部件能够接合和脱开的机器的一示例。坐标测量仪41具有一测量台48，龙门的两个支柱42、43沿z方向能运动地布置在该测量台上。横梁44支承在所述支柱42、43上，滑块47可以沿x方向相对于该横梁移动，其中，所述Z方向和X方向水平地取向并且相互垂直。在横梁44的下边缘上可以看出刻度46，借助于该刻度能够获知滑块47沿X方向的位置。此外可以看出相对于滑块47能沿y方向移动的竖直系统，该系统具有一承载件8，传感器45通过耦合装置10能更换地紧固在该承载件上。此外，在传感器45的下端部上可看出用来能更换地接合测头销的容纳部49。在所示情况下，测头销12通过容纳部49接合在传感器45上。可以利用磁阻传感器来确定耦合状态，尤其是以正确的、预先限定方式建立的接合状态和脱开状态。根据随后的图来讨论待耦合部件的另一实施例。但是，也可以将磁阻传感器的应用的在此所描述的原理转用于将传感器45耦合在承载件8上以及将测头销12率禹合在传感器45上。图2示出了穿过例如可紧固在承载件8(图1)上的马达式运行的转动关节的轴向纵剖面图。第一部件2可绕图2中所示的竖直转动轴线5受支承。但是，在图2中所示的状态下，部件2不能转动，因为该部件通过啮合部7与第二部件3啮合并且因此而耦合。所述啮合部7尤其可以是鼠牙盘啮合部。用于鼠牙盘啮合部的示例以及啮合部的耦合状态还要详细进行讨论。磁阻传感器的在此所描述的应用也可以在图2中所示的啮合部7的情况下发生。第二部件3基本上与第一部件2 —样绕转动轴线5旋转对称地设计和布置。但是，第二部件3在其内腔中具有用于转动关节的其它部件的空间。驱动马达28通过在其下端部上具有驱动小齿轮30的轴29与环形驱动元件19耦合。驱动元件19同样基本上绕转动轴线5旋转对称地设计和布置，并且通过转动轴承25相对于第二部件3能转动地受支承。当驱动马达28驱动所述小齿轮30时，小齿轮30通过在驱动元件19的外周边上构造的齿圈驱动所述驱动元件19。在此,齿圈在图2和图3中上方地位于驱动元件19的在示出的截面中U形的、在其内区域中空心的上部区域处。
第一部件2通过旋转对称设计的并且与转动轴线5同轴布置的轴9与圆盘形部件11连接，其中，所述轴9穿过驱动元件19中的柱体形留空部延伸，并且其中，所述圆盘形部件11布置在驱动元件19的上部区域35的内腔中。第一部件2、与其牢固连接的轴9和同样与轴9牢固连接的圆盘形部件11可以沿由转动轴线5的纵向所限定的轴向方向轴向地运动。该轴向运动通过作用到圆盘形部件11中磁性区域13上的电磁体17来实现。在图2中所示的状态中，电磁体17吸引部件11，从而使得该部件11贴靠在布置有电磁体17的区域15上。因此，在部件11的图2中下方所示的表面与驱动元件19之间存在一空气隙31a。相反地，部件2、9和11的组合在图3中所示的轴向位置中与区域15有一间隔，从而使得在部件11的表面与区域15之间存在一空气隙31b。在部件11的下表面与驱动元件19之间的空气隙31a已变�。⑽赐耆蘸�。但是，部件11的在本实施例中通过三个在部件11外周边上以它们的柱体轴线径向上向外指向的柱体形部件21实现的耦合部与布置在驱动元件19上的对应的成对球体23嵌接。由此获得三点支承。从图4中可以看出该三点支承。在该实施例中不仅给柱体21中的每个设置一成对球体，而且设置一通过多个球体23、41构成的环。这意味着:柱体21可以在很多不同的转动位置中呈如下方式相对于球体环的球体23进行定位，即，这些柱体分别以一个点接触两个相邻的球体23。在图4中以附图标记23表示在与圆柱体21的机械接触中的成对球体，而以附图标记41表示该环的其它球体。
图4中所示的耦合或另一三点支承可以在其耦合状态方面(尤其是在接合状态和/或者脱开状态方面)利用磁阻传感器来监控，为此，如图4中所示，例如将一磁阻传感器28紧固在柱体21的其中一个的径向外置的区域处。传感器尤其可以具有一永久磁体。当柱体21处在与成对球体23耦合的姿态中时，球体23以独特的方式改变磁体的磁�。佣沟貌纱衅�28的相应的独特的传感器信号。该例如预先已知的信号可以被探测并且可以由此来确定柱体21耦合所述成对球体23。可选地，总计三个柱体21中的至少另一个可以以相同方式设有一磁阻传感器。这可以实现:确定并非只有一个柱体21，而是有两个或更多柱体21与成对球体23接触。图5示出了啮合部的一部分的侧视图，其中，例如可以涉及一鼠牙盘啮合部的一部分。图5中下方示出第一部件51，该部件的四个示出的齿53a、53b、53c、53d用其尖端向上指向。这些齿在图5中所示的耦合状态下嵌入到从第二部件52向下突出的四个齿54a、54b、54c、54d之间的加深部或者说留空部中。在此，齿53a在图5的视图中仅仅在其两个齿面上具有与第二部件52的齿54a的接触。在完全的鼠牙盘啮合部的情况下，齿53a此外用其另一齿面与齿54a的相邻齿接触。由图5和图6中的一水平点划线表示中心平面，该中心平面在耦合的啮合部的情况下向上和向下具有与齿53的齿尖端和齿54的齿尖端的相同间隔。在图5中由一具有附图标记57的竖直线表示轴向方向，沿所述轴向方向，所述部件51、52中的至少一个在接合和脱开情况下被运动。磁阻传感器56 布置在所述中心平面的轴向高度上。磁阻传感器在该轴向高度上或者说在该轴向位置中的定位已证实良好适用于探测接合状态。此外，当第一和第二部件没有相互耦合时并且当这些部件的轴向间隔不太大时，则磁阻传感器在该轴向位置中也适合于探测第一和第二部件的相对转动位置。为此的原因在于:其上没有紧固传感器的部件的齿影响由传感器探测的磁场。图6示出了源自图5的系统的侧视图，其中，传感器56与一磁体58连接，并且其中，由传感器56和磁体58构成的组合如图6中示意地所示那样通过紧固装置59与第一部件51连接。如果啮合部是鼠牙盘啮合部，则优选将由传感器56和磁体58构成的组合布置在齿圈的内侧，也就是布置在齿圈与转动轴线之间。由此，由齿圈来防止传感器受损和失调。但是，传感器在内侧不能像外侧一样以相对齿圈完全一样小的间隔来布置。因此，优选传感器的非常小的结构形状，例如传感器的以在电路板上的或者集成的电路上的薄层技术的非常小的结构形状，以便尽管如此可以实现与第一部件的齿圈的尽可能小的间隔。尤其在周向上，传感器的几何尺寸应当很小，因此，与齿圈的很小间隔是可能的。此外,在图6中不出:磁体58布置在传感器56之下,所述磁体产生磁场,该磁场的变化通过传感器56来确定。因此，磁体58的磁场线可以由于传感器56之上的影响因素而变化。在那里、上方地有第二部件，其轴向位置可以相对于第一部件变化并且其转动位置可以相对于第一部件变化。如果从传感器看过去，磁体布置在传感器没有与其牢固连接的另一部件相同的轴向方向上，那么在传感器的位置处磁场几乎不会被影响。更通常的表达是，磁体和传感器没有与其牢固连接的部件沿轴向方向处在传感器的对置侧面上。图7示出了如图5中那样的相同的相对转动位置，其中，所述“转动位置”涉及到鼠牙盘啮合部的情况。更通常的表达是，在图7中涉及相同的侧面相对位置，其中，所述“侧面”涉及横向于轴向方向57的方向。换句话说，转动位置或者说侧面相对位置不由所述部件沿轴向方向的相对运动来改变。但是，在图7中所示的状况中，部件51、52没有处在图5中所示的接合状态中，而是处在脱开状态中。如果磁体(图7中没有示出)如图6中所示那样处在传感器56之下，则不会如图5的情况下那样由第二部件52的材料(如果涉及可磁化的材料的话)使得传感器56之上的磁场线集束。更通常的表达是，第二部件52的现在以与传感器56的较大间隔布置的材料以不同于由图5的接合姿态中的方式影响磁场。图8示出了在相同轴向位置中、即在彼此相同的轴向间隔的情况下的部件51、52。但是，侧面位置相对图7中的状况有所变化。齿54的向下指向的齿尖端不再处在如第一部件51的齿53之间的加深部那样的相同的侧面位置中。由部件51、52的图8中所示的相对位置，不再能单独通过沿轴向方向的相对运动来实现接合。该已变化的侧面位置同样可以通过紧固在第一部件51上的传感器56来探测。如果磁体(图8中没有示出)又处在传感器56之下的话，那么磁场在传感器56的位置处以不同方式被影响，具体要看(如图7中所示)第二部件52的齿54c、54d的尖端是否处在传感器56的右边缘和左边缘上方，或者是否(如图8中所示)仅仅第二部件52的齿54c的尖端直接定位在传感器56上方。图9示出了鼠牙盘啮合部的齿圈。以类似于图5至图8中所使用的附图方式，以附图标记53表示齿。齿圈总计具有十五个齿，但是其中只有四个标有附图标记53。如图所示，齿尖端不必如图5、7和8中所示一样是尖棱式的，而是也可以弄平。传感器56在齿圈内侧定位在齿53的其中一个上。图10示意性示出了两个能相互耦合的部件61、62。替代所述示意性示出的啮合部，也可以例如以图4中所示的方式机械地另外设计所述耦合。相对于第一部件61牢固定位地布置有磁阻传感器66，该磁阻传感器通过信号线路67与评价和控制装置68连接。通过信号线路67将传感器66的传感器信号传输给所述装置68。此外，装置68通过控制线路70与第一执行器69 (例如电动马达)连接,该第一执行器可以驱动第一部件61的转动运动，利用该转动运动来改变部件61、62彼此的相对转动位置。此外，所述装置68通过第二控制线路72与第二执行器71连接，该第二执行器可以引起第一部件61的轴向运动、也就是沿轴向方向的运动。如图11的特殊实施例那样,传感器66可以具有电路板86和磁体88。具有至少一个电阻的电路施布在该电路板86上，通过在电阻的位置处主导的磁场来确定该电阻的电阻值。如通过水平线所示的那样，电路板86又布置在部件61、62建立耦合时所限定的中心平面的高度上。耦合的状态以虚线的表示，由第一部件61和第二部件62示出。以下，现在根据图12中的流程图说明依据本发明的方法的一优选实施例。在此，也参考图10的示意视图。在步骤SI中，将连续由传感器66通过传感器线路67发出给评价和控制装置68的传感器信号第一次通过装置68进行评价。装置68具有关于哪些收到的传感器信号与部件61、62的哪一个相对位置相应的信息。例如，传感器信号仅仅与在传感器66的与磁场相关的电阻的位置处的磁场强度相关。在此，例如在建立耦合的情况下(图5)，在传感器的位置处主导最大的磁场强度。在图7的情况下主导较小的磁场强度，并且同样地，在图8的情况下主导与图5的情况下相比较小的磁场强度。另一方面也可以通过不同的磁场强度和传感器66的由此而产生的不同传感器信号来区别由图7和图8的不同的侧面位置。例如，在图8的情况下的磁场强度大于在图7的情况下的磁场强度。例如以表格方式保存传感器信号与可能的相对位置的配属，在该表格中，传感器信号记录在第一栏中并且所配属的相对位置记录在第二栏中。在步骤SI中评价的传感器信号表示第一部件61和第二部件62处在脱开状态中，但是，在该脱开状态中单独通过沿轴向方向的运动的耦合是不可能的。例如，通过图10中没有示出的输入器件，装置68已获得指示，将第一部件61相对于第二部件62带入以两个齿周期改变的转动位置中，并且然后将部件61、62又相互耦合。因此，在步骤S2中，装置68通过第一控制线路70以如下方式操控第一执行器69，即，该第一执行器引起第一部件61的转动运动。在该转动运动期间，装置68连续评价由传感器66收到的传感器信号(步骤S3)。在此，装置68首先确定在以一个齿周期的转动运动之后又收到由传感器66的相同传感器信号。伴随进一步前进的转动运动，在以一个齿周期的进一步转动之后由装置68来确定由传感器66又收到如该转动运动开始前那样的相同的传感器信号。在随后的步骤S4中，装置68通过经由信号线路70的相应的停止信号停止由执行器69引起的转动运动。在现在的随后步骤S5中，装置68通过第二信号线路72操控第一部件61的由第二执行器71引起的轴向运动。由此来建立部件61、62的耦合。装置68在步骤S6中通过如下方式探测所述已建立的耦合，即，识别出传感器66的相应于已建立的耦合的传感器信号。执行器71要么自动基于由耦合所建立的机械阻力停止轴向运动。替换地，装置68在下一个步骤中通过经由第二信号线路72发出到第二个执行器71的相应的信号停止轴向运动。附图中所示的耦合装置仅为示例，在本发明的另外的实施方式中可以对它们进行修改。尤其可以在驱动装置方面改变图2和图3中所示的转动关节，利用所述驱动装置来运动待耦合部件。优选将电动马达用于待耦合部件的转动运动。但是与图2或图3中所示的不同，该电动马达可以例如直接驱动与待转动部件牢固连接的并且其纵轴线与转动轴线重合的轴。其它驱动装置但也是可行的，例如具有电磁体和可选地附加弹性能变形的部件例如盘簧的驱动装置。 在用于沿轴向方向运动的驱动装置的情况下可以例如放弃电磁体并且取而代之使用一个或多个马达，例如线性马达或者一常规马达，其驱动转矩通过传动装置转变为线性运动。也可行的是，例如通过活塞的气动式操纵运动气动式引起所述轴向运动。替换地，液压式操纵的轴向运动也是可行的。此外，还可以在轴向运动的情况下使用能弹性变形的部件，例如弹簧，这些弹簧在特定运行状态下预紧并且因此能够触发由弹性部件驱动的运动。例如，气动式或者液压式驱动的部件可以克服弹性力起作用，从而使得能相应弹性变形的部件被预紧并且在相应的触发之后能够引起反向运动，在该反向运动的情况下则不需要由气动式或液压式装置的驱动力。此外可行的是，耦合状态的其中一个、例如接合状态通过预紧的能弹性变形的部件防止状态的改变。该被保险的状态可以然后通过适当的驱动力(例如由电动马达、气动装置或者液压装置)来改变，也就是使相应的部件由该状态运动出来。例如，通过预紧的弹簧来保持所述接合状态，并且接合的部件中的一个部件的液压操纵活塞可以通过轴向运动离开另一部件并且因此建立脱开状态。
尤其地，如果为各种耦合状态(例如为接合状态和脱开状态)分别设置一止挡，可运动的、待耦合部件在其处在该状态下期间在该止挡上碰撞，那么就不需要在该部件的运动期间通过评价一段时间上的传感器信号来跟踪运动。在这种情况下足够的是:相应通过传感器信号确定，该部件通过其在止挡上的碰撞处在所述状态中。相应地，适用于图10中所示的执行器。`
权利要求
1.用于获知机器(41)、尤其是坐标测量仪或工具机的能接合的部件(52)的接合状态和/或脱开状态的方法，其中，所述能接合的部件(52)能够为了建立所述接合状态而沿轴向方向(57)运动到所述机器(41)的接触区域(53)上并且能够为了建立脱开状态而沿所述轴向方向(57)离开所述接触区域(53)地运动，其中，磁阻传感器(56)被用于产生与所述能接合的部件(52)的轴向位置相关的传感器信号，将已产生的传感器信号进行评价并且由此获知所述能接合的部件(52)是否在所述机器(41)的接触区域(53)上接合和/或所述能接合的部件(52)是否由所述接触区域(53)脱开。
2.根据前一权利要求所述的方法，其中，所述能接合的部件(52)是第一部件并且所述接触区域(53)由第二部件(51)来形成，其中，在所述接合状态下，所述第一部件(52)和/或所述第二部件(51)的沿所述轴向方向(57)的至少一个突出的区域(53、54)嵌入到另一部件的相应容纳部中。
3.根据前一权利要求所述的方法，其中，所述第一部件(52)和所述第二部件(51)能够相对彼此绕所述轴向方向(57)转动，并且所述至少一个突出的区域(53、54)能够在不同的转动位置中分别嵌入到另一部件的相应容纳部中，从而使得所述第一部件(52)能够在不同的转动位置情况下接合到所述第二部件(51)上，其中，所述磁阻传感器(56)也被用来产生与所述第一部件(52)和所述第二部件(51)的相对转动位置相关的传感器信号，其中，将已产生的传感器信号进行评价并且由此获得关于转动位置的信息。
4.根据前一权利要求所述的方法，其中，通过评价已产生的传感器信号来获知:所述第一部件(52)和所述第二部件(51)是否相对彼此处在一预先给定的转动位置中，所述预先给定的转动位置允许通过沿所述轴向方向(57)的运动将所述第一部分(52)接合到所述第二部件(51)上。
5.根据前一权利要求中任一项所述的方法，其中，在所述能接合的部件(52)和所述接触区域相对运动期间由所述传感器(56)重复地产生传感器信号，并且其中，通过评价由所述传感器(56)产生的传感器信号的随时间走向来获知所述能接合的部件(52)和所述接触区域(53)的瞬时相对位置。
6.用于获知机器(41)、尤其是坐标测量仪或工具机的能接合的部件(52)的接合状态和/或脱开状态的系统，其中，所述系统具有能接合的第一部件和第二部件(51)，其中，所述第二部件(51)具有所述机器(41)的用来接合所述第一部件(51)的接触区域(53)，其中，所述能接合的部件(52)能够为了建立所述接合状态而沿轴向方向(57)运动到所述接触区域(53)上并且能够为了建立所述脱开状态而沿所述轴向方向(57)离开所述接触区域(53)地运动，其中，所述系统具有磁阻传感器(56)，所述磁阻传感器以如下方式设计和定位，即，所述磁阻传感器产生与所述第一部件(52)的轴向位置相关的传感器信号，其中，所述系统具有评价装置(68)，设计所述评价装置来评价已产生的传感器信号并且由此获知，所述能接合的部件(52)是否在所述机器(41)的接触区域(53)上接合和/或所述能接合的部件(52)是否与所述接触区域(53)间隔开。
7.根据前一权利要求所述的系统，其中，在所述接合状态下，所述第一部件(52)和/或所述第二部件(51)的沿所述轴向方向(57)的至少一个突出的区域(53、54)嵌入到另一部件的相应容纳部中。
8.根据前一权利要求所述的系统，其中，所述第一部件(52)和所述第二部件(51)能够相对彼此绕所述轴向方向(57)转动，并且所述至少一个突出的区域(53、54)能够在不同的转动位置中分别嵌入到另一部件的相应容纳部中，从而使得所述第一部件(52)能够在不同的转动位置情况下接合到所述第二部件(51)上，其中，所述磁阻传感器(56)以如下方式设计和定位，即，所述磁阻传感器产生与所述第一部件和所述第二部件(51)的相对转动位置相关的传感器信号，其中，设计所述评价装置￠8)来评价已产生的传感器信号并且由此获得关于转动位置的信息。
9.根据前一权利要求所述的系统，其中，所述系统具有用来控制所述第一部件(52)的轴向运动的控制装置(68)，其中，所述控制装置￠8)与所述评价装置连接或者集成在所述评价装置￠8)中，并且其中，设计所述系统用来:如果所述评价装置￠8)通过评价产生的传感器信号已获知所述第一部件(52)和所述第二部件(51)相对彼此处在一预先给定的转动位置中，则将所述第一部件(52)通过轴向运动接合到所述第二部件(51)上，其中，所述预先给定的转动位置允许通过沿所述轴向方向(57)的运动将所述第一部件(52)接合到所述第二部件(51)上。
10.根据前一权利要求中任一项所述的系统，其中，所述评价装置￠8)与控制装置(68)耦合，设计所述控制装置来控制所述第一部件和第二部件(51)的相对运动，其中，所述评价装置(68)通过评价传感器信号来获知获知结果，并且其中，所述控制装置(68)与所述评价装置￠8)的获知 结果相关地控制所述相对运动。
全文摘要
本发明涉及机器(41)、尤其是坐标测量仪或工具机的能接合的部件(52)的接合状态和/或脱开状态的获知，其中，所述能接合的部件(52)能够为了建立所述接合状态而沿轴向方向(57)到所述机器的接触区域(53)上地运动并且能够为了建立脱开状态而沿所述轴向方向(57)离开所述接触区域(53)地运动，其中，磁阻传感器(56)被用于产生与所述能接合的部件(52)的轴向位置相关的传感器信号，将已产生的传感器信号进行评价并且由此获知所述能接合的部件(52)是否在所述机器(41)的接触区域(53)上接合和/或所述能接合的部件(52)是否由所述接触区域(53)脱开。
文档编号G01B5/012GK103229016SQ201180035964
公开日2013年7月31日 申请日期2011年7月13日 优先权日2010年7月22日
发明者T·恩格尔 申请人:卡尔蔡司工业测量技术有限公司
专业数控铣床产品供应商
20年生产经验，实力工厂，精工品质，质量有保障
