CN101473191A

CN101473191A - 用于位置测量设备的可延伸的腿部组件

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Publication number: CN101473191A
Application number: CNA2007800225126A
Authority: CN
Inventors: 芬利·乔纳森·埃文斯; 大卫·罗伯茨·麦克默特里
Original assignee: Renishaw PLC
Current assignee: Renishaw PLC
Priority date: 2006-06-16
Filing date: 2007-06-08
Publication date: 2009-07-01
Also published as: EP2032940A1; EP2032940B1; EP2207009A2; EP2207009A3; DE602007006309D1; JP2009540317A; US20090194664A1; ATE467097T1; WO2007144587A1

Abstract

描述了一种用于测量机器例如坐标测量机器的可延伸的腿部组件(8；30)。所述可延伸的腿部组件(8；30)具有第一端部和第二端部，并且包括用于测量所述第一端部和所述第二端部之间的间距的度量装置。所述度量装置包括一个或者多个细长度量构件(44，46；76，78)，所述一个或者多个细长度量构件具有低的热膨胀系数。所述可延伸的腿部组件(8；30)可以通过枢转接头连接到一个或者多个平台(4，6；36，38)。在一种优选实施方式中，载荷承载结构(50，56)与腿部组件(8；30)的度量装置(76，78，80)机械隔离。

Description

用于位置测量设备的可延伸的腿部组件

技术领域

本发明涉及测量机器，具体而言，涉及非笛卡尔测量机器，例如六脚坐标测量机器(CMM)等。特别的是，本发明涉及用于这种机器的可延伸的腿部组件。

背景技术

各种非笛卡尔机器是已知的。例如，在专利文献US 5028180和US5604593中描述了六脚布置。具体而言，US 5028180描述了一种六脚机床，其包括上部可移动的平台，其通过六个液压式可延伸的腿部连接到基部上。这些可延伸的腿部通过耳轴或者胡克式(Hooke’s)接头连接到基部和可移动的平台上。这些可延伸的腿部是液压式，并且包括可在汽缸中运动的活塞杆。通过在汽缸上安装磁性刻度尺并且在活塞杆上安装合适的读取头，可以测量腿部延伸量。腿部的延伸因此使得刻度尺移动经过读取头，由此允许测量腿部的长度。计算机控制器用于设置每个腿部的长度，以便提供所需的平台运动。US 5604593描述了上述六脚设备的变型，其中每个可延伸的腿部的长度通过干涉测量法测量。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供一种用于测量机器的可延伸的腿部组件，所述可延伸的腿部组件具有第一端部和第二端部，并且包括用于测量所述第一端部和所述第二端部之间的间距的度量装置，其中，所述度量装置包括至少一个细长度量构件，所述至少一个细长度量构件具有低的热膨胀系数。

本发明因此提供一种可用作测量机器的部件的可延伸的腿部组件。该测量机器可以是坐标测量(CMM)，或者更有选的是，可以使非笛卡尔CMM，例如六脚或者三脚的。本发明的腿部组件可延伸，使得其第一端部和第二端部之间的间距可以变化。也设置度量设备或者装置，允许测量第一端部和第二端部之间的间距。度量装置包括至少一个具有低的热膨胀系数的细长度量构件(例如杆或者平层材料)。

在上述类型的现有技术的六脚装置中，可延伸的腿部通常包括活塞或者电子驱动电机，用于根据需要延伸和回缩每个腿部。通常，每个腿部还包括一些用于测量腿部延伸量的装置。例如，US5028180描述可液压方式延伸的腿部，其包括可在汽缸中运动的活塞。通过将磁性刻度尺安装的汽缸傻姑娘并且在活塞杆上安装合适的读取头，来测量腿部延伸量。腿部的延伸或者回缩因此使得刻度尺移动经过读取头，由此允许确定腿部的长度。

US5028180描述的类型的系统的缺点在于，活塞和汽缸的任何热膨胀使得可延伸的腿部的长度变化。但是，这种热导致的腿部长度的变化不能检测到，因为在刻度尺和读取头之间没有相对运动。这导致腿部长度的测量误差，由此导致测量物体的表面的坐标的不精确性。

尽管US5604593通过采用腿部的干涉测量减小了一些热膨胀影响，但是，这种布置实施起来复杂，而且由于振动和光学错位导致误差。此外，激光或者反光镜装置的热膨胀也会导致与US5028180的装置相关的类似误差。

相比之下，本发明的可延伸的腿部组件包括至少一个细长度量构件，其由具有低的热膨胀系数的材料形成，使得其基本上不受可在腿部组件的其他部分发生的任何热膨胀的影响。因此，腿部组件的任何热膨胀被测量，并且被结合到机器的坐标测量中。这相对于上述类型的现有技术的装置是有利的，因为现有技术的热膨胀影响不可测量。本发明的装置还允许腿部组件的大部分还是由标准的低成本容易机加工的材料形成，例如铝。

有利的是，至少一个度量构件的热膨胀系数低于15ppm/℃，优选低于10ppm/℃，更优选低于5ppm/℃，更优选低于3ppm/℃，更优选低于2ppm/℃，或者更优选低于1ppm/℃。

所述至少一个细长度量构件可以方便地由INVAR(TM)制成，其是镍铁合金，具有低的热膨胀系数，根据其精确组分，大约为0.5-1.5ppm/℃。可选择的是，所述至少一个细长度量构件可以由玻璃陶瓷材料例如ZETODUR(TM)制成。ZETODUR根据其精确组分具有大约0.02ppm/℃或者更低的热膨胀系数。这种低热膨胀系数材料可以看成比传统材料例如铝(23ppm/℃)或者黄铜(19ppm/℃)的热膨胀系数低多于一个数量级。

该可延伸的腿部组件方便地包括从所述第一端部向所述第二端部延伸的载荷承载结构。方便的是，所述一个或者多个细长度量构件的热膨胀系数比所述载荷承载结构的热膨胀系数低。方便的是，所述载荷承载结构提供穿过所述腿部组件的载荷承载路径。所述一个或者多个细长度量构件与所述载荷承载路径基本上机械隔离。换句话说，度量装置被布置成使得其不承载任何由可延伸的腿部组件承载的载荷。

有利的是，所述载荷承载结构包括第一部分和第二部分，所述第一部分可相对于所述第二部分运动。方便的是，所述载荷承载结构是伸缩式载荷承载结构，其中所述第一部分可滑动地安装在所述第二部分内。例如，载荷承载结构可以包括一个或者多个细长或者管状的部分，可以根据需要在管状部分内设置其他载荷承载支撑。伸缩式布置可以设置成具有可在外部管状部分中滑动的内部管状部分。

有利的是，可延伸的腿部组件包括用于根据需要延伸或者回缩腿部组件的驱动机构或者驱动装置。该驱动机构可以是气动的，液压的或者包括电动机。优选的是，设置带驱动装置。驱动装置可以被布置成在相关的控制器例如计算机控制器的控制下进行操作。

可以在可延伸的腿部组件的第一端部和第二端部处设置第一和第二枢转接头(例如，球和套节接头)，以便安装或者机械连接到相关的平台上。球或者套节可以设置在平台上。可延伸的腿部组件可方便地包括第一细长度量构件，其具有位于第一球接头的球附近的第一端部，第一和第二细长度量构件的纵向运动优选仅仅在球接头附近被限制。换句话说，每个细长度量构件的其他部分(即度量构件的离开接头的部分)基本上可相对于腿部组件的其他部分自由纵向运动。

有利的是，载荷承载结构包括至少一个套节，所述至少一个套节用于接合相关的球，以便形成球接头。有利的是，第一套节可以设置在可延伸的腿部的第一端部处和/或第二套节可设置在可延伸的腿部的第二端部处。第一和/或第二套节的每个可适于连接到互补的球上(例如固定到平台上的球)，使得形成球接头。腿部组件可包括在至少一个套节处或者附近连接到载荷承载结构的细长度量构件。例如，第一细长度量构件的第一端部可以方便地连接到第一套节上，第二细长度量构件的第一端部可以方便的连接到第二套节上。除了在套节处连接之外，第一和第二细长度量构件有利地自由纵向运动。

方便的是，所述至少一个套节包括中空通道，细长度量构件可穿过所述中空通道与相关的球直接接触。例如，第一套节可包括中空通道，在使用中，中空通道允许第一细长度量构件的第一端部与球接头的球直接接触。类似的，第二套节可包括中空通道，在使用中，中空通道允许第二细长度量构件的第一端部与其球接头的球直接接触。通过这种方式，细长度量构件的第一端部保持与相应的球接头的球直接接触。在这种布置中，度量构件没有通过第一或者第二套节被纵向限制，而是直接与球套节的球接触。可以设置偏压装置，以便将细长度量构件的端部偏压成与相应的球接触。

一个或者多个细长度量构件的每个有利地通过腿部组件的载荷承载结构在不多于一个位置处被纵向(轴向)限制。换句话说，每个细长度量构件可方便地在沿着其长度的单个点(在腿部组件的第一或者第二端部处或者附近)上被纵向限制，或者仅仅通过球接头的相关的球被纵向限制(即，根本不被腿部组件的任何部分限制)。

尽管优选避免了每个细长度量构件沿着其长度的纵向限制，这种度量构件可以根据需要在多个位置处被横向限制。例如，细长度量构件可以固定到腿部组件的环绕的结构上，其固定方式允许相对纵向运动(即，腿部延伸和回缩方向的运动)，但是防止径向运动。例如，可以采用软的泡沫层来将细长度量构件连接到环绕的结构(可以是载荷承载结构)上。环绕结构可以由铝形成，而细长度量构件具有低的热膨胀系数(例如，其可由INVAR形成)。泡沫层允许铝膨胀，而不会导致细长度量构件(INVAR)的相应变形。

如上所述，所述腿部组件可包括第一度量构件和第二度量构件。这些度量构件优选布置成使得所述腿部组件的第一端部和第二端部之间的间距的变化导致所述第一度量构件相对于所述第二度量构件运动。所述第一度量构件可被布置成限定有或者带有刻度尺。用于读取所述刻度尺的合适的读取头可被安装在第二细长度量构件的第二端部处或者附近。所述第一和第二细长度量构件可以被布置成使得所述腿部组件的延伸或者回缩导致所述刻度尺相对于所述读取头运动。如上所述，第一和第二细长度量构件的运动可仅仅在枢转(球)接头附近被限制。因此，载荷承载结构的热膨胀也导致在刻度尺和读取头之间的这种相对运动。该布置因此允许测量任何产生的腿部延伸/回缩之外，还允许测量可延伸的腿部的热膨胀影响。

用于测量第一和第二细长度量构件之间的相对运动的刻度尺和读取头可以是任何已知类型。例如，可以采用光学、磁性或者感应刻度尺和读取头布置。优选的是，刻度尺形成为在第一细长度量构件中的一系列亮线和暗线，读取头包括用于感测这些线经过读取头的增量光学传感器。本领域技术人员了解适于这种应用的各种类型的刻度尺和读取头。

如上所述，载荷承载结构可以设置成在可延伸的腿部的第一和第二端部之间延伸。由载荷承载结构承载的载荷通过第一和第二枢转(球)接头连接到相关的平台上。方便的是，第一和第二套节因此形成载荷承载接头的一部分，并且通过该装置的载荷路径经过第一和第二枢转接头。

取代在度量和载荷承载路径中采用球接头，可以仅仅采用球接头来将细长度量构件的第一端部相对于平台定位。载荷承载结构可以独立通过不同的方式连接到平台上。有利的是，可以在可延伸的腿部的第一和/或第二端部设置组合枢转接头组件。枢转接头组件有利地包括多轴旋转接头部分，其提供围绕两个或者更多旋转轴的旋转运动，所述两个或者更多旋转轴基本上在相交点相交，该枢转接头组件还包括球接头部分，该球接头部分包括位于所述相交点附近的球。换句话说，每个组合枢转接头可包括球接头部分和胡克式(Hooke’s)接头部分。球接头部分可以用于度量目的(例如细长构件的第一端部可以终止于这种球接头处或者附近)，而胡克式接头可以承载机械载荷(例如载荷承载结构的机械载荷)。通过这种方式，球接头的度量优点(即，精度)与多轴旋转接头的载荷承载优点(低摩擦)结合。这种布置也减小了如果承载使得接头变形的高载荷而产生的度量误差。

有利的是，组合枢转接头被布置成使得球接头的旋转中心基本上与多轴旋转接头部分的旋转中心相同。优选的是，组合枢转接头组件允许两个或者更多可延伸的腿部连接到单个球上。可选择的是，胡克式接头和球接头的旋转中心可以分开。这种组合枢转接头组件在申请人的待审国际专利申请(PCT)(代理号：731)中进行了更详细的描述，该申请与本申请要求了共同的优先权。

方便的是，为了方便，可以在可延伸的腿部的每个端部设置类似的枢转接头。但是，可以根据需要在可延伸的腿部的每个端部设置不同类型的接头。

本发明因此提供了具有第一端部和第二端部的可延伸的腿部组件，该第一端部和第二端部通过(可延伸的)载荷承载结构连接。设置度量装置，测量第一端部和第二端部之间的间距，其中度量结构与载荷承载路径基本上机械隔离。优选的是，载荷承载结构可以机械地在第一端部和第二端部附近沿着纵向限制度量装置。有利的是，度量装置的热膨胀系数比载荷承载结构低。例如，度量装置可具有如上面描述的低热膨胀系数。这种布置确保了载荷承载结构的热膨胀不会扭曲度量装置，并且允许测量载荷承载结构的任何热膨胀。

尽管上面描述的可延伸的腿部组件是针对非笛卡尔测量机器，但是，应当理解，它们可以有利地使用在各种广泛的替代应用中。

这里也描述了用于测量机器的组合接头，该组合接头包括胡克式接头和球接头部分。有利的是，组合接头被布置成使得球接头的旋转中心与胡克式接头的旋转中心基本上一致。组合接头的第一部分也进行了描述，该第一部分包括球和第一胡克式组件。也可以设置组合接头的第二部分，该第二部分包括套节和第二胡克式组件，该套节用于接合所述第一部分的球，其中，第二组件可以与第一部分的第一组件结合形成胡克式接头。

这里描述了非笛卡尔机器，其包括一对可相对运动的平台，其中，多个动力驱动的可延伸腿部和多个可延伸的测量腿部在所述平台之间延伸，其中，所述动力驱动的可延伸腿部通过胡克式接头连接到所述平台，所述可延伸的测量腿部通过球接头连接到所述平台。胡克式接头因此承载由动力驱动的腿部施加的载荷，而球将诶头提供度量装置的测量腿部的更高的精度。可以提供机器，例如六脚机器，其具有单独的测量腿部和动力驱动的腿部。测量腿部可以被布置成与动力驱动的腿部基本上平行。可选择的是，测量腿部和动力驱动的腿部可以设置成不同的构造。计算机或者其他控制器可以设置来控制动力驱动的可延伸腿部，并且接收来自可延伸的测量腿部的测量结果。

附图说明

现在将借助示例，参照附图来更详细描述本发明，其中：

图1示出了六脚坐标测量机器；

图2示出了本发明的可延伸的腿部的操作原理；

图3示出了本发明的另一可延伸的腿部组件；

图4示出了用于将可延伸的腿部连接到平台上的接头；

图5示出了一种替代的用于将可延伸的腿部连接到平台上的接头；

图6示出了一种替代的用于将可延伸的腿部连接到平台上的接头，其中度量和载荷承载功能是分开的；

图7示出了又一允许两个腿部连接到平台上的接头；

图8示出了图4所示套节的变型；

图9示出了图5所示的套节的变型；以及

图10示出了可如何提供单独的度量和载荷承载腿部。

具体实施方式

参照图1，示出了六脚坐标测量机器(CMM)。该六脚CMM包括基部平台4和可移动的平台6，它们通过六个可延伸的腿部8分开。三个球接头10设置在基部4上，三个球接头13设置在平台6上。每个球接头连接到两个可延伸的腿部的端部。主轴14安装在平台6的下侧，并且被布置成保持具有触针18的测量探头16，该触针18具有球形触针尖端。该测量探头可以是碰触触发式探头或者任何已知类型的测量探头。

每个可延伸的腿部8的长度可通过相关的计算机控制器20来控制。改变各个腿部的长度允许平台6，并因而允许主轴14相对于基部运动。这种布置允许测量位于基部4上的对象(例如工件)的形状。

如上所述，已经意识到，可以通过将可延伸的腿部的度量和载荷承载功能分开来获得可延伸的腿部的长度的改进的测量。换句话说，在载荷承载结构上的热膨胀可以与度量结构机械隔离，该度量结构由具有低的热膨胀系数的材料形成。

参照图2，其示出了可延伸的腿部30的基本原理。

可延伸的腿部30包括外部管状部分32和内部管状部分34。内部管状部分34可在外部管状部分32中滑动，由此形成可伸缩延伸的腿部。内部管状部分34和外部管状部分32的最外端部分别通过第一球接头40和第二球接头41连接到第一平台36上和第二平台38上。每个球接头包括球和套节，球固定地连接到平台上，套节设置在可延伸的腿部的端部。驱动装置42根据需要提供腿部的延伸和回缩。尽管内部管状部分34和外部管状部分32在图2中示出，但是应当注意，可以提供任何种类的伸缩式布置。

图2示意性地示出了驱动机构或者驱动装置42，其可包括任何在内部管状部分34和外部管状部分32之间引入相对轴向运动的布置。例如，驱动装置可以是液压活塞、螺旋千斤顶或者其可以包括电子驱动布置。在使用中，驱动装置42使得可延伸的腿部延伸和回缩，由此根据需要将第一和第二平台推开，或者将它们拉到一起。任何施加的载荷经由管状部分通过可延伸的腿部30传递。

除了管状(载荷承载)部分之外，可延伸的腿部还包括单独的度量结构。该度量结构包括第一度量构件44和第二度量构件46。

第一度量构件44包括细长构件，光学刻度尺形成在该细长构件上。第一度量构件44的第一端部连接到与第一球接头40的球尽可能接近的结构上。第一度量构件44的第二端部可以自由纵向运动，但是其可由环绕的内部管状部分34支撑以便防止径向运动。第一度量构件被限制轴向运动的唯一点因此是第一球接头40附近的点，第一度量构件44的其他部分可以相对于可延伸的腿部的环绕构件自由轴向运动。

第二度量构件46也是细长构件的形式。第二度量构件46的第一端部连接到与第二球接头41的球尽可能接近的结构上。第二度量构件46的第二端部携带光学读取头43，其适于读取第一度量构件44的光学刻度尺。第二度量构件46的第二端部可以自由纵向运动，但是其由环绕的外部管状部分32支撑以便防止径向运动。第二度量构件被限制轴向运动的唯一点是第二球接头41附近的点，第二度量构件的其他部分可以相对于可延伸的腿部的环绕结构自由轴向运动。

第一度量构件44和第二度量构件46主要由具有低的热膨胀系数的材料制成。例如，它们可以包括INVAR(TM)或者ZERODUR(TM)，这两种均可以商业获得。

上述度量结构允许测量第一和第二球接头之间的间隔。与现有技术的装置不同，刻度尺和读取头不是直接沿着其长度机械连接到可延伸的腿部的管状部分。相反，每个构件仅仅在一个位置在腿部的端部附近连接到管状部分。尽管管状部分的热膨胀会使得腿部的长度增加，但是这种增加会导致第一度量构件相对于第二度量构件的可测量的运动。同样，如果可延伸的腿部通过施加静态或者动态力而延伸或者压缩，也会存在第一度量构件相对于第二度量构件的可测量的运动。度量(即腿部长度的测量)的精度不受腿部的管状部分的热膨胀或者施加到管状部分的力的影响。尽管图2示出了光学刻度尺和读取头的布置，但是应当理解，可以替代的使用非光学的位置编码器(例如磁性或者电容系统)。

可延伸的腿部30因此具有一体的度量装置或者设备，用于测量其长度，其不受主载荷承载结构的热膨胀或者收缩的影响。因此，可以看出，该布置提供了不传递载荷的度量结构。换句话说，可延伸的腿部30包括与度量结构(即，度量构件44和46)分开独立的载荷承载结构(即，管状部分32和34)。

参照图3，其更详细示出了本发明的动力驱动的可延伸的腿部。其也提供了穿过腿部的各种截面图。

该可延伸腿部包括内部管状部分50，其第一端部52通过第一球接头54连接到第一平台上。该可延伸的腿部还包括外部管状部分56，其第一端部58通过第二球接头60连接到第二平台上。内部管状部分50的第二端部位于外部管状部分56内，形成可滑动的伸缩式腿部结构。

内部支撑撑杆62也位于外部管状部分56内。撑杆62的一端机械连接到第二球接头60上。内部支撑撑杆62的另一端在终止于刚好未到达外部管状部分56的第二端部的位置。内部管状部分50的内部尺寸被选择成使得内部支撑撑杆62可在其中滑动。

内部支撑撑杆62带有带驱动装置，其具有第一滑轮64和第二滑轮66，带68围绕这些滑轮经过。设置马达70以便驱动第一滑轮64，由此驱动带68。内部管状部分50的第二端部具有连接构件72，该连接构件72固定到带68上。因此带68的运动使得内部管状部分和外部管状部分相对纵向运动。设置O形环74，以便防止内部管状部分和外部管状部分任何横向运动。

第一度量构件76从内部管状部分的第一端部(即，从第一球接头54)延伸。第一度量构件76的运动仅仅在第一球接头54的附近被纵向限制。但是，该第一度量构件76通过柔性泡沫层连接到内部管状部分50的内表面上，使得防止任何横向运动。

第二度量构件78从外部管状部分的第一端部(即从第二球接头60)延伸。第二度量构件78保留两个平行的导轨，其在第二球接头60附近并且在内部支撑撑杆62的端部附近的点会聚。第二度量构件78的运动仅仅在第二球接头60附近被纵向限制。但是，通过将第二度量构件78使用柔性泡沫层连接到内部支撑撑杆62上，防止了第二度量构件78的横向运动。

读取头80安装在第二度量构件78的远端，刻度尺形成在第一度量构件76上。由于内部管状部分和外部管状部分延伸或者回缩，刻度尺相对于读取头运动，由此提供对其间的相对运动的测量。如上所述，这种布置允许测量腿部的载荷承载部分的任何热膨胀或者任何其他变形。

参照图4，示出了套节100，其适于将可延伸的腿部的单独的度量和载荷承载部分连接到球103上，球103固定到平台上。套节100和球103因此形成球接头。具体而言，套节100适于包括在上述参照图2和3描述的类型的可延伸的腿部的每个端部处。

套节100包括球接触端部102，其提供与相关的球103的三个或者更多接触或者锥形接触点。套节100连接到可延伸的腿部的载荷承载结构104(例如图2所示的内部管状部分和外部管状部分)和该腿部的度量构件106(例如，图2所示的第一度量构件和第二度量构件)上。套节100被布置成使得度量构件106的端部基本上位于球103的附近。

套节100因此将度量构件106和载荷承载结构104连接到球103上。度量构件106可以相对于载荷承载结构104仅在该套节处轴向固定。度量构件106其他部分可以相对于载荷承载结构104自由轴向运动。

如上所述，度量构件106由具有低的热膨胀系数的材料(例如INVAR)形成。实际上，对于本发明，INVAR的热膨胀系数可以非常接近地被认为是零。但是，套节100由青铜(其具有可感知的热膨胀系数)制成，以便提供足够的机械强度。因此在度量路径即度量构件106和球103之间中的青铜的小的长度(x)会导致小量的热膨胀。但是，这种青铜的效果是最小的，因此可以通常被忽略。取代青铜，可以采用任何合适的强的材料(例如钢)，来提供套节。

参照图5，示出了一种替代的套节110。套节110由青铜形成并且奥康球接触端部112，其提供与相关的球113的三个或者更多接触点。套节110也连接到可延伸的腿部的载荷承载结构114上。

设置穿过套节110的中空芯，度量构件116穿过该中空芯，使得度量构件116的端部直接与球113接触。载荷承载结构114包括环形图元115，其固定在度量构件116穿过的通道内。环形图元117也设置在度量构件116上。弹簧118位于凸缘115和117之间，使得度量构件116偏压成与球接触。

在该布置中，仅仅度量构件1的材料处于度量路径中。换句话说，与上述参照图4描述的一样的少量的热膨胀被去除，由此进一步增加了测量精度。

上述实施例描述了可延伸的腿部的度量和载荷承载结构如何在该腿部中分开独立。具体而言，上述例子描述了载荷承载和度量路径如何在球接头的套节附近或者在球处来到一起。现在将描述如可通过分开将可延伸的腿部的度量和载荷承载路径连接到表面上的接头来进一步实现性能的改进。

参照图6，示出了将单独的度量路径和承载路径连接到表面的枢转接头120的第一例子。具体来说，图6a示出了接头120的侧视图，而图6b和6c分别示出了沿着图6a中的线I-I和II-II的横截面图。

接头120包括成对平行腿部122，其从平台124表面伸出。所述成对的腿部122枢转安装到环形部件126上径向相对的位置。Y形承载构件128通过另一对腿部或者突出部也枢转安装到环形部件126上两个径向相对的点。这样提供了所谓的胡克式接头，其具有两条基本上相交的旋转轴，这两条旋转轴允许围绕旋转中心130枢转。胡克式接头将机械载荷从承载构件128传递到平台124。尽管示出了环形部件126，这种部件可以采取允许两对突起连接并且提供允许围绕球体的间隙的中心孔的任何形式。

接头120还包括球体132，其连接到平台124并布置成使其中心基本上与胡克式接头旋转轴的交点重合。度量构件130与承载构件128的轴同轴延伸。度量构件130端部与球体132直接接触。因此球接头的设置单纯用于度量目的，即不通过球接头传递载荷。

接头120因此允许可延伸腿部的承载结构和度量构件通过不同的路径连接到平台。具体来说，接头120提供胡克式接头，用于将载荷从腿部连接到平台，这利用了所述接头摩擦较小且承载能力较高的特点。接头120还包括球接头，该球接头固有地比胡克式接头更为精确，从而将度量构件连接到平台。接头120因此结合了胡克式接头的优势(即，低摩擦和高承载能力)与球接头的度量优势(即，高精度)。

因此，图6所示的接头120允许上述类型的单一可延伸腿部连接到单一平台。但是，通常需要提供能够接收两个或者更多不同可延伸腿部的端部的接头。例如，需要这种接头来实施参照图1描述的六脚结构。

参照图7，示出了另外的接头150，用于将两条可延伸腿部连接到平台160。

接头150布置成接收第一可延伸腿部的第一承载构件152和第一度量构件154。第二承载构件156和第二度量构件158也被第二可延伸腿部容纳。该接头还包括锚定到平台160的中央结构159。

第一托架162经由轴承164安装到中央结构159，以使第一托架162可以围绕第一旋转轴线A转动。第一承载构件152端部带有凸起，以允许第一承载构件152可以经由轴承166旋转安装到第一托架162，从而使第一承载构件152可以围绕第二旋转轴线B转动。这样，接头150允许第一承载构件基本上围绕中心C以两个旋转自由度旋转。

第二托架170也经由轴承172安装到中央结构159，以使第二托架170可以围绕基本上与第一旋转轴线A同轴的轴线旋转。第二承载构件156端部带有凸起，以允许第二承载构件156经由轴承174旋转安装到第二托架170，从而使第二承载构件156可以围绕同样基本上相交于中点C的轴线D旋转。接头150因此允许第二承载构件基本上围绕中心C以两个旋转自由度旋转。

中央结构159也带有位于立杆上的球体176，该球体的中心定位地基本上与中心C重合。第一度量构件154和第二度量构件158与球体176直接接触。可以设置适当的套节(未示出)以保持度量构件154和158的端部与球体17接触，或者它们可以被偏压以接触该球体，以使在正常操作条件下保持这种球形接触。

接头150因此允许上述这种两条可延伸腿部的端部连接到平台。胡克式接头布置因此允许提供承载连接，同时经由球接头提供度量路径。虽然示出了两条可延伸腿部，但是应该理解，根据需要可以设置多于两条腿部。

参照图8和图9，示出了参照图4和5描述的套节的变形，其中，提供了额外的非接触距离测量装置。

图8示出了连接到可延伸的腿部的载荷承载结构304和度量构件306上的套节300。套节300还包括球接触端部302，用于接合相关的球303。非接触距离测量装置308也由套节300保持，并且布置成测量套节300与球303之间的距离d。这确保了套节300与球303之间的距离总是高精度地知道，由此进一步提高了度量性能。

图9示出了具有用于接合球313的端部312的套节310。套节310也连接到可延伸的腿部的载荷承载结构314上。设置穿过套节310的中空芯，度量构件31穿过该中空芯。偏压机构320布置成朝着球313偏压度量构件316。度量构件316的位于套节310的芯内的端部具有支撑结构318，非接触距离测量装置308连接到该支撑结构318上。该非接触距离测量装置308被布置成测量套节300和球303之间的距离d，由此进一步增加了度量性能。

上述参照图8和9描述的非接触距离测量装置308可包括电容传感器、涡电流传感器或者光学传感器(例如激光干涉仪或者激光三角测量装置)。应当理解，可以在参照图6和7描述的类型的接头中包含类似的非接触距离测量装置。

尽管参照图6和7描述了组合式接头，应当理解，可以设置单独的(空间上分开的)胡克式和球接头，以实现类似的效果。

图10示出了与第二移动平台202分开的第一(例如，基部)平台200。动力驱动的可延伸腿部204和度量腿部206连接到第一平台和第二平台。动力驱动的可延伸腿部204包括驱动装置(未示出)，以使其可以根据需要伸展或收缩。度量腿部206不包括这种驱动装置，但是包括测量其长度的装置。度量腿部可以包括上述那种包含在(非动力驱动的)伸缩式管状壳体内的第一度量构件和第二度量构件。可以设置一条或多条联杆208来保持动力驱动的腿部204和度量腿部206在操作中彼此平行。

动力驱动的可延伸腿部204经由胡克式接头210连接到两个平台，同时度量腿部206经由球接头212连接到所述平台。这种布置允许与球接头相关联的度量益处与胡克式接头的低摩擦(低磨损)优势相结合。

应该注意，CMM通常包括多条动力驱动的可延伸腿部和多条度量腿部。例如，六脚布置可以设置有六条动力驱动的可延伸腿部和六条度量腿部。虽然每条度量腿部都可以与动力驱动的腿部相邻和/或与之平行，但是这并不是严格必要的，因为动力驱动的腿部和度量腿部可以任意布置。

参照图2到10描述的各个布置的一个或者多个可以在图1所示类型的六脚CMM上实施。但是，应当记住，图1提供了仅仅是非笛卡尔测量装置的一个例子，可以实施很多替代的布置。例如，在本申请人的要求英国专利申请No.0611979.6的待审国际专利申请(PCT)中描述了一种改进的接入六脚CMM。上述腿部和接头可以在替代的装置中使用，并且可以甚至用于非CMM装置中。本领域技术人员因此应当理解，可以有利地采用对这里描述的装置的多种变型应用。

Claims

1.一种用于测量机器的可延伸的腿部组件，所述可延伸的腿部组件具有第一端部和第二端部，并且包括用于测量所述第一端部和所述第二端部之间的间距的度量装置，其中，所述度量装置包括一个或者多个细长度量构件，所述一个或者多个细长度量构件具有低的热膨胀系数。

2.根据权利要求1所述的组件，其特征在于，所述组件包括从所述第一端部向所述第二端部延伸的载荷承载结构。

3.根据权利要求2所述的组件，其特征在于，所述一个或者多个细长度量构件的热膨胀系数比所述载荷承载结构的热膨胀系数低。

4.根据权利要求2到3中任一项权利要求所述的组件，其特征在于，所述载荷承载结构提供穿过所述腿部组件的载荷承载路径，其中，所述一个或者多个细长度量构件与所述载荷承载路径基本上机械隔离。

5.根据权利要求2到4中任一项权利要求所述的组件，其特征在于，所述载荷承载结构包括第一部分和第二部分，所述第一部分可相对于所述第二部分运动。

6.根据权利要求5所述的组件，其特征在于，所述载荷承载结构是伸缩式载荷承载结构，其中所述第一部分可滑动地安装在所述第二部分内。

7.根据权利要求2到6中任一项权利要求所述的组件，其特征在于，所述一个或者多个细长度量构件中的每个通过所述载荷承载结构在不多于一个位置处被纵向限制。

8.根据权利要求7所述的组件，其特征在于，所述一个或者多个细长度量构件中的每个仅仅在所述腿部组件的第一端部或者第二端部处或者附近被纵向限制。

9.根据权利要求7到8中任一项权利要求所述的组件，其特征在于，所述一个或者多个细长度量构件中的每个通过所述载荷承载结构在多个位置处被横向限制。

10.根据权利要求2到9中任一项权利要求所述的组件，其特征在于，所述载荷承载结构通过第一枢转接头与第一相关结构机械连接，所述第一枢转接头位于所述可延伸的腿部组件的第一端部处。

11.根据权利要求20所述的组件，其特征在于，所述载荷承载结构通过第二枢转接头与第二相关结构机械连接，所述第二枢转接头位于所述可延伸的腿部组件的第二端部处。

12.根据权利要求2到11中任一项权利要求所述的组件，其特征在于，所述载荷承载结构包括至少一个套节，所述至少一个套节用于接合相关的球，以便形成球接头。

13.根据权利要求12所述的组件，其特征在于，所述至少一个套节包括中空通道，细长度量构件可穿过所述中空通道与相关的球直接接触。

14.根据权利要求12所述的组件，其特征在于，细长度量构件在所述至少一个套节处或者附近连接到所述载荷承载结构上。

15.根据前述权利要求中任一项权利要求所述的组件，其特征在于，所述一个或者多个度量构件包括第一度量构件和第二度量构件，所述腿部组件的第一端部和第二端部之间的间距的变化导致所述第一度量构件相对于所述第二度量构件运动。

16.根据权利要求15所述的组件，其特征在于，所述第一度量构件带有刻度尺，所述第二度量构件包括用于读取所述刻度尺的读取头，所述腿部组件的延伸或者回缩导致所述刻度尺相对于所述读取头运动。

17.根据前述权利要求中任一项权利要求所述的组件，其特征在于，所述组件包括用于伸出和回缩所述腿部组件的驱动机构。

18.根据前述权利要求中任一项权利要求所述的组件，其特征在于，所述至少一个细长度量构件具有低于15ppm/℃的热膨胀系数。

19.根据前述权利要求中任一项权利要求所述的组件，其特征在于，所述至少一个细长度量构件由例如INVAR(TM)的镍铁合金和例如ZERODUR(TM)的玻璃陶瓷材料形成。

20.一种可延伸的腿部组件，所述可延伸的腿部组件具有第一端部和第二端部，所述可延伸的腿部组件包括：载荷承载结构，其提供从所述第一端部到所述第二端部的载荷承载路径；以及用于测量所述第一端部和所述第二端部之间的间距的度量装置，其中，所述度量装置与所述载荷承载路径基本上机械隔离。

21.根据权利要求20所述的组件，其特征在于，所述度量装置的热膨胀系数比所述载荷承载结构的热膨胀系数低。