具有光学装置的用于检测机械构件的仪器、相关保护装置以及方法

摘要

一种用于检测机械构件、例如机床上的工具的仪器，该仪器使用光学装置来发射和接收光束，例如激光光束，并使用传感器来探测所述光束的中断。保护装置用于至少一个所述光学装置，该保护装置包括气动管道和喷嘴，该喷嘴从环绕供光束穿过的中心管道定位的多个孔中输出空气气流，以产生一个包围所述光束的管状保护层。所述保护装置还包括光阀，该光阀能够从休止位置移动到工作位置，其中，当光阀在休止位置上时，中心管道关闭，并且保护装置的内部受压，当光阀在工作位置上时，所述喷嘴输送管状保护层形式的空气流。在光阀从休止位置移动到工作位置的过程中，所述光阀经过中间过渡位置，在该中间过渡位置气流在较短的时间间隔内从所述中心管道输出。所述光阀具有圆柱形表面，并且在防旋转平面的引导下在所述保护装置的壳体内滑动。

权利要求

1.一种用于检测机械构件(2)的尺寸、位置或者完好性的光电仪器(1)，该光电仪器包括：光学装置，该光学装置具体为发射器(6)和接收器(8)，所述发射器和接收器沿检测方向对齐布置，并且分别用于发射和接收光束(7)；

用于检测所述光束(7)中断的传感器装置；以及

用于至少一个所述光学装置的保护装置，该保护装置包括具有喷嘴(33)的气动系统，所述喷嘴用于输出保护气流，其特征在于，所述喷嘴(33)包括围绕所述检测方向布置的多个管道(42)，该多个管道用于提供围绕所述检测方向的、管状保护层(70)形式的气流。

2.根据权利要求1所述的仪器，其中，所述保护装置包括支撑件和分配件(44)，所述支撑件用于安装所述喷嘴(33)，并包括内部阀座(20)，所述分配件布置在所述支撑件的内部阀座(20)内，并能够从休止位置移动到工作位置。

3.根据权利要求2所述的仪器，其中，所述分配件(44)限定有平面的横向导向面(52)，该横向导向面适于与固定导向面(32)相互配合，所述固定导向面(32)与所述支撑件形成为一体。

4.根据权利要求3所述的仪器，其中，所述支撑件包括壳体(22)和防旋转封闭件(21)，所述壳体(22)限定所述内部阀座(20)，所述防旋转封闭件限定所述固定导向面(32)。

5.根据权利要求2所述的仪器，其中，所述分配件(44)包括径向通孔(60)，该径向通孔适于在所述工作位置沿所述检测方向布置。

6.根据权利要求5所述的仪器，其中，所述分配件(44)包括能够使得所述保护气流通过的凹口(59、61)，该凹口适于在所述分配件(44)处于所述工作位置时与所述喷嘴(33)的所述多个管道(42)连通。

7.根据权利要求2所述的仪器，其中，所述分配件(44)包括三个不同的部分(48、53、

58)，该三个不同的部分适于在所述休止位置、工作位置以及中间过渡位置布置在所述检测方向上。

8.根据权利要求1所述的仪器，其中，所述喷嘴(33)还包括轴向管道，该轴向管道沿所述检测方向布置。

9.根据权利要求1所述的仪器，其中，所述喷嘴(33)中的所述多个管道(42)相对于所述检测方向偏斜布置。

10.根据权利要求1所述的仪器，其中，所述保护气流为压缩空气。

11.一种用于在光电检测仪器(1)中实现保护的方法，所述光电检测仪器使用沿检测方向布置的光束(7)，所述方法包括下述步骤：在所述仪器的用于发射或者接收所述光束(7)的光学装置上输送保护气体，其特征在于，所述保护气体沿围绕所述检测方向的多个方向输送，以提供围绕所述检测方向的、管状保护层(70)形式的气流。

12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述保护气体沿喷嘴(33)的多个管道(42)输送，所述多个管道限定所述多个方向，以提供环绕所述检测方向的、管状保护层(70)形式的所述气流。

13.根据权利要求11所述的方法，其中，所述光学装置的分配件(44)从休止位置移动到工作位置，在所述休止位置和工作位置，用于通过所述光束(7)的管道分别被所述分配件(44)遮盖或者未被该分配件遮盖。

14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述保护气体在所述分配件(44)的工作位置沿所述多个方向输送。

15.根据权利要求13所述的方法，其中，在所述分配件(44)位于所述休止位置和工作位置之间的过渡位置时，所述保护气体沿能够使得所述光束(7)通过的管道(43)输送。

16.根据权利要求13至15中任意一项所述的方法，其中，在所述分配件(44)的休止位置，所述保护气体以低流量输送。

说明书

具有光学装置的用于检测机械构件的仪器、相关保护装置

以及方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种用于检测机械构件的尺寸、位置或者完好性的光电仪器，该光电仪器具有：光学装置，该光学装置具体为沿检测方向排列的发射器和接收器，该发射器和接收器分别适于发射和接收光束；传感器装置，该传感器装置用于检测所述光束的遮断；以及保护装置，该保护装置用于至少一个所述光学装置，所述保护装置包括带有喷嘴的气动系统，所述喷嘴用于输出保护气流。

[0002] 本发明还涉及一种在光电检测仪器中实现保护的方法，其中所述光电检测仪器使用沿检测方向布置的光束，所述方法包括在所述光电检测仪器的用于发射或接收光束的光学装置上输送保护气体的步骤。

[0003] 本发明还涉及一种光学装置的保护装置，其中所述光学装置适于发射或者接收光束，所述保护装置包括带有喷嘴的气动系统，该喷嘴用于输出保护气流。

背景技术

[0004] 现在已经有使用光线或光束来检测机械构件(例如机床中的工具)的尺寸或存在的布置结构和可能的裂缝的仪器和方法，。

[0005] 例如，美国专利US-A-3912925公开了一种钻孔机，其中用于检测工具完好性的装置使用横向光束，该光束具有有限的厚度，并且与所述工具的进给方向基本上共面。如果该装置在所述工具的特定位置检测到光束未被遮断，则报告所述工具的异常情况。

[0006] 美国专利US-A-3749500公开了用于检测尺寸(圆柱形构件的直径)或者工具磨损(图17)的光学测量仪器的不同应用。

[0007] 从其它专利文件可以了解到使用光束并检测该光束中断的其它检测仪器，比如公开的FR-A-2343555，EP-A-0098930，EP-A-1050368和DE-10337242。

[0008] 在所述光学和光电仪器中，需要保护透镜、反射镜、光电二极管之类的元件以使其不受灰尘和外物影响。这种需要对在工业环境下操作(例如用于检测高精度工件的尺寸)的光电仪器特别迫切。

[0009] 对于在车间环境中操作并使用光束的所述检测仪器，所述发射器和/或接收器上存在灰尘会直接严重地影响到发射光束的正确接收，并因此会影响到所述仪器的正确操作。上述面临的问题可以通过不同方式部分地解决。如德国专利DE-A-10227242中公开的那样，可以使用光阀之类的移动式机械保护装置，该机械保护装置仅在执行检测的时间间隔之内暴露光学装置。通过这种方式，在操作过程中对所述光学装置实行机械防护，并且可以防止切屑和冷却剂进入光束的连通管道。

[0010] 此外，如专利申请EP-A-0098930和EP-A-1050368中所描述和显示的那样，在容纳光学装置的玻璃外壳上也可以包括清洁喷嘴，该喷嘴用于吹送压缩空气。专利申请EP-A-1050368还公开了不同的解决方案，其中光学装置包括机械保护屏，该机械保护屏带有管道和气动回路，所述管道允许所述光束穿过以输出(发射器的情况下)或输入(接收器的情况下)，所述气动回路通过所述管道从所述外壳中向外吹出压缩空气，以防止灰尘和外物进入所述管道并到达所述光学装置。

[0011] 文献US-A-3749500和DE-A-10337242还包含有容纳光学装置的加压单元的实施方式。

[0012] 根据EP-A-1050368和DE-A-10337242中所公开的现有技术方案，所述压缩空气通过所述光束的管道，特别是即使在仪器执行检测操作的过程中，所述压缩空气也会通过所述光束的管道。因此，压缩气流的湍流会对所述仪器的正确操作产生消极影响，从而会导致发射和/或接收的所述光束产生有害和不可控的反射和折射。为了克服或者至少部分地客服上述问题，专利申请EP-A-1050368公开了一种管道，该管道相对于所述光束方向倾斜，以使得所述压缩气流对所述光束的正确传播的消极影响降到最低。根据专利申请DE-A-10337242中所公开的一种不同的实施方式，设置在保护外壳内的多孔的“均质”件对空气进行过滤，从而在穿过所述管道的气流中形成层流。这能够限制涡流和湍流，并因此限制对所述光束的消极和不可控的影响。所述的“均质”件可以为管形，并且可以由材料(金属，塑料或者其他材料)烧结而成，该材料通过这种烧结方式处理而获得数十微米尺寸的孔和槽。

[0013] 上述两种方法尽管使得上述缺点得到限制，但是并不能真正解决该问题，即在所述仪器检测操作过程中无法完全避免高速流过同一管道的空气流对光束产生的负面影响。

发明内容

[0014] 本发明所要解决的问题是提供一种使用光束的光学检测仪器，该仪器性能水平高，即使在车间的环境下依然能够可靠的工作，因此克服了现有仪器所存在的问题，特别是光学装置的保护方面所存在的问题。

[0015] 此外，本发明还提供了一种用于保护检测仪器中的光学装置的方法和装置，该方法和装置利用了压缩空气或者其他气体，即使是在车间环境下应用所述仪器，也能保持极高的可靠性。

[0016] 上述目的和有益效果通过权利要求1中的仪器、权利要求11中的方法、和权利要求17中的保护装置实现。

附图说明

[0017] 现在参照附图描述本发明，本发明仅通过非限制性的实施例给出，在附图中：

[0018] 图1为包括本发明的光电仪器的检测系统的简略侧视图；

[0019] 图2为本发明仪器的光学装置的保护装置的后视立体图；

[0020] 图3为处于第一工作状态并连接到相应光学装置的图2所示的保护装置的截面图；

[0021] 图4为沿图3中的线IV-IV剖切的保护装置的横截面图；

[0022] 图5为处于第二工作状态的图2所示的保护装置的截面图；

[0023] 图6为沿图5中的线VI-VI剖切的保护装置的横截面图；

[0024] 图7为处于第三工作状态的图2所示的保护装置的截面图；

[0025] 图8为沿图7中的线VIII-VIII剖切的保护装置的横截面图；

[0026] 图9为图2至图8中的保护装置的构件的放大透视图；

[0027] 图10为沿图9中的箭头X所示方向观察的所述构件的后视图；

[0028] 图11为沿图10中的线XI-XI剖切的图9和图10中的构件的截面图；

[0029] 图12为图2至图8中的保护装置的另一构件的放大透视图；

[0030] 图13为沿图12中的箭头XIII所示方向观察的图12中的构件的主视图；以及[0031] 图14为沿图12中的箭头XIV所示方向观察的图12中的构件的后视图。

具体实施方式

[0032] 图1简化显示了具有本发明的光电仪器1的检测系统正在对机械构件2进行检测，具体地，机械构件2为布置在车床4的转塔3上的工具，仪器1连接到所述车床4上。

[0033] 所述仪器1包括光学装置，具体地，该光学装置包括发射器6和接收器8，发射器6为一种沿着检测方向(即光束路径)产生和发射光束7(例如激光束)的装置，所述接收器8沿着所述检测方向布置，并用于接收所述光束7。处理单元9与所述发射器6和所述接收器8电连接，并主要包括传感器5，传感器5用于检测所述光束7是被所述接收器8接收还是由于所述光束7的被遮断而没有被接收。所述系统包括检测单元10，该检测单元连接到所述处理单元9上，并且通过适当的驱动装置以公知方式控制所述车床4的加工运动，所述驱动装置是公知的，因此在图中未显示。

[0034] 所述发射器6包括外壳11，除其它元件之外，所述外壳11中还容纳有光源12，图2显示保护装置15(或光阀组件)，图3到图8显示该保护装置15处于不同的工作阶段。

[0035] 光阀组件15主要包括三个零件：带有壳体22的支撑件、喷嘴33和分配件44或者称作光阀44。

[0036] 所述壳体22的端壁17连接到所述发射器6的外壳11上，并使得第一管道18和所述光源12对齐，具体地，光源12与透明壁13连通，所述透明壁例如可以是覆盖所述光源12的保护玻璃。图3以简化的方式显示了连接于保护装置15的外壳11的一部分、光源12以及玻璃13。密封件14设置在所述端壁17和所述外壳11之间，并包括不同的密封形状，其中在所述玻璃13处的密封形状为环形。端壁17上的第二管道19与所述壳体22的纵向内部阀座20连通，该阀座基本上为圆柱形。如图3、图5和图7所示，防旋转封闭件21构成支撑件的构件，该防旋转封闭件21将所述壳体22的端部封闭，并限定用于所述光阀44的固定导向面32，该固定导向面32基本为平面。所述喷嘴33的安装座23基本上为圆柱形，并且朝向所述第一管道18布置。连通管道24、25和26位于所述安装座23和所述纵向内部阀座20之间。所述管道26与所述第一管道18沿着所述仪器的检测方向对齐布置，同时所述管道24和25偏离所述检测方向。所述端壁17上的开口27和所述管道18周围的壳体22的内表面限定两个凹槽28和29，该两个凹槽分别通过与相应的径向管道30和31与所述纵向内部阀座20连通。

[0037] 图9、图10和图11中显示的所述喷嘴23布置在所述壳体22上的安装座23上并固定，例如通过互锁方式或者螺钉固定，该喷嘴33主要包括通道部分34和输送部分35。所述通道部分34包括基本上为圆柱形的中心体36，该中心体36具有自由端，该自由端具有平表面37和环形槽38，该环形槽38用于容纳密封垫(“O”型环)，如图3至图8所示。开放的环形空腔40由所述中心体36和所述通道部分34的侧壁39形成。所述输送部分35基本上为漏斗形，并具有朝向外侧的中空钻孔表面41和多个倾斜管道42，所示实施例中为6个倾斜管道42，该倾斜管道42位于所述钻孔表面41和所述环形空腔40之间。轴向管道
43从所述中心体36的平表面37到所述钻孔表面41穿过所述喷嘴33，并且沿检测方向与所述端壁17的第一管道18对齐布置。

[0038] 在图12、图13和图14中可见，所述光阀44包括选择分配体45和接合端部分46和47。所述选择分配体45基本上为圆柱形，并具有孔和凹槽，这将在下文中对此进行描述。所述光阀44位于所述壳体22的所述纵向内部阀座20中，其中所述光阀能够在休止位置(图3、图4)与工作位置(图7、图8)之间精确滑动，其中所述休止位置由所述防旋转封闭件21的表面和所述接合端部分47的表面之间的纵向接合限定，所述工作位置由所述接合端部分46和所述壳体22的内表面的接合限定。压缩弹簧62容纳在所述阀座20中，并推压处于休止位置的所述光阀44。所述接合端部分47的横向导向面52和所述防旋转封闭件21的固定导向面32相互配合以在所述阀座20中引导所述光阀44纵向移动，并防止所述光阀44绕该光阀的纵向轴线旋转。

[0039] 所述选择分配体45主要包括沿纵向方向划分的三个不同的部分48、53和58，该三个部分包括能够选择性分配压缩空气的多个孔，这些孔的形式为管道、凹口、凹槽或者其他类型的孔，这将在下文描述。如图3至8所示，在所述仪器不同的操作阶段，所述不同的部分48、53和58交替地布置为与所述第一管道18和所述喷嘴33的轴向管道43对准，即与检测方向对齐。

[0040] 所述第一部分48具有两个直径减小的区域49，50以及横向切口51，该切口相对于检测方向横向布置。所述第二部分53具有三个径向孔54、55和56，该三个径向孔54、55和56共面并且相互连通。其中所述孔54相对于检测方向平行布置，而其余两个孔55和56分别沿着两个偏斜方向布置，这两个偏斜方向汇聚到所述检测方向上。所述第三部分58限定有径向通孔60以及凹口59和61，其中，所述径向通孔60相对于所述检测方向平行布置，所述凹口59和61由两个基本平行于所述检测方向的切口区域限定。

[0041] 下面介绍涉及到保护装置或者光阀组件15的所述仪器1的操作。

[0042] 在所述机床4上的构件(未图示)的加工操作过程中，所述光阀44位于休止位置，该休止位置显示在图3和图4中，并通过使得所述接合端部分47纵向接靠所述防旋转封闭件21来限定。在图中所示的具体实施方式中，所述光阀44通过所述弹簧62的推压作用处于休止位置，但是在所述仪器的正常工作状况下，可以省略所述弹簧62，而是借助于适当的开口(例如图2中的孔63)，利用所述阀座20中的保护气体在所述接合端部分46上产生的压力。所述选择分配体45的所述第一部分48位于检测方向上，所述光阀44机械关闭所述第一管道18，从而保护所述光源12的所述玻璃13不会受到灰尘和其它外物(例如车间环境下的切屑和冷却剂)的影响，。压缩空气或者其它不同类型的气体通过所述发射器6的外壳11中的适当气动回路输送到所述壳体22的凹槽28、29中。这基本上在所述仪器1的所有工作阶段均会连续发生。进而，压缩空气依次通过所述径向管道30和31、所述阀座20的内壁与所述直径减小的区域49，50之间限定的狭窄空间、所述横向切口51限定的开口以及所述连通管道24、25，26，从而到达所述喷嘴33，并通过所述钻孔表面41上的所有孔喷射空气。

[0043] 该空气屏障从上述路径流出的空气流量较低，该空气屏障是所述光阀44的机械保护之外的进一步保护，从而防止处于暴露位置的所述喷嘴33的所述钻孔表面41被灰尘或者其它外物堵塞。

[0044] 当所述光电仪器1必须要执行检测操作时，所述光阀44就会移动，例如通过不同的气动系统将压缩空气通过所述第二管道19输送到壳体22的纵向内部阀座20中。当所述光阀44朝向由所述接合端部分46和壳体22的内表面接合所限定的工作位置移动时，选择分配体45的第二截面53会经过包括检测方向的区域。根据本实施方式(参照图5和图6)，通过与所述径向管道30和31对准布置的所述径向孔55和56以及所述径向孔54，凹槽28和29中的压缩空气会更加直接地通过所述光阀44的选择分配体。空气通过与径向孔54对准的所述连通管道26，以高压高流量的形式到达所述喷嘴33的所述轴向管道43，并且将空气向外喷射，从而消除在加工过程中沿检测方向产生的灰尘或其他材料的可能的堆积。值得注意的是，当所述光阀44处于休止位置和工作位置之间的过渡位置时，该光阀
44机械地保持与所述光源12连通的所述第一管道18的关闭。此外，所有空气通过所述轴向管道43发射，并且不会进入所述倾斜管道42，因此就能够获得更高流量的空气流。

[0045] 正如所述的那样，从休止位置开始的移动终止时，所述光阀44位于如图7和图8所示的工作位置。根据本实施方式，所述径向通孔60与所述第一管道18、所述连通管道26和所述轴向管道43对准布置，从而使所述光源12产生的所述光束7经过。来自于所述凹槽28和29、所述径向管道30和31中的压缩空气，通过由所述壳体22的内部阀座20的壁和所述凹口59，61限定的相当宽阔的空间到达两个偏离检测方向的连通管道24和25。然后，空气进入到所述喷嘴33的开放的所述环形空腔40中，并以较高的流速通过与所述倾斜管道42相对应的所述钻孔表面41上的孔吹出。通过这样一种方式，通过所述倾斜管道42输出的气流环绕所述光束7持续地产生管状保护层，例如，该保护层基本上为圆柱形或者棱柱形的中空形状，通过使得可能干扰检测方向的外物偏离光束轨道，从而保护所述激光光束7不受到切屑或者冷却剂等外物的影响。图1和图8中的虚线和参考标记70以简化方式表示管状保护层。因此，高流速的保护空气不会干扰所述光束7，并且不会发生现有技术中的因激光光束和高流速空气共享通道而导致的不必要和不可控的折射/反射问题。此外，由于所述密封件14，空气不会接触所述光源12的透明壁13，这样就避免了现有技术方案中由于保护气体使灰尘堆积而引发的多种问题。

[0046] 根据图8中清楚显示的可选择的特征，所述径向通孔60和限定有所述凹口59和61的表面成形为使得少量的低流速空气能够穿过所述连通管道26，并从所述喷嘴33的轴向管道43流开。这样能够获得更进一步的保护效果，以去除沿检测方向上可能存在的冷却液滴。由于低流速空气的优点，上述效果可以实现，并且不会产生空气引起的问题。

[0047] 文中描述的防止所述光阀44绕其自身的轴线旋转的具体技术方案，与现有技术方案相比有着特殊的优点，其中，连接到壳体22之类的固定件上的径向销与移动件(例如光阀44)上的纵向槽相互配合。其优点在于，不仅简化了构件的加工和装配，而且由于简化增强了可靠性。

[0048] 如图1中简化显示，所述接收器8中可以包括保护装置，该保护装置或者光阀组件16与上述描述的装置15具有相同特征。通过这种方式，就可以使用管状保护层70覆盖所述光束7的整个轨迹。

[0049] 在本发明的保护范围内，上文描述并图示的实施方式可以具有其它替代实施方式。

[0050] 所述光电仪器1可以以原有方式使用与激光光束不同的光束7。此外，所述光阀44的形状和结构可以成形或布置为不同的形状，并且可以不包括所述的选择分配体45的第二部分53或者第一部分48的特征。此外，下述仪器也属于本发明的保护范围，即该仪器具有省去移动光阀的保护装置和适当的管道，该管道用于将压力气体输送到所述喷嘴33处，以形成基本类似于上述管状保护层70的保护气流。

[0051] 孔的数量和所述喷嘴33的钻孔表面41的形状可以改变。布置在所述轴向管道43周围的管道42的位置和数量也可以和图中所示不同。