[发明专利]测量系统

说明书

技术领域

本发明的实施方式总体上涉及坐标测量机和使用坐标测量机的方法。这些是用于测量工件表面的点的坐标、用于沿着扫描路径扫描工件的表面、记录沿着扫描路径的点序列的坐标的装置。

背景技术

坐标测量机(CMM)用于尺寸测量的领域并且在该领域中已知。在很多情况下，该CMM包括：基准表面，例如上面能够放置被测工件的经矫正的花岗岩平面；以及可移动支承部，该可移动支承体能够通过线性致动器和编码器的适当组件在三个坐标XYZ中精确定位。具有此结构的CMM通常被称为“门式(gantry)”或者“桥式(bridge)”CMM，并且例如已经在专利申请EP 1975546和US 5189806中进行了描述。

尽管“桥式”CMM系统主要依靠线性自由度根据需要对支承部进行定位，但是其它已知的测量系统使用多个转动自由度来对可移动支承部进行定位。例如，在US6354012和US5528505中对这种机器进行了描述。

可变方向桥式CMM系统也是已知的。这些系统包括：可旋转头，该可旋转头能够使可移动支承部转动；以及例如沿着一个、两个、或者三个正交轴附接在该可旋转头上的坐标探针。在EP 1672309中可以找到这种设备的示例。

坐标探针可以是简单的接触触发探针，其确定接触的时刻，例如在EP 1610087中所描述的。在其它情况下，尤其在使用探针以连续接触来扫描表面时，已知使用确定触笔的偏移(deflection)量的探针(例如通过LVDT或者应变仪传感器)，并且将该偏移发送到控制器，以结合(integrate)到坐标计算中。

能够用于CMM中的光学探针当中的微成像数字系统与机械测量探针类似地运动，并且关注于将被测量坐标的点，而不接触该材料，允许进行3D坐标测量。同样可以使用激光坐标探针，该激光坐标探针能够在通过扫描激光束照射被测量物体的表面上的点时确定被测量物体的表面上的点的坐标。

现有技术的坐标测量系统在不牺牲坐标精度的情况下能够实现的最大扫描速度方面存在限制。具体地，在高扫描速度下，快速振荡运动的物体(mass)产生的振动是很难从采样点隔离并且量化的测量误差源。

已知的坐标测量系统的另一限制是需要对具有不同尺寸和大小的探针的大量选择，以测量复杂工件。频繁的探针更换使得测量变慢并且降低了系统的效率。长且重(massive)的探针还增加了测量误差并且增加了接触点处的扫描速度。

通过采用对沿着三个轴的偏移敏感的复杂扫描探针，可以减少探针的数量，并且电动旋转头能够使探针绕着三个独立的轴连续旋转。然而，这些系统相对昂贵和易损坏(delicate)。

具有一个或者更多个转动自由度的坐标测量系统在本领域已知，例如EP 1975546描述了一种具有一个或多个转动自由度的能够在两个方向上连续旋转并且无限旋转的CMM。这种高速旋转扫描系统允许快速并且精确地获得大量表面数据。不幸的是，动力学的复杂度和探针的高速度增加了探针或者探针支承部平台不可预知的碰撞到被测量的工件的风险和后果，尤其是在工件相对于其标称尺寸具有大的公差时。

发明内容

因此需要一种坐标测量系统，该坐标测量系统能够以高速度以及经减小的振动和误差获取工件的表面上的大量坐标点。还需要一种测量探针，该测量探针能够适用于复杂表面，并且能够以比已知的多轴探针更低的成本在高速旋转的CMM中安全使用。

根据本发明，这些目的通过所附的权利要求的对象来实现。

附图说明

根据对以示例的方式给出的并在附图中例示的实施方式的描述，将更好地理解本发明，在附图中：

图1示出具有线性偏移编码器的接触扫描探针。

图2例示图1的探针的截面。

图3例示用于模块化(modular)探针的连接器。

图4示出模块化扫描探针的摆动(swing)版本。

图5是图4的摆动探针的连接器侧的视图。

图6是用于图1和图4例示的探针的旋转配件(fitting)的截面图。

图7例示模块化非接触激光扫描探针。

图8是图7的探针的截面。

图9是图7所示的连接器的俯视图。

图10示出安装在2轴腕上的图1的线性偏移探针。

图11例示分度(index)2轴腕上的图4和图6的发明装置。

图12例示分度2轴腕上的图7和图6的发明装置。

图13到图15示出图10-图12的装置，但具有线性连续2轴腕。