用于测量尺寸的仪器和高度计制造技术

本发明专利技术提供一种用于测量尺寸的仪器和高度计。其中，用于测量尺寸的仪器包括：移动托架，其能平行于引导件移动，该引导件限定测量轴；驱动装置，其由传输件连接到该托架，以便确定移动托架的线性位移；触头，其附连到移动托架且被设计成与待测量的部件接触；位置变换器，其被布置成提供相对于测量轴的对触头位置的测量；压阻性力传感器，其用于将在该触头与该待测量部件之间的接触力直接转变成电信号。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及用于测量沿着线性轴的尺寸的仪器，特别地但并非排外地，涉及用于 测量沿着竖直测量轴和水平测量轴的线性尺寸的仪器。
技术介绍
使用诸如高度计和用于测量坐标的机器这样的测量仪器来测量和控制高精度机 械部件的尺寸。它们提供具有相当于微米级准确度和再现性的测量。这些仪器允许执行相对测量和绝对测量。它们通常与水平面台面或测量台相关 联，待测量或待控制部件放置于水平面台面或测量台上的选定位置使得这个公共元件构成 装置与待测量部件之间的基准平面。一般情况下，尺寸测量设备包括平行于三个直角坐标轴定向的三个引导件。在高 度计的情况下，忽略这些轴中的两个，因为它们刻在测量台平面中，且垂直于测量台定向的 引导件构成竖直测量轴。还构想到执行其它配置允许根据其它轴之一进行测量，认为其它 两个轴限定基准平面。这些装置被设计用于测量由刚性材料制成的部件，其在力作用下的变形被认为是 零。这限制了这些装置的应用领域。在测量柱上，引导件竖直地紧固于刚性基座上，刚性基座包括底板，底板可通过滑 动而移动，或者在气垫上，或者在测量台上，以便能接近待测量部件的横向侧的所有部分。测量仪器通常在每个测量轴上具有固定位置基准，高精度位置编码器以及电子控 制和显示装置，电子控制和显示装置可能包含于操作者可看到的操纵台中用于显示一或多 个测量模式的测量尺寸。以本申请者名义的欧洲专利EP 0579961描述了一种高度计，其具有在竖直引导 件上滑动的测量托架。测量托架包括相对于测量托架滑动的“浮动”驱动托架且其传输施 加于测量托架上的竖直力。在这种仪器中，测量托架与驱动托架之间的连接是弹性的连接 两个托架的调整弹簧系统平衡且同时保证作用于测量托架上的最小接触力，以确定测量方 向且确保与待测量部件的良好接触。具有类似力施加装置的其它测量柱是已知的，例如文献CH667726和EP 0223736。 这些文献的装置包括在驱动电机与测量探针之间的弹性传输元件(elastic transmission element)，且被布置成在弹性元件的变形到达预定值且因此待测量部件上的探针的压紧力 接近这个预定值时执行尺寸测量。还已知例如专利US 4924598的装置，其中并不连续测量向传感器探针传输测量 力的弹性元件的偏转(deflection)，但是当超过变形阈值时，其由电接触检测到。但是，这 些更简单的装置并不允许测量在测量期间超调的力。而且，这种装置并不允许在测量期间 改变或校正测量条件和尤其是探针的压紧力。在基于弹性元件的尺寸变形的测量的所有已知装置中，弹性元件的尺寸变形将大 体上由移位传感器确定，诸如给出两个托架之间相对位置信息的电位计或者很容易类型的触摸探针。但是，这些低成本传感器具有某些缺点，因为它们并不提供准确地参考的信息且 并不提供与接触力的完好对应，它们的校准可能会随时间改变且它们需要防灰尘以及防水 和/或油投射(projection)。而且，已知的浮动托架系统具有可能会影响测量准确性的额外自由度。浮动托架 的行程相当大且使系统稳定所需时间不允许执行快速测量操作。还已知对于特定测量或扫描操作(诸如为了搜索最小值)，测量系统与驱动之间 的弹性连接减慢了测量。浮动托架装置也可构成探针位置细微调整期间的弱元件，因为该 系统并不提供在测量力仅略微变化时进行测量的足够的灵活性。该系统然后不得不持续地 寻求恒力平衡点，这持续地需要在提供尺寸信息之前的稳定时期。在双托架测量柱中，弹性元件需要对系统的每个方位进行具体调整，S卩，测量托架 的重量由这个弹性系统保持平衡且因此系统方位的变化需要对这些弹性元件进行修改。
技术实现思路
本专利技术的一个目标在于提出一种用于测量尺寸的仪器，其没有已知装置的局限 性。根据本专利技术，这些目标特别地由这样一种用于测量尺寸的仪器来实现，其包括线性引 导件，其支承限定测量轴(measuring axis)的位置基准；移动托架，其能平行于所述引导 件移动；驱动装置，其由传输件(transmission)连接到所述托架，以便确定所述移动托架 的线性位移；触头(feeler)，其附连到所述移动托架上且被设计成与待测量部件接触；位 置变换器(transducer)，其布置于所述托架上以便提供相对于所述测量轴的对所述触头位 置的测量。其中，所述托架通过至少一个力传感器连接到所述驱动装置，所述至少一个力传 感器能够测量由所述探针施加到所测量的部件上的接触力。这个解决方案特别地具有优于现有技术的优点，其将接触力直接转变成电信号而 无需使测量基于对两个托架之间的相对位移做出的间接的、不精确的测量。这允许测量沿 着所观察的轴施加的实际接触力且有利地减少可能会造成误差的元件数目。因而能获得 更紧凑，更刚性的结构，更佳的测量准确度，对位置变化更快的响应和对投射的良好的抗扰 性。本专利技术的仪器包括力传感器，其用于沿着仪器位移和测量轴进行测量。优选地，传 感器被预加应力，因为其必须允许测量在两个位移方向上的力变化。这种配置并无限制意 义，因为可添加其它传感器来确定沿着不同正交轴的接触力的方位。而且，本专利技术的测量仪器优选地包括一或多个额外弹性连接或利用摩擦元件限制 驱动力的装置来保护力传感器。位于驱动系统控制的高度的第一额外弹性元件之一使得当 探针与待测量部件接触时能限制由操作者或电机施加的力。可向力传感器连续添加其它弹 性元件，以增加测量系统的弹性位移限度且因此保护传感器。由于弹性变形并不影响位置 的测量，因此添加这些保护装置并不受限制。也能添加挡止件和/或平行于力传感器的元 件以便不超过传感器可容许的变形限度且因此避开(shunt)机械超载。直接读取接触力使得能更好地控制这个基本测量参数。实际上，接触力可对特定 材料具有尺寸影响。因此，对施加接触力的更精细测量使得能从不同接触力的若干测量中 内插(interpolate)测量材料的弹性，且因此也能从利用对应于零弹性变形的零接触力实 现的测量部件的实际尺寸进行外推(extrapolate)。而且，在测量与仪器测量轴不正交的表面的情况下，对于零接触力，待测量部件的尺寸不再受到寄生接触力的影响。有利地，本专利技术提供对最佳条件改进的搜索，其可通过遵循力和位置的变化来执 行。因此测量尺寸值不再仅限于预先限定的接触力。本专利技术的装置可根据接触力的变化来 校正尺寸测量，这对于现有技术仪器是不可能的。该装置还考虑每种材料且优化根据材料 弹性的值校正而未必需要位置力学校正。本专利技术并不限于竖直测量系统，其也可用于沿着水平轴进行绝对测量或相对测 量，或者可甚至用于沿着体积中的任何轴进行测量，例如在铰接臂的端部。由于关于接触力 的测量的较大精细度，能保证在各种方位的尺寸测量而不会有任何精度损失。由于其刚性 且简单的结构，线性测量不再仅限于系统的某些方位，且测量表面的方位不再限于平行于 基准平面的表面。在不同方位，托架重量的效果仅影响传感器的操作点而无需对弹性元件 进行任何修改。可做出对力传感器进行预加应力的选择，以便应对不同的可能方位而无需 对平衡点进行调适。已知的测量柱大体上限于平行于基准平面的表面测量。当这种装置测量并不属于 这个类别或不再与基准平面相关联的表面时，其必须能区别接触力的方位。否则，接触力可 超过仪器沿着其测量轴测本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于测量尺寸的仪器，包括：线性引导件，其支承限定测量轴的位置基准；移动托架，其能平行于所述引导件移动；驱动装置，其由传输件连接到所述托架，以便确定所述移动托架的线性位移；触头，其附连到所述移动托架上且被设计成与待测量部件接触；位置变换器，其布置于所述托架上以便提供相对于所述测量轴的对所述触头的位置的测量；其特征在于：所述托架通过至少一个力传感器连接到所述驱动装置，所述至少一个力传感器能够测量由探针施加到所测量的部件上的接触力。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：F比塞尔克斯，
申请(专利权)人：特莎有限公司，
类型：发明
国别省市：CH[瑞士]