超轻及超准确的便携式坐标测量机制造技术

一种便携式坐标测量机(CMM)，包括带有转动接头的铰接臂。转动接头中的至少一个包括：轴承；与轴承的内径接合的轴，所述轴配置为绕轴承的转动轴线转动；具有至少一个端口的壳体，所述端口与轴承中的至少一个的外径接合；以及至少一个转换器，所述转换器配置为输出与轴相对于壳体绕转动轴线的转动角度相对应的角度信号。所述轴没有直径大于第一轴承或第二轴承的内径的部分，或者壳体的至少一个端口没有直径窄于第一轴承或第二轴承的外径的部分。

Ultra light and ultra accurate portable CMM

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】超轻及超准确的便携式坐标测量机
技术介绍
本公开总体上涉及一种坐标测量机，并且更具体地涉及一种高准确度、超轻量便携式坐标测量机。坐标测量机尤其用于测量三维空间中的点。坐标测量机例如跟踪笛卡尔坐标空间(x,y,z)中的测量点。坐标测量机通常由支架和跟踪系统组成。支架可以用作参考点，跟踪系统相对于所述参考点以可测量的方式在空间中移动。便携式坐标测量机的跟踪系统可以包括在一端附接到支架的铰接臂以及在另一端的测量探头。为了测量的有用性，其必须是准确的。然而，由于诸如温度和负载条件等因素，难以实现非常高的准确度。特别是在便携式坐标测量机中，由热变化或由负载变化所引起的臂的变形对测量的准确度产生负面影响。因此，就其性能而言，传统的便携式坐标测量机不如传统的非便携式坐标测量机准确。可以进行准确度改进。然而传统地，这种改进伴随着坐标测量机的质量和/或重量的显著增加。改进了准确度的传统便携式坐标测量机体积庞大且笨重。对于坐标测量机，特别是便携式坐标测量机而言，这些是不期望的特性。此外，还没有实现一种用于构造和组装坐标测量机的接头(特别是长接头)的方法以具有所要求的精度，从而获得准确的测量。
技术实现思路
本公开提供了一种比现有技术的坐标测量机更加准确的便携式坐标测量机(CMM)。特别地，本文所公开的CMM也更加轻并且体积更小。在本专利技术的第一方面，CMM包括转动接头，所述转动接头的轴没有直径大于接头的轴承的内径的部分，和/或所述转动接头的壳体具有轴承接合端口，所述端口没有直径窄于接头的轴承的外径的部分。在本专利技术的另一方面，转动接头中的至少一个包括可操作地耦接到轴和壳体的转动阻尼器，并且该转动阻尼器配置为提供轴转动运动绕转动轴线的转动运动的可控阻尼。在本专利技术的另一方面，转动阻尼器内置于转动接头中的至少一个内以提供轴转动运动绕转动轴线的转动运动的可控阻尼。在本专利技术的另一方面，转动接头中的至少一个包括转动阻尼机构以及可操作地连接到至少一个转换器的电路，其中所述转动阻尼机构配置为提供轴转动运动绕转动轴线的转动运动的可控阻尼，并且所述电路配置为基于角度信号和时间输出与轴转动运动绕转动轴线的转动运动的速度相对应的速度信号和方向信号，所述电路进一步配置为将速度信号与预定的速度阈值进行比较以确定是否转动运动的速度过快或由过度扭矩导致。在本专利技术的另一方面，转动接头中的至少一个包括转动阻尼机构和至少一个应变计，其中所述转动阻尼机构配置为提供轴转动运动绕转动轴线的转动运动的可控阻尼，并且所述至少一个应变计可操作地耦接到轴和壳体中的至少一个，并且配置为感测由于轴转动运动绕转动轴线的转动运动而在轴和壳体中的至少一个上引起的应变并输出应变信号，其中测量探头的位置可以部分基于应变信号进行校正。在本专利技术的另一方面，在多个接头中的至少一个接头中，以下部件由钢制成：a)与第一轴承和第二轴承中的至少一个的内径接合的轴，以及b)壳体的接合了第一轴承和第二轴承中的至少一个的外径的端口。在本专利技术的另一方面，多个接头中的第一接头通过钢结构附接到多个接头中的第二接头，其中钢结构与所述第一接头的轴承的内圈或外圈接触，或与所述第二接头的轴承的内圈或外圈接触。在本专利技术的另一方面，多个转动接头中的至少一个的所有结构部分均由钢制成。在本专利技术的另一方面，包括多个臂段和多个转动接头的CMM的任何结构部分均由可控膨胀合金制成，所述可控膨胀合金重量比钢轻并且具有与钢或不锈钢的热膨胀系数相匹配的、在25℃下为9.9至18μm/m℃的的热膨胀系数。在本专利技术的另一方面，测量探头包括机械地但非电可操作地耦接到第一端部的手柄，所述手柄可转动地耦接到第一端部以绕测量探头的中心轴线转动，所述手柄包括无线发射器，以及至少一个可操作地连接到所述无线发射器的开关，并且所述开关配置为在激活时使无线发射器发射使得CMM进行测量的无线信号。在本专利技术的另一方面，电气电路包括配置为在没有专用的捕获线的情况下接收来自CMM中其他转换器的角度信号和其他角度信号的串行通信电路，所述电气电路配置为输出角度信号和其他角度信号的聚结以提供与测量探头相对于基部的位置相对应的信息。在本专利技术的另一方面，轴可以包括中间部分以及固定地附接到中间部分的端部的第一端部部分和第二端部部分。第一端部部分和第二端部部分可以在万分之一英寸(0.0001”)内为同心的。第一端部部分接合第一轴承的内径，并且第二端部部分接合第二轴承的内径。轴配置为绕第一轴承和第二轴承的转动轴线转动。第一壳体端部具有与第一轴承的外径接合的内径。第二壳体端部具有与第二轴承的外径接合的内径。第一和第二壳体端部可以在万分之五英寸(0.0005”)内为同心的。因此可以预加载第一轴承和第二轴承以消除游隙。结合在说明书中并构成说明书一部分的附图示出了各种示例性系统、方法等，其示出了本专利技术各方面的各种示例性实施例。应当理解，附图中所示的元件边界(例如，框、框组或其他形状)代表了边界的一个示例。本领域普通技术人员将理解，一个元件可以设计为多个元件，或者多个元件可以设计为一个元件。所示为另一元件的内部部件的元件可以被实现为外部部件，反之亦然。此外，元件可以不按比例绘制。附图说明图1A-1C示出了示例性坐标测量机(CMM)的立体图。图1D示出了图1A-1C的示例性CMM的横截面图。图2示出了图1A-1D的CMM的示例性基部和回转接头的分解图。图3A和图3B分别示出了图1A-1D的CMM的示例性回转接头的局部分解图和横截面图。图3C和图3D示出了将壳体端部组装到示例性回转接头的外管的过程。图3E示出了将轴和轴承组装到示例性回转接头的外管的过程。图4示出了图1A-1D的CMM的示例性回转接头的分解图。图5A和图5B分别示出了图1A-1D的CMM的铰链接头的分解图和横截面图。图6A示出了图1A-1D的CMM的包括转动阻尼器的示例性铰链接头的横截面图。图6B示出了图1A-1D的CMM的示例性仪器化转动阻尼器组件的分解图。图6C示出了图1A-1D的CMM的示例性非仪器化转动阻尼器组件的分解图。图7A示出了图1A-1D的CMM的示例性测量探头的立体图。图7B示出了图1A-1D的CMM的示例性可替代测量探头的立体图。图8示出了图1A-1D的CMM的示例性臂上开关组件的立体图。图9示出了用于图1A-1D的CMM的示例性电子设备的框图。图10A-10F示出了用于图1A-1D的CMM的示例性电子设备的时序图。图11A示出了示例性轨迹曲线，所述示例性轨迹曲线示出了传统长臂接头的轴的转动。图11B示出了示例性轨迹曲线，所述示例性轨迹曲线示出了本公开的CMM的长臂接头的轴的转动。具体实施方式图1A-1C示出了示例性坐标测量机(CMM)1的立体图。图1D示出了示例性CMM1的横截面图。CMM1包括铰接臂2、基部4和测量探头6。铰接臂2在一端附接到基部4，并且在另一端附接到测量探头6。基部4可以包括例如磁保持器5，以将臂2附接本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种便携式坐标测量机(CMM)，包括：/n具有第一端部和第二端部的可手动定位的铰接臂，所述铰接臂包括多个臂段和多个转动接头，所述第一端部包括配置为连接到测量探头的连接器，并且所述第二端部包括基部；/n其中所述转动接头中的至少一个包括：/n第一轴承和第二轴承；/n接合所述第一轴承的内径和所述第二轴承的内径的轴，所述轴配置为绕所述第一轴承和所述第二轴承的转动轴线转动；/n具有至少一个端口的壳体，所述端口与所述第一轴承的外径和所述第二轴承的外径中的至少一个接合；以及/n至少一个转换器，所述转换器配置为输出与所述轴相对于壳体绕转动轴线的转动角度相对应的角度信号，其中/n所述轴具有在万分之一英寸(0.0001”)内为同心的两个端部，/n所述壳体的至少一个端口没有直径窄于所述第一轴承的外径或所述第二轴承的外径的部分。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170413 US 15/486,427;20171011 US 15/730,517;20171.一种便携式坐标测量机(CMM)，包括：
具有第一端部和第二端部的可手动定位的铰接臂，所述铰接臂包括多个臂段和多个转动接头，所述第一端部包括配置为连接到测量探头的连接器，并且所述第二端部包括基部；
其中所述转动接头中的至少一个包括：
第一轴承和第二轴承；
接合所述第一轴承的内径和所述第二轴承的内径的轴，所述轴配置为绕所述第一轴承和所述第二轴承的转动轴线转动；
具有至少一个端口的壳体，所述端口与所述第一轴承的外径和所述第二轴承的外径中的至少一个接合；以及
至少一个转换器，所述转换器配置为输出与所述轴相对于壳体绕转动轴线的转动角度相对应的角度信号，其中
所述轴具有在万分之一英寸(0.0001”)内为同心的两个端部，
所述壳体的至少一个端口没有直径窄于所述第一轴承的外径或所述第二轴承的外径的部分。


2.根据权利要求1所述的CMM，其中，所述转动接头中的至少一个包括：
可操作地耦接到轴和壳体的转动阻尼器，并且所述转动阻尼器配置为提供所述轴绕转动轴线的转动运动的可控阻尼，或者
内置于所述转动接头中的至少一个中的转动阻尼器，以提供所述轴绕转动轴线的转动运动的可控阻尼。


3.根据权利要求1所述的CMM，其中，
所述转动接头中的至少一个包括：
配置为提供所述轴绕转动轴线的转动运动的可控阻尼的转动阻尼机构；以及
电路，所述电路可操作地连接到所述至少一个转换器，并且配置为输出与所述轴绕转动轴线的转动运动的速度相对应的速度信号和方向信号。


4.根据权利要求1所述的CMM，其中
所述转动接头中的至少一个包括：
配置为提供所述轴绕转动轴线的转动运动的可控阻尼的转动阻尼机构；以及
至少一个应变计，所述至少一个应变计可操作地耦接到轴和壳体中的至少一个，并且配置为感测由于所述轴转动运动绕转动轴线的转动运动而在所述轴和所述壳体中的至少一个上引起的应变并输出应变信号。


5.根据权利要求1所述的CMM，其中
在所述多个接头中的至少一个接头中，以下部件由钢制成：a)与所述第一轴承和所述第二轴承中的至少一个的内径接合的轴，以及b)壳体的、与所述第一轴承和所述第二轴承中的至少一个的外径接合的端口，或者
所述多个接头中的第一接头通过钢结构附接到所述多个接头中的第二接头，其中所述钢结构与所述第一接头的轴承的内圈或外圈接触，或与所述第二接头的轴承的内圈或外圈接触，或者
所述多个转动接头中的至少一个的所有结构部分都由钢制成。


6.根据权利要求1所述的CMM，其中，包括所述多个臂段和所述多个转动接头的CMM的任何结构部分均由可控膨胀合金制成，所述可控膨胀合金重量比钢轻并且具有与钢或不锈钢的热膨胀系数相匹配的、在25℃下为9.9至18μm/m℃的热膨胀系数。


7.根据权利要求1所述的CMM，所述测量探头包括机械地但非电可操作地耦接到所述第一端部的手柄，所述手柄可转动地耦接到所述第一端部以绕所述测量探头的中心轴线转动，所述手柄包括：
无线发射器；以及
可操作地连接到所述无线发射器的至少一个开关，并且所述至少一个开关配置为在激活时使所述无线发射器发射使得CMM进行测量的无线信号。


8.根据权利要求1所述的CMM，包括：
电气电路，所述电气电路包括配置为在没有专用的捕获线的情况下接收来自CMM中其他转换器的角度信号和其他信号的串行通信电路，所述电气电路配置为输出所述角度信号和所述其他信号的聚结以提供与所述测量探头相对于基部的位置相对应的信息。


9.一种便携式坐标测量机(CMM)，包括：
具有第一端部和第二端部的可手动定位的铰接臂，所述铰接臂包括多个臂段和多个转动接头，所述第一端部包括配置为连接到测量探头的连接器，并且所述第二端部包括基部；
其中所述转动接头中的至少一个包括：
第一轴承和第二轴承；
接合所述第一轴承的内径和所述第二轴承的内径的轴，所述轴配置为绕所述第一轴承和所述第二轴承的转动轴线转动；
具有至少一个端口的壳体，所述端口与所述第一轴承的外径和所述第二轴承的外径中的至少一个接合；以及
至少一个转换器，所述转换器配置为输出与所述轴相对于壳体绕转动轴线的转动角度相对应的角度信号，其中
所述轴具有两个端部，所述两个端部包括接合了所述第一轴承的内径的第一端部，以及接合了所述第二轴承的内径的第二端部，所述两个端部在万分之一英寸(0.0001”)内为同心的。


10.根据权利要求9所述的CMM，其中，所述转动接头中的至少一个包括：
可操作地耦接至轴和壳体的转动阻尼器，并且所述转动阻尼器配置为提供所述轴转动运动绕转动轴线的转动运动的可控阻尼。


11.根据权利要求9所述的CMM，其中，转动阻尼器内置于所述转动接头中的至少一个中以提供所述轴绕所述转动轴线的转动运动的可控阻尼。


12.根据权利要求9所述的CMM，其中
所述转动接头中的至少一个包括：
配置为提供所述轴转动运动绕转动轴线的转动运动的可控阻尼的转动阻尼机构；以及
电路，所述电路可操作地连接到所述至少一个转换器，并且配置为基于所述角度信号和时间输出与所述轴转动运动绕转动轴线的转动运动的速度相对应的速度信号，所述电路进一步配置为将所述速度信号与预定的速度阈值进行比较以确定是否所述转动运动的速度过快或为过度扭矩所导致。


13.根据权利要求9所述的CMM，其中
所述转动接头中的至少一个包括：
配置为提供所述轴转动运动绕转动轴线的转动运动的可控阻尼的转动阻尼机构；以及
至少一个应变计，所述至少一个应变计可操作地耦接到轴和壳体中的至少一个，并且配置为感测由于所述轴...

【专利技术属性】
技术研发人员：艾伦·萨耶迪，
申请(专利权)人：SA零八七零零三三四公司，
类型：发明
国别省市：开曼群岛;KY