專利名稱：測量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于測量機(jī)器例如機(jī)床、機(jī)械人或測量儀的運(yùn)動軸的空間位移的測量
直O(jiān)
背景技術(shù)：
測量裝置用于測量直線軸的位置誤差和直線軸或圓軸的組成部分誤差。更多使用的是用于自由面加工的五軸機(jī)床。此時(shí)，轉(zhuǎn)軸相對直線軸的取向和位置對加工精度很重要。 測量裝置在此也可以被用來檢查和評估空間精度并或許由此推導(dǎo)補(bǔ)償數(shù)據(jù)以提高精度。DE29916325U1公開這樣的測量裝置，其中，三個(gè)長度測量頭朝向一個(gè)測量球的中心點(diǎn)定向布置，以支承在測量球上。長度測量頭尤其相互成銳角地布置，以獲得大的操縱能力，因而保證靈活使用。長度測量頭安置在板狀部分上，板狀部分的平面的延伸方向分別垂直于相關(guān)長度測量頭的測量方向。在根據(jù)EP149U87B1的測量裝置中，長度測量頭安置在截錐形支座上，由此獲得盡量高的測量裝置剛性。在EP1549459B1中指出，支座連同長度測量頭是可擺動的，這可能是有利的。為此，支座與一個(gè)桿形結(jié)構(gòu)連接，在桿形結(jié)構(gòu)上安置有鉸鏈，用于可擺動地支承支座。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明基于以下任務(wù)，提供上述類型的測量裝置，其具有高測量精度并且可容易制造。該任務(wù)通過具有權(quán)利要求1的特征的測量裝置來完成。據(jù)此，測量裝置包括支座，支座上安置有多個(gè)長度測量系統(tǒng)，用于在不同的空間方向上測量至一個(gè)共同測量體的距離。支座呈構(gòu)成一個(gè)球體區(qū)的球形，其中多個(gè)長度測量系統(tǒng)為了測量而對準(zhǔn)支座球形的中心點(diǎn)并且在球體區(qū)的區(qū)域內(nèi)安置在支座上。另外，要提供一種上述類型的、此外能靈活使用的測量裝置。該任務(wù)通過權(quán)利要求2的特征來完成。據(jù)此，測量裝置包括支座，在支座上安置有多個(gè)長度測量系統(tǒng)，用于在不同空間方向上測量至一個(gè)測量體的距離。支座具有構(gòu)成一個(gè)球拱的球形，支座借助該球拱在對向支承中可以繞該球形的中心點(diǎn)轉(zhuǎn)動，其中多個(gè)長度測量系統(tǒng)為了測量對準(zhǔn)該支座的球形的中心點(diǎn)。由從屬權(quán)利要求中得到本發(fā)明的其它有利實(shí)施方式。為了非常簡單地制造支座，用于容納長度測量系統(tǒng)的球體區(qū)和用于支座擺動的球拱連續(xù)地彼此相接，就是說，構(gòu)成一個(gè)共同的球體區(qū)段。為了精確測量和隨后計(jì)算測量體的空間位移，在支座上最好設(shè)有三個(gè)長度測量系統(tǒng)。這些長度測量系統(tǒng)優(yōu)選是長度測量頭，其分別有一個(gè)固定安置在支座上的主體，一個(gè)觸針可縱向移動地支承在主體中以便接觸掃描測量至測量體的距離。此時(shí)，觸針以有利的方式通過彈簧朝向支座球形的中心點(diǎn)被預(yù)緊。該球體區(qū)的優(yōu)點(diǎn)是，至少其中一個(gè)長度測量系統(tǒng)的位置可通過在支座球體區(qū)上的移動來調(diào)節(jié)，其中，保持位置測量系統(tǒng)朝向球形中心點(diǎn)的取向。對此，可以如此構(gòu)成支座，移動只能在一個(gè)方向上進(jìn)行，或者在多個(gè)方向上移動是可行的。


在以下結(jié)合附圖對三個(gè)實(shí)施例的描述中指出了本發(fā)明的其它有利特征和優(yōu)點(diǎn)，其中
圖1是第一測量裝置的透視圖； 圖2示出第一測量裝置的支座； 圖3是第二測量裝置的透視圖； 圖4是第二測量裝置的局剖透視圖； 圖5是第三測量裝置的透視圖； 圖6是第三測量裝置的剖視透視圖。
具體實(shí)施例方式在以下的實(shí)施例中，多個(gè)測量裝置安裝在機(jī)器的機(jī)器工作臺6上，呈測量球5形式的測量體安置在該機(jī)器的工具架(夾)上。結(jié)合圖1和圖2，詳細(xì)描述本發(fā)明的第一實(shí)施例。測量裝置用于測量待檢機(jī)器的運(yùn)動軸的空間位移。通過多次長度測量或者說距離測量，求出一個(gè)工具中心點(diǎn)TCP的空間位移。測量裝置為此包括支座1，在支座上安置多個(gè)長度測量系統(tǒng)2、3、4。長度測量系統(tǒng)2、3、 4在支座1上的空間布置被設(shè)計(jì)用來在不同空間方向上測量至測量體5的距離。長度測量系統(tǒng)是長度測量頭2、3、4，它們朝向一個(gè)共同的交點(diǎn)M取向定位，就是說，長度測量頭2、3、4 的測量方向在一個(gè)共同點(diǎn)M相交。在測量中，長度測量頭2、3、4掃過在工具夾中被夾緊的測量體(尤其是呈測量球5 形式)的表面，從而測量球5和進(jìn)而TCP的空間位移通過多次長度測量被掌握。工具中心點(diǎn)TCP最好由測量球5的中心點(diǎn)體現(xiàn)，其中中心點(diǎn)TCP有利地又是長度測量頭2、3、4的測量方向的共同交點(diǎn)M。如果要測量兩個(gè)可相對運(yùn)動的機(jī)器部件的相對位移，則測量球5被固定在其中一個(gè)機(jī)器部件上，測量裝置被固定在兩個(gè)機(jī)器部件中的另一個(gè)上。如果待檢機(jī)器是機(jī)床，則測量球5可通過夾緊軸18固定尤其是夾緊在工具夾上，測量裝置可固定尤其是夾緊在機(jī)床工作臺6上。圖2示出了安裝在機(jī)床工作臺6上的支座1。為了測量和進(jìn)而檢查機(jī)器的軸運(yùn)動的幾何形狀精度，例如以機(jī)器的運(yùn)動軸執(zhí)行轉(zhuǎn)動和擺動。從借助三個(gè)長度測量頭2、3、4測量TCP相對支座1的位移的測量結(jié)果中，可以推斷出待檢機(jī)器的幾何形狀性能、運(yùn)動性能、靜態(tài)性能、熱力學(xué)性能和動態(tài)性能。利用測量裝置，可以同時(shí)測量唯一的機(jī)器運(yùn)動軸的或者機(jī)器的多個(gè)運(yùn)動軸的靜態(tài)和動態(tài)的軌跡偏差。 從長度測量頭2、3、4所獲得的測量值中，也可以推導(dǎo)出補(bǔ)償數(shù)據(jù)，用于提高機(jī)器精度。為此，可以將被測的位置測量值投入機(jī)器的坐標(biāo)系中。
優(yōu)選采用三個(gè)長度測量頭2、3、4，它們例如相互垂直地取向。長度測量頭2、3、4分別由主體21、31、41構(gòu)成，觸針22、32、41可縱向移動地支承在主體中，以便接觸掃描測量至測量球5的距離。觸針22、32、42掃過測量球5的表面并因此測定至測量球5表面的距離。由此，測量球5表面相對支座1的相對運(yùn)動被求出，這對應(yīng)于TCP相對中心點(diǎn)M的相對運(yùn)動。為了在測量中保持觸針22、32、42的尖始終接觸測量球5的表面，觸針22、32、42 朝向測量球5被預(yù)緊地支承在主體21、31、41上，例如通過彈簧機(jī)構(gòu)或氣壓方式。用于接觸測量球5的觸針22、32、42的尖呈球形或平面形式?；蛘撸c測量球5的接觸可如此來保證， 即，觸針22、32、42無間隙地鉸接或支承在測量球5上，例如通過磁性軸承或空氣軸承。長度測量頭2、3、4是測量非常精準(zhǔn)的位置測量系統(tǒng)，因此具有可光電掃描的測量分度的長度測量頭是非常適用的。此時(shí)，測量分度可以體現(xiàn)增量測量分度和/或絕對測量分度。長度測量頭2、3、4的主體21、31、41分別固定在測量裝置的支座1上。為此，在支座1上，針對每個(gè)主體21、31、41設(shè)有一個(gè)指向點(diǎn)M的凹槽11、12、13。主體21、31、41可以從側(cè)面被插入支座1的凹槽11、12、13中并且在支座1的另一側(cè)被頂住。或者，主體21、31、 41也可以被擰入凹槽11、12、13中。在所示的實(shí)施例中，主體21、31、41在各自相應(yīng)的凹槽 11、12、13內(nèi)被徑向夾緊。支座1呈球形，多個(gè)長度測量頭2、3、4為了測量而對準(zhǔn)支座1的球形的中心點(diǎn)M 地設(shè)置。支座1的球形構(gòu)成一個(gè)球體區(qū)14，在球體區(qū)的區(qū)域內(nèi)，長度測量頭2、3、4安置在支座1上。就是說，支座1的球形在一個(gè)區(qū)域里構(gòu)成一個(gè)球形層，其中該球形層的球形彎曲表面構(gòu)成球體區(qū)14。該球形在所有空間方向給支座1提供非常高的剛性，從而一會兒固定在其上的長度測量頭2、3、4長時(shí)間非常穩(wěn)定地保持其在所有空間方向上的位置。利用支座1的輕的自重，可以在所有空間方向獲得最大剛性。而且，球形支座1作為旋轉(zhuǎn)對稱件可以非常容易和精確地通過車削來制造。中心點(diǎn)M可以通過掃過球體表面即球體區(qū)14和/或隨后還要結(jié)合圖5和圖6詳細(xì)描述的球拱315來確定。如圖1和圖2所示，在支座1內(nèi)的用于容納長度測量頭2、3、4的凹槽11、12、13為圓柱形?，F(xiàn)在如果圓柱形凹槽11、12、13位于球體區(qū)14內(nèi)，則分別在支座1上的凹槽11、 12,13的區(qū)域內(nèi)通過球體形狀和圓柱體形狀的相交而行程一個(gè)邊緣，該邊緣是一個(gè)在一個(gè)平面的、用于各長度測量頭2、3、4的主體21、31、41的圓形墊板。長度測量頭2、3、4可以因此非常穩(wěn)定地固定在或定位在支座1上，其中，通過圓形墊板規(guī)定長度測量頭2、3、4朝向球形中心點(diǎn)M(在此同時(shí)是TCP)的確定安置和定向。圖3和圖4示出另一個(gè)實(shí)施例。在這里采用一個(gè)支座201，它呈與第一實(shí)施例一樣的球形，就是說具有球體區(qū)214。與第一實(shí)施例不同之處在于支座201的球形被如此利用， 至少其中一個(gè)所述長度測量頭2、3、4的位置可通過在支座201的球體區(qū)214上的移動來調(diào)節(jié)，在此，保持長度測量頭2、3、4朝向該球形的中心點(diǎn)M和進(jìn)而朝向長度測量頭2、3、4的測量方向的共同交點(diǎn)的取向。在此情況下，在支座201內(nèi)的至少一個(gè)凹槽211、212、213是長孔，長度測量頭2、3、4的主體21、31、41可在一個(gè)方向上調(diào)校地插在該中。在完成調(diào)校后， 主體21、31、41被固定在支座201上，例如被螺紋緊固。
支座201內(nèi)的凹槽也可以如此形成，允許在多個(gè)方向上進(jìn)行調(diào)校。圖5和圖6示出本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例。根據(jù)這個(gè)實(shí)施例，支座301的球形構(gòu)成球拱315。球拱315可以被視為局部球體的表面。支座301通過球拱315可轉(zhuǎn)動地支承在底座317的對向支承316內(nèi)，其中，轉(zhuǎn)動中心點(diǎn)就是多個(gè)長度測量頭2、3、4的測量方向的交點(diǎn)M，其在此也與TCP即測量球5的中心重合。通過該措施提供以下可能性，無沖突地在較大的轉(zhuǎn)動范圍內(nèi)檢查轉(zhuǎn)軸。為此，支座301在對向支承316中被移入所需的轉(zhuǎn)動位置，以使測量球5和夾緊軸18能在這些不同的轉(zhuǎn)動位置上無沖突地經(jīng)過長度測量頭2、3、4。此時(shí)重要的是，在支座301的不同的轉(zhuǎn)動位置上，保持中心點(diǎn)M的位置，就是說中心點(diǎn)M沒有移位。在此實(shí)施例中，球體區(qū)314和球拱315連續(xù)地彼此相接，就是說形成一個(gè)共同的球體區(qū)段。底座317的對向支承316最好為球面軸瓦形式，就像在圖6的截面圖中示出的那樣。在完成支座301的期望轉(zhuǎn)動位置的調(diào)節(jié)后，支座位置不變地鎖定在底座317上，例如通過螺絲。如果對向支承316為球面軸瓦形式，則它的半徑與球拱315相同。對向支承或者可以呈圓環(huán)墊板、多點(diǎn)墊板尤其是三點(diǎn)墊板的形式。按照未示出的方式，可以設(shè)置用于測量支座310相對底座317轉(zhuǎn)動角度的測量機(jī)構(gòu)。這些長度測量系統(tǒng)在以上描述的實(shí)施例中是長度測量頭2、3、4。不過，對于至測量球5表面的距離測量或者對于至TCP的距離測量，也可以采用其它長度測量系統(tǒng)，例如非接觸式裝置如電容測距傳感器或干涉儀。作為測量體的測量球5是特別有利的，因?yàn)樵趶牟煌较驋哌^時(shí)存在相同的至 TCP的距離。但是本發(fā)明不局限于以測量球5作為測量體。有利的是，這些長度測量系統(tǒng)的位置測量值被輸送給一個(gè)數(shù)字控制裝置，其給出待檢機(jī)器的運(yùn)動軸的運(yùn)動指令。位置測量值用于構(gòu)成待檢機(jī)器模型的參數(shù)。此時(shí)有利的是， 這些長度測量系統(tǒng)的位置測量值被換算到待檢機(jī)器的坐標(biāo)系中。按照未示出的方式，該測量裝置可以安置在工具架(夾)上，測量體安置在機(jī)器工作臺上。此時(shí)，測量體相對測量裝置的中心點(diǎn)M的相對位移被求出，在此情況下，中心點(diǎn)M 優(yōu)選與TCP重合。使用者將根據(jù)待檢機(jī)器的結(jié)構(gòu)來選擇測量裝置和測量體的合適布置結(jié)構(gòu)。
權(quán)利要求
1.一種測量運(yùn)動軸的空間位移的測量裝置，包括支座(1，201，301)，在該支座上安置有多個(gè)長度測量系統(tǒng)0，3，4)，用于在不同的空間方向上測量至測量體(5)的距離，其特征是，該支座(1，201，301)具有構(gòu)成一個(gè)球體區(qū)(14，214，314)的球形，所述多個(gè)長度測量系統(tǒng)(2，3，4)為了測量而對準(zhǔn)該支座(1，201，301)的球形的中心點(diǎn)(M)的方向并在該球體區(qū) (14，214，314)內(nèi)安置在該支座(1,201,301)上。
2.一種測量運(yùn)動軸的空間位移的測量裝置，包括支座(301)，在該支座上安置有多個(gè)長度測量系統(tǒng)0，3，4)，用于在不同的空間方向上測量至測量體(5)的距離，其特征是，該支座(301)具有構(gòu)成一個(gè)球拱(315)的球形，該支座利用該球拱可在對向支承(316)內(nèi)繞該球形的中心點(diǎn)(M)轉(zhuǎn)動，所述多個(gè)長度測量系統(tǒng)(2，3，4)為了測量對準(zhǔn)該支座(301)的球形的中心點(diǎn)(M)的方向。
3.根據(jù)權(quán)利要求1和2所述的測量裝置，其特征是，該球體區(qū)(14，214，314)和該球拱 (315)構(gòu)成一個(gè)共同的球體區(qū)段。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求之一的測量裝置，其特征是，在該支座(1，201，301)上安置至少三個(gè)長度測量系統(tǒng)(2，3，4)。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求之一的測量裝置，其特征是，該長度測量系統(tǒng)是長度測量頭 (2，3，4)，其分別具有一個(gè)固定安置在該支座(1,201,301)上的主體(21，31，41)，一個(gè)觸針 (22, 32, 42)可縱向移動地支承在該主體中以便接觸掃描測量至測量體(5)的距離。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的測量裝置，其特征是，該觸針02,32,4 通過彈簧在朝向該支座(1,201,301)的球形的中心點(diǎn)(M)的方向上被預(yù)緊。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求之一的測量裝置，其特征是，至少其中一個(gè)所述長度測量系統(tǒng) (2，3，4)的位置可通過在該支座(1，201，301)的球體區(qū)(14，214，314)上的移動來調(diào)節(jié)，其中保持該長度測量系統(tǒng)(2，3，4)朝向該球形的中心點(diǎn)(M)的取向。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至4之一所述的測量裝置，其特征是，所述長度測量系統(tǒng)(2，3，4) 設(shè)計(jì)用于非接觸測量至測量體(5)的距離。
全文摘要
本發(fā)明涉及測量裝置，用于測量機(jī)床、測量儀器或機(jī)械手的運(yùn)動軸的空間位移。該測量裝置包括支座(1)，在該支座上安置有多個(gè)長度測量系統(tǒng)(2,3,4)，用于在不同空間方向上測量至測量體(5)的距離。支座(1)呈球形，所述多個(gè)長度測量系統(tǒng)(2,3,4)為了測量對準(zhǔn)該支座(1)的球形的中心點(diǎn)(M)。
文檔編號G01B21/02GK102259277SQ20111014029
公開日2011年11月30日 申請日期2011年5月27日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月28日
發(fā)明者格耶曼 D., 京特 G., 奧爾特利 T. 申請人:約翰尼斯海登海恩博士股份有限公司