專利名稱：用于檢測(cè)多坐標(biāo)測(cè)量?jī)x中探頭元件位置的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及權(quán)利要求1前序部分所述類型的裝置。
背景技術(shù)：
相當(dāng)于上述類型裝置的有DE 43 45 094 C2公開的形狀誤差測(cè)量機(jī)，它具有自身的，與機(jī)床的導(dǎo)軌裝置和調(diào)整裝置分開的參照系，用于導(dǎo)軌的軌跡校正，參照系包括尺寸精確的長(zhǎng)標(biāo)準(zhǔn)件，與移動(dòng)滑架的各坐標(biāo)軸平行設(shè)置，并由可在導(dǎo)軌裝置上移動(dòng)的部件連續(xù)掃描。參照系這樣設(shè)置，使其幾何形狀長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定和很少取決于溫度。然而，為取得所要求的測(cè)量精度所發(fā)生的費(fèi)用，在公開的這種形狀誤差測(cè)量機(jī)上相當(dāng)可觀，確切地說，無論是在儀器制造費(fèi)用方面還是測(cè)量技術(shù)費(fèi)用方面。即參照系由各自在橫截面上構(gòu)成矩形成型軌的三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)件組成，它們?cè)趦蓚€(gè)彼此相鄰的側(cè)面上攜帶掃描軌。第一標(biāo)準(zhǔn)件支承在床身上。第二標(biāo)準(zhǔn)件固定在立柱的端面上，此外在一端上具有角鐵，與第一標(biāo)準(zhǔn)件的掃描軌搭接，從而第二標(biāo)準(zhǔn)件與第一標(biāo)準(zhǔn)件連接。與此相應(yīng)，第三標(biāo)準(zhǔn)件與第二標(biāo)準(zhǔn)件連接。在三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)件之間的兩個(gè)連接部位上，各自具有多個(gè)傳感器，按位置和方向確定連接部位上兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。傳感器通到計(jì)算機(jī)，后者從中為測(cè)量結(jié)果或者為探頭元件的空間位置計(jì)算出相應(yīng)的校正值。通過這種結(jié)構(gòu)據(jù)稱可以使這種公開的形狀誤差測(cè)量機(jī)取得比帶有極其剛性床身的形狀誤差測(cè)量機(jī)更好的動(dòng)態(tài)性能和更短的拆裝時(shí)間和測(cè)量時(shí)間，后者的床身通常由花崗巖制成，上面通過移動(dòng)滑架支承或者實(shí)心結(jié)構(gòu)的或者沉重的鑄造結(jié)構(gòu)或者鋼焊接結(jié)構(gòu)的立柱。
DE 31 50 977 A1公開了用于確定和校正機(jī)床移動(dòng)部件導(dǎo)向誤差的方法和裝置。在此方面，確定機(jī)床部件重要的導(dǎo)向誤差，通過儲(chǔ)存在機(jī)器計(jì)算機(jī)內(nèi)的校正功能求出近似值。在后續(xù)的測(cè)量中，借助于校正功能對(duì)坐標(biāo)測(cè)量裝置有誤差的結(jié)果進(jìn)行修正。與滑架的導(dǎo)軌平行延伸的棱形參照標(biāo)準(zhǔn)件在第一和第二面上攜帶直線柵格，其中一個(gè)是二維的。位置測(cè)量系統(tǒng)用于確定與滑架固定連接的支架的空間位置，支架上裝有讀數(shù)頭并在參照標(biāo)準(zhǔn)件上移動(dòng)。讀數(shù)頭或者支架為此直接安裝在參照標(biāo)準(zhǔn)件的面上。所以支架必然與由此構(gòu)成機(jī)械導(dǎo)軌的參照標(biāo)準(zhǔn)件接觸，這在原則上是缺陷。
WO 99/17073公開了一種裝置，用于確定兩個(gè)物體在第一二維移動(dòng)的基本運(yùn)動(dòng)時(shí)相對(duì)運(yùn)動(dòng)的六個(gè)成分。物體為具有二維柵格刻度的板和一個(gè)元件，該元件具有與板平行的平面和作為讀數(shù)頭的多個(gè)柵格。該元件這樣接近板，使柵格通過對(duì)反射光強(qiáng)度變化的分析，確定X-和Y-方向上與板平行的相對(duì)移動(dòng)。為確定元件和板之間的距離，至少具有三個(gè)距離確定裝置，它們?yōu)殡娙菔?，感?yīng)式或者作為度規(guī)構(gòu)成。該裝置要求在一個(gè)物體上設(shè)置帶有二維柵格刻度的扁平的標(biāo)準(zhǔn)件，以及在另一個(gè)物體上具有與扁平的標(biāo)準(zhǔn)件平行的平面。
GB 2 034 880 A公開了一種裝置，專門用于實(shí)施二維的線性測(cè)量。為此，二維導(dǎo)軌上的滑座還可在基面上移動(dòng)。所要測(cè)量的物體可安裝在滑座的一個(gè)平面上。平面的底面攜帶由彼此直角設(shè)置的平行線構(gòu)成的第一柵格。平面的上面設(shè)置試探器。在滑座下面的基面上設(shè)置兩個(gè)讀數(shù)頭，以確定滑座在兩個(gè)垂直方向上的運(yùn)動(dòng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提供一種減少結(jié)構(gòu)方面和測(cè)量技術(shù)方面費(fèi)用的上述類型的裝置。
該目的依據(jù)本發(fā)明通過具有權(quán)利要求1所述特征的裝置得以實(shí)現(xiàn)。
在依據(jù)本發(fā)明的裝置中，第二標(biāo)準(zhǔn)件可參照第一標(biāo)準(zhǔn)件二維移動(dòng)。由此與帶有一維標(biāo)準(zhǔn)件的坐標(biāo)測(cè)量?jī)x相比得到大大簡(jiǎn)化，因?yàn)槭∪チ说谌龢?biāo)準(zhǔn)件和多個(gè)傳感器。因?yàn)樵跇?biāo)準(zhǔn)件之間的每個(gè)連接部位上都會(huì)產(chǎn)生測(cè)量誤差，所以隨著減少連接部位，提高了測(cè)量精度。在此方面，參照第一標(biāo)準(zhǔn)件確定第二標(biāo)準(zhǔn)件空間位置的第一位置測(cè)量系統(tǒng)這樣工作和設(shè)置，使坐標(biāo)測(cè)量?jī)x機(jī)械結(jié)構(gòu)的微小變化不會(huì)對(duì)其測(cè)量精度產(chǎn)生影響。探頭元件最好與參照第二標(biāo)準(zhǔn)件檢測(cè)其空間位置的多坐標(biāo)測(cè)量?jī)x的一部分相對(duì)應(yīng)。依據(jù)本發(fā)明的裝置提供了這種可能性，即構(gòu)成從第一標(biāo)準(zhǔn)件通過第二標(biāo)準(zhǔn)件直至探頭元件的連續(xù)測(cè)量鏈?？赡軙?huì)造成測(cè)量結(jié)果失真的任何機(jī)械力都不會(huì)傳遞到標(biāo)準(zhǔn)件上。與機(jī)械導(dǎo)軌質(zhì)量和多坐標(biāo)軸測(cè)量?jī)x線性軸的可重復(fù)性無關(guān)，利用依據(jù)本發(fā)明的裝置可以達(dá)到很小的測(cè)量誤差，因?yàn)樵诿總€(gè)時(shí)間點(diǎn)上探頭元件在空間上，因此也是相對(duì)于測(cè)量對(duì)象的精確位置是已知的。因此，對(duì)于三個(gè)彼此垂直設(shè)置的線性坐標(biāo)軸出現(xiàn)的所有誤差，例如直線性誤差，長(zhǎng)度誤差和傾斜誤差，也不需要計(jì)算上的軌跡校正。通過裝置與多坐標(biāo)測(cè)量?jī)x的整體化，可以接收不僅靜態(tài)的，而且還有動(dòng)態(tài)幾何誤差。作為依據(jù)本發(fā)明裝置的基面，使用第一標(biāo)準(zhǔn)件，它作為設(shè)置有直線柵格的扁平標(biāo)準(zhǔn)件構(gòu)成，直線柵格設(shè)置最好具有二維增量式測(cè)量系統(tǒng)的至少一個(gè)高精度相交柵格結(jié)構(gòu)。扁平第一標(biāo)準(zhǔn)件的主面可以例如在XY-坐標(biāo)方向上構(gòu)成基準(zhǔn)面。直線柵格設(shè)置在此方面作為X-和Y-坐標(biāo)軸方向上的量具使用。然后扁平標(biāo)準(zhǔn)件主面上的垂直線確定Z-坐標(biāo)方向。由此，扁平標(biāo)準(zhǔn)件構(gòu)成多坐標(biāo)測(cè)量?jī)x上坐標(biāo)系的基面。第二標(biāo)準(zhǔn)件相對(duì)于第一標(biāo)準(zhǔn)件的二維移動(dòng)最好利用X-和Y-坐標(biāo)方向的十字滑架進(jìn)行。處于該十字滑架上的是Z-方向的坐標(biāo)軸。
依據(jù)本發(fā)明裝置具有優(yōu)點(diǎn)的構(gòu)成為從屬權(quán)利要求的主題。
在依據(jù)本發(fā)明裝置的一構(gòu)成中，如果第一標(biāo)準(zhǔn)件的直線柵格設(shè)置具有二維直線柵格和一維直線柵格，那么可以避免直線柵格設(shè)置上可能造成附加費(fèi)用的多余部分。
在依據(jù)本發(fā)明的另一構(gòu)成中，如果第一位置測(cè)量系統(tǒng)具有至少第一讀數(shù)頭和與此相距的第二讀數(shù)頭，用于檢測(cè)第一標(biāo)準(zhǔn)件的直線柵格設(shè)置，其中，第二標(biāo)準(zhǔn)件上的讀數(shù)頭與第一標(biāo)準(zhǔn)件的主面相對(duì)，那么可以精確檢測(cè)第二標(biāo)準(zhǔn)件相對(duì)于第一標(biāo)準(zhǔn)件上的直線柵格設(shè)置的位置和角位置。為了檢測(cè)XY-平面上的位置，甚至一個(gè)讀數(shù)頭就夠了。通過使用設(shè)置為彼此相距確定的足夠大的距離的兩個(gè)讀數(shù)頭，還可以同時(shí)檢測(cè)環(huán)繞Z-軸的角位置。
在依據(jù)本發(fā)明裝置的另一構(gòu)成中，如果在第一位置測(cè)量系統(tǒng)的兩個(gè)讀數(shù)頭中，或者兩個(gè)讀數(shù)頭都與第一標(biāo)準(zhǔn)件的二維直線柵格對(duì)應(yīng)，或者一個(gè)讀數(shù)頭與一維直線柵格對(duì)應(yīng)而另一個(gè)讀數(shù)頭與二維直線柵格對(duì)應(yīng)，那么依據(jù)目的，位置測(cè)量系統(tǒng)可以以較少的或者更少的費(fèi)用構(gòu)成，因?yàn)榕c一維直線柵格對(duì)應(yīng)的讀數(shù)頭比與二維直線柵格對(duì)應(yīng)的讀數(shù)頭費(fèi)用更低。
在依據(jù)本發(fā)明裝置的另一構(gòu)成中，如果第一位置測(cè)量系統(tǒng)具有三個(gè)設(shè)置在想象中的等邊三角形角內(nèi)的距離傳感器，它們處于與第一標(biāo)準(zhǔn)件相對(duì)側(cè)上的第二標(biāo)準(zhǔn)件上，那么可以相對(duì)于第一標(biāo)準(zhǔn)件的表面確定第二標(biāo)準(zhǔn)件的距離和角位置。為此，距離傳感器彼此設(shè)置在確定的，足夠大的距離內(nèi)。通過這種結(jié)構(gòu)，可以在由第一標(biāo)準(zhǔn)件確定的坐標(biāo)系內(nèi)確定第二標(biāo)準(zhǔn)件的位置和空間位置。
在依據(jù)本發(fā)明裝置的另一構(gòu)成中，如果在立柱上具有第二標(biāo)準(zhǔn)件，滑架可以沿立柱上的導(dǎo)軌移動(dòng)，并且與滑架的導(dǎo)軌平行延伸，第二標(biāo)準(zhǔn)件最好為多邊形橫截面的棱形體，并在第一和第二面上具有二維直線柵格，并且具有位置測(cè)量系統(tǒng)，用于參照第二標(biāo)準(zhǔn)件確定可與滑架固定連接的或者與滑架整體化的支架的空間位置，那么第二標(biāo)準(zhǔn)件可與多坐標(biāo)測(cè)量?jī)x整體化，其中，通過非接觸式檢測(cè)第二標(biāo)準(zhǔn)件的二維直線柵格，可以與滑架的機(jī)械導(dǎo)軌質(zhì)量和相關(guān)坐標(biāo)軸的可重復(fù)性無關(guān)地達(dá)到很小的測(cè)量誤差。利用依據(jù)本發(fā)明裝置的這種構(gòu)成，還可以檢測(cè)垂直坐標(biāo)軸上的所有誤差，如直線性誤差，長(zhǎng)度誤差和傾斜誤差。
在依據(jù)本發(fā)明裝置的另一構(gòu)成中，第二位置測(cè)量系統(tǒng)具有-第三讀數(shù)頭和相距的第四讀數(shù)頭，它們?cè)O(shè)置在支架上并與第二標(biāo)準(zhǔn)件二維直線柵格的第一讀數(shù)頭對(duì)應(yīng)，-設(shè)置在支架上的第五讀數(shù)頭，它與第二標(biāo)準(zhǔn)件的二維直線柵格的第二讀數(shù)頭對(duì)應(yīng)，-第四距離傳感器，用于檢測(cè)支架和第二標(biāo)準(zhǔn)件具有二維直線柵格的面或者與此平行的面之間的距離，以及支架這樣設(shè)置在滑架上，使支架在檢測(cè)過程時(shí)不會(huì)與第二標(biāo)準(zhǔn)件產(chǎn)生接觸，那么會(huì)達(dá)到特別小的測(cè)量誤差，因?yàn)闄C(jī)械構(gòu)件幾何形狀的變化對(duì)測(cè)量誤差沒有影響?？稍诖怪弊鴺?biāo)軸上沿導(dǎo)軌移動(dòng)的滑架的空間位置可以精確檢測(cè)。第二標(biāo)準(zhǔn)件在此方面不作為第二位置測(cè)量系統(tǒng)的導(dǎo)軌使用，從而避免了由于接觸引起的可能影響測(cè)量結(jié)果的力。優(yōu)選地，第二標(biāo)準(zhǔn)件力根據(jù)受力與多坐標(biāo)測(cè)量?jī)x這樣分開，使其保持不受軸承力和導(dǎo)軌力。因此，不管滑架的導(dǎo)軌是否存在何種程度的缺陷，通過第二位置測(cè)量系統(tǒng)獲得的測(cè)量結(jié)果始終反映出支架參照第二標(biāo)準(zhǔn)件的實(shí)際位置?；艿能壽E偏差就這樣直接消失在測(cè)量過程中。
在依據(jù)本發(fā)明裝置的一構(gòu)成中，如果第一和第二面為第二標(biāo)準(zhǔn)件的兩個(gè)彼此相對(duì)且相互平行的側(cè)面，那么第二標(biāo)準(zhǔn)件可以是在橫截面為矩形的，縱向延伸的線性體。因此可以按照特別簡(jiǎn)單的方式檢測(cè)支架和與其連接的滑架參照第二標(biāo)準(zhǔn)件的位置和空間位置。
在依據(jù)本發(fā)明的另一構(gòu)成中，如果第一和第二面為第二標(biāo)準(zhǔn)件的一個(gè)側(cè)面和一個(gè)與該側(cè)面成角度的端面，那么支架可以具有一種結(jié)構(gòu)，它在某種用途上比上述依據(jù)本發(fā)明裝置的構(gòu)成中將兩個(gè)二維直線柵格設(shè)置在兩個(gè)相對(duì)且相互平行側(cè)面上的情況更有針對(duì)性。
在依據(jù)本發(fā)明裝置的另一構(gòu)成中，如果在支架參照其讀數(shù)頭的確定位置上具有第四距離傳感器，那么它可以確定其在與坐標(biāo)軸成直角的方向上到具有第二標(biāo)準(zhǔn)件二維直線柵格的面之一的距離。通過將第三，第四和第五讀數(shù)頭和第四距離傳感器設(shè)置在支架上精確確定的位置上，可以重復(fù)確定支架和與其連接的滑架的位置和空間位置。
在依據(jù)本發(fā)明裝置的另一構(gòu)成中，如果標(biāo)準(zhǔn)件和支架由溫度不變的材料構(gòu)成，那么可以消除溫度對(duì)測(cè)量精度的影響。
在依據(jù)本發(fā)明裝置的另一構(gòu)成中，如果第二標(biāo)準(zhǔn)件設(shè)置在構(gòu)成滑架導(dǎo)軌的兩個(gè)相距縱導(dǎo)軌之間，那么第二標(biāo)準(zhǔn)件可以這樣支承在多坐標(biāo)測(cè)量?jī)x沿垂直坐標(biāo)軸設(shè)置的立柱上，從而根據(jù)這里所使用的測(cè)量值接收方式，同時(shí)檢測(cè)立柱以及滑架導(dǎo)軌的尺寸變化或者位置。適合依據(jù)本發(fā)明裝置的至少這種構(gòu)成使用的公知的多坐標(biāo)測(cè)量?jī)x為在Verzahnungsmesszentren Klingelnberg公司2002年編號(hào)為1353/D/IO的產(chǎn)品說明書中推薦和介紹的Verzahnungsmesszentren Klingelnberg P65/P 100。
在依據(jù)本發(fā)明裝置的另一構(gòu)成中，如果第二標(biāo)準(zhǔn)件為縱向延伸的矩形板，那么它可以這樣確定尺寸，使它可以設(shè)置為在滑架的相距縱導(dǎo)軌之間與導(dǎo)軌相同的高度上或者前移。
在依據(jù)本發(fā)明裝置的另一構(gòu)成中，如果支架在橫截面上為U形，并在其兩個(gè)U形柱上具有第三和第四或第五讀數(shù)頭，那么支架特別適合這樣固定在滑架上，使讀數(shù)頭可以檢測(cè)第二標(biāo)準(zhǔn)件的兩個(gè)相對(duì)且相互平行面上的二維直線柵格。
在依據(jù)本發(fā)明裝置的另一構(gòu)成中，如果支架為角造型件，并在其兩個(gè)柱上具有第三和第四或第五讀數(shù)頭，那么第二位置測(cè)量系統(tǒng)特別適合檢測(cè)第二標(biāo)準(zhǔn)件在兩個(gè)彼此成角度面上具有的直線柵格。
在依據(jù)本發(fā)明裝置的另一構(gòu)成中，如果第五讀數(shù)頭這樣設(shè)置在支架上，使它參照第二標(biāo)準(zhǔn)件的縱向延伸，在與第三或者第四讀數(shù)頭相同的高度上處于其對(duì)面，那么兩個(gè)讀數(shù)頭可以檢測(cè)其在相對(duì)于第二標(biāo)準(zhǔn)件各自相對(duì)設(shè)置的相交柵格結(jié)構(gòu)垂直坐標(biāo)軸方向上和與此成直角方向上的位置。這三個(gè)讀數(shù)頭可以共同檢測(cè)支架環(huán)繞垂直坐標(biāo)軸和環(huán)繞兩個(gè)與垂直坐標(biāo)軸成直角的其他坐標(biāo)軸的倒相。
在依據(jù)本發(fā)明裝置的另一構(gòu)成中，如果滑架支承有探頭元件和第三位置測(cè)量系統(tǒng)的3D-測(cè)量系統(tǒng)，那么可以在探頭元件位置和滑架之間產(chǎn)生直接聯(lián)系。
在依據(jù)本發(fā)明裝置的另一構(gòu)成中，如果探頭系統(tǒng)還具有通過懸臂式夾具直接與支架連接的其他讀數(shù)頭，那么在探頭元件位置和支架之間可以產(chǎn)生直接聯(lián)系。由此可以隨時(shí)精確確定探頭元件在通過第一標(biāo)準(zhǔn)件確定的坐標(biāo)系中的位置。
在依據(jù)本發(fā)明裝置的另一構(gòu)成中，如果夾具由恒溫材料構(gòu)成，那么在測(cè)量鏈的該位置上也能消除溫度對(duì)測(cè)量精度的影響。


下面借助附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說明。其中圖1示出依據(jù)本發(fā)明的裝置的第一實(shí)施例的透視圖；圖2示出依據(jù)圖1的裝置的局部放大圖；圖3示出帶有可選的第二位置測(cè)量系統(tǒng)的依據(jù)本發(fā)明的裝置的第二實(shí)施例的局部放大圖。
具體實(shí)施例方式
圖1示出整體采用1標(biāo)注的裝置，用于直接檢測(cè)探頭元件2在多坐標(biāo)軸測(cè)量?jī)x中的空間位置，其中僅示出Z-立柱16和整體采用3標(biāo)注的3D-探頭系統(tǒng)。Z-立柱16代表圖1上部示出的直角XYZ-坐標(biāo)系的Z-軸。該圖示出剛體具有的六個(gè)運(yùn)動(dòng)自由度，即三個(gè)移動(dòng)自由度X，Y和Z和三個(gè)旋轉(zhuǎn)自由度A，B和C。物體的空間位置通過這六個(gè)自由度完全描述出來。在這里所述情況下所要檢測(cè)空間位置的物體，如所述的那樣為探頭元件2，其為3D-探頭系統(tǒng)3的部件，下面還要詳細(xì)介紹。所要檢測(cè)的是探頭元件2在包括X-，Y-和Z-方向的六個(gè)自由度方向上所有運(yùn)動(dòng)成分在內(nèi)的所有運(yùn)動(dòng)。裝置1具有參照系，在圖1示出的實(shí)施例中，由第一標(biāo)準(zhǔn)件4和第二標(biāo)準(zhǔn)件24組成，與多坐標(biāo)測(cè)量?jī)x的X-和Y-軸或Z-軸對(duì)應(yīng)。多坐標(biāo)測(cè)量?jī)xX-和Y-坐標(biāo)方向上的軸為整體采用5標(biāo)注的十字滑架。十字滑架5由X-滑架5a和Y-滑架5b組成。如圖1所示，X-滑架5a在第一標(biāo)準(zhǔn)件4上可在X-方向上移動(dòng)，Y-滑架5b在X-滑架5a上可在Y-方向上移動(dòng)。第二標(biāo)準(zhǔn)件24因此借助于十字滑架5可相對(duì)于第一標(biāo)準(zhǔn)件4二維移動(dòng)。
第一標(biāo)準(zhǔn)件4為扁平的標(biāo)準(zhǔn)件，帶有在圖1向上的主面13。在所示的實(shí)施例中為矩形板，固定在多坐標(biāo)測(cè)量?jī)x的床身6上。第一標(biāo)準(zhǔn)件4具有二維直線柵格設(shè)置7，其具有一維直線柵格7`和二維直線柵格7``。一維直線柵格7`也可以由二維直線柵格取代，其中，在這種情況下直線柵格設(shè)置7整體上僅由二維直線柵格組成。這種情況出于概覽的原因在圖1中沒有示出。
Z-立柱16固定在十字滑架5的Y-滑架5b上，并與Y-滑架5a共同這樣支承第二標(biāo)準(zhǔn)件24，使其與第一標(biāo)準(zhǔn)件4具有直線柵格設(shè)置7的主面13垂直設(shè)置。第二標(biāo)準(zhǔn)件24在包含Y-和Z-軸平面中的縱斷面上為L(zhǎng)形體，從頂視圖上看具有三角形的底座8，其通過十字滑架5與第一標(biāo)準(zhǔn)件4平行并與其保持距離。
底座8支承整體采用10標(biāo)注的第一位置測(cè)量系統(tǒng)，用于無接觸式確定第二標(biāo)準(zhǔn)件24參照第一標(biāo)準(zhǔn)件4的空間位置。第一位置測(cè)量系統(tǒng)10具有第一增量式讀數(shù)頭9和第二增量式讀數(shù)頭11，用于檢測(cè)第一標(biāo)準(zhǔn)件4的二維直線柵格7``或一維直線柵格7`，它們?cè)诘诙?biāo)準(zhǔn)件24的底座8上彼此相距地處于與第一標(biāo)準(zhǔn)件4的主面13相對(duì)的面上。此外，第一位置測(cè)量系統(tǒng)10還具有設(shè)置在設(shè)想的等邊三角形角內(nèi)的三個(gè)距離傳感器17，18和19，它們?cè)诘诙?biāo)準(zhǔn)件24的底座8上處于與第一標(biāo)準(zhǔn)件4的主面13相對(duì)的面上。如果十字滑架5運(yùn)動(dòng)，那么距離傳感器17，18，19在XY-平面上與第一標(biāo)準(zhǔn)件4平行以距其較小的距離運(yùn)動(dòng)。利用這三個(gè)距離傳感器17，18，19檢測(cè)第二標(biāo)準(zhǔn)件24相對(duì)于第一標(biāo)準(zhǔn)件4主面13的距離和角位置。利用兩個(gè)讀數(shù)頭9和11檢測(cè)XY-平面上第二標(biāo)準(zhǔn)件24相對(duì)于第一標(biāo)準(zhǔn)件4上設(shè)置的直線柵格設(shè)置7的位置和角位置。在圖1中，第一位置測(cè)量系統(tǒng)10的兩個(gè)讀數(shù)頭9，11中，讀數(shù)頭9與二維直線柵格7``對(duì)應(yīng)，讀數(shù)頭11與一維直線柵格7`對(duì)應(yīng)。但是也可以這樣設(shè)置，使兩個(gè)讀數(shù)頭9，11都與二維直線柵格7``對(duì)應(yīng)。在這種情況下，圖1中沒有示出，二維直線柵格7``必須根據(jù)平面這樣延長(zhǎng)，使讀數(shù)頭9，11在十字滑架5的整個(gè)移動(dòng)范圍內(nèi)保持在二維直線柵格7``的上面。為此目的，也可以簡(jiǎn)單地將一維直線柵格7`由其他二維直線柵格替代，如所述的那樣，出于概覽的原因沒有示出。
Z-立柱16作為固定的，抗扭轉(zhuǎn)的，縱向延伸的空腔體構(gòu)成。在Z-立柱16上，滑架14可沿整體采用12標(biāo)注的導(dǎo)軌移動(dòng)。滑架14的導(dǎo)軌12由兩個(gè)與Z-軸垂直相距的縱導(dǎo)軌12`，12``構(gòu)成?；?4具有兩個(gè)平行的縱槽，可移動(dòng)接受縱導(dǎo)軌12`或12``，還支承3D-探頭系統(tǒng)3。
為檢測(cè)探頭元件2的空間位置，應(yīng)檢測(cè)滑架14的空間位置。在此方面，檢測(cè)滑架14的空間位置的意思是，不僅要檢測(cè)Z-坐標(biāo)方向上的第一運(yùn)動(dòng)，而且也要檢測(cè)空間上固體總共六個(gè)自由度方向上由于導(dǎo)向誤差造成的其他所有的微小運(yùn)動(dòng)。為此使用整體采用20標(biāo)注的第二位置測(cè)量系統(tǒng)。利用該系統(tǒng)可以參照第二標(biāo)準(zhǔn)件24確定通過U形件33與滑架14固定連接的支架22的空間位置。第二標(biāo)準(zhǔn)件24與滑架14的導(dǎo)軌12平行延伸并具有多邊形橫截面，在所示的實(shí)施例中為矩形橫截面。第二標(biāo)準(zhǔn)件24與Z-軸平行和與滑架14平行，分別設(shè)置在與Z-立柱16和與滑架14的固定距離內(nèi)。在所示的實(shí)施例中，第二標(biāo)準(zhǔn)件24為縱向延伸的矩形板，它在上面通過角鐵25與Z-立柱16固定連接，下面通過兩個(gè)角鐵27a，27b與Y-滑架5b可移動(dòng)連接。Y-滑架5b從它那面與Z-立柱16固定連接。第二標(biāo)準(zhǔn)件24與第一標(biāo)準(zhǔn)件4同樣由恒溫材料構(gòu)成，以盡可能消除溫度對(duì)確定滑架14以及探頭元件2空間位置的影響。這里作為固定或移動(dòng)連接介紹的角鐵25，U形件33和角鐵27a，27b僅用于說明，實(shí)踐中可以由完全不同結(jié)構(gòu)但等效的裝置組成。
第二標(biāo)準(zhǔn)件24在第一面，這里為側(cè)面28上和在第二面，這里為側(cè)面30上，分別具有二維直線柵格29或31。第一和第二面因此在這里是構(gòu)成第二標(biāo)準(zhǔn)件24的縱向延伸矩形板的縱側(cè)面外的兩個(gè)相對(duì)且相互平行的側(cè)面。
第二位置測(cè)量系統(tǒng)20為檢測(cè)第二標(biāo)準(zhǔn)件24的直線柵格29，31，具有-第三讀數(shù)頭34和在其下面垂直相距的第四讀數(shù)頭36，這兩個(gè)讀數(shù)頭設(shè)置在支架22上并與直線柵格29對(duì)應(yīng)，-設(shè)置在支架22上的第五讀數(shù)頭38，它與直線柵格31對(duì)應(yīng)，以及-第四距離傳感器40，用于檢測(cè)支架22和第二標(biāo)準(zhǔn)件24具有直線柵格29的側(cè)面28或者任何一個(gè)與此平行的面之間的距離。
在此方面，支架22這樣設(shè)置在滑架14上，使無論是支架還是讀數(shù)頭34，36，38或者距離傳感器40，在任何部位上均不會(huì)與第二標(biāo)準(zhǔn)件24產(chǎn)生接觸。第五讀數(shù)頭38最好這樣設(shè)置在支架22上，使它參照第二標(biāo)準(zhǔn)件24的縱向延伸，在與第三讀數(shù)頭34相同的高度上處于其對(duì)面。第四讀數(shù)頭36這樣垂直相距設(shè)置在第三讀數(shù)頭34的下面，使三個(gè)讀數(shù)頭34，36，38在通過第二標(biāo)準(zhǔn)件24的縱斷面包含Z-軸的平面內(nèi)，處于一個(gè)直角三角形的角內(nèi)。與此相關(guān)，第四距離傳感器40設(shè)置在支架22上一確定的位置上，即盡可能靠近第三讀數(shù)頭34。支架22在橫截面上(也就是與Z-軸垂直)為U形，并在其兩個(gè)U形柱22`，22``上攜帶第三讀數(shù)頭34或第五讀數(shù)頭38。U形柱22`在此方面這樣垂直向下延伸，使第四讀數(shù)頭36為精確測(cè)量與第三讀數(shù)頭34保持足夠的距離。這三個(gè)讀數(shù)頭34，36，38與那兩個(gè)讀數(shù)頭9，11同樣為增量式光學(xué)讀數(shù)頭。第四距離傳感器40最好是電容式傳感器，但也可以是感應(yīng)式或者光學(xué)傳感器。二維直線柵格29，31分別為正交柵格結(jié)構(gòu)。第二標(biāo)準(zhǔn)件24最好是玻璃體(Zerodur)，但也可以是恒溫的Invar-鋼體，但在設(shè)置正交柵格結(jié)構(gòu)方面效果不如玻璃好。
在圖1示出的實(shí)施例中，支架22固定在滑架14的正面，并由恒溫材料構(gòu)成。作為替代，支架22也可以是滑架14的整體組成部分。
3D-探頭系統(tǒng)3具有整體采用50標(biāo)注的第三位置測(cè)量系統(tǒng)，在圖2的放大圖中比在圖1中看得更為清楚。U形件33向探頭元件3延長(zhǎng)成懸臂26。第三位置測(cè)量系統(tǒng)50借助整體采用52標(biāo)注的平行四邊形連桿可移動(dòng)連接在懸臂26上。探頭元件2在其與第二標(biāo)準(zhǔn)件24相鄰的側(cè)面上具有二維直線柵格54和一維直線柵格56。支架22的U形轉(zhuǎn)臂22```向前通過懸臂式支架58延長(zhǎng)到探頭元件3，在支架的自由端上設(shè)置兩個(gè)增量式光學(xué)讀數(shù)頭60，62，與二維直線柵格54或一維直線柵格56相對(duì)應(yīng)。這樣與探頭元件3成為整體的讀數(shù)頭60，62通過支架58直接與支架22連接。因此，在探頭元件位置2和支架22之間產(chǎn)生直接聯(lián)系。由此，可以隨時(shí)精確確定通過第一標(biāo)準(zhǔn)件4確定的坐標(biāo)系中的探頭元件位置。U造型件33和懸臂26以及支架58同樣由恒溫材料構(gòu)成。
圖1和2示出的裝置1工作方式如下借助于十字滑架5，第二標(biāo)準(zhǔn)件24隨同其底座8在第一標(biāo)準(zhǔn)件4上來回運(yùn)動(dòng)，而不與后者接觸。讀數(shù)頭9和11檢測(cè)其在X-和Y-方向上相對(duì)于第一標(biāo)準(zhǔn)件4相對(duì)設(shè)置的直線柵格7`或7``的位置。距離傳感器17，18，19檢測(cè)其在Z-方向上到第一標(biāo)準(zhǔn)件4主面13的距離。通過這種結(jié)構(gòu)，可以確定第二標(biāo)準(zhǔn)件24在通過第一標(biāo)準(zhǔn)件4確定的坐標(biāo)系內(nèi)部的位置和空間位置。
在垂直方向上，支架22通過Z-軸的滑架14沿第二標(biāo)準(zhǔn)件24移動(dòng)，而不與后者接觸。讀數(shù)頭34和38檢測(cè)其在Z-和Y-方向上相對(duì)于第二標(biāo)準(zhǔn)件24的各自相對(duì)設(shè)置的直線柵格29或31的位置。第四讀數(shù)頭36只檢測(cè)其在Y-方向上相對(duì)于設(shè)置在第二標(biāo)準(zhǔn)件24側(cè)面38上的直線柵格29的位置。第四距離傳感器40檢測(cè)在X-方向上到第二標(biāo)準(zhǔn)件24右側(cè)上的側(cè)面28的距離。通過三個(gè)讀數(shù)頭34，36，38和第四距離傳感器40在參照支架22上讀數(shù)頭在精確確定位置上的設(shè)置，可以確定支架22和與其連接的滑架14相對(duì)于第二標(biāo)準(zhǔn)件24的位置和空間位置，也就是說，支架22以及滑架14運(yùn)動(dòng)的總計(jì)六個(gè)移動(dòng)的和旋轉(zhuǎn)的成分X，Y和Z或A，B和C。
因?yàn)?D-探頭系統(tǒng)3的讀數(shù)頭60，62通過夾具58與支架22連接，所以，可以通過直線柵格54，56在探頭元件位置和支架22之間產(chǎn)生直接聯(lián)系。由此，可以隨時(shí)精確確定通過第一標(biāo)準(zhǔn)件4確定的坐標(biāo)系上探頭元件的位置。
圖3以局部放大圖示出帶有可選擇的第二位置測(cè)量系統(tǒng)21的整體采用1標(biāo)注的裝置的第二實(shí)施例。在此方面，第二標(biāo)準(zhǔn)件24具有二維直線柵格29或31的第一和第二面是側(cè)面28或與其成角度的端面32。第五讀數(shù)頭38與第三面32的直線柵格31對(duì)應(yīng)。與第五讀數(shù)頭38相鄰的是支架23上的第四距離傳感器40，支架為角造型件，在其兩個(gè)角柱23`，23``上攜帶第三讀數(shù)頭34和其下面的第四讀數(shù)頭36或第五讀數(shù)頭38。與第二位置測(cè)量系統(tǒng)20相比，位置測(cè)量系統(tǒng)21除了上述不同的結(jié)構(gòu)外，該裝置具有與圖1和圖2所示裝置1相同的結(jié)構(gòu)和相同的工作方式，因此不需贅述。
參考符號(hào)表1 裝置2 探頭元件3 探頭元件4 第一標(biāo)準(zhǔn)件5 十字滑架5a X-滑架5b Y-滑架6 床身7 直線柵格設(shè)置7` 一維直線柵格7`` 二維直線柵格8 底座9 第一讀數(shù)頭10 第一位置測(cè)量系統(tǒng)11 第二讀數(shù)頭12 導(dǎo)軌12`，12`` 縱導(dǎo)軌13 主面14 滑架16 Z-立柱17 距離傳感器18 距離傳感器19 距離傳感器20 第二位置測(cè)量系統(tǒng)
21 第二位置測(cè)量系統(tǒng)22 支架22`，22`` U形柱22``` U形轉(zhuǎn)臂23 支架23`，23`` 肘形柱24 第二標(biāo)準(zhǔn)件25 肘形件26 懸臂27a，27b 角鐵28 側(cè)面29 二維直線柵格30 側(cè)面31 二維直線柵格32 端面33 U-造型件34 第三讀數(shù)頭36 第四讀數(shù)頭38 第五讀數(shù)頭40 第四距離傳感器50 第三位置測(cè)量系統(tǒng)52 平行四邊形連桿54 二維直線柵格56 一維直線柵格58 夾具60 讀數(shù)頭62 讀數(shù)頭
權(quán)利要求
1.用于直接檢測(cè)探頭元件在多坐標(biāo)測(cè)量?jī)x中的空間位置的裝置，帶有由與測(cè)量?jī)x的坐標(biāo)軸對(duì)應(yīng)的至少第一和第二標(biāo)準(zhǔn)件組成的參照系，其特征在于，第一標(biāo)準(zhǔn)件(4)為帶有具有直線柵格設(shè)置(7)的主面(13)的扁平標(biāo)準(zhǔn)件，直線柵格設(shè)置(7)至少具有一個(gè)二維直線柵格(7``)；第二標(biāo)準(zhǔn)件(24)為可相對(duì)于第一標(biāo)準(zhǔn)件(4)無接觸且二維移動(dòng)的縱向延伸的標(biāo)準(zhǔn)件，其最好與主面(13)垂直設(shè)置；以及具有第一位置測(cè)量系統(tǒng)(10)，用于參照第一標(biāo)準(zhǔn)件(4)確定第二標(biāo)準(zhǔn)件(24)的空間位置。
2.按權(quán)利要求1所述的裝置，其特中，第一標(biāo)準(zhǔn)件(4)的直線柵格設(shè)置(7)具有二維直線柵格(7``)和一維直線柵格(7`)。
3.按權(quán)利要求1或2所述的裝置，其中，第一位置測(cè)量系統(tǒng)(10)具有至少第一讀數(shù)頭(9)和與其相距的第二讀數(shù)頭(11)，用于檢測(cè)第一標(biāo)準(zhǔn)件(4)的直線柵格設(shè)置(7)，其中，第二標(biāo)準(zhǔn)件(24)上的讀數(shù)頭(9，11)與第一標(biāo)準(zhǔn)件(4)的主面(13)相對(duì)。
4.按權(quán)利要求3所述的裝置，其中，第一位置測(cè)量系統(tǒng)(10)的兩個(gè)讀數(shù)頭(9，11)中，或者兩個(gè)讀數(shù)頭(9，11)都與第一標(biāo)準(zhǔn)件(4)的二維直線柵格(7``)對(duì)應(yīng)，或者一個(gè)讀數(shù)頭與一維直線柵格(7`)對(duì)應(yīng)，另一個(gè)讀數(shù)頭與第一標(biāo)準(zhǔn)件(4)的二維直線柵格(7``)對(duì)應(yīng)。
5.按權(quán)利要求1至4之一所述的裝置，其中，第一位置測(cè)量系統(tǒng)(10)具有設(shè)置在想象中等邊三角形的角內(nèi)的三個(gè)距離傳感器(17，18，19)，它們?cè)O(shè)置在與第一標(biāo)準(zhǔn)件(4)相對(duì)面上的第二標(biāo)準(zhǔn)件(24)上。
6.按權(quán)利要求1至5之一所述的裝置，其中，第二標(biāo)準(zhǔn)件(24)設(shè)置在滑架(14)可在上面沿導(dǎo)軌(12)移動(dòng)的立柱(16)上，并與滑架(14)的導(dǎo)軌(12)平行延伸；第二標(biāo)準(zhǔn)件(24)為最好具有多邊形橫截面的棱形體，并在第一和第二面(28，30；28，32)上具有二維直線柵格(29，31)；以及具有第二位置測(cè)量系統(tǒng)(20)，用于參照第二標(biāo)準(zhǔn)件(24)確定可與滑架(14)固定連接的或者與滑架(14)整體化的支架(22；23)的空間位置。
7.按權(quán)利要求6所述的裝置，其中，第二位置測(cè)量系統(tǒng)(20)具有第三讀數(shù)頭(34)和相距的第四讀數(shù)頭(36)，它們?cè)O(shè)置在支架(22；23)上并與第二標(biāo)準(zhǔn)件(24)的二維直線柵格(29；31)的第一直線柵格(29)對(duì)應(yīng)，設(shè)置在支架(22；23)上的第五讀數(shù)頭(38)，它與第二標(biāo)準(zhǔn)件(24)的二維直線柵格(29，31)的第二直線柵格(31)對(duì)應(yīng)，第四距離傳感器(40)，用于檢測(cè)支架(22；23)與第二標(biāo)準(zhǔn)件(24)的具有二維直線柵格(29，31)的面(28，30；28，32)之一(28)或者一個(gè)與此平行的面之間的距離，以及支架(22；23)這樣設(shè)置在滑架(14)上，使支架(22；23)在檢測(cè)過程中不會(huì)與第二標(biāo)準(zhǔn)件(24)產(chǎn)生接觸。
8.按權(quán)利要求7所述的裝置，其中，第一和第二面(28，30)為第二標(biāo)準(zhǔn)件(24)的兩個(gè)彼此相對(duì)且相互平行的側(cè)面(28，30)。
9.按權(quán)利要求7所述的裝置，其中，第一和第二面(28，32)為第二標(biāo)準(zhǔn)件(24)的一個(gè)側(cè)面(28)和一個(gè)與此成角度的端面(32)。
10.按權(quán)利要求7至9之一所述的裝置，其中，第四距離傳感器(40)設(shè)置在支架(22，23)上參照其讀數(shù)頭(34，36，38)的確定位置上。
11.按權(quán)利要求7至10之一所述的裝置，其中，標(biāo)準(zhǔn)件(4，24)由恒溫材料構(gòu)成。
12.按權(quán)利要求7至11之一所述的裝置，其中，支架(22；23)由恒溫材料構(gòu)成。
13.按權(quán)利要求7至12之一所述的裝置，其中，第二標(biāo)準(zhǔn)件(24)設(shè)置在構(gòu)成滑架(14)的導(dǎo)軌(12)的兩個(gè)相距的縱導(dǎo)軌(12`，12``)之間。
14.按權(quán)利要求7至13之一所述的裝置，其中，第二標(biāo)準(zhǔn)件(24)為一縱向延伸的矩形板。
15.按權(quán)利要求7至14之一所述的裝置，其中，支架(22)在橫截面上為U形，并在其兩個(gè)U形柱(22`，22``)上攜帶第三和第四或第五讀數(shù)頭(34，36或38)。
16.按權(quán)利要求7至14之一所述的裝置，其中，支架(23)為一角造型件，并在其兩個(gè)肘形柱(23`，23``)上攜帶第三和第四或第五讀數(shù)頭(34，36或38)。
17.按權(quán)利要求7至16之一所述的裝置，其中，第五讀數(shù)頭(38)這樣設(shè)置在支架(22；23)上，使它參照第二標(biāo)準(zhǔn)件(24)的縱向延伸，在與第三或者第四讀數(shù)頭(34，36)相同的高度上處于其對(duì)面。
18.按權(quán)利要求6至17之一所述的裝置，其中，滑架(14)支承具有探頭元件(2)并具有第三位置測(cè)量系統(tǒng)(50)的3D-探頭系統(tǒng)(3)。
19.按權(quán)利要求18所述的裝置，其中，探頭系統(tǒng)(3)具有其他讀數(shù)頭(60，62)，它們通過懸臂式夾具(58)直接與支架(22，23)連接。
20.按權(quán)利要求19所述的裝置，其中，夾具(58)由恒溫材料構(gòu)成。
全文摘要
公開了一種用于直接檢測(cè)探頭元件(2)在多坐標(biāo)測(cè)量?jī)x中的空間位置的裝置(1)，帶有由與測(cè)量?jī)x的坐標(biāo)軸(X，Y或Z)對(duì)應(yīng)的至少第一標(biāo)準(zhǔn)件(4)和第二標(biāo)準(zhǔn)件(24)組成的參照系。第一標(biāo)準(zhǔn)件(4)為帶有直線柵格設(shè)置(7)的扁平標(biāo)準(zhǔn)件。第二標(biāo)準(zhǔn)件(24)可相對(duì)于第一標(biāo)準(zhǔn)件(4)無接觸地且借助于十字滑架(5)二維移動(dòng)。具有第一位置測(cè)量系統(tǒng)(10)，用于參照第一標(biāo)準(zhǔn)件(4)確定第二標(biāo)準(zhǔn)件(24)的空間位置，還具有第二位置測(cè)量系統(tǒng)(20)，用于參照第二標(biāo)準(zhǔn)件(24)確定攜帶3D－探頭系統(tǒng)的滑架(14)的空間位置。該裝置(1)在對(duì)應(yīng)的多坐標(biāo)測(cè)量?jī)x中構(gòu)成從第一標(biāo)準(zhǔn)件(4)到探頭元件(2)尖端的連續(xù)測(cè)量鏈。該裝置直接提供考慮到所有導(dǎo)向誤差的測(cè)量結(jié)果，而無需進(jìn)行任何軌跡校正。
文檔編號(hào)G01B21/00GK1532521SQ200410031710
公開日2004年9月29日 申請(qǐng)日期2004年3月24日 優(yōu)先權(quán)日2003年3月24日
發(fā)明者格奧爾格·米斯, 格奧爾格 米斯 申請(qǐng)人:克林格恩貝格有限公司