坐标定位机器制造技术

一种坐标定位机器包括：多条驱动轴线(61)，其中的每一条是旋转驱动轴线或线性驱动轴线，用于将平台(12)定位在机器的工作容积内；以及线性平衡轴线(L)，该线性平衡轴线与驱动轴线(61)中的任一条分开，用于使平台(12)平衡。利用这样的平衡布置(50)，单独的线性平衡轴线(L)可以基本上不随驱动轴线(61)的取向变化而变化，并且因此可以例如通过简单的配重(30)被平衡，从而在机器的整个工作容积中为平台(12)提供理想的或接近理想的平衡。还披露了一种平衡布置(50)，在该平衡布置中，平衡轴线(R1，L1，L2)和力产生器(30)相互被布置成使得平台(12)的水平移动基本上不导致力产生器(30)的净移动和/或基本上不导致对力产生器做功。还披露了一种平衡布置(50)，在该平衡布置中，一系列平衡轴线(R1，L1，L2)具有至少一条旋转平衡轴线(R1)，并且其中，力产生器(30)布置在该系列中的第一旋转平衡轴线(R1)的后面或距该第一旋转平衡轴线预定水平距离处。还披露了一种具有一系列平衡轴线(R1，L1，L2)的平衡布置(50)，在力产生器(30)与地面(14)之间具有至多一条旋转平衡轴线(R1)。至多一条旋转平衡轴线(R1)。至多一条旋转平衡轴线(R1)。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】坐标定位机器
[0001]本专利技术涉及一种坐标定位机器。坐标定位机器包括例如坐标测量机器(CMM)和机床。
[0002]附图中的图1示出了一种已知类型的坐标测量机器1，其具有三条彼此正交串联布置的线性轴线x、y和z，其中，z轴与重力g对齐。测量探针3安装在可在滑架2内沿z方向滑动的竖直柱8上；这种相对移动限定了z轴。滑架2本身被支撑在水平梁7上，并且可沿梁7在y方向滑动；这种相对移动限定了y轴。进而，梁7可在一对导轨6上沿x方向滑动；这种相对移动限定了x轴。计算机控制器5操作以驱动每个部件(柱8、滑架2、梁7)沿着其对应的相应轴线到达适当的位置，以将测量探针3放置在机器的工作容积内的期望位置，并且将其移动以使其与支撑在固定平台4上的工件9成感测关系。测量探针3可以以如图所示的固定方式安装至竖直柱8上，或者测量探针可以经由如图1的插图部分所示的铰接探针头安装至竖直柱8上，其中铰接探针头除了提供三条线性轴线x、y、z之外，还提供两条转动轴线a、b。
[0003]每条轴线x、y、z由对应的相应马达(未示出)独立于每条其他轴线驱动。每条轴线x、y、z也由对应的相应传感器独立于每条其他轴线进行编码或感测，其中来自传感器的输出用于确定测量探针3(或附接到柱8的任何工具)的位置。每条轴线配备有长度测量换能器，该长度测量换能器具有与读取头(未示出)配对的编码器标尺(在图1中示意性地描绘为沿着每条轴线的一系列平行线)。为了测量两个零件之间的相对移动，编码器标尺适当地安装在一个零件上，而读取头适当地安装在另一个零件上。
[0004]图1的坐标测量机器1可以被称为笛卡尔坐标测量机器，因为它具有三条彼此正交布置的线性轴线x、y和z。对于如图1所示的笛卡尔或正交轴线布置，在没有来自分别与x、y、z轴相关联的马达的任何驱动(或其他制动力)的情况下，由于z轴与重力对齐，而x、y轴与重力正交，所以系统将沿着x、y轴稳定或自支撑，但是沿着z轴，竖直柱8将由于重力的力而自然地下落到其最低的可能位置。为了在z方向上稳定系统，已知的是提供专门针对z轴的平衡，以抵消竖直柱8(以及附接到其上的任何部件，比如测量探针3)的重量。例如，从US 6058618、US 5257461、US 4964221 A和US4229136中已知用于笛卡尔坐标测量或定位机器的这样的z轴平衡布置。
[0005]附图中的图2示意性地展示了另一种类型的坐标测量机器10。坐标测量机器10总体上包括可移动平台12和固定平台14，可移动平台和固定平台由设置在它们之间的多个伸缩腿或可伸出腿16支撑并相对于彼此移动。固定平台12形成机器10的固定结构的一部分。可移动平台12和固定平台14也可以被称为工作台(或结构或零件)，并且可伸出腿16也可以被称为支柱(或致动器)。在存在六个这样的可伸出腿16时(如图2所展示)，机器10通常被称为六足机器。
[0006]可伸出腿16通常经由球接头18安装在平台12、14上，其中，每个腿16在其一端或两端处具有各自的球接头18(如图2所展示)，或者在一端或两端处与相邻的腿16共享一个球接头18。每个可伸出腿16通常被形成为一对管，其中，通过驱动机构(例如，线性马达)使一个管在另一个管内伸缩地移动，以提供可伸出腿16的伸出和缩回，如每个可伸出腿16内的箭头所指示，并且如在WO 2017/174966中更详细描述的。如WO 2007/144573中所述，还可以
在每个支柱的驱动零件和度量零件之间提供一定程度的分离。如WO 2019/073246中所述，还可以提供不仅与度量布置分离而且不同的驱动布置。
[0007]通过将腿16以不同的量伸出可以实现可移动平台12与固定平台14之间的不同的相对位置。任意时刻的相对位置由多个长度测量换能器17监控，其中，每个可伸出腿16有一个这样的换能器。每个长度测量换能器17可以包括与读取头配对的编码器标尺，其中，编码器标尺适当地安装在一对伸缩管中的一个上，并且读取头适当地安装在另一个伸缩管上。腿16的延伸因此使编码器标尺移动经过读取头，从而允许来测量(或根据测量得出)可伸出腿16的长度。计算机控制器15操作来设定每个可伸出腿16的长度，以提供平台12、14之间所需的相对移动。通过具有六个这样的长度测量换能器17，可以在六个对应的相应自由度(三个平移自由度和三个转动自由度)上测量相对位置。
[0008]工件19安装在下(固定)平台14上，并且测量探针13安装在上(可移动)平台12上。在上(可移动)平台12和下(固定)平台14之间限定了工作容积(或操作容积)11，其中，通过操作这些可伸出腿16将测量探针13定位(即，被移动到期望位置)在工作容积11中。图2的布置可以被称为“自下而上”布置，因为可伸出腿16从固定平台14向上伸出到可移动平台12。在附图的图3中更示意性地展示了这种布置。
[0009]替代性地，如附图的图4中示意性地展示的，在“自上而下”布置的情况下，可伸出腿16从固定结构14向下延伸到可移动平台12，其中，测量探针13安装至可移动平台12的下表面，并且工件安装至固定结构14在可移动平台下方的另
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部分。在WO 2019/073246中更详细地讨论了这些类型的布置，该文献还描述了非六足驱动布置与六足度量布置的结合使用。
[0010]测量探针13仅仅是可以安装在可移动平台12上以使得能够在工件19上执行操作的操作工具的一个示例。取决于预期的应用，在坐标测量机器的情况下，操作工具可以适于测量、探测或扫描，或者在机床的情况下适于机加工或钻孔。也可以将工件19安装在可移动平台12上，并且将测量探针13(或其他操作工具)安装在固定平台14上。
[0011]图2的坐标测量机器10可以被称为非笛卡尔坐标测量机器，因为与比如图1所展示的笛卡尔机器相比，其轴线不是根据笛卡尔坐标系正交布置的。图2的坐标测量机器10可以被认为具有六条移动轴线(或六条驱动轴线)，对应于六个可伸出腿16(并由其限定)。在这个意义上，坐标定位机器的轴线可以被认为与(例如，通过换能器或编码器)感测的自由度相关，注意轴线可以是线性的或旋转性的，并且坐标定位机器可以具有线性轴线和旋转轴线的组合。
[0012]图2的坐标测量机器10也可以被称为“平行运动学”坐标测量机器，因为其移动轴线并联布置。这与图1的坐标测量机器1形成对比，该坐标测量机器可以被称为“串联运动学”坐标测量机器，因为它的移动轴线反而是串联布置的。另一种类型的串联运动机器是检查机器人或手动铰接臂，其具有通过多个旋转式接头串联连接的多个铰接臂构件。
[0013]图2的坐标测量机器10的可移动平台12和测量探针13将具有需要由可伸出腿16支撑的相关联重量。因此，用于伸出和缩回可伸出腿16的马达将需要工作，甚至将可移动平台12保持在稳定的竖直位置，并且这将使用能量并产生热。能效在度量应用中尤为重要，因为马达产生的热会导致部件的热膨胀，这种热膨胀不受控制且未知，会以不能进行校准的方式影响度量结果。
[0014]因为这个原因，可以在这种机器中提供平衡，以支撑本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种坐标定位机器，包括：多条驱动轴线，用于将可移动结构定位在所述机器的工作容积内；多条平衡轴线，用于使所述可移动结构平衡；以及力产生器，用于产生施加到所述平衡轴线中的至少一条平衡轴线上的平衡力；其中，所述平衡轴线包括线性平衡轴线，并且其中，所述平衡力被施加到所述线性平衡轴线上。2.一种坐标定位机器，包括：多条驱动轴线，用于将可移动结构定位在所述机器的工作容积内；多条平衡轴线，用于使所述可移动结构平衡；以及力产生器，用于产生施加到所述平衡轴线中的至少一条平衡轴线上的平衡力；其中，所述平衡轴线和所述力产生器相互被布置成使得所述可移动结构在垂直于重力的方向上的移动，在除了由于所述力产生器围绕至多一条旋转平衡轴线的旋转之外，基本上不导致所述力产生器的净移动和/或基本上不导致对所述力产生器做功。3.一种坐标定位机器，包括：多条驱动轴线，用于将可移动结构定位在所述机器的工作容积内；多条平衡轴线，用于使所述可移动结构平衡；以及力产生器，用于产生施加到所述平衡轴线中的至少一条平衡轴线上的平衡力；其中，所述平衡轴线串联布置，其中，所述平衡轴线包括至少一条旋转平衡轴线，并且其中，所述力产生器布置在串联的所述平衡轴线中的第一旋转平衡轴线的后面或距所述第一旋转平衡轴线预定水平距离处。4.一种坐标定位机器，包括：多条驱动轴线，用于将可移动结构定位在所述机器的工作容积内；多条平衡轴线，用于使所述可移动结构平衡；以及力产生器，用于产生施加到所述平衡轴线中的至少一条平衡轴线上的平衡力；其中，所述平衡轴线与在所述机器的所述力产生器与固定结构之间的至多一条旋转平衡轴线串联布置。5.如任一前述权利要求所述的坐标定位机器，包括用于将所述平衡力传递给所述可移动结构的联动装置。6.如权利要求5所述的坐标定位机器，其中，所述联动装置适于提供所述可移动结构在垂直于重力的方向上的移动，同时使所述平衡力基本上不做功。7.如任一前述权利要求所述的坐标定位机器，其中，所述平衡轴线串联布置。8.如权利要求7所述的坐标定位机器，包括在所述机器的所述力产生器与固定结构之间的至多一条旋转平衡轴线。9.如任一前述权利要求所述的坐标定位机器，其中，所述平衡轴线包括至少一条线性平衡轴线。10.如权利要求9所述的坐标定位机器，其中，所述线性平衡轴线或每条线性平衡轴线具有相对于重力基本上恒定的取向。11.如任一前述权利要求所述的坐标定位机器，其中，所述平衡轴线包括基本上彼此垂直布置的第一线性平衡轴线和第二线性平衡轴线。
12.如权利要求11在从属于权利要求5时所述的坐标定位机器，其中，所述第二线性平衡轴线由所述联动装置提供。13.如权利要求12所述的坐标定位机器，其中，所述联动装置是Scott Russell联动装置，和/或其中，所述联动装置适于产生从线性到线性的基本上垂直的运动变化。14.如任一前述权利要求所述的坐标定位机器，其中，所述平衡力被施加到所述多条平衡轴线中的预定线性平衡轴线上。15.如权利要求14所述的坐标定位机器，其中，所述预定线性平衡轴线的取向基本上不随所述驱动轴线的取向和/或致动的变化而变化，例如其中，所述预定线性平衡轴线具有相对于重力基本上恒定的取向，比如与重力基本上对齐的取向。16.如权利要求14或15在从属于权利要求11时所述的坐标定位机器，其中，所述预定线性平衡轴线是所述第一线性平衡轴线。17.如权利要求14、15或16在从属于权利要求5时所述的坐标定位机器，其中，所述联动装置适于吸收所述可移动结构的水平移动并且将所述可移动结构的竖直移动转换成所述联动装置沿着所述预定线性平衡轴线的对应竖直移动。18.如权利要求14至17中任一项在从属于权利要求5时所述的坐标定位机器，其中，所述可移动结构经由所述联动装置沿着所述预定线性平衡轴线被平衡，例如，所述可移动结构的至少一部分重量经由所述联动装置由沿着所述预定线性平衡轴线施加到所述联动装置上的基本上恒定的平衡力来支撑。19.如权利要求14至18中任一项在从属于权利要求5时所述的坐标定位机器，包括至少一个支撑构件，其中所述至少一个支撑构件联接到所述预定线性平衡轴线，所述至少一个支撑构件优选地布置成沿着所述预定线性平衡轴线可滑动地移动，其中，所述平衡力被布置成作用在所述至少一个支撑构件上，并且其中，所述联动装置联接在所述可移动结构与所述至少一个支撑构件之间。20.如权利要求19所述的坐标定位机器，其中，由所述驱动布置引起的所述可移动结构的竖直移动被所述联动装置转换成所述至少...

【专利技术属性】
技术研发人员：戴维，
申请(专利权)人：瑞尼斯豪公司，
类型：发明
国别省市：