[發(fā)明專利]多軸定位和測量系統(tǒng)及其使用方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200810087627.X
• 申請日: 2008-03-25
• 公開（公告）號: CN101275821A
• 公開（公告）日: 2008-10-01
• 發(fā)明（設計）人: P·喬迪爾;B·彼特森;S·努特;K·施奈德
• 申請（專利權）人: 六邊形度量衡股份公司
• 主分類號: G01B5/004
• 分類號: G01B5/004;G01B5/012;G01B5/016;G01B11/00
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司
• 代理人: 原紹輝

參考數(shù)據(jù)

本專利申請要求2007年3月23號提交的歐洲申請2007EP-104932的優(yōu)先權。

技術領域

本發(fā)明的實施例廣泛地涉及坐標測量機以及坐標測量機的使用方法。這些用于空間測量的設備被用來借助合適的測量探針測量機械構(gòu)件表面上的點的坐標。這些測量探針可以是接觸式的--例如接觸探針，或者是非接觸式的--如同光學探針或激光探針。

背景技術

坐標定位機，也叫做坐標測量機或CMM，通常包括：固定的參考表面，例如因其高剛度和尺寸穩(wěn)定性而被選中的笨重的花崗石臺；以及運動學系統(tǒng)，其可相對于固定參考平面移動和承載測量探針。然而，已知多種具有可移動的參考平面和固定測量探針的坐標測量機的實例。

圖1以非常簡化的方式描述了一種已知類型的CMM。例如，運動學系統(tǒng)所取的形狀為可移動的龍門上層結(jié)構(gòu)40(也叫做橋)，其可平行于參考臺30的一側(cè)(X軸)移動。龍門40的水平橫梁承載滑動支架50，所述滑動支架可沿著垂直于X軸的水平方向(Y軸)移動。第三運動軸(Z軸)由相對于支架50上下移動的垂直軸桿60提供。測量探針連接在軸桿60的末端，且通過上述的X、Y和Z方向上的運動，能夠在三維測量空間中自由移動。

測量探針一般為接觸探針，其具有彈簧加載的觸針，所述觸針上帶有校準過的紅寶石球120。當探針接觸待測樣品200的表面時，由各軸上的合適編碼器獲取的X、Y、Z坐標同時被發(fā)送到CMM控制器，所述控制器用已知的計算方法精確地確定接觸點的坐標。更簡單的測量探針為在接觸的同時立即確定(坐標)的接觸觸發(fā)式探針，例如EP1610087所描述的那樣。

另外的探針能夠例如通過LVDT或應變傳感器確定觸針的偏移量，并將此偏移傳送給控制器以結(jié)合在坐標計算中。這種探針被稱作掃描探針，因為它們特別適于探針連續(xù)接觸被測樣品的掃描測量。在某些情況下，簡單的接觸探針也被用在連續(xù)掃描模式下、或來回擺動從而以大量的密集間隔的點接觸樣品200的表面(輕敲法)，其中這些點的坐標XYZ由CMM機的控制器記錄。

可用于CMM的一類光探針為微型成像數(shù)字系統(tǒng)，以與機械測量探針類似的方式移動該系統(tǒng)，并將其對準坐標待測點以替代與材料接觸，從而允許進行3D坐標測量。

也可以使用激光坐標探針，這些探針能夠在待測目標表面上的點被掃描激光束照亮時確定這些點的坐標。在這類光學測量探針中，還公知要以扇形光束的形式打開激光，以便能夠在光束經(jīng)過樣品時沿激光束獲取大量的點。

成像探針和激光探針都屬于無接觸式探針的范疇，即，它們能夠在不發(fā)生物理接觸的情況下提供被測表面上的點的坐標。

另一種公知的坐標機不使用上述龍門結(jié)構(gòu)，而是使用鉸接臂式運動學系統(tǒng)。其中在EP1718924中描述了這種設備，該設備包括用于替代一套線性軸X、Y、Z的鉸接臂，所述臂包括一系列旋轉(zhuǎn)關節(jié)，其一端固定，另一端上承載有光學或機械的坐標探針。該臂的鉸接機構(gòu)允許測量探針在3D測量空間中自由移動。

現(xiàn)有技術的坐標測量系統(tǒng)的局限在于其在不犧牲坐標精度的情況下所能獲取的最大掃描速度。具體而言，在高掃描速度下，由處于快速振蕩運動中的物塊所產(chǎn)生的振動是一種測量誤差源。

現(xiàn)有坐標測量系統(tǒng)的另一個局限在于：為了測量復雜工件，需要具有不同維數(shù)和尺寸的多種選型的探針。頻繁更換探針降低了測量速度和系統(tǒng)效率。笨重的長探針還使測量誤差變大，且不能承受高的掃描速度。

發(fā)明內(nèi)容

因此，需要一種坐標測量系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠在減少振動和誤差的同時高速地獲取工件表面上的大量坐標點。還需要一種適用于復雜表面的測量探針。

根據(jù)本發(fā)明，借助于由所提交的權利要求限定的物體來實現(xiàn)這些目標。

附圖說明

借助于以舉例的方式給出并由附圖給以圖示的針對實施例的描述，將能更好地理解本發(fā)明，其中：

圖1示出了已知類型的普通CMM機的簡化視圖；

圖2圖示了根據(jù)本發(fā)明的一個方面的CMM的軸桿和測量探針；

圖3示出了本發(fā)明的軸桿和探針的一種可能變型；

圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的CMM機的探針的另一種變型；

圖5和6圖示了本發(fā)明的一種變型，其中CMM配有無接觸探針；

圖7a-7e描述了根據(jù)本發(fā)明的另一個方面的表面掃描操作的可能的測量路徑；

圖8和9示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的另一個方面的帶有多鉸接關節(jié)的探針。

具體實施方式