關(guān)節(jié)臂式cmm的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及一種關(guān)節(jié)臂式CMM(1)，該關(guān)節(jié)臂式CMM以模塊化的方式被構(gòu)造，并且用于構(gòu)造這樣的關(guān)節(jié)臂式CMM(1)的模塊化的組裝工具箱包括具有第一端部(22)和第二端部(24)的關(guān)節(jié)臂(2)，其中，所述第二端部(24)被配置為支撐工具(66)。所述關(guān)節(jié)臂(2)包括通過(guò)樞軸關(guān)節(jié)(70、70'、70″)與集成的角度編碼器(40)彼此連接的至少兩個(gè)臂部分(68、68'、68″)。所述臂部分(68、68'、68″)被配置為具有PCB單元(10、12)的模塊(69、69'、69″)，所述PCB單元(10、12)包括細(xì)長(zhǎng)的PCB部分元件(14)和至少一個(gè)PCB編碼器元件(16a、16b)。所述PCB編碼器元件(16a、16b)被配置為構(gòu)建角度編碼器(40)，并且所述PCB部分元件(14)包括用于從所述PCB編碼器元件(16)向得出所述臂部分之間的相對(duì)位置的電路傳輸編碼器信號(hào)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】關(guān)節(jié)臂式CMM
[0001]本發(fā)明涉及一種根據(jù)權(quán)利要求1所述的關(guān)節(jié)臂、一種根據(jù)權(quán)利要求18所述的關(guān)節(jié)臂式坐標(biāo)測(cè)量機(jī)以及一種根據(jù)權(quán)利要求19所述的模塊化的組裝工具箱。
[0002]通常，關(guān)節(jié)臂式坐標(biāo)測(cè)量機(jī)(簡(jiǎn)稱(chēng)關(guān)節(jié)臂式CMM)是由用于穩(wěn)定站立的笨重的底座和連接到該底座的關(guān)節(jié)臂構(gòu)建成的。該關(guān)節(jié)臂包括通過(guò)樞軸關(guān)節(jié)連接的各種臂部分，其中，最末端的臂部分設(shè)置有用于測(cè)量待測(cè)量部位的工具(即，觸覺(jué)或光學(xué)測(cè)量探頭)，或者設(shè)置有允許能夠交換工具以便該工具適應(yīng)各種測(cè)量要求的工具夾持器。對(duì)于這樣的關(guān)節(jié)臂式CMM的示例能夠在即EP 2108917 Al或EP 2283311 BI中找到。該工具或測(cè)量探頭能夠是像紅寶石球或者光學(xué)探頭這樣的觸覺(jué)探頭；這兩種類(lèi)型的探頭被本領(lǐng)域技術(shù)人員在各種實(shí)施方式中所知曉。該夾持器能夠被配備有用于控制測(cè)量的按鈕，并且能夠以可轉(zhuǎn)動(dòng)或者固定的方式自動(dòng)地被安裝。
[0003]對(duì)于高精度的測(cè)量結(jié)果，有必要準(zhǔn)確地知道關(guān)節(jié)臂式CMM的臂的末端處的測(cè)量探頭相對(duì)于可以由該關(guān)節(jié)臂式CMM的底部的一特定點(diǎn)所給出的參考點(diǎn)或者相對(duì)于待測(cè)量部位的位置。為此，角度編碼器被放置在每個(gè)樞軸關(guān)節(jié)處，并且在存在伸縮式臂部分的情況下提供有線(xiàn)性位置編碼器。這些編碼器將它們的編碼器信號(hào)傳送到中心電路，該中心電路被配置為得出這些臂相對(duì)于彼此和/或相對(duì)于參考點(diǎn)或參考坐標(biāo)系的位置。該參考坐標(biāo)系通常是針對(duì)待測(cè)量部位在開(kāi)始該待測(cè)量部位的詳細(xì)測(cè)量之前通過(guò)執(zhí)行一種校準(zhǔn)測(cè)量來(lái)創(chuàng)建的。換言之，該測(cè)量過(guò)程開(kāi)始于對(duì)該待測(cè)量部位本身采取某些參考測(cè)量，例如:參考面、參考邊緣和參考點(diǎn)。因此，在詳細(xì)測(cè)量開(kāi)始之前要定義六個(gè)自由度，包括探頭相對(duì)于該待測(cè)量部位的方位。隨后，相對(duì)于該參考給出所有的測(cè)量。
[0004]通常，關(guān)節(jié)臂式坐標(biāo)測(cè)量機(jī)是由像編碼器這樣的外部框架封裝敏感部件、用于電力供應(yīng)的設(shè)備和/或電子信號(hào)傳輸設(shè)備等構(gòu)建出的。在DE 4403901 Al中給出了對(duì)于這種關(guān)節(jié)臂式CMM的示例。雖然該關(guān)節(jié)臂式CMM的單個(gè)部件是模塊化的，以允許可變的組件結(jié)構(gòu)，但是該關(guān)節(jié)臂式CMM同樣地必須作為整體被事先建造出；為了使該關(guān)節(jié)臂式CMM適應(yīng)用戶(hù)需求的后續(xù)修正幾乎是不可能的，并且只能夠通過(guò)在工作和時(shí)間上的相當(dāng)大的努力來(lái)實(shí)現(xiàn)，這是因?yàn)樵谶@樣的關(guān)節(jié)臂式CMM的內(nèi)部裝配有大量的單個(gè)元件。為了減少單個(gè)元件的數(shù)量，DE 60318396 T2建議將角度編碼器集成到樞軸關(guān)節(jié)內(nèi)。然而，即使對(duì)于正如DE4403901 Al和DE 60318396 T2中所討論的便攜式關(guān)節(jié)臂式CMM，單個(gè)元件的數(shù)量仍然是相當(dāng)可觀的，并且導(dǎo)致相對(duì)高的重量。
[0005]因此，發(fā)明的目標(biāo)是提供一種關(guān)節(jié)臂式CMM，該關(guān)節(jié)臂式CMM能更好地適應(yīng)于用戶(hù)的需求并且重量輕，而且能夠有成本效益地生產(chǎn)。
[0006]所提到的目標(biāo)通過(guò)使用根據(jù)權(quán)利要求1的關(guān)節(jié)臂得以實(shí)現(xiàn)。
[0007]所述關(guān)節(jié)臂具有第一端部和第二端部，其中，所述第二端部被配置為支撐工具。所述關(guān)節(jié)臂包括至少兩個(gè)縱向延伸的臂部分，其中，每對(duì)相鄰的臂部分通過(guò)樞軸關(guān)節(jié)彼此連接，所述樞軸關(guān)節(jié)具有生成指示所述臂部分的相對(duì)位置的編碼器信號(hào)的集成的角度編碼器。此外，所述關(guān)節(jié)臂包括電子傳輸裝置，該電子傳輸裝置被配置為用于將從所述角度編碼器向被配置為根據(jù)所述編碼器信號(hào)至少得出所述相鄰的臂部分之間的相對(duì)位置以及可選的與參考點(diǎn)或參考坐標(biāo)系的相對(duì)位置的電路傳輸編碼器信號(hào)。根據(jù)本發(fā)明，所述關(guān)節(jié)臂是模塊化的結(jié)構(gòu)，其中，所述臂部分被配置為各自具有PCB單元的臂部分模塊。每個(gè)PCB單元具有細(xì)長(zhǎng)的PCB部分元件以及連接到所述細(xì)長(zhǎng)的PCB部分元件的一端的至少一個(gè)PCB編碼器元件。相鄰的臂部分中的所述PCB編碼器元件被布置成面對(duì)面并且抵靠彼此圍繞公共軸是可樞轉(zhuǎn)的，使得它們形成生成編碼器信號(hào)的角度編碼器。所述PCB部分元件包括電子傳輸裝置，所述電子傳輸裝置用于從所述PCB編碼器元件朝向所述電路發(fā)送所述生成的編碼信號(hào)。該模塊化的結(jié)構(gòu)使得所述關(guān)節(jié)臂能夠適應(yīng)用戶(hù)的個(gè)性化需求，并且減少了用于構(gòu)造這樣的關(guān)節(jié)臂和因此具有這樣的關(guān)節(jié)臂的關(guān)節(jié)臂式CMM的待組裝的部件的數(shù)量。此外，制造PCB單元以及包括這些PCB單元的模塊臂部分是節(jié)約成本和減輕重量的。
[0008]所述PCB單元按照“ IPC-2223 ；由電子電路互連與封裝協(xié)會(huì)于1998年11月頒布的柔性電路板的分段設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)”來(lái)優(yōu)選地構(gòu)造和生產(chǎn)。然而，用以制造與這些標(biāo)準(zhǔn)無(wú)關(guān)以及超越這些標(biāo)準(zhǔn)的PCB單元的設(shè)計(jì)和工藝的發(fā)展也是可能的。
[0009]在優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述細(xì)長(zhǎng)的PCB元件包括設(shè)置有發(fā)送單元的第一端部和設(shè)置有對(duì)應(yīng)的接收單元的相對(duì)的第二端部，其中，所述編碼器信號(hào)從一 PCB單元到相鄰的PCB單元的傳輸是從所述發(fā)送單元通過(guò)導(dǎo)線(xiàn)或者通過(guò)無(wú)線(xiàn)電裝置或光學(xué)裝置或者通過(guò)電感或電容耦合到所述相鄰的接收單元來(lái)實(shí)現(xiàn)的。從一 PCB單元到相鄰的PCB單元的這種類(lèi)型的信號(hào)傳遞是減輕重量和節(jié)約成本的，因?yàn)椴皇潜仨氁褂没h(huán)以確保無(wú)限旋轉(zhuǎn)。當(dāng)使用導(dǎo)線(xiàn)或無(wú)線(xiàn)電裝置時(shí)，它甚至允許使用用于角度測(cè)量的PCB編碼器元件的整個(gè)表面-這能夠被用于提高角度測(cè)量的精度-而不是使用用于發(fā)送電極或接收電極的編碼器元件表面的一部分。
[0010]在進(jìn)一步的實(shí)施方式中,所述PCB單元包括連接到所述細(xì)長(zhǎng)的PCB部分元件的一端的第一 PCB編碼器元件，其中，所述第一 PCB編碼器元件被設(shè)置有圖案。所述相同的PCB單元可以具有連接到所述細(xì)長(zhǎng)的PCB部分元件的對(duì)端的第二 PCB編碼器元件，所述第二 PCB編碼器元件被設(shè)置有相應(yīng)的圖案識(shí)別裝置?；蛘?，存在具有這樣的第二 PCB編碼器元件而不是第一 PCB編碼器元件的PCB單元。使用這樣的PCB單元-具有第一 PCB編碼器單元的PCB單元和具有第二 PCB編碼器單元的PCB單元-這些PCB單元之間的角度編碼器被配置為與第二 PCB編碼器元件面對(duì)面的第一 PCB編碼器元件并且圍繞公共軸旋轉(zhuǎn)。
[0011]將角度編碼器配置為電容式系統(tǒng)是特別有利的。
[0012]特別節(jié)約成本的是模塊，其中，所述PCB部分元件和PCB單元中的所述至少一個(gè)PCB編碼器元件具有相同的變形特性；尤其是當(dāng)所述PCB部分元件和所述PCB編碼器元件被形成為單件PCB單元時(shí)。
[0013]為了增加模塊使用的靈活性，使用借助于柔性PCB連接元件連接到所述細(xì)長(zhǎng)的PCB部分元件的至少一個(gè)PCB編碼器元件來(lái)配置所述PCB單元是有利的。所述PCB連接元件具有比通過(guò)PCB連接元件連接的PCB元件更高的可變形性，使得所述PCB部分元件和所述PCB編碼器元件能夠被放置成具有可變的相對(duì)距離和/或能夠被布置成至少±90°的角度，優(yōu)選地在從一 100°到+100°之間的角度范圍內(nèi)，并且更優(yōu)選地在從一 180°到+180°的角度范圍內(nèi)。
[0014]在進(jìn)一步的實(shí)施方式中，所述PCB單元包括用于電力供應(yīng)所必需的傳輸裝置。
[0015]此外，有利的是如果所述PCB單元包含被配置成確保以下任務(wù)中的至少一項(xiàng)的電子設(shè)備:
[0016]?針對(duì)所述集成的角度編碼器的激勵(lì)信號(hào)的生成；
[0017]?所述集成的角度編碼器接收到的信號(hào)的譯碼；
[0018]?所述角度編碼器的校準(zhǔn)信息的存儲(chǔ)；
[0019]?用于位置測(cè)量同步的觸發(fā)信號(hào)的傳輸；
[0020]?已補(bǔ)償?shù)臏y(cè)量位置的傳輸；
[0021]?電力供應(yīng)的傳輸；
[0022]?局部溫度的測(cè)量和傳輸；
[0023]?從其他的軸或者從在所述關(guān)節(jié)臂(2)的所述第二端部處所使用的工具，尤其是從測(cè)量探頭(觸摸、觸發(fā)或者連續(xù)的)所提供的電信號(hào)的傳輸和/或放大；
[0024]?像離心率、橫向或徑向的移動(dòng)/位移、擺動(dòng)、平行度、信號(hào)強(qiáng)度這樣的其他的編碼器參數(shù)的測(cè)量和傳輸。
[0025]用于測(cè)量離心率、橫向或徑向的移動(dòng)/位移、擺動(dòng)、平行度等的傳感器系統(tǒng)和電子設(shè)備被優(yōu)選地集成在角度編碼器和/或線(xiàn)性位置編碼器內(nèi)。在WO 2011/117171A1中描述了用以測(cè)量這樣的編碼器參數(shù)的可能性以及如何處理這樣的測(cè)量的結(jié)果的可能性。這樣的測(cè)量不僅使得確定參數(shù)和確定與正常情況的偏差以及計(jì)算修正這些與正常情況的偏差成為可能，而且也使得調(diào)查在各個(gè)模塊臂部分內(nèi)由其重量所引起的彎曲現(xiàn)象以及由所述彎曲現(xiàn)象所造成的可能增大的關(guān)節(jié)的間隙成為可能。
[0026]在所述模塊化的關(guān)節(jié)臂的優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述PCB單元中的所述細(xì)長(zhǎng)的PCB部分元件被配置有足夠的剛度以支撐位于所述關(guān)節(jié)臂的所述第二端部處的工具并且構(gòu)建自支撐式臂部分。此外，所述PCB編碼器元件能夠被構(gòu)建有足夠的剛度以構(gòu)建樞軸關(guān)節(jié)，使得由所述PCB編碼器元件所構(gòu)建出的角度編碼器被集成在所述樞軸關(guān)節(jié)內(nèi)。為此，所述PCB編碼器元件被布置成抵靠彼此可樞轉(zhuǎn)并且圍繞公共軸可旋轉(zhuǎn)，使得PCB角度編碼器中的所述PCB編碼器元件的公共軸同時(shí)是所述樞軸元件的旋轉(zhuǎn)軸。
[0027]優(yōu)選地，所述剛性的PCB編碼器元件被布置成面對(duì)面并且在它們之間具有小間隙，其中，所述間隙通過(guò)間隔體保持，并且所述PCB編碼器元件通過(guò)彈簧彈力被軸向地?cái)D壓至抵靠所述間隔體以保持所述間隙穩(wěn)定。
[0028]在所述細(xì)長(zhǎng)的PCB部分元件和所述PCB編碼器元件以所描述的剛度的方式被構(gòu)建出的情況下，沒(méi)有必要提供用于所述PCB元件的任何支撐元件，這降低了每個(gè)模塊的重量和成本。
[0029]特別地，所述PCB元件的剛度是通過(guò)增強(qiáng)結(jié)構(gòu)來(lái)獲得的。
[0030]優(yōu)選地，所述增強(qiáng)結(jié)構(gòu)包括包含以下各項(xiàng)的組中的至少一種元素:包含碳纖維、碳纖維增強(qiáng)塑料層、鋁層和/或鋁合金層以及這些層的層壓制品。使用這種類(lèi)型的增強(qiáng)結(jié)構(gòu)，能夠保持低的模塊重量。
[0031]此外，也可以將所述細(xì)長(zhǎng)的PCB部分元件配置成管狀的形狀以增加穩(wěn)定性。
[0032]由這種類(lèi)型的臂部分模塊組裝成的關(guān)節(jié)臂式CMM可以是用于測(cè)量小物體的比較小的關(guān)節(jié)臂式CMM,例如多達(dá)50cm-80cm的進(jìn)料尺寸或者更小的物體。
[0033]相對(duì)于節(jié)省成本的制造，如果由這樣的剛度的細(xì)長(zhǎng)的PCB部分元件和這樣的PCB編碼器元件所形成的PCB單元與所述增強(qiáng)結(jié)構(gòu)一起在單個(gè)工藝中被形成或者這些PCB單元通過(guò)粘合或焊接的方式被固定到所述增強(qiáng)結(jié)構(gòu)，則是有利的。當(dāng)熱塑性塑料被涂覆到所述PCB元件和/或所述增強(qiáng)結(jié)構(gòu)內(nèi)部時(shí)，能夠優(yōu)選地使用焊接。
[0034]另一優(yōu)選的實(shí)施方式包括具有內(nèi)部支撐結(jié)構(gòu)的臂部分模塊，其中，所述內(nèi)部支撐結(jié)構(gòu)包括支撐所述PCB單元中的所述細(xì)長(zhǎng)的PCB部分元件的縱向延伸的框架元件和/或支撐所述PCB單元中的所述PCB編碼器元件的圓盤(pán)狀載體元件。
[0035]所述縱向延伸的框架元件優(yōu)選地是由金屬或碳纖維制成的細(xì)長(zhǎng)體。具體地，所述細(xì)長(zhǎng)體是圓柱體或者管狀體或者具有多邊形橫截面的細(xì)長(zhǎng)的實(shí)心或空心體。所述載體元件是由金屬或纖維增強(qiáng)塑料制成的。所述金屬的管狀體以及所述金屬的載體元件優(yōu)選地是由鋁、鋁合金或者其他輕金屬合金制成的。
[0036]使用具有上述類(lèi)型的內(nèi)部支撐結(jié)構(gòu)的模塊允許每個(gè)模塊具有較大尺寸，并且由此組裝較大的關(guān)節(jié)臂和用于測(cè)量像汽車(chē)這樣的較大物體的較大的關(guān)節(jié)臂式CMM。
[0037]這樣的模塊中PCB部分元件優(yōu)選地與臂部分或者底層的框架元件一樣長(zhǎng)。
[0038]在優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述細(xì)長(zhǎng)的PCB部分元件和/或PCB編碼器元件通過(guò)粘合或焊接的方式被固定在它們的支撐結(jié)構(gòu)上，其中，所述PCB部分元件和/或PCB編碼器元件具有使得當(dāng)它們被固定在它們的支撐結(jié)構(gòu)上時(shí)它們能夠復(fù)制出它們的支撐結(jié)構(gòu)的形狀的變形特性。
[0039]在進(jìn)一步優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述臂部分模塊被覆蓋有塑料或者可調(diào)和的泡沫塑料(給出這些模塊的期望的外部形狀)，并且保護(hù)整個(gè)結(jié)構(gòu)免受溫度波動(dòng)。通過(guò)該措施，每個(gè)模塊的重量只是略有增加。
[0040]在進(jìn)一步的實(shí)施方式中，所述PCB編碼器元件由剛性的圓盤(pán)狀載體元件構(gòu)建的編碼器圓盤(pán)所支撐。在每種情況下，這些編碼器圓盤(pán)中的兩個(gè)編碼器圓盤(pán)構(gòu)建出一 PCB角度編碼器，并且同時(shí)它們是樞軸關(guān)節(jié)的一部分，使得所述角度編碼器被集成在所述樞軸關(guān)節(jié)內(nèi)。圓盤(pán)狀載體元件在它們的第一表面處被覆蓋有所述PCB編碼器元件，并且被平行地并且與它們的第一 PCB覆蓋的表面彼此面對(duì)面地被布置，它們被進(jìn)一步布置成抵靠彼此可樞轉(zhuǎn)并且圍繞同心軸可旋轉(zhuǎn)，使得所述編碼器圓盤(pán)圍繞其旋轉(zhuǎn)的該同心軸是樞軸元件的旋轉(zhuǎn)軸。
[0041]所述PCB編碼器元件通過(guò)粘合或焊接或者其他合適的方法被附著到所述圓盤(pán)狀載體元件的第一表面，其中，粘合是優(yōu)選的，因?yàn)檎澈蟿┠軌驇椭胶膺@些載體表面和/或所述PCB編碼器元件的不均勻性以便實(shí)現(xiàn)平面表面，所述平面表面能夠被布置成平行面對(duì)面。
[0042]這些被布置成面對(duì)面的載體元件在它們的PCB覆蓋的第一表面之間具有小間隙的。該間隙尤其通過(guò)間隔體和推動(dòng)旋轉(zhuǎn)部件在一方向上軸向地抵靠彼此的彈簧機(jī)構(gòu)來(lái)保持穩(wěn)定。
[0043]在優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述編碼器圓盤(pán)的載體元件具有在其第一表面上支撐適合的圓形或環(huán)形形狀的PCB編碼器元件的圓形或環(huán)形形狀。在兩個(gè)編碼器圓盤(pán)之間存在間隙的情況下，所述間隔體能夠由角度編碼器內(nèi)部一起工作的一個(gè)或兩個(gè)載體元件的軸向延伸的突起部來(lái)構(gòu)建。該突起部的表面是與其他的突起部或者與相鄰的載體元件的平面表面的一部分旋轉(zhuǎn)接觸的，顯示了良好的滑行性能。這能夠通過(guò)一致的覆蓋層、內(nèi)襯或涂層來(lái)實(shí)現(xiàn)。
[0044]樞軸關(guān)節(jié)的軸和角度編碼器的軸分別被構(gòu)建為碳纖維管或金屬管。
[0045]該模塊化結(jié)構(gòu)內(nèi)的單個(gè)元件的低重量減少了應(yīng)力和彎曲現(xiàn)象，因此使用具有這樣的關(guān)節(jié)臂的關(guān)節(jié)臂式CMM所實(shí)施的測(cè)量是非常精確的。
[0046]此外，在角度編碼器的間隙內(nèi)提供滑動(dòng)接觸是可能的，以便提供從一個(gè)PCB單元到相鄰的PCB單元的電力供應(yīng)和/或數(shù)據(jù)/信號(hào)傳送。
[0047]此外，臂部分模塊能夠被形成為使得這些臂部分模塊的可伸縮的橫向移動(dòng)成為可能。為此，提供了在其外表面處支撐PCB單元的第一框架元件和在其外表面處支撐PCB單元的第二框架元件。所述第二框架元件被形成為適于容納所述第一框架元件的空心體，其中，這兩個(gè)框架元件以如下的方式相對(duì)于彼此由籠式軸承或滾珠軸承支撐:它們能夠以橫向可伸縮的方式相對(duì)于彼此移動(dòng)。該可伸縮的橫向移動(dòng)由類(lèi)似于上述的PCB角度編碼器構(gòu)建出的PCB線(xiàn)性位置編碼器來(lái)檢測(cè)。
[0048]用以形成這兩個(gè)框架元件的最簡(jiǎn)單的方法是將第一框架元件配置為具有確定的外徑的細(xì)長(zhǎng)圓柱體或管狀體并且將第二內(nèi)部框架元件配置為具有內(nèi)徑的管狀體，所述內(nèi)徑大于所述第一框架元件的外徑。第一框架元件被插入到第二框架元件內(nèi)，并且這兩個(gè)框架元件通過(guò)滾珠軸承以抵靠彼此可橫向移動(dòng)的方式和/或以抵靠彼此可旋轉(zhuǎn)移動(dòng)的方式被支撐。PCB橫向移動(dòng)編碼器和/或PCB角度編碼器被設(shè)置以便指示這兩個(gè)臂部分模塊的相對(duì)位置。
[0049]允許抵靠彼此可伸縮的橫向移動(dòng)和/或可旋轉(zhuǎn)移動(dòng)并且優(yōu)選地具有PCB橫向移動(dòng)編碼器和/或PCB角度編碼器的這樣的臂部分模塊能夠同樣通過(guò)包括配置成具有不同直徑的管子形狀的細(xì)長(zhǎng)的PCB部分元件的自支撐式PCB單元來(lái)形成。
[0050]能夠提供固定到該組件的第二端部處的最后一個(gè)臂部分模塊的工具夾持器。該工具夾持器通常攜帶有針對(duì)工具的運(yùn)動(dòng)連接和用于用戶(hù)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的某些按鈕。因此，通過(guò)用戶(hù)而不是使用已連接的編程站或者為了控制這些動(dòng)作的已連接的計(jì)算機(jī)，至少基本的動(dòng)作能夠在關(guān)節(jié)臂本身的工具設(shè)置端部處發(fā)生。它進(jìn)一步能夠被設(shè)計(jì)成允許某些旋轉(zhuǎn)或者不允許旋轉(zhuǎn)，這取決于目標(biāo)應(yīng)用。
[0051]在另一實(shí)施方式中，該組件的第二端部處的臂部分模塊提供工具而不是工具夾持器，但是如上所述，也能夠設(shè)置有控制按鈕。
[0052]假如如上所述的模塊化的關(guān)節(jié)臂被用作關(guān)節(jié)臂式CMM的關(guān)節(jié)臂，那么該工具為觸覺(jué)或光學(xué)測(cè)量探頭，其中，所述觸覺(jué)探頭具體為紅寶石球。此外，在其第一端部處的關(guān)節(jié)臂優(yōu)選地連接到底部，以便給予該關(guān)節(jié)臂穩(wěn)定的支架。此外，所述電路被配置或編程為分析由測(cè)量探頭產(chǎn)生的信號(hào)/數(shù)據(jù)，并且通過(guò)所連接的編程站或者所連接的計(jì)算機(jī)、監(jiān)視器或者其他輸出裝置來(lái)向用戶(hù)提供相應(yīng)的結(jié)果。
[0053]然而，對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，能夠很容易地看出上述的模塊化的關(guān)節(jié)臂能夠與代替測(cè)量探頭的其他工具一起來(lái)使用，諸如相機(jī)、掃描儀、鉆頭、像激光或繪制頭、切割頭等這樣的刻繪工具。因此，所提供的電路被配置或編程為相應(yīng)地控制鉆頭、刻繪頭/繪制頭/切割頭，從而控制掃描儀并且分析該掃描儀的結(jié)果，分析相機(jī)的照片，等等，并且通過(guò)監(jiān)視器、所連接的計(jì)算機(jī)或者所連接的編程/控制站來(lái)呈現(xiàn)出相應(yīng)的結(jié)果。
[0054]此外，存在集成在關(guān)節(jié)臂自身內(nèi)或者設(shè)置有關(guān)節(jié)臂式CMM或包括這樣的關(guān)節(jié)臂在內(nèi)的另一機(jī)器的電路，該電路被配置為獲取來(lái)自PCB編碼器元件的信號(hào)并且得出臂部分之間的相對(duì)位置、以及可選的它們與參考點(diǎn)或參考坐標(biāo)系的相對(duì)位置。
[0055]因此，可以提供用于構(gòu)造關(guān)節(jié)臂的模塊化的組裝工具箱，如上所述，該組裝工具箱至少包括各自具有PCB單元的臂部分模塊,并且進(jìn)一步包括公共軸’。所述PCB單元包括細(xì)長(zhǎng)的PCB部分元件和連接到所述細(xì)長(zhǎng)的PCB部分元件的一端的至少一個(gè)PCB編碼器元件。這些PCB部分元件包括用于從PCB編碼器元件傳輸編碼器信號(hào)的電子傳輸裝置。
[0056]此外，所述組裝工具箱包括包含以下的項(xiàng)在內(nèi)的組中的至少一種元素:配置為容納工具的臂部分模塊和/或配置為容納可固定在臂部分模塊處以便在關(guān)節(jié)臂的第二端部處的臂部分模塊處構(gòu)建的工具夾持器的該臂部分模塊；關(guān)節(jié)臂的第一端部處的臂部分模塊可連接到的底座；配置為獲取來(lái)自PCB編碼器元件的信號(hào)并且配置為得出臂部分之間的相對(duì)位置以及可選的它們與參考點(diǎn)或參考坐標(biāo)系之間的相對(duì)位置的電路；配置或編程為控制工具并分析由該工具提供的信號(hào)/數(shù)據(jù)并且呈現(xiàn)這些分析的結(jié)果的電路；存儲(chǔ)存儲(chǔ)器裝置上的相應(yīng)的程序。配置為獲取來(lái)自PCB編碼器元件的信號(hào)的電路和配置為控制和/或分析該工具的信號(hào)/數(shù)據(jù)的電路能夠是同一電路。
[0057]該工具能夠是包含以下各項(xiàng)的組中的至少一種:用作觸覺(jué)測(cè)量探頭的紅寶石球、光學(xué)測(cè)量探頭、相機(jī)、掃描儀、鉆頭、刻繪工具、激光頭、繪制頭、切割頭等。
[0058]所述模塊化的方法允許不同的標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品的組裝，與僅使用常用的部件相比的優(yōu)勢(shì)在于減少了必要的庫(kù)存的值。提供了商業(yè)優(yōu)勢(shì)，可以使用與該模塊化產(chǎn)品相關(guān)的配置器。因此，客戶(hù)能夠配置正是他所需要的產(chǎn)品。
[0059]為了進(jìn)一步降低系統(tǒng)的成本，校準(zhǔn)能夠被減少到最少的步驟或者完全避免。定位臂的精度能夠由粗測(cè)量系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。如果這是不可能的，單獨(dú)的組件應(yīng)當(dāng)在組裝之前進(jìn)行校準(zhǔn)，從而允許簡(jiǎn)單且通用的處理。在極端的情況下，該儀器作為一個(gè)整體也能夠被映射。
[0060]下面將參照可能的實(shí)施方式的示例更詳細(xì)地解釋本發(fā)明。圖中相同的元件使用相同的索引號(hào)來(lái)指示。應(yīng)當(dāng)理解的是，附圖是這樣的示例性實(shí)施方式的圖示表示和示意性表示，因此，不限制本發(fā)明的范圍，也不是必須按比例繪制的附圖。附圖示出了:
[0061]圖1 PCB單元的第一實(shí)施方式；
[0062]圖2 PCB單元的第二實(shí)施方式；
[0063]圖3a、3b、3c PCB單元的第三實(shí)施方式的俯視圖和兩個(gè)側(cè)視圖；
[0064]圖4a、4b 在剖視圖中的臂部分模塊的兩個(gè)實(shí)施方式；
[0065]圖5角度編碼器的實(shí)施方式；
[0066]圖6圖4a在略作修改下的實(shí)施方式A’ ；以及
[0067]圖7根據(jù)本發(fā)明的關(guān)節(jié)臂式CMM。
[0068]圖1至圖4示出了印刷電路板(PCB)單元10、12的不同的實(shí)施方式，該P(yáng)CB單元
10、12各自包括細(xì)長(zhǎng)的PCB部分元件14和至少一個(gè)PCB編碼器元件16。這些PCB部分元件包括用于傳輸至少PCB角度編碼器元件16的編碼器信號(hào)的傳輸裝置28(只在圖1和圖2中明確地示出)。在本文所示的實(shí)施方式中，PCB編碼器元件16被構(gòu)建為環(huán)。然而，取決于構(gòu)造要求，PCB編碼器元件也能夠被形成為具有像圓一樣的另一旋轉(zhuǎn)對(duì)稱(chēng)。此外，PCB部分元件14被設(shè)置在具有發(fā)送器單元32a的一端和具有接收單元32b的另一端，以便傳輸電力供應(yīng)、PCB編碼器元件的信號(hào)或者從一 PCB單元到相鄰的PCB單元的其他數(shù)據(jù)和信號(hào)。傳輸因此能夠通過(guò)無(wú)線(xiàn)電裝置、紅外線(xiàn)或藍(lán)牙信號(hào)、電容或電感耦合來(lái)執(zhí)行。正如由圖1中的箭頭所指示的，PCB部分元件能夠被形成為薄的平面或箔片，該薄的平面或箔片能夠被彎曲以形成在圖2中所示出的管狀體或者覆蓋有框架元件20的外表面(參見(jiàn)圖4)。
[0069]圖1示出了具有剛性地連接到PCB部分元件14的一端的僅一個(gè)PCB編碼器元件16的PCB單元10。PCB編碼器元件16和PCB部分元件14在該實(shí)施方式中具有相同的可變形性并且被形成為單件PCB單元10。
[0070]圖2至圖3示出了具有兩個(gè)PCB編碼器元件16、16a、16b的PCB單元12，一個(gè)PCB編碼器元件連接到PCB部分元件14的一端，而另一個(gè)PCB編碼器元件連接到該P(yáng)CB部分元件14的對(duì)端。此外，PCB部分元件14與PCB編碼器元件16能夠具有相同的可變形性，但是也能夠具有不同的可變形性和不同的進(jìn)一步的屬性。
[0071]第一 PCB編碼器元件16a(在圖2和圖4中明確地示出)具有圖案34a ;第二 PCB編碼器元件16b具有圖案識(shí)別裝置34b。將一個(gè)PCB單元的第一 PCB編碼器元件16a與另一 PCB單元的第二 PCB編碼器元件16b布置為圍繞一公共軸樞轉(zhuǎn)并且將圖案34a和圖案識(shí)別裝置34b布置為面對(duì)面，就獲得了 PCB角度編碼器或短角度編碼器40。優(yōu)選地，該角度編碼器40被創(chuàng)建為電容式系統(tǒng)，但是也能夠使用光學(xué)系統(tǒng)或其他公知的角度編碼器系統(tǒng)。
[0072]在圖2中，PCB編碼器元件16a、16b被剛性地連接到PCB部分元件14。然而，PCB編碼器元件16、16a、16b也能夠通過(guò)實(shí)際上在圖3a至圖3c中所示出的柔性的PCB連接元件18連接到PCB部分元件14。圖3a示出了具有兩個(gè)PCB編碼器元件16的PCB單元12的這種特殊實(shí)施方式的俯視圖，一個(gè)PCB編碼器元件16 (在該示例中，在圖中的左手側(cè))被剛性地連接到細(xì)長(zhǎng)的PCB部分元件14，另一個(gè)PCB編碼器元件16 (在圖中的右手側(cè))通過(guò)柔性的連接元件18被柔性地連接到PCB部分元件14。正如能夠在圖3b和圖3c的側(cè)視圖中看到的，柔性的PCB連接元件18允許PCB部分元件14和PCB編碼器元件16具有可變距離(圖3b)或者具有至少約90°的角度(圖3c)。
[0073]如果存在與PCB單元10、12的剛度有關(guān)的任何問(wèn)題，則能夠使用通過(guò)在該P(yáng)CB單元的各部位14，16上直接層壓鋁或者通過(guò)在該P(yáng)CB單元的各部位14，16上粘合碳纖維部件來(lái)加強(qiáng)。當(dāng)然，所有的電子部件必須被集成在PCB單元14，16內(nèi)。為了具有工作系統(tǒng)，板上電子設(shè)備必須確保以下任務(wù):
[0074]?針對(duì)集成的橫向或角度編碼器的激勵(lì)信號(hào)的生成；
[0075]?集成的橫向或角度編碼器的接收到的信號(hào)的譯碼；
[0076]?編碼器的校準(zhǔn)信息的存儲(chǔ)；
[0077]?用于位置測(cè)量的同步的觸發(fā)信號(hào)的傳輸；
[0078]?已補(bǔ)償?shù)臏y(cè)量位置的傳輸；
[0079]?可能地，電力供應(yīng)到后面元件的傳輸；
[0080]?可能地，局部溫度的測(cè)量和傳輸；
[0081]?可能地，其他的橫向或角度編碼器參數(shù)(離心率、擺動(dòng)、平行度、橫向和/或徑向位移/移動(dòng)、信號(hào)強(qiáng)度等)的測(cè)量和傳輸；
[0082]?可能地，從其他的臂部分或者從在關(guān)節(jié)臂的端部處所使用的工具、特別是測(cè)量探頭(接觸觸發(fā)式或連續(xù)式)所提供的其他電信號(hào)的傳輸和/或放大。
[0083]在PCB單元10、12通過(guò)增強(qiáng)結(jié)構(gòu)被配置有足夠的剛度來(lái)自我支撐的情況下，關(guān)節(jié)臂式CMM的關(guān)節(jié)臂能夠僅由這些PCB單元10、12來(lái)構(gòu)建，這些PCB單元10、12接著同時(shí)形成如同臂部分模塊的圖案。當(dāng)被制造時(shí)，優(yōu)選地通過(guò)彎曲PCB部分元件14形成管狀體或者使PCB部分元件14成形為管狀體來(lái)進(jìn)一步增加剛度。
[0084]然而，在應(yīng)當(dāng)構(gòu)建更大的關(guān)節(jié)臂式CMM的情況下，PCB單元10、12必須增大它們的尺寸，并且由于重量增加，它們必須由內(nèi)部支撐結(jié)構(gòu)來(lái)支撐。圖4a示出了這樣的臂部分模塊的第一實(shí)施方式A"和這樣的臂部分模塊的第二實(shí)施方式A’。
[0085]圖4a中所示的第一實(shí)施方式A"包括框架元件20"，該框架元件20"在其表面上粘合有PCB部分元件14"。該P(yáng)CB部分元件14’與該框架元件20" —樣長(zhǎng)，該框架元件20"在該示例中被構(gòu)建為碳纖維管或金屬管。在其一端處，第二PCB編碼器元件16b"被剛性地連接至該P(yáng)CB部分元件14"。PCB編碼器元件16b"被粘合到由金屬或纖維增強(qiáng)塑料制成的圓盤(pán)狀載體元件的表面上(參見(jiàn)圖5)。
[0086]圖4a中的臂部分模塊的第二實(shí)施方式A’包括公共的細(xì)長(zhǎng)的軸20’和沿其一半長(zhǎng)度容納該軸的外部管狀體38。外部管狀體38和軸20’通過(guò)滾珠軸承26彼此支撐。外部管狀體38能夠例如由輕金屬、碳纖維或可調(diào)和的泡沫制成。圖4b中給出了穿過(guò)軸承26的剖視圖。外部管狀體38與軸承26充當(dāng)針對(duì)長(zhǎng)軸20’的堅(jiān)固元件，并且允許設(shè)置有PCB編碼器元件16a和16b’的臂部分模塊A’的兩個(gè)端部繞軸20’旋轉(zhuǎn)。因此，PCB編碼器單元16a和16b’是該實(shí)施方式A’中的兩個(gè)PCB單元12、12’的一部分。
[0087]圖4a中的左手側(cè)處的具有兩個(gè)PCB編碼器元件16a、16b的第一 PCB單元12通過(guò)其PCB部分元件14被粘合在軸20’的外表面上。PCB部分元件14在其一端處被剛性地連接到第一 PCB編碼器元件16a，該第一 PCB編碼器元件16a伸出軸20’。第一 PCB編碼器元件16a由剛性的載體兀件(未不出)支撐，例如第一 PCB編碼器兀件16a被粘合在該剛性的載體元件上。在對(duì)端處，PCB部分元件14通過(guò)柔性的連接元件(未示出)被柔性地連接到彎曲了 90°的第二 PCB編碼器元件16b。另選地，能夠有由塑料或輕金屬制成的固定元件36，以便附加地保護(hù)軸20’的外表面上的PCB部分元件14通過(guò)粘合劑的定位。固定元件36從外部被附接到軸20’和PCB部分元件14的組件，并且能夠像帶扣或支架一樣被固定或者被粘合到PCB部分元件14上。
[0088]圖4a中的右手側(cè)示出的具有兩個(gè)PCB編碼器元件16a’、16b’的第二 PCB單元12’通過(guò)其PCB部分元件14’被粘結(jié)到管狀體38的外表面上。PCB部分元件14’被剛性地連接到第二 PCB編碼器元件16b’，該第二 PCB編碼器元件16b’伸出管狀體38 (圖4a的右手側(cè))，并且由剛性的載體元件(未示出)很好地支撐。在PCB部分元件14’的對(duì)端處，第一PCB編碼器元件16a’是通過(guò)柔性的連接元件18 (未示出)柔性地連接到PCB部分元件14’的，并且被布置成90°的角度。具有環(huán)形形狀的管狀體38的前側(cè)支撐剛性的第一 PCB編碼器元件16a’。如果有必要，附加的承載元件能夠被設(shè)置為支撐結(jié)構(gòu)。兩個(gè)PCB單元12、12’適應(yīng)于軸20’的長(zhǎng)度，使得在該軸中間的PCB編碼器元件16b、16a’能夠被布置成面對(duì)面，以形成角度編碼器44，并且同時(shí)PCB編碼器元件16a、16b’分別向右伸出軸20’和外部管狀體38，使得它們能夠像在圖4a中的左手側(cè)處被指示的一樣也與相鄰的臂部分模塊的PCB編碼器元件形成PCB角度編碼器40。該臂部分模塊A’的優(yōu)點(diǎn)是軸承26之間的相對(duì)長(zhǎng)的距離提高了旋轉(zhuǎn)軸20’的精度。由于右手側(cè)的外徑大于左手側(cè)的外徑，因此左手側(cè)獲得的直徑可以被用于集成旋轉(zhuǎn)手柄，允許容易用作末端的臂。
[0089]圖6示出了臂部分模塊的另一實(shí)施方式，這與圖4a中給出的實(shí)施方式A’是非常相似的。這兩種實(shí)施方式之間的不同之處在于所使用的PCB單元10只具有一個(gè)PCB角度編碼器元件16，這些PCB角度編碼器元件16中的每一個(gè)均被剛性地連接到在它們的對(duì)端處的PCB部分元件14。中間的柔性連接的PCB角度編碼器元件在該實(shí)施方式中不是必需的，這是因?yàn)樵趫D6中的左手側(cè)處給出的具有較小直徑的元件C被容納在圖6中的右手側(cè)處給出的元件D的管狀體38內(nèi)，僅用于沿著框架元件20和管狀體38的同心軸(未示出)的橫向移動(dòng)。外表面上具有PCB部分元件14的框架元件20由籠式軸承26支撐，該籠式軸承26將利用供管狀體38內(nèi)使用的大部分容積。通過(guò)橫向移動(dòng)編碼器(未示出，其被部分地集成在元件C的PCB部分元件14內(nèi)并且被部分地集成在元件D的管狀體38內(nèi))來(lái)檢測(cè)橫向運(yùn)動(dòng)。
[0090]雖然沒(méi)有示出，但是對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，將圖4a中的實(shí)施方式A’與圖6中的該實(shí)施方式相結(jié)合以便獲得臂部分模塊是簡(jiǎn)單的步驟，其中，兩個(gè)端部能夠橫向地移動(dòng)并且抵靠彼此可樞轉(zhuǎn)。此外，本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠以有用的方式組合所示出的實(shí)施方式中的單個(gè)元件，即使這些組合在本說(shuō)明書(shū)中并沒(méi)有被明確地描述或者象征性地示出。
[0091]圖5示出了也被稱(chēng)為PCB角度編碼器40的角度編碼器40。在該示例中，PCB編碼器元件16a和16b是環(huán)形的。它們通過(guò)粘合劑45被固定在圓盤(pán)狀載體元件44的平面的第一表面上。載體元件44的PCB覆蓋的第一表面被面對(duì)面并相互平行地布置在組裝的角度編碼器內(nèi)。圓盤(pán)狀載體元件44具有用于容納公共軸48的對(duì)準(zhǔn)的中間孔的圓形形狀，使得角度編碼器40的軸48是PCB編碼器元件的公共軸48，并且同時(shí)是樞軸關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)軸48。該示例中的載體元件44兩者在它們的中心內(nèi)都具有突出部52，從圓盤(pán)軸向地突出并且具有平行于載體元件44的PCB覆蓋的第一表面的平面前側(cè)。在組裝的角度編碼器40中，突出部52朝向彼此軸向地突出并且它們相接觸。但是，突出部52的前側(cè)具有良好的滑行特性，使得抵靠彼此的樞轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)不會(huì)造成太大的摩擦。兩個(gè)突出部52用作兩個(gè)載體元件44之間的間隔體，使得在載體元件44的兩個(gè)PCB覆蓋的第一表面之間獲得小間隙50。為了防止間隙尺寸的波動(dòng)，兩個(gè)載體元件44通過(guò)彈簧彈力F被軸向地朝向彼此擠壓。彈簧彈力F在該示例中是通過(guò)由公共軸48引導(dǎo)的彈簧56來(lái)產(chǎn)生的，該公共軸48向外超過(guò)載體元件44軸向地突出，其中，這些彈簧通過(guò)固定在公共軸48上的螺母54被預(yù)拉緊。如果有必要，能夠在螺母54和彈簧56之間以及在彈簧和載體元件44之間放置滑環(huán)(未示出)。
[0092]將PCB編碼器元件16粘合到圓盤(pán)狀載體元件44的第一表面上需要某些注意，以確保所產(chǎn)生的表面是足夠平坦的。使用應(yīng)用真空裝置的特定的粘合過(guò)程是有利的，以便確保PCB所覆蓋的表面非常平，其能夠在高精度的平行度下進(jìn)行組裝，因?yàn)镻CB編碼器元件16的未對(duì)準(zhǔn)或厚度波動(dòng)能夠通過(guò)粘合劑來(lái)補(bǔ)償。
[0093]必須要提及的是，不同于對(duì)于如圖4a中的臂部分模塊A’中所示的縱向旋轉(zhuǎn)軸，這里無(wú)需滑環(huán)，因?yàn)椴⒉恍枰鰺o(wú)限的旋轉(zhuǎn)。
[0094]在實(shí)施方式中，需要被傳輸?shù)较到y(tǒng)中的所有元件和/或串行總線(xiàn)的電力供應(yīng)被提供用于例如關(guān)于所有編碼器的位置的信號(hào)和數(shù)據(jù)的傳輸，在編碼器組件中能夠使用滑環(huán)。然而，最好避免使用滑環(huán)，并且因此通過(guò)電感裝置來(lái)傳輸所需的電力。增加兩個(gè)滑動(dòng)接觸件到編碼器組件能夠得到中間的解決方案。為了避免需要穿過(guò)整個(gè)臂來(lái)傳輸電力供應(yīng)，蓄能器可以被集成在每個(gè)臂部分模塊內(nèi)。當(dāng)該臂被放置在它的靜止位置時(shí)，那么將通過(guò)使用電觸點(diǎn)或感應(yīng)裝置來(lái)確保充電過(guò)程。在它們一側(cè)，有利地也必須使用電容裝置、光學(xué)裝置或無(wú)線(xiàn)電裝置來(lái)確保觸發(fā)和數(shù)據(jù)信號(hào)傳輸。
[0095]最后，所述臂部分模塊能夠包括用以覆蓋PCB單元的外表面的泡沫86或軟塑料，以便確保所需的形狀或外觀。此外，該泡沫具有起到隔溫作用的優(yōu)點(diǎn)。
[0096]在圖7中，示出了根據(jù)本發(fā)明的關(guān)節(jié)臂式CMM I。該關(guān)節(jié)臂式CMM I包括具有多個(gè)相鄰的臂部分68、68’、68"的關(guān)節(jié)臂2，所述臂部分68、68’、68"被配置為臂部分模塊69、69’、69"或短的臂模塊69、69’、69"。所述臂部分模塊被形成為如上所述包括PCB單元10、12并且在該示例中由泡沫86覆蓋。
[0097]正如能夠看到的，關(guān)節(jié)臂2的第一端部22由底座72支撐，使得關(guān)節(jié)臂式CMM I能夠被定位在表面上，特別是在地板或臺(tái)子上。如果需要，底座72包含電路30和所有其他全局的電子設(shè)備和蓄能器。
[0098]關(guān)節(jié)臂式CMM I被設(shè)計(jì)用于確定工具66的測(cè)量位置，在本示例中，工具66是由觸覺(jué)測(cè)量探頭78構(gòu)建的。因此，連接到底座72的是通過(guò)具有集成的角度編碼器40的樞軸關(guān)節(jié)70、70’、70"所鏈接的數(shù)個(gè)臂部分模塊69、69’、69"，使得臂模塊69、69’、69"抵靠彼此可樞轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。在關(guān)節(jié)臂2的第二端部24處的末端的模塊68" /69"處，用于工具66的工具夾持器74是可樞轉(zhuǎn)附接的，因此，工具66在給定的量以?xún)?nèi)是可自由活動(dòng)的。在該示例中，工具66/測(cè)量探頭78被設(shè)計(jì)成配置用于接觸待測(cè)量的表面點(diǎn)的紅寶石球78。關(guān)節(jié)臂式CMMI能夠被編程為那樣做，或者，例如測(cè)量探頭78能夠通過(guò)用戶(hù)使用附接到工具夾持器74的手柄76來(lái)手動(dòng)操作。用戶(hù)還能夠使用具有輸入鍵84和顯示器8的單獨(dú)的控制單元80以便控制關(guān)節(jié)臂式CMM I。所述控制單元能夠通過(guò)無(wú)線(xiàn)電、紅外線(xiàn)、藍(lán)牙或電纜與電路30或其他全局的電子設(shè)備進(jìn)行通信。
[0099]此外，編碼器40、40 "被分配到關(guān)節(jié)70、70’、70 "，并且被配置為測(cè)量每個(gè)關(guān)節(jié)
70、70’、70"的當(dāng)前相對(duì)設(shè)置。由此，編碼器40、40’被設(shè)計(jì)為如上所述的PCB編碼器和被設(shè)計(jì)為角度編碼器40或橫向編碼器40’。所述角度編碼器40被集成在使得相鄰的臂模塊能夠圍繞縱軸I旋轉(zhuǎn)的樞軸關(guān)節(jié)70內(nèi)或者使得相鄰的臂模塊能夠圍繞或多或少地垂直于縱軸I的軸P能夠樞轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的樞軸關(guān)節(jié)70內(nèi)。橫向編碼器40’被集成在橫向關(guān)節(jié)(未示出)內(nèi)或者與PCB角度編碼器40—起被集成到組合的橫向樞軸關(guān)節(jié)70"內(nèi)。這樣的結(jié)合的橫向樞軸關(guān)節(jié)70"使得相鄰的臂組件能夠沿著縱軸I橫向移動(dòng)并且能夠圍繞縱軸I旋轉(zhuǎn)。
[0100]每個(gè)關(guān)節(jié)70、70’、70"的測(cè)量到的實(shí)際設(shè)置被傳輸?shù)诫娐?0。通過(guò)組合各關(guān)節(jié)70,70'、70"的相對(duì)設(shè)置，電路30計(jì)算出工具66相對(duì)于關(guān)節(jié)臂坐標(biāo)測(cè)量機(jī)I的底座72或者事先定義的坐標(biāo)系的內(nèi)部位置-分別為測(cè)量探頭78和被探頭78所觸碰到的點(diǎn)的位置。例如，所計(jì)算出的相對(duì)于底座72的內(nèi)部位置的坐標(biāo)可以被顯示在控制單元80的顯示器82上。
【權(quán)利要求】
1.一種關(guān)節(jié)臂(2)，包括: ?第一端部(22)和第二端部(24)，所述第二端部被配置為支撐工具(66)； ?位于所述第一端部(22)和所述第二端部(24)之間的至少兩個(gè)縱向延伸的臂部分(68、68’、68〃)，其中，每對(duì)相鄰的臂部分(68、68’、68")通過(guò)樞軸關(guān)節(jié)(70、70’、70")彼此連接，所述樞軸關(guān)節(jié)(70、70’、70")具有生成指示所述臂部分(68、68’、68")的相對(duì)位置的編碼器信號(hào)的集成的角度編碼器(40)； 籲電子傳輸裝置(28)，用于從所述角度編碼器(40)向電路(30)傳輸編碼器信號(hào)，所述電路(30)被配置為根據(jù)所述編碼器信號(hào)至少得到所述相鄰的臂部分(68、68’、68")之間的相對(duì)位置以及可選地與參考點(diǎn)或參考坐標(biāo)系的相對(duì)位置； 其特征在于， 籲關(guān)節(jié)臂式CMM(I)是模塊化的結(jié)構(gòu)，其中，所述臂部分(68、68’、68")被配置為具有PCB單元(10、12)的臂部分模塊(69,69'、69")，所述PCB單元(10、12)包括細(xì)長(zhǎng)的PCB部分元件(14)以及連接到所述細(xì)長(zhǎng)的PCB部分元件(12)的一端的至少一個(gè)PCB編碼器元件(16a、16b), ?其中，相鄰的臂部分(68、68，、68")中的所述PCB編碼器元件(16a、16b)被布置成面對(duì)面并且抵靠彼此圍繞公共軸(48)能夠樞轉(zhuǎn)，使得它們形成角度編碼器(40);并且?其中，所述PCB部分元件(14)包括用于從所述PCB編碼器元件(16)朝著所述電路傳輸所述編碼器信號(hào)的所述電子傳輸裝置(28)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的關(guān)節(jié)臂(2)，其特征在于， 設(shè)置有傳感器系統(tǒng)和電子設(shè)備，其中，所述傳感器系統(tǒng)被特別地集成在角度編碼器和/或線(xiàn)性位置編碼器內(nèi)，以測(cè)量離心率、擺動(dòng)、橫向位移和/或徑向位移。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的關(guān)節(jié)臂(2)，其特征在于， 所述細(xì)長(zhǎng)的PCB元件(14)包括設(shè)置有發(fā)送單元(32a)的第一端部和設(shè)置有對(duì)應(yīng)的接收單元(32b)的相對(duì)的第二端部，其中，所述編碼器信號(hào)從一個(gè)PCB單元(10、12)到相鄰的PCB單元(10、12)的傳輸是從所述發(fā)送單元(32a)通過(guò)導(dǎo)線(xiàn)或者通過(guò)無(wú)線(xiàn)電裝置或光學(xué)裝置或者通過(guò)電感或電容耦合到相鄰的所述接收單元(32b)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中的一項(xiàng)所述的關(guān)節(jié)臂(2)，其特征在于， 所述PCB單元(10、12)包括: ?第一 PCB編碼器元件(16a)，其連接到所述細(xì)長(zhǎng)的PCB部分元件(14)的一端并且設(shè)置有圖案(34a)，和/或 ?第二 PCB編碼器元件(16b)，其連接到所述細(xì)長(zhǎng)的PCB部分元件(14)的對(duì)端并且設(shè)置有對(duì)應(yīng)的圖案識(shí)別裝置(34b)； ?其中，角度編碼器(40)包括布置成與第二 PCB編碼器元件(16b)面對(duì)面的第一 PCB編碼器元件(16a);并且 ?其中，所述角度編碼器(40)被特別地配置為電容式系統(tǒng)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中的一項(xiàng)所述的關(guān)節(jié)臂(2)，其特征在于， 所述關(guān)節(jié)臂(2)包括臂部分模塊(69、69’、69")，其中，所述PCB部分元件(14)和PCB單元(10、12)中的所述至少一個(gè)PCB編碼器元件(16、16a、16b)具有相同的變形特性，其中，所述PCB部分元件(14)和所述PCB編碼器元件(16、16a、16b)被優(yōu)選地形成為單件PCB單元(10,12)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5所述的關(guān)節(jié)臂(2)，其特征在于， 所述關(guān)節(jié)臂(2)包括臂部分模塊(69、69’、69")，其中，至少一個(gè)PCB編碼器元件(16、16a、16b)通過(guò)柔性的PCB連接元件(18)連接到所述細(xì)長(zhǎng)的PCB部分元件(14)，所述PCB連接元件(18)具有比所述被連接的PCB元件(14，16、16a、16b)更高的可變形性。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中的一項(xiàng)所述的關(guān)節(jié)臂(2)，其特征在于， 所述PCB單元(10、12)中的所述細(xì)長(zhǎng)的PCB部分元件(14)被配置有足夠的剛度以支撐所述工具(66)并且構(gòu)建自支撐式臂部分(68、68’、68")，和/或所述PCB編碼器元件被構(gòu)建有足夠的剛度以構(gòu)建樞軸關(guān)節(jié)(70、70’、70")，其中，所述剛度是通過(guò)增強(qiáng)結(jié)構(gòu)來(lái)獲得的。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的關(guān)節(jié)臂式CMM(I)，其特征在于， 所述增強(qiáng)結(jié)構(gòu)包括包含以下各項(xiàng)的組中的至少一種元素:碳纖維、碳纖維增強(qiáng)塑料層、鋁層和/或鋁合金層以及這些層的層壓制品。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至6所述的關(guān)節(jié)臂(2)，其特征在于， 所述關(guān)節(jié)臂(2)包括具有內(nèi)部支撐結(jié)構(gòu)的臂部分模塊(69、69’、69")，其中，所述內(nèi)部支撐結(jié)構(gòu)包括支撐所述PCB單元(10、12)中的所述細(xì)長(zhǎng)的PCB部分元件的縱向延伸的框架元件(20)和/或支撐所述PCB單元(10、12)中的所述PCB編碼器元件(16、16a、16b)的圓盤(pán)狀載體元件(44)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的關(guān)節(jié)臂(2)，其特征在于， 所述縱向延伸的框架元件(20)是縱向延伸體或者縱向延伸的空心體或空心管,并且所述載體元件被成形為圓形或環(huán)形。
11.根據(jù)權(quán)利要求9或10所述的關(guān)節(jié)臂(2)，其特征在于， 所述支撐結(jié)構(gòu)由包括以下各項(xiàng)的組中的至少一種材料制成:鋁或輕金屬合金、蜂窩結(jié)構(gòu)的金屬或金屬合金、蜂窩結(jié)構(gòu)的塑料、塑料泡沫、碳纖維、纖維增強(qiáng)塑料、蜂窩結(jié)構(gòu)纖維增強(qiáng)塑料、纖維增強(qiáng)塑料泡沫、纖維增強(qiáng)金屬和金屬合金。
12.根據(jù)權(quán)利要求9至11中的一項(xiàng)所述的關(guān)節(jié)臂(2)，其特征在于， 所述PCB單元(10、12)、所述PCB部分元件(14)和/或所述PCB編碼器元件(16、16a、16b)通過(guò)粘合或焊接的方式固定在它們的支撐結(jié)構(gòu)(20，44)上，其中，所述PCB單元(10、12)、所述PCB部分元件(14)和/或所述PCB編碼器元件(16、16a、16b)具有當(dāng)它們被固定在它們的支撐結(jié)構(gòu)上時(shí)使得它們能夠復(fù)制出它們的支撐結(jié)構(gòu)的形狀的變形特性。
13.根據(jù)權(quán)利要求9至12中的一項(xiàng)所述的關(guān)節(jié)臂(2)，其特征在于， 所述關(guān)節(jié)臂(2)包括由臂部分模塊(69、69’、69")所構(gòu)建的臂部分(68、68’、68")，所述臂部分模塊(69、69’、69")包括支撐PCB單元(10)的第一框架元件(20)和支撐PCB單元(10)的第二框架元件，其中，第二內(nèi)部框架元件(20’)被形成為適合于容納所述第一框架元件(20)的空心體，并且其中，所述兩個(gè)框架元件(20，20’)以如下的方式相對(duì)于彼此由籠式軸承(26)或滾珠軸承(26)支撐:它們能夠以可伸縮的方式相對(duì)于彼此移動(dòng)，并且其中，所述可伸縮的橫向移動(dòng)由PCB線(xiàn)性位置編碼器來(lái)檢測(cè)。
14.根據(jù)權(quán)利要求9至13中的一項(xiàng)所述的關(guān)節(jié)臂(2)，其特征在于， 第一框架元件(20)被配置為具有外徑的細(xì)長(zhǎng)的圓柱體或管狀體的形狀，并且第二框架元件(20’)被形成為具有內(nèi)徑的管狀體，所述第二框架元件(20’)的所述內(nèi)徑大于所述第一框架元件(20)的所述外徑，并且所述第一框架元件(20)被插入到所述第二框架元件(20’)內(nèi)，其中，所述兩個(gè)框架元件(20，20’)通過(guò)滾珠軸承(26)以抵靠彼此可橫向移動(dòng)的方式和/或以抵靠彼此可旋轉(zhuǎn)移動(dòng)的方式被支撐。
15.根據(jù)前述權(quán)利要求中的一項(xiàng)所述的關(guān)節(jié)臂(2)，其特征在于， 所述PCB元件包含被配置為確保以下任務(wù)中的至少一項(xiàng)的電子設(shè)備: ?針對(duì)所述集成的角度編碼器的激勵(lì)信號(hào)的生成； ?所述集成的角度編碼器接收到的信號(hào)的譯碼； ?所述編碼器的校準(zhǔn)信息的存儲(chǔ)； ?用于位置測(cè)量同步的觸發(fā)信號(hào)的傳輸； ?已補(bǔ)償?shù)臏y(cè)量位置的傳輸； 籲電力供應(yīng)的傳輸； ?局部溫度的測(cè)量和傳輸； ?其他的編碼器參數(shù)的測(cè)量和傳輸； ?從其他的臂部分或者從在所述關(guān)節(jié)臂(2)的所述第二端部(24)處所使用的工具所提供的電信號(hào)的傳輸和/或放大。
16.根據(jù)前述權(quán)利要求中的一項(xiàng)所述的關(guān)節(jié)臂(2)，其特征在于， 所述臂部分模塊被覆蓋有塑料或者可調(diào)和的塑料泡沫(86)。
17.根據(jù)前述權(quán)利要求中的一項(xiàng)所述的關(guān)節(jié)臂(2)，其特征在于，包括: ?底座，其用于支撐所述關(guān)節(jié)臂(2)的所述第一端部(22)處的所述臂部分模塊；和/或 ?工具夾持器(74)，其能夠固定在所述關(guān)節(jié)臂(2)的所述第二端部(4)處的所述臂部分模塊處；和/或 ?電路(30)，其獲得來(lái)自所述PCB編碼器元件的信號(hào)，所述電路(30)被配置為得出所述臂部分模塊出9、69’、69")之間的相對(duì)位置并且可選地與參考點(diǎn)或參考坐標(biāo)系的相對(duì)位置；和/或 籲一個(gè)或更多個(gè)蓄能器和/或電源。
18.一種關(guān)節(jié)臂式CMM(I)，包括: ?關(guān)節(jié)臂(2)，其具有通過(guò)樞軸關(guān)節(jié)(70、70’、70")彼此連接的關(guān)節(jié)臂部分(68、68’、68")，所述樞軸關(guān)節(jié)(70、70’、70")具有生成指示所述臂部分(68、68’、68")的相對(duì)位置的編碼器信號(hào)的集成的角度編碼器(40)； ?底座(72)，其支撐所述關(guān)節(jié)臂(2); ?電路(30)，其被配置為根據(jù)所述編碼器信號(hào)得出至少所述相鄰的臂部分出8、68’、68")之間的相對(duì)位置以及可選地與參考點(diǎn)或參考坐標(biāo)系的相對(duì)位置； 其特征在于， 所述關(guān)節(jié)臂是根據(jù)前述權(quán)利要求1至17中的一項(xiàng)所述的模塊化的環(huán)形臂。
19.用于構(gòu)造根據(jù)前述權(quán)利要求中的一項(xiàng)所述的關(guān)節(jié)臂(2)的模塊化的組裝工具箱， ?包括至少具有PCB單元(10,12)的臂部分模塊(69、69’、69〃 )，所述PCB單元(10、12)包括細(xì)長(zhǎng)的PCB部分元件(14)以及連接到所述細(xì)長(zhǎng)的PCB部分元件(14)的一端的至少一個(gè)PCB編碼器元件(16、16a、16b)， ?其中，所述PCB部分元件(14)包括:電子傳輸裝置(28)，用于從所述PCB編碼器元件(16)傳輸編碼器信號(hào)；以及公共軸(20、20’、20"、48)，當(dāng)形成角度編碼器(40)時(shí)，所述PCB編碼器元件(16、16a、16b)圍繞所述公共軸(20、20’、20"、48)旋轉(zhuǎn)。
20.根據(jù)權(quán)利要求18所述的模塊化的組裝工具箱，其特征在于， 包括:工具￠6)和/或工具夾持器(74)，其可固定在所述關(guān)節(jié)臂(2)的第二端部(24)處的臂部件模塊處；以及底座(72)，所述關(guān)節(jié)臂(2)的第一端部(22)處的臂部分模塊連接到所述底座(72)，其中，所述工具是包含以下各項(xiàng)的組中的至少一種:用作觸覺(jué)測(cè)量探頭的紅寶石球、光學(xué)測(cè)量探頭、相機(jī)、掃描儀、鉆頭、刻繪工具、激光頭、繪制頭、切割頭。
21.根據(jù)權(quán)利要求18或19所述的用于構(gòu)造關(guān)節(jié)臂式CMM(I)的模塊化的組裝工具箱，其特征在于，包括: ?工具￠6)和/或工具夾持器(74)，其能夠固定在所述關(guān)節(jié)臂(2)的所述第二端部(24)處的所述臂部件模塊處；以及 ?底座(72)，所述關(guān)節(jié)臂(2)的所述第一端部(22)處的所述臂部分模塊連接到所述底座(72)， ?其中，所述工具是觸覺(jué)測(cè)量探頭和/或光學(xué)探頭； ?電路，其被配置或者能夠配置/能夠編程為控制所述工具和/或分析從所述工具得到的信號(hào)/數(shù)據(jù)； ?可選的存儲(chǔ)裝置，其存儲(chǔ)用以控制和/或分析所述工具的程序。
【文檔編號(hào)】G01B5/008GK104380034SQ201380033035
【公開(kāi)日】2015年2月25日 申請(qǐng)日期:2013年6月20日 優(yōu)先權(quán)日:2012年6月22日
【發(fā)明者】波·佩特爾松, 帕斯卡爾·喬迪爾 申請(qǐng)人:赫克斯岡技術(shù)中心