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Hintergrund der Erfindung
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1. Gebiet der Erfindung
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Die
Erfindung betrifft im allgemeinen Koordinatenmessgeräte (CMMs)
und insbesondere tragbare CMMs mit einem angelenkten Arm.
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2. Stand der Technik
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Derzeit
sind tragbare angelenkte Arme als ein Messsystem mit einem Hostcomputer
und Anwendungssoftware vorgesehen. Der angelenkte Arm wird üblicherweise
verwendet, um Punkte auf einem Objekt zu messen, und diese gemessenen
Punkte werden mit aus durch rechnerunterstütztem Zeichnen und Konstruieren
(CAD) gewonnenen Daten, die auf dem Hostcomputer gespeichert sind,
verglichen, um zu bestimmen, ob das Objekt innerhalb der CAD-Spezifizierung
liegt. Mit anderen Worten sind die CAD-Daten die Referenzdaten,
mit denen tatsächliche
Messungen, die von dem angelenkten Arm durchgeführt werden, verglichen werden.
Der Hostcomputer kann auch Anwendungssoftware enthalten, die den
Bediener durch das Prüfverfahren
führt. Bei
vielen Situationen im Zusammenhang mit komplizierten Anwendungen
ist diese Anordnung geeignet, da der Benutzer die dreidimensionalen
CAD-Daten auf dem Hostcomputer betrachten wird, während er auf
komplexe Befehle in der Anwendungssoftware reagiert.
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Ein
Beispiel für
ein tragbares CMM des Stands der Technik zur Verwendung in dem vorstehend
besprochenen Messsystem ist in dem
US-Patent
Nr. 5,402,582 ('582)
offenbart, das an den Rechtsinhaber dieser Anmeldung vergeben wurde. Das
Patent '582 offenbart
ein herkömmliches
dreidimensionales Messsystem, das aus einem manuell betriebenen,
mehrfach gegliederten angelenkten Arm mit einer Stützbasis
an dessen einem Ende und einer Messsonde an dem anderen Ende besteht.
Ein Hostcomputer kommuniziert mit dem Arm über einen zwischengeschalteten
Controller oder eine Serienbox. Es ist ersichtlich, dass der Arm
in dem Patent '582
elektronisch mit der Serienbox kommunizieren wird, welche wiederum
mit dem Hostcomputer elektronisch kommuniziert. Das ebenfalls vergebene
US-Patent 5,611,147 ('147) offenbart ein ähnliches CMM
mit einem angelenkten Arm. In diesem Patent schließt der angelenkte
Arm eine Reihe von wichtigen Merkmalen ein, einschließlich einer
zusätzlichen Rotationsachse
an dem Sondenende, wodurch somit ein Arm mit entweder einer zwei-eins-drei
oder einer zwei-zwei-drei-Gelenkkonfiguration
vorgesehen ist (wobei der letztere Fall ein Arm mit 7 Achsen ist),
sowie verbesserten vorgespannten Lagerkonstruktionen für die Lager
im Arm.
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Noch
weitere relevante CMMs des Stands der Technik umfassen das ebenfalls
vergebene
US-Patent Nr. 5,926,782 ('782), das einen angelenkten
Arm mit verriegelbaren Überführungsgehäusen zum
Eliminieren von einem oder mehreren Freiheitsgraden vorsieht, und
das
US-Patent 5,956,857 ('857), das einen angelenkten
Arm mit einem schnell abnehmbaren Aufbausystem vorsieht.
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Aktuellere
tragbare CMMs der hier beschriebenen Art erfordern nicht die Verwendung
eines zwischengeschalteten Controllers oder einer zwischengeschalteten
Serienbox, da deren Funktionalität
nun in der von dem Hostcomputer bereitgestellten Software inkorporiert
ist. Zum Beispiel offenbart das ebenfalls vergebene
US-Patent 5,978,748 ('748) einen angelenkten Arm
mit einem integrierten Controller, der eine oder mehrere ausführbare Programme speichert
und der dem Benutzer Anweisungen gibt (z.B. Prüfverfahren) und die CAD-Daten,
die als die Referenzdaten dienen, speichert. In dem Patent '748 ist ein Controller
an dem Arm angebracht und führt das
ausführbare
Programm aus, das den Benutzer durch ein Verfahren, wie ein Prüfverfahren,
führt.
In einem derartigen System kann ein Hostcomputer verwendet werden,
um das ausführbare
Programm zu erstellen. Der an dem Arm angebrachte Controller wird
verwendet, um das ausführbare
Programm durchzuführen,
er kann jedoch nicht verwendet werden, um ausführbare Programme zu erstellen
oder ausführbare
Programme zu ändern.
Analog zu Videospielsystemen dient der Hostcomputer als Plattform zum
Schreiben oder Ändern
eines Videospiels, und der an dem Arm angebrachte Controller dient
als Plattform zum Spielen eines Videospiels. Der Controller (z.B.
Spieler) kann das ausführbare
Programm nicht ändern.
Wie in dem Patent '748
beschrieben ist, führt
dies durch Eliminieren der Notwendigkeit eines Hostcomputers für jeden
angelenkten Arm zu einem kostengünstigeren
dreidimensionalen Koordinatenmesssystem. Die
US-Anmeldung
mit dem Aktenzeichen 09/775,236 ('236), die an den Rechtsinhaber dieser
Anmeldung vergeben wurde, offenbart ein Verfahren und ein System
zum Bereitstellen von ausführbaren
Programmen für
Benutzer von Koordinatenmesssystemen der Art, die in dem Patent '748 offenbart ist.
Das Verfahren umfasst das Empfangen einer Anforderung zum Erstellen
eines ausführbaren Programms
von einem Kunden und das Erhalten von Informationen in Bezug auf
das ausführbare
Programm. Das ausführbare
Programm wird dann entwickelt und führt einen Bediener durch eine
Reihe von Messschritten, die mit dem dreidimensionalen Koordinatenmesssystem
durchzuführen
sind. Das ausführbare
Programm wird dem Kunden, vorzugsweise über ein Online-Netzwerk, wie das
Internet, geliefert.
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Das
ebenfalls vergebene
US-Patent
Nr. 6,131,299 ('299)
offenbart einen angelenkten Arm mit einer Anzeigevorrichtung, die
auf diesem positioniert ist, damit ein Bediener eine bequeme Anzeige
von Positionsdaten und System-Menüeingabeaufforderungen
hat. Die Anzeigevorrichtung enthält
zum Beispiel LEDs, die die Systemleistung, den Status der Wandlerposition
und den Fehlerstatus anzeigen. Das
US-Patent
6,219,928 ('928),
das an den Rechtsinhaber vergeben wurde, offenbart ein serielles
Netzwerk für
den angelenkten Arm. Das serielle Netzwerk kommuniziert Daten von
Wandlern, die sich in dem Arm befinden, an einen Controller. Jeder
Wandler enthält eine
Wandlerschnittstelle mit einem Speicher, der Wandlerdaten speichert.
Der Controller adressiert seriell jeden Speicher und die Daten werden
von dem Speicher der Wandlerschnittstelle an den Controller übertragen.
Die ebenfalls vergebenen
US-Patente 6,253,458 ('458) und
6,298,569 ('569) offenbaren jeweils
einstellbare Gegengewichtsmechanismen für tragbare CMMs mit angelenktem
Arm der hier beschriebenen Art.
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Während sie
für ihren
beabsichtigten Zweck gut geeignet sind, besteht in der Industrie
ein anhaltender und empfundener Bedarf an verbesserten tragbaren
CMMs, die leichter zu verwenden und effizienter in der Herstellung
sind, die verbesserte Merkmale bieten und zu geringeren Kosten verkauft
werden können.
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Die
US 5 402 582 beschreibt
ein tragbares Koordinatenmessgerät,
das einen mehrfach gegliederten, manuell positionierbaren Messarm
und eine Codiereinrichtung unter Verwendung eines einzelnen Lesekopfes
aufweist. Zusätzlich
zu dem Messarm verwendet das tragbare Koordinatenmessgerät einen
Controller, oder eine Serienbox, der/die als elektronische Schnittstelle
zwischen dem Arm und einem Hostcomputer wirkt.
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Die
EP 0 302 194 sieht eine
Messvorrichtung vor, in der eine Skalenscheibe an mindestens zwei Abtaststellen
eingescannt wird. Die Platte wird an mindestens zwei Abtaststellen
eingescannt. Die Abtastsignale von den verschiedenen Abtaststellen werden
an eine Prüfschaltung übertragen,
die bestimmt, ob die Phasenverschiebung zwischen den Abtastsignalen
einen Grenzwert übersteigt.
Wenn der Grenzwert überschritten
wird, wird eine der Abtaststellen höher gewichtet als die andere.
Das Gewichten wird durch Erhöhen
der Komponenten der Signale von einer Abtaststelle, während die
Komponenten der Signale von der anderen Abtaststelle verringert
werden, implementiert.
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In
diesem Dokument wird eine derartige besondere Signalverarbeitung
dargestellt, wie sie für zuverlässige Messablesungen
geeignet ist, selbst wenn sie bei Vorrichtungen verwendet wird,
die kurzen Stößen oder
anderen Rüttelbewegungen
unterworfen sind.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung weist das tragbare Koordinatenmessgerät (CMM) zum Messen der Position
eines Objekts in einem ausgewählten
Volumen auf:
einen manuell positionierbaren, angelenkten Arm
mit entgegen gesetzten ersten und zweiten Enden, wobei der Arm eine
Vielzahl von Gelenken einschließt;
eine
Messsonde, die an einem ersten Ende des angelenkten Arms angebracht
ist;
eine elektronische Schaltung, die die Positionssignale
von Wandlern in dem Arm empfängt
und eine digitale Koordinate entsprechend der Position der Sonde in
einem ausgewählten
Volumen bereitstellt; und
wobei mindestens eines der Gelenke
ferner aufweist:
ein periodisches Bild einer messbaren Charakteristik;
mindestens
zwei Leseköpfe,
die von dem Bild beabstandet sind und mit diesem in Verbindung stehen; und
wobei
das Bild und die mindestens zwei Leseköpfe so innerhalb des Gelenks
positioniert sind, dass sie in Bezug aufeinander drehbar sind, und
wobei
das Gelenk ferner aufweist:
ein erstes und ein zweites Gehäuse und
eine drehbare Welle, die sich von dem zweiten Gehäuse in das erste
Gehäuse
erstreckt;
ein Lager, das zwischen der Welle und dem ersten Gehäuse angeordnet
ist und ein Drehen der drehbaren Welle innerhalb des ersten Gehäuses ermöglicht;
wobei
das Bild direkt an der drehbaren Welle angebracht ist;
wobei
die mindestens zwei Leseköpfe
so innerhalb des ersten Gehäuses
befestigt sind, dass die Drehung des ersten Gehäuses in Bezug auf das zweite Gehäuse bewirkt,
dass sich die mindestens zwei Leseköpfe relativ zum Bild bewegen.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen:
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Nun
mit Bezug auf die Zeichnungen, in denen gleiche Elemente gleich
nummeriert sind, zeigen in den mehreren Figuren:
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1 eine
Perspektivansicht des tragbaren CMMs der vorliegenden Erfindung
von vorne mit einem angelenkten Arm und einem angeschlossenen Hostcomputer;
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2 eine
Perspektivansicht des CMMs aus 1 von hinten;
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3 eine
Seitenansicht des CMMs aus 1 von rechts
(wobei der Hostcomputer entfernt ist);
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3A eine
Seitenansicht des CMMs aus 1 von rechts
mit leicht modifizierten Schutzhülsen,
die zwei der langen Gelenke bedecken;
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4 eine
Perspektivansicht des CMMs der vorliegenden Erfindung, teilweise
in aufgelösten
Einzelteilen, die die Basis und den ersten angelenkten Armabschnitt
zeigt;
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5 eine
Perspektivansicht des CMMs der vorliegenden Erfindung in teilweise
aufgelösten
Einzelteilen, die die Basis, den ersten Armabschnitt und den zweiten
Armabschnitt teilweise in aufgelösten Einzelteilen
zeigt;
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6 eine
Perspektivansicht des CMMs der vorliegenden Erfindung teilweise
in aufgelösten
Einzelteilen, die die Basis, den ersten Armabschnitt, den zweiten
Armabschnitt und den dritten Armabschnitt teilweise in aufgelösten Einzelteilen
zeigt;
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7 eine
Perspektivansicht in aufgelösten Einzelteilen,
die ein Paar von Codierer/Lager-Kassetten zeigt, die zwischen zwei
zweifachen Muffenverbindungen gemäß der vorliegenden Erfindung
eingebaut sind;
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8 einen
Aufriss der Lager/Codierer-Kassetten und zweifachen Muffenverbindungen
aus 7 von vorne;
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9 eine
Perspektivansicht einer kurzen Lager/Codierer-Kassette gemäß der vorliegenden Erfindung
in aufgelösten
Einzelteilen;
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9B eine
Perspektivansicht in aufgelösten
Einzelteilen ähnlich
wie 9, die jedoch vier Leseköpfe zeigt;
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9C eine
Perspektivansicht von 9B nach dem Zusammenbau;
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9D eine
Perspektivansicht in aufgelösten
Einzelteilen ähnlich
wie 9, die jedoch drei Leseköpfe zeigt;
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9E eine
Perspektivansicht von 9D nach dem Zusammenbau;
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10 eine
Querschnittsansicht der Kassette aus 9 im Aufriss;
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11 eine
Perspektivansicht in aufgelösten Einzelteilen
einer langen Lager/Codierer-Kassette gemäß der vorliegenden Erfindung;
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11A eine Perspektivansicht in aufgelösten Einzelteilen ähnlich wie 11,
die jedoch einen einzelnen Lesekopf zeigt;
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12 eine
Querschnittsansicht der Kassette aus 11 im
Aufriss;
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12A eine Querschnittsansicht der Kassette aus 12 im
Aufriss, die die zweifachen Leseköpfe zeigt, die mit der Welle
drehbar sind;
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13 eine
Perspektivansicht in aufgelösten
Einzelteilen noch einer weiteren Lager/Codierer-Kassette gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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13A eine Perspektivansicht in aufgelösten Einzelteilen ähnlich wie 13,
die jedoch einen einzelnen Lesekopf zeigt;
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14 eine
Querschnittsansicht der Kassette aus 13 im
Aufriss;
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15 eine
Perspektivansicht einer Lager/Codierer-Kassette und einer Gegengewichtsfeder
gemäß der vorliegenden
Erfindung in aufgelösten Einzelteilen;
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15A eine Perspektivansicht in aufgelösten Einzelteilen ähnlich wie 15,
die jedoch einen einzelnen Lesekopf zeigt;
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16 eine
Querschnittsansicht der Kassette und des Gegengewichts aus 15 im
Aufriss;
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17 eine
Draufsicht eines Aufbaus des zweifachen Lesekopfes für eine Lager/Codierer-Kassette
mit größerem Durchmesser,
die gemäß der vorliegenden
Erfindung verwendet wird;
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18 eine
Querschnittsansicht im Aufriss entlang der Linie 18-18 aus 17;
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19 eine
Draufsicht des zweifachen Lesekopfaufbaus aus 17 von
unten;
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20 eine
Draufsicht eines Aufbaus des zweifachen Lesekopfes für eine Lager/Codierer-Kassette
mit kleinerem Durchmesser gemäß der vorliegenden
Erfindung von oben;
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21 eine
Querschnittsansicht im Aufriss entlang der Linie 21-21 aus 20;
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22 eine
Draufsicht des zweifachen Lesekopfaufbaus aus 20 von
unten;
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23A ein Blockdiagramm, das die elektronische Konfiguration
für das
CMM der vorliegenden Erfindung unter Verwendung eines einzelnen
Lesekopfes zeigt, und 23B ein
Blockdiagramm, das die elektronische Konfiguration für das CMM
der vorliegenden Erfindung unter Verwendung eines zweifachen Lesekopfes
zeigt;
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24 eine
Querschnittsansicht im Aufriss längs
durch das CMM der vorliegenden Erfindung (wobei die Basis entfernt
ist);
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24A eine Querschnittsansicht des CMMs aus 3A im
Aufriss;
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25 eine
vergrößerte Querschnittsansicht eines
Teils von 24, die die Basis und ein erstes langes
Gelenksegment des CMMs aus 24 zeigt;
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25A eine Perspektivansicht der Verbindung zwischen
einem langen und einem kurzen Gelenk gemäß einer anderen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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25B eine Querschnittsansicht im Aufriss längs durch
einen Teil von 25A;
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26 eine
vergrößerte Querschnittsansicht eines
Teils von 24, die das zweite und das dritte lange
Gelenksegment zeigt;
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26A und B vergrößerte Querschnittsansichten
von Teilen von 24A, die das zweite und das
dritte lange Gelenk sowie die Sonde zeigen;
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27A einen Seitenaufriss in aufgelösten Einzelteilen,
der den Aufbau des ersten kurzen Gelenks mit Gegengewicht gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigt;
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27B eine Perspektivansicht, die die Komponenten
aus 27A zeigt;
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28 eine
Querschnittsansicht im Aufriss, die das innere Gegengewicht der
vorliegenden Erfindung zeigt;
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29 eine
Querschnittsansicht im Aufriss von der Seite durch eine erste Ausführungsform
der Messsonde gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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29A einen Seitenaufriss einer weiteren Ausführungsform
einer Messsonde gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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29B eine Querschnittsansicht im Aufriss entlang
der Linie 29B-29B aus 29A;
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29C eine Perspektivansicht eines Paares von "Aufnahme-" oder "Bestätigungsschaltern", die in den 29A–B
verwendet werden;
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30A–C
aufeinanderfolgende Draufsichten im Aufriss, die den Aufbau mit
integriertem Tastkopf und den Umbau zum Aufbau mit Festsonde gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigt;
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31 eine
Querschnittsansicht von der Seite im Aufriss durch noch eine weitere
Ausführungsform
einer Messsonde gemäß der vorliegenden Erfindung;
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32 eine
Perspektivansicht der integrierten Magnetbasis gemäß der vorliegenden
Erfindung in aufgelösten
Einzelteilen;
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33 eine Querschnittsansicht im Aufriss durch die
Magnetbasis aus 32;
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34 eine Draufsicht der magnetischen Halterung
aus 32 von oben;
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35 eine Querschnittsansicht eines CMM-Gelenks
von Raab '356 mit
zweifachen Leseköpfen
im Aufriss;
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36 eine Querschnittsansicht eines CMM-Gelenks
von Eaton '148 mit
zweifachen Leseköpfen
im Aufriss;
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37 einen Seitenaufriss einer Messsonde mit einer
siebten Achse mit Wandler;
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38 einen Seitenaufriss ähnlich wie 37, jedoch mit einem entfernbaren Griff;
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39 eine Endansicht der Messsonde aus 38; und
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40 eine Querschnittsansicht der Messsonde aus 38 im Aufriss.
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Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform:
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Mit
Bezug zunächst
auf die 1–3 ist das
CMM der vorliegenden Erfindung im Allgemeinen bei 10 gezeigt.
Das CMM 10 weist einen mehrfach gegliederten, manuell betriebenen
angelenkten Arm 14 auf, der an einem Ende an einem Basisabschnitt 12 und
an dem anderen Ende an einer Messsonde 28 angebracht ist.
Der Arm 14 ist grundsätzlich aus
zwei Arten von Gelenken aufgebaut, nämlich einem langen Gelenk (zur
Schwenkbewegung) und einem kurzen Gelenk (zur Klappbewegung). Die
langen Gelenke sind im Wesentlichen axial oder längs entlang des Arms positioniert,
während
die kurzen Gelenke vorzugsweise in einem Winkel von 90° zur Längsachse
des Arms positioniert sind. Das lange und das kurze Gelenk sind
in einer allgemein als 2-2-2-Konfiguration
bekannten Konfiguration gepaart (obwohl andere Gelenkkonfigurationen,
wie 2-1-2, 2-1-3, 2-2-3, usw. auch verwendet werden können). Diese
Gelenkpaare sind jeweils in den 4–6 gezeigt.
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4 zeigt
eine Ansicht des ersten Gelenkpaars, nämlich des langen Gelenks 16 und
des kurzen Gelenks 18, in aufgelösten Einzelteilen. 4 zeigt
auch eine Ansicht der Basis 12 in aufgelösten Einzelteilen
einschließlich
einer tragbaren Stromversorgungselektronik 20, eines tragbaren
Batteriesatzes 22, einer magnetischen Halterung 24 und
eines zweiteiligen Basisgehäuses 26A und 26B.
Diese Komponenten werden jeweils nachstehend genauer besprochen.
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Es
ist in erster Linie ersichtlich, dass sich die Durchmesser der verschiedenen
primären
Komponenten des angelenkten Arms 14 von der Basis 12 zur
Sonde 28 verjüngen.
Eine derartige Verjüngung kann
kontinuierlich oder, wie in der in den Figuren gezeigten Ausführungsform,
diskontinuierlich oder schrittweise erfolgen. Außerdem kann jede der primären Komponenten
des angelenkten Arms 14 durch ein Gewinde angebracht sein,
wodurch eine große
Zahl von Verbindungselementen in Verbindung mit CMMs des Stands
der Technik überflüssig wird.
Zum Beispiel ist, wie es später
besprochen wird, die magnetische Halterung 24 mit einem
Gewinde an dem ersten langen Gelenk 16 angebracht. Vorzugsweise
ist ein derartiges Gewinde ein kegeliges Gewinde, das selbstverriegelnd
ist und eine erhöhte
axiale/Biegesteifigkeit bereitstellt. In einer anderen Ausführungsform,
wie sie in den 25A und 25B gezeigt
ist und nachstehend besprochen wird, können die primären Komponenten
des angelenkten Arms komplementäre
kegelige männliche
und weibliche Enden mit zugeordneten Flanschen aufweisen, wobei
derartige Flansche miteinander verschraubt sind.
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Mit
Bezug auf 5 ist der zweite Satz eines langen
und eines kurzen Gelenks an dem ersten Satz angebracht gezeigt.
Der zweite Gelenksatz beinhaltet ein langes Gelenk 30 und
ein kurzes Gelenk 32. Wie bei der Anbringung der magnetischen
Halterung 24 an dem langen Gelenk 16, ist das
lange Gelenk 30 durch ein Gewinde an einem Gewinde an der
Innenfläche
des langen Gelenks 16 angebracht. Auf ähnliche Weise, und mit Bezug
auf 6, umfasst der dritte Gelenksatz ein drittes langes
Gelenk 34 und ein drittes kurzes Gelenk 36. Das
dritte lange Gelenk 34 ist durch ein Gewinde an einem Gewinde
an der Innenfläche
des zweiten kurzen Gelenks 32 angebracht. Wie es nachstehend
genauer besprochen wird, ist die Sonde 28 mit einem Gewinde
an dem kurzen Gelenk 36 angebracht.
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Vorzugsweise
ist jedes kurze Gelenk 18, 32 und 36 aus
Aluminiumguss und/oder maschinell bearbeiteten Aluminiumkomponenten
oder alternativ aus einer leichtgewichtigen steifen Legierung oder
einem Verbundstoff gefertigt. Jedes lange Gelenk 16, 30 und 34 ist
vorzugsweise aus Aluminiumguss und/oder maschinell bearbeitetem
Aluminium, einer leichtgewichtigen steifen Legierung und/oder faserverstärktem Polymer
gefertigt. Die mechanischen Achsen der drei vorstehend erwähnten Gelenkpaare (d.h.
Paar 1 umfasst die Gelenkpaare 16, 18, Paar 2 umfasst
die Gelenkpaare 30, 32 und Paar 3 umfasst die
Gelenkpaare 34, 36) sind in Bezug auf die Basis ausgerichtet,
um ein glattes, gleichförmiges
mechanisches Verhalten zu gewährleisten.
Es wird bevorzugt, dass die vorstehend erwähnte kegelige Konstruktion
von der Basis 12 zur Sonde 28 eine erhöhte Steifigkeit
an der Basis, wo die Lasten größer sind, und
ein kleineres Profil an der Sonde oder dem Griff fördert, wo
eine unbehinderte Verwendung wichtig ist. Wie es nachstehend genauer
besprochen wird, ist jedes kurze Gelenk einem Schutzpuffer 38 an
jedem seiner Enden zugeordnet, und jede lange Sonde ist mit einer
Schutzhülse 40 oder 41 bedeckt.
Es ist ersichtlich, dass das erste lange Gelenk 16 durch
das Basisgehäuse 26A,
B geschützt
ist, das die gleiche Art von Schutz bereitstellt, wie ihn die Hülsen 40, 41 für das zweite
und das dritte lange Gelenk 30, 34 bereitstellt.
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Gemäß einem
wichtigen Merkmal der vorliegenden Erfindung verwendet jedes der
Gelenke des angelenkten Arms eine modulare Lager/Codierer-Kassette,
wie die kurze Kassette 42 und die lange Kassette 44,
die in den 7 und 8 gezeigt
sind. Diese Kassetten 42, 44 sind in den Öffnungen
der zweifachen Muffenverbindungen 46, 48 angebracht. Jede
Muffenverbindung 46, 48 weist eine erste zylindrische
Verlängerung 47 mit
einer ersten Ausnehmung oder Muffe 120 und eine zweite
zylind rische Verlängerung 49 mit
einer zweiten Ausnehmung oder Muffe 51 auf. Im Allgemeinen
sind die Muffen 120 und 51 in einem Winkel von
90° zueinander
positioniert, obwohl andere relative winkelige Konfigurationen verwendet
werden können.
Die kurze Kassette 42 ist in jeder Muffe 51 der
zweifachen Muffenverbindungen 46 und 48 positioniert,
um eine Gelenkverbindung zu definieren, während die lange Kassette 44 in
der Muffe 120 des Gelenks 46 positioniert ist (siehe 25),
und die lange Kassette 44' (siehe 26)
in der Muffe 120 des Gelenks 48 positioniert ist,
um jeweils eine längliche
Schwenkverbindung zu definieren. Die modularen Lager/Codierer-Kassetten 42, 44 ermöglichen
die separate Herstellung einer vorgespannten oder vorgeladenen Kassette
mit zweifachem Lager, auf der die modularen Codiererkomponenten
montiert sind. Diese Lager/Codierer-Kassette kann dann fest an den äußeren Rahmenkomponenten
(d.h. den zweifachen Muffenverbindungen 46, 48)
des angelenkten Arms 14 angebracht werden. Die Verwendung
solcher Kassetten ist ein wesentlicher Vorsprung auf dem Gebiet,
da sie die Herstellung dieser hochentwickelten Unterkomponenten
des angelenkten Arms 14 mit hoher Qualität und großer Geschwindigkeit
ermöglicht.
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In
der hier beschriebenen Ausführungsform gibt
es vier verschiedene Kassettenarten, zwei lange axiale Kassetten
für die
Gelenke 30 und 34, eine axiale Basiskassette für das Gelenk 16,
eine Basiskassette (die ein Gegengewicht beinhaltet) für das kurze Gelenk 18 und
zwei Scharnierkassetten für
die Gelenke 32 und 36. Wie bei der Verjüngung des
angelenkten Arms 14 haben die Kassetten, die der Basis am
nächsten
sind (z.B. in dem langen Gelenk 16 und dem kurzen Gelenk 18)
außerdem
einen größeren Durchmesser
im Verhältnis
zu den kleineren Durchmessern der Gelenke 30, 32, 34 und 36.
Jede Kassette beinhaltet eine vorgespannte Lageranordnung und einen
Wandler, der in dieser Ausführungsform
einen digitalen Codierer auf weist. Nun mit Bezug auf die 9 und 10 wird
die Kassette 44, die sich in dem axialen langen Gelenk 16 befindet,
beschrieben.
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Die
Kassette 44 weist ein Paar von Lagern 50, 52 auf,
die durch eine Innenhülse 54 und
eine Außenhülse 56 getrennt
sind. Es ist wichtig, dass die Lager 50, 52 vorgespannt
sind. In dieser Ausführungsform
ist eine derartige Vorspannung durch die Hülsen 54, 56 mit
unterschiedlichen Längen
gegeben (die Innenhülse 54 ist
um etwa 0,0005 Inch (≅ 12,7 μm) kürzer als
die Außenhülse 56),
so dass beim Spannen eine vorgewählte
Vorspannung auf die Lager 50, 52 erzeugt wird.
Die Lager 50, 52 werden unter Verwendung von Dichtungen 58 abgedichtet,
wobei dieser Aufbau drehbar auf der Welle 60 montiert ist.
An ihrer oberen Oberfläche
endet die Welle 60 an einem oberen Wellengehäuse 62.
Ein Ring 63 ist zwischen der Welle 60 und dem
oberen Wellengehäuse 62 definiert.
Dieser gesamte Aufbau ist innerhalb eines äußeren Kassettengehäuses 64 positioniert,
wobei die Welle und ihr Lageraufbau an dem Gehäuse 64 unter Verwendung
einer Kombination aus einer Innenmutter 66 und einer Außenmutter 68 sicher
angebracht ist. Es ist zu beachten, dass beim Aufbau der obere Teil 65 des äußeren Gehäuses 64 in
dem Ring 63 aufgenommen wird. Es ist ersichtlich, dass
die vorgenannte Vorspannung beim Anziehen der Innen- und der Außenmutter 66, 68 auf
die Lager 50, 52 vorgesehen wird, wobei die Muttern
Druckkräfte
auf die Lager ausüben,
und auf Grund des Unterschieds der Länge zwischen dem inneren und
dem äußeren Abstandhalter 54, 56,
wird die gewünschte
Vorspannung aufgebracht.
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Vorzugsweise
sind die Lager 50, 52 doppelte Kugellager. Um
die geeignete Vorspannung zu erreichen ist es wichtig, dass die
Lagerflächen
möglichst parallel
sind. Die Parallelität
beeinflusst die Gleichmäßigkeit
der Vorspannung um den Umfang des Lagers. Eine ungleichmäßige Belastung
gibt dem Lager ein raues, ungleichmäßiges Drehmomentgefühl beim Laufen
und führt
zu einer unvorhersehbaren Rundlaufabweichung und einer verringerten
Codierleistung. Die Rundlaufabweichung der modular montierten Impulsscheibe
(was nachstehend besprochen wird) führt zu einer unerwünschten
Verschiebung des spannungsoptischen Bilds unterhalb des Lesekopfes.
Dies führt
zu erheblichen Winkelmessfehlern des Codierers. Ferner steht die
Steifheit der vorzugsweise doppelten Lagerstruktur in unmittelbarem
Zusammenhang mit der Trennung der Lager. Je weiter die Lager auseinander
sind, desto steifer wird der Aufbau. Die Abstandhalter 54, 56 werden
verwendet, um die Trennung der Lager zu verbessern. Da das Kassettengehäuse 64 vorzugsweise
aus Aluminium besteht, sind die Abstandhalter 54, 56 vorzugsweise auch
aus Aluminium gefertigt und in Bezug auf Länge und Parallelität durch
maschinelles Präzisionsbearbeiten
bearbeitet. Dadurch führen
Temperaturunterschiede nicht zu einer Eigenausdehnung, welche die Vorspannung
beeinträchtigen
würde.
Wie erwähnt entsteht
die Vorspannung durch Gestalten der Lange der Abstandhalter 54, 56 mit
einem bekannten Unterschied. Sobald die Muttern 66, 68 vollständig angezogen
sind, führt
dieser Längenunterschied
zu einer Lagervorspannung. Die Verwendung von Dichtungen 58 schaffen
abgedichtete Lager, da jede Verunreinigung derselben jede Drehbewegung
und Codiergenauigkeit sowie das Gelenkgefühl beeinflussen würde.
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Während die
Kassette 44 vorzugsweise ein Paar von beabstandeten Lagern
enthält,
könnte
die Kassette 44 alternativ ein einzelnes Lager oder drei oder
mehr Lager enthalten. Somit benötigt
jede Kassette mindestens ein Lager als Minimum.
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Die
Gelenkkassetten der vorliegenden Erfindung können entweder eine unbegrenzte
Drehung oder alternativ eine begrenzte Drehung haben. Für eine begrenzte
Drehung schafft eine Nut
70 auf einem Flansch
72 auf
der Außenfläche des
Gehäuses
64 eine
zylindrische Spur, in der ein Shuttle
74 aufgenommen ist.
Das Shuttle
74 läuft
innerhalb der Spur
70, bis es an einen abnehmbaren Shuttleanschlag anstößt, wie
zum Beispiel die Stellschrauben des Drehanschlags
76, woraufhin
die Drehung behindert wird. Der Betrag der Drehung kann nach Wunsch schwanken.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform wäre die Shuttledrehung
auf weniger als 720° begrenzt.
Drehanschläge
für Shuttles
der hier enthaltenen Art sind genauer in dem
US-Patent
5,611,147 beschrieben, das ebenfalls dem vorliegenden Anmelder
gehört.
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Wie
erwähnt
kann in einer alternativen Ausführungsform
das bei der vorliegenden Erfindung verwendete Gelenk eine unbegrenzte
Drehung haben. In diesem letzteren Fall wird ein bekannter Schleifringaufbau
verwendet. Vorzugsweise erstreckt sich eine hohle oder axiale Öffnung 78 durch
die Welle 60, die an deren einem Ende einen Abschnitt mit größerem Durchmesser 80 aufweist.
Ein zylindrischer Schleifringaufbau 82 liegt an der Schulter
an, die an der Kreuzung zwischen den axialen Öffnungen 78 und 80 definiert
ist. Der Schleifringaufbau 82 ist in Bezug auf den vorgespannten
Lageraufbau, der sich in der modularen Gelenkkassette fortsetzt,
nicht strukturell (das heißt,
er bietet keine mechanische Funktion, sondern nur eine elektrische
und/oder Signalübertragungsfunktion).
Während
der Schleifringaufbau 82 aus irgendeinem handelsüblichen
Schleifring bestehen kann, weist bei einer bevorzugten Ausführungsform
der Schleifringaufbau 82 einen Schleifring der H-Serie
auf, der von der Firma IDM Electronics Ltd., Reading, Berkshire,
Großbritannien,
erhältlich
ist. Derartige Schleifringe haben eine kompakte Größe, und
mit ihrer zylindrischen Gestalt sind sie zur Verwendung in der Öffnung 80 innerhalb
der Welle 60 ideal geeignet. Die axiale Öffnung 80 durch
die Welle 60 endet an einem Schlitz 84, der mit
einem Kanal 86 kommuniziert, der so bemessen und konfiguriert
ist, dass er eine Verdrahtung von dem Schleifringaufbau 82 aufnimmt.
Eine derartige Verdrahtung ist durch einen Drahtüberzug 88, der in
dem Kanal 86 und dem Schlitz 84 einrastet und
von diesen aufgenommen wird, sicher am Platz gehalten und geschützt. Eine derartige
Verdrahtung ist schematisch bei 90 in 10 gezeigt.
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Wie
erwähnt
enthält
die modulare Kassette 44 sowohl eine vorgespannte Lagerstruktur,
die vorstehend beschrieben wurde, als auch eine modulare Codiererstruktur,
die nun beschrieben wird. Immer noch mit Bezug auf die 9 und 10 weist
der bevorzugte Wandler, der bei der vorliegenden Erfindung verwendet
wird, einen modularen optischen Codierer mit zwei primären Komponenten,
einem Lesekopf 92 und einer Gitterscheibe 94 auf.
In dieser Ausführungsform
sind ein Paar von Leseköpfen 92 auf
einer Anschlussleiste 96 für einen Lesekopf positioniert.
Die Anschlussleiste 96 ist (über Verbindungselemente 98)
an einer Montageplatte 100 angebracht. Die Scheibe 94 ist
vorzugsweise an der unteren Lagerfläche 102 der Welle 60 (vorzugsweise unter
Verwendung eines geeigneten Klebstoffs) angebracht und ist von den
Leseköpfen 92 in
Ausrichtung mit diesen beabstandet (wobei die Leseköpfe von
der Platte 100 getragen und gehalten werden). Ein Drahttrichter 104 und
eine Verschlusskappe 106 schaffen die abschließende äußere Umhüllung des unteren
Endes des Gehäuses 64.
Der Drahttrichter 104 nimmt die Verdrahtung 90 auf
und hält
diese, wie es am besten in 10 gezeigt
ist. Es ist ersichtlich, dass die Impulsscheibe 94 durch
die Aufbringung von Klebstoff bei 102 von der Welle 60 gehalten
wird und sich mit dieser dreht. Die 9 und 10 zeigen einen
doppelten Lesekopf 92; es ist jedoch ersichtlich, dass
mehr als zwei Leseköpfe
verwendet werden können.
Die 9B–E
zeigen Beispiele für
modulare Kassetten 44 mit mehr als zwei Leseköpfen. Die 9B–C zeigen
vier Leseköpfe 92,
die in einer Platte 100 aufgenommen und mit Abständen von
90° beabstandet
sind (obwohl andere relative Zwischenräume geeignet sein können). Die 9D–E zeigen drei
Leseköpfe 92,
die in einer Platte 100 aufgenommen und mit Abständen von
120° voneinander
beabstandet sind (obwohl andere relative Zwischenräume geeignet
sein können).
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Um
die Scheibe 94 richtig auszurichten, ist an einer Stelle
neben der Scheibe 94 ein Loch (nicht gezeigt) durch das
Gehäuse 64 vorgesehen.
Ein Werkzeug (nicht gezeigt) wird dann verwendet, um die Scheibe 94 in
die richtige Ausrichtung zu schieben, woraufhin Klebstoff zwischen
der Scheibe 94 und der Welle 66 gehärtet wird,
um die Scheibe 94 an ihrer Stelle zu verriegeln. Ein Lochstopfen 73 wird dann
durch das Loch in dem Gehäuse 64 vorgesehen.
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Es
ist wichtig anzumerken, dass die Plätze für die Scheibe 94 und
den Lesekopf 92 umgekehrt werden können, wobei die Scheibe 94 an
dem Gehäuse 56 angebracht
wird und der Lesekopf 92 sich mit der Welle 60 dreht.
Eine derartige Ausführungsform
ist in 12A gezeigt, wo die Leiste 96' (durch Klebstoff)
an der Welle 60' angebracht
ist, um sich mit dieser zu drehen. Ein Paar von Leseköpfen 92' ist an der
Leiste 96' angebracht
und dreht sich somit mit der Welle 60'. Die Scheibe 94' ist auf einem
Träger 100' positioniert,
der an dem Gehäuse 64' befestigt ist.
Auf jeden Fall ist es ersichtlich, dass entweder die Scheibe 94 oder
der Lesekopf 92 zur Drehung mit der Welle montiert werden
kann. Das Wesentliche ist, dass die Scheibe 94 und der
Lesekopf 92 in einer Kassette (oder einem Gelenk) angeordnet
sind, um zueinander verdrehbar zu sein, während eine optische Kommunikation
erhalten bleibt.
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Vorzugsweise
ist der drehbare Codierer, der bei der vorliegenden Erfindung verwendet
wird, ähnlich
zu demjenigen, der in den
US-Patenten
mit den Nummern 5,486,923 und
5,559,600 offenbart ist. Derartige
modulare Codierer sind im Handel unter der Handelsbezeichnung Pure
Precision Optics von MicroE Systems erhältlich. Diese Codierer basieren auf
physikalischer Optik, die die Interferenz zwischen Beugungsordnungen
erfasst, um nahezu perfekte sinusförmige Signale von einer Photodetektorgruppierung
(z.B. Lesekopf (Leseköpfe)),
die in dem spannungsoptischen Bild eingefügt ist, zu erzeugen. Die sinusförmigen Signale
werden elektronisch interpoliert, um eine Verschiebungserfassung
zu ermöglichen,
die nur einen Bruchteil des spannungsoptischen Bildes darstellt.
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Unter
Verwendung einer Laserlichtquelle wird der Laserstrahl zunächst durch
eine Linse parallel gerichtet und dann durch eine Öffnungsblende
dimensioniert. Der parallel gerichtete dimensionierte Strahl geht
durch ein Gitter hindurch, das das Licht in diskrete Ordnungen beugt,
wobei die 0. und alle geradzahligen Ordnungen durch die Gitterkonstruktion unterdrückt werden.
Wenn die 0. Ordnung unterdrückt
wird, besteht ein Bereich jenseits der divergierenden 3. Ordnung,
wo nur die ± 1.
Ordnungen überlappen,
um eine nahezu reine sinusförmige
Interferenz zu schaffen. Eine oder mehrere Photodetektorgruppierungen
(Leseköpfe)
werden innerhalb dieses Bereichs, platziert und erzeugen vier Kanäle von nahezu
reinen sinusförmigen
Ausgaben, wenn eine relative Bewegung zwischen dem Gitter und dem
Detektor besteht. Eine Elektronik verstärkt, normalisiert und interpoliert
die Ausgabe auf den gewünschten Auflösungsgrad.
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Die
Einfachheit dieser Codierergestaltung ergibt mehrere Vorteile gegenüber optischen
Codierern des Stands der Technik. Es können Messungen nur mit einer
Laserquelle und ihrer parallel richtenden Optik, einem Beugungsgitter
und einer Detektorgruppierung durchgeführt werden. Dies führt zu einem äußerst kompakten
Codierersystem im Vergleich zu den sperrigeren herkömmlichen
Codierern des Stands der Technik. Außerdem desensibilisiert eine direkte
Beziehung zwischen dem Gitter und der Streifenverschiebung den Codierer
gegenüber
durch die Umwelt induzierte Fehler, für welche die Vorrichtungen
des Stands der Technik anfällig
sind. Ferner sind, da der Interferenzbereich groß ist und da überall innerhalb
dieses Bereichs eine nahezu sinusförmige Interferenz erhalten
wird, Ausrichtungstoleranzen weit lockerer als in Verbindung mit
Codierern des Stands der Technik.
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Ein
wesentlicher Vorteil des vorstehend erwähnten optischen Codierers besteht
darin, dass die Präzision
der Abstandsausrichtung und des Abstands oder des Abstands und der
Orientierung des Lesekopfs in Bezug auf die Impulsscheibe viel weniger
streng ist. Dadurch werden eine Drehmessung mit hoher Genauigkeit
und ein leicht zusammenzubauendes Paket ermöglicht. Das Ergebnis der Verwendung
dieser "Geometrie-toleranten" Codierertechnologie
ergibt ein CMM 10, das wesentlich kostengünstiger
und leicht herzustellen ist.
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Es
ist ersichtlich, dass, während
die vorstehend beschriebene bevorzugte Ausführungsform eine optische Scheibe 94 einschließt, die
bevorzugte Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung auch jedes spannungsoptische Bild umfasst,
das die Messung einer relativen Bewegung durch den Lesekopf ermöglicht.
Wie es hier verwendet wird, bedeutet ein derartiges spannungsoptisches
Bild jede periodische Gruppierung von optischen Elementen, die die
Messung von Bewegung ermöglicht.
Derartige optische Elemente oder spannungsoptische Bilder könnten auf
einer sich drehenden oder ortsfesten Scheibe wie vorstehend beschrieben
montiert werden, oder sie könnten
alternativ aufgebracht, befestigt oder anderweitig positioniert
werden oder auf einer der sich relativ zueinander bewegenden Komponenten
(wie die Welle, Lager oder das Gehäuse) der Kassette sitzen.
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In
der Tat müssen
der Lesekopf und die zugeordnete periodische Gruppierung oder das
Bild überhaupt
nicht unbedingt auf Optik basieren (wie vorstehend beschrieben).
Im weiteren Sinne könnte der
Lesekopf eher ein anderes periodisches Bild einer anderen messbaren
Größe oder
Charakteristik lesen (oder fühlen),
die verwendet werden kann, um eine Bewegung, im Allgemeinen eine
Drehbewegung, zu messen. Derartige andere messbare Charakteristika
können
zum Beispiel das Reflexionsvermögen,
die Trübung,
das Magnetfeld, die Kapazität, die
Induktivität
oder die Rautiefe einschließen.
(Es ist zu beachten, dass ein Rautiefenbild unter Verwendung eines
Lesekopfes oder Sensors in Form einer Kamera, wie einer CCD-Kamera,
gelesen werden könnte.)
In solchen Fällen
würde der
Lesekopf zum Beispiel periodische Änderungen des Magnetfelds, des
Reflexionsvermögens,
der Kapazität,
der Induktivität,
der Rautiefe oder dergleichen messen. Wie er hier zuvor verwendet
wurde, bedeutet der Begriff "Lesekopf" jeden Sensor oder
Wandler und zugehörige Elektronik
zur Analyse dieser messbaren Mengen oder Charakteristika mit einem
optischen Lesekopf, was nur ein bevorzugtes Beispiel ist. Natürlich kann sich
das gerade von dem Lesekopf gelesene periodische Bild auf irgendeiner
Oberfläche
befinden, solange eine relative (im Allgemeinen Dreh-) Bewegung zwischen
dem Lesekopf und dem periodischen Bild vorliegt. Beispiele für das periodische
Bild umfassen ein magnetisches, induktives oder kapazitives Medium,
das auf einer drehbaren oder ortsfesten Komponente in einem Bild
aufgebracht ist. Außerdem
ist es, wenn die Rautiefe das zu lesende periodische Bild ist, nicht
notwendig, ein separates periodisches Medium aufzubringen oder anderweitig
vorzusehen, da die Rautiefe jeder Komponente in Verbindung mit dem
zugeordneten Lesekopf (wahrscheinlich einer Kamera, wie einer CCD-Kamera)
verwendet werden kann.
-
Wie
erwähnt
zeigen die 9 und 10 die
Elemente der modularen Lager- und Codiererkassette für das axiale
lange Gelenk 16. Die 11 und 12 zeigen
die Lager- und Codiererkassette für die axialen langen Gelenke 30 und 34.
Diese Kassettenaufbauten sind im Wesentlichen ähnlich zu denjenigen, die in
den 9 und 10 gezeigt sind, und sie werden
daher mit 44' bezeichnet.
Kleinere Unterschiede im Vergleich zur Kassette 44 zum Beispiel
hinsichtlich einer anders konfigurierten Drahtkappe/Abdeckung 88', leicht unterschiedlichen Drahttrichtern/Abdeckungen 104', 106' und der Positionierung
des Flansches 72' an
dem oberen Ende des Gehäuses 64', werden aus
den Figuren ersichtlich. Die Flansche zwischen dem Gehäuse 64' und dem oberen
Wellengehäuse 62 sind
außerdem
trichterförmig
nach außen
aufgeweitet. Natürlich
können sich
die relativen Längen
der verschiedenen in den 11 und 12 gezeigten
Komponenten etwas von denjenigen unterscheiden, die in den 9 und 10 gezeigt
sind. Da alle diese Komponenten im Wesentlichen ähnlich sind, wurden den Komponenten
die gleichen Bezugszeichen unter Hinzufügung eines Striches gegeben. 11A ist ähnlich
wie 11, zeigt jedoch eine Ausführungsform mit einem einzelnen
Lesekopf.
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Mit
Bezug auf die 13 und 14 sind ähnliche
Querschnittsansichten in aufgelösten
Einzelteilen für
die Lager- und Codierer-Kassetten
in den kurzen Gelenkverbindungen 32 und 36 gezeigt.
Wie bei den langen axialen Gelenken 44' der 11 und 12 sind
die Kassetten für
die kurzen Gelenkverbindungen 32 und 36 im Wesentlichen ähnlich wie die
Kassette 44, die vorstehend genau besprochen wurde, und
daher sind die Komponenten dieser Kassetten mit 44'' bezeichnet, wobei ähnliche
Komponenten unter Verwendung eines Doppelstri ches bezeichnet sind.
Es ist ersichtlich, dass, da die Kassetten 44'' zur Verwendung in den kurzen Gelenken 32, 36 gedacht
sind, kein Schleifringaufbau erforderlich ist, da die Verdrahtung
auf Grund der Klappbewegung dieser Gelenke einfach durch die axialen Öffnungen 78'', 80'' hindurch
geht. 13A ist ähnlich wie 13,
zeigt jedoch eine Ausführungsform
mit einem einzelnen Lesekopf.
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Schließlich ist
mit Bezug auf die 15 und 16 die
modulare Lager-/Codierer-Kassette für die kurze Gelenkverbindung 18 bei 108 gezeigt.
Es ist ersichtlich, dass im Wesentlichen alle Komponenten der Kassette 108 ähnlich oder
gleich sind wie die Komponenten in den Kassetten 44, 44' und 44'', wobei die wichtige Ausnahme in
der Einfügung
eines Gegengewichtaufbaus besteht. Dieser Gegengewichtaufbau schließt eine
Gegengewichtsfeder 110 ein, die über das Gehäuse 64'' aufgenommen
ist und eine wichtige Gegengewichtsfunktion für das CMM 10 derart
vorsieht, wie es im Folgenden anhand der 26 und 28 beschrieben
wird. 15A ist ähnlich wie 15,
zeigt jedoch eine Ausführungsform
mit einem einzelnen Lesekopf.
-
Wie
erwähnt
kann bei einer bevorzugten Ausführungsform
mehr als ein Lesekopf in dem Codierer verwendet werden. Es ist ersichtlich,
dass die Winkelmessung eines Codierers durch ein unrundes Laufen
der Scheibe oder eine radiale Bewegung auf Grund von aufgebrachten
Lasten erfolgt. Es wurde festgestellt, dass zwei Leseköpfe, die
sich in einem Winkel von 180° voneinander
befinden, zu einer Unrundheit führen,
was in jedem Lesekopf Aufhebungswirkungen verursacht. Der Durchschnitt
dieser Aufhebungswirkungen wird für eine abschließende "immune" Winkelmessung ermittelt.
Somit ergeben die Verwendung von zwei Leseköpfen und die resultierende
Fehleraufhebung eine weniger fehleranfällige und genauere Codierermes sung.
Die 17–19 zeigen
jeweils eine Ansicht von unten, eine Querschnittsansicht und eine
Draufsicht einer Ausführungsform
mit zwei Leseköpfen,
die zum Beispiel bei einer Kassette mit einem größeren Durchmesser nützlich ist,
wie sie sich in den Gelenken 16 und 18 befindet
(das heißt
in den Gelenken, die der Basis am nächsten sind). Somit ist auf
einer Kassettenendkappe 100 ein Paar von Leiterplatten 96 montiert,
wobei an jeder Leiterplatte 96 ein Lesekopf 92 mechanisch angebracht
ist. Die Leseköpfe 92 befinden
sich vorzugsweise in einem Winkel von 180° voneinander, um für die Fehleraufhebung
zu sorgen, die sich aus dem unrunden Lauf oder der radialen Bewegung
der Platte ergibt. Jede Leiterplatte 96 weist zusätzlich ein Verbindungsstück 93 zum
Anbringen der Leiterplatte 96 an dem internen Bus und/oder
einer anderen Verdrahtung auf, wie es hier nachstehend besprochen wird.
Die 20–22 zeigen
im Wesentlichen die gleichen Komponenten wie in den 17–19, wobei
der primäre
Unterschied in einer Kassettenendkappe 100 mit einem kleineren
Durchmesser besteht. Diese Ausführungsform
mit zwei Leseköpfen
mit einem kleineren Durchmesser würde den Kassetten mit kleinerem
Durchmesser zum Beispiel der Gelenke 30, 32, 34 und 36 zugeordnet
werden.
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Die
Verwendung von mindestens zwei Leseköpfen (oder mehr, wie die drei
Leseköpfe,
die in den
9D–E gezeigt sind, und die vier
Leseköpfe,
die in den
9B–C gezeigt sind) wird auch
vorteilhafterweise in herkömmlicheren
Koordinatenmessgeräten eingesetzt,
um die Kosten und die Komplexität
ihrer Herstellung erheblich zu verringern. Zum Beispiel hat ein
Koordinatenmessgerät,
das in dem
US-Patent 5,794,356 beschrieben
ist (nachstehend "Raab '356") eine relativ einfache
Konstruktion für
jedes Gelenk einschließlich
eines ersten Gehäuses,
das ortsfest mit einer Gelenkhälfte
bleibt, und eines zweiten Gehäuses,
das ortsfest mit der zweiten Gelenkhälfte bleibt, wobei das erste
und das zweite Gehäuse
vorgespannte Lager aufweisen, wodurch sie sich miteinander drehen
können.
Das erste Gehäuse
nimmt einen kompakten Codierer auf, und das zweite Gehäuse weist
eine axial angeordnete interne Welle auf, die sich in das erste
Gehäuse
erstreckt und zu der Codiererwelle passt, die von dem kompakten
Codierer vorsteht. Bei dem kompakten Codierer des Stands der Technik
ist es notwendig, dass keine Lasten an ihn angelegt werden und dass
die Bewegung des zweiten Gehäuses
genau an den Codierer übertragen
wird, und zwar trotz kleiner Verlagerungen der Achse der internen
Welle und der Achse des kompakten Codierers, um die höchst genauen
Drehmessungen beizubehalten. Um Herstellungstoleranzen bei einem
axialen Versatz auszugleichen, ist eine spezielle Kopplungsvorrichtung
zwischen der Codiererwelle und der internen Welle angeschlossen.
Eine derartige Struktur ist aus
7 von Raab '356 ersichtlich.
-
Im
Gegensatz dazu zeigt 35 eine modifizierte Struktur,
bei der die Kopplungsvorrichtung und der kompakte Codierer des CMMs
von Raab '356 entfernt
sind und durch eine Impulsscheibe 96 und eine Endkappe 100 ersetzt
sind. Hier befinden sich zwei Gelenke in einem Winkel von 90° zueinander,
wobei jedes Gelenk ein erstes Gehäuse 420 und ein zweites
Gehäuse 410 aufweist.
Die interne Welle 412 erstreckt sich von dem zweiten Gehäuse 420 in das
erste Gehäuse 410.
Wie gezeigt ist, ist die Impulsscheibe 96 zum Beispiel
unter Verwendung von Klebstoff an dem Ende der internen Welle 412 angebracht,
während
die Endkappe 100 innerhalb des ersten Gehäuses 420 befestigt
ist. Es ist jedoch klar, dass die Impulsscheibe 96 innerhalb
des ersten Gehäuses 420 und
die Endkappe 100 an der internen Welle 412 befestigt
sein kann, ohne den Betrieb des Gelenks zu beeinträchtigen.
-
Wie
zuvor beschrieben wurde, führen
die Verwendung von zwei (oder mehr) Leseköpfen und die resultierende
Fehleraufhebung trotz kleiner axialer Verlagerungen zu einer weniger
fehleranfälligen und
genaueren Codierermessung. Außerdem
desensibilisiert eine direkte Beziehung zwischen dem Gitter und
der Streifenverschiebung den Codierer gegenüber durch die Umgebung induzierte
Fehler, für
welche Vorrichtungen des Stands der Technik anfällig sind. Ferner sind, da
der Interferenzbereich groß ist und
da eine nahezu sinusförmige
Interferenz überall innerhalb
dieses Bereichs erhalten wird, Ausrichtungstoleranzen weit lockerer
als in Verbindung mit Codierern des Stands der Technik, wie zuvor
beschrieben wurde.
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Bei
einem weiteren Beispiel beschreibt das
US-Patent 5,829,148 von Eaton (nachstehend
Eaton '148) ein
CMM des Stands der Technik, bei dem ein kompakter Codierer einen
festen Bestandteil jedes Gelenks bildet, indem er primäre drehbare
Lager vorsieht und daher die Notwendigkeit der Kompensierung von
axialen Verlagerungen vermeidet, die bei Raab '356 wie vorstehend besprochen erforderlich ist.
Da jedoch der Codierer primäre
drehbare Lager vorsieht, ist es wichtig, dass der Codierer strukturell robust
und in der Lage ist, verschiedenen Lasten unterworfen zu werden,
ohne dass dessen Leistung beeinträchtigt wird. Dies kommt noch
zu den Kosten und der Sperrigkeit des Codierers hinzu. Eine derartige
Struktur ist in
4 von Eaton '148 zu sehen.
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Im
Gegensatz dazu zeigt 36 eine modifizierte Struktur,
bei der der kompakte Codierer und die Verbindungswelle eines Gelenks
des CMMs von Eaton '148
entfernt und durch die Endkappe 100 und die Impulsscheibe 96 ersetzt
ist. Hier hält
ein erstes Gehäuse 470 die
Endkappe 100 und hält
die interne Welle 462 des zweiten Gehäuses 460 durch Lager 472.
Die interne Welle 462 ist verlängert, um nahe der Endkappe 100 zu
enden, und die Impulsscheibe 96 ist zum Beispiel unter
Verwendung von Klebstoff an dem Ende der internen Welle 462 angebracht. Wie
bei der Ausführungsform,
die in 35. gezeigt ist, verringert
die Verwendung von zwei (oder mehr) Leseköpfen die Kosten und Komplexität des Gelenks erheblich,
ohne dass die Genauigkeit darunter leidet.
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Nun
mit Bezug auf
23A ist ein Blockdiagramm der
Elektronik für
die Ausführungsform
mit dem einzelnen Lesekopf der
9A,
11A,
13A und
15A gezeigt. Es ist ersichtlich, dass das CMM
10 vorzugsweise
einen externen Bus (vorzugsweise einen USB-Bus)
260 und
einen internen Bus (vorzugsweise RS485)
261, der so gestaltet ist,
dass er auf mehrere Codierer erweitert werden kann, sowie entweder
eine außen
angebrachte Schiene oder zusätzliche
Drehachsen, wie eine siebte Achse, einschließt. Der interne Bus entspricht
vorzugsweise RS485, und dieser Bus ist vorzugsweise so konfiguriert,
dass er als ein serielles Netzwerk entsprechend dem seriellen Netzwerk
zum Übertragen von
Daten von Wandlern in einem tragbaren CMM-Arm, wie in dem ebenfalls vergebenen
US-Patent 6,219,928 offenbart
ist, verwendet werden kann.
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Mit
Bezug auf 23A ist es ersichtlich, dass
jeder Codierer in jeder Kassette einer Codiererplatine zugeordnet
ist. Die Codiererplatine für
die Kassette im Gelenk 16 ist innerhalb der Basis 12 positioniert
und in 25 mit 112 gekennzeichnet.
Die Codierer für
die Gelenke 18 und 30 werden auf einer zweifachen
Codiererplatine verarbeitet, die sich in dem zweiten langen Gelenk 30 befindet
und in 26 mit 114 gekennzeichnet
ist. 26 zeigt auch eine ähnliche zweifache Codiererplatine 116 für die Codierer,
die in den Gelenken 32 und 34 verwendet werden,
wobei die Platine 116 in dem dritten langen Gelenk 34 positioniert
ist, wie in 26 gezeigt ist. Schließlich ist
die Endcodiererplatine 118 in nerhalb des Griffs 28 der
Messsonde positioniert, wie in 24 gezeigt
ist, und wird verwendet, um die Codierer in dem kurzen Gelenk 36 zu
verarbeiten. Jede der Platinen 114, 116 und 118 ist
einem Thermoelement zugeordnet, um auf Grund von Temperaturschwankungen
einen Wärmeausgleich
vorzusehen. Jede Platine 112, 114, 116 und 118 enthält eine
eingebettete Analog-Digital-Umsetzung, eine Codiererzählung und
serielle Schnittstellenanschlüsse.
Jede Platine weist auch einen durch Eingabe programmierbaren Flash-Speicher
auf, um eine lokale Speicherung von Betriebsdaten zu ermöglichen.
Die Hauptprozessorplatine 112 ist auch durch den externen
USB-Bus 260 feldprogrammierbar. Wie erwähnt ist der interne Bus (RS-485) 261 so
gestaltet, dass er für
mehr Codierer erweiterbar ist, was auch entweder eine außen montierte
Schiene und/oder eine siebte Drehachse einschließt. Eine Achsenschnittstelle
wurde vorgesehen, um eine interne Busdiagnose zur Verfügung zu
stellen. Mehrere CMMs der in diesen Figuren bei 10 gezeigten
Art können
auf Grund der Kapazitäten
des externen USB-Kommunikationsprotokolls
an einer einzelnen Anwendung angebracht werden. Außerdem können aus
genau den gleichen Gründen
mehrere Anwendungen an einem einzelnen CMM 10 angebracht
werden.
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Vorzugsweise
schließt
jede Platine 112, 114, 116 und 118 einen
16-Bit-Digitalsignalprozessor ein, wie den Prozessor, der von Motorola
unter der Bezeichnung DSP56F807 erhältlich ist. Diese einzelne Verarbeitungskomponente
kombiniert viele Verarbeitungsmerkmale, einschließlich einer
seriellen Kommunikation, der Decodierung von Phasenverschiebungen,
A/D-Umsetzern und eines integrierten Speichers, wodurch eine Verringerung
der Gesamtzahl von für
jede Platine erforderlichen Chips ermöglicht wird.
-
Gemäß eines
weiteren wichtigen Merkmals der vorliegenden Erfindung ist jeder
der Codierer einem individualisierten Kennungschip 120 zugeordnet.
Dieser Chip identifiziert jeden individuellen Codierer und identifiziert
daher jede individuelle modulare Lager/Codierer-Kassette, um die
Qualitätskontrolle,
das Testen und Reparaturen zu vereinfachen und zu beschleunigen.
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23B ist ein Elektronik-Blockdiagramm, das ähnlich wie
in 23A ist, jedoch die Ausführungsform der 10, 12, 14 und 16–22 mit
zweifachem Lesekopf zeigt.
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Mit
Bezug auf die 24–26 wird
nun der Aufbau jeder Kassette in dem angelenkten Arm 14 beschrieben
(es ist zu beachten, dass 24 den Arm 10 ohne
Basis 12 zeigt. Es ist auch zu beachten, dass die 24–26 die
Ausführungsformen
mit einzelnem Lesekopf der 9A, 11A, 13A und 15A verwenden. Wie in 25 gezeigt
ist, schließt
das erste lange Gelenk 16 eine relativ lange Kassette 44 ein,
deren oberes Ende in eine zylindrische Muffe 120 der zweifachen
Muffenverbindung 46 eingeführt worden ist. Die Kassette 44 ist
unter Verwendung eines geeigneten Klebstoffs sicher innerhalb der
Muffe 120 gehalten. Das gegenüberliegende untere Ende der
Kassette 44 ist in ein Verlängerungsrohr eingeschoben,
welches in dieser Ausführungsform
eine Aluminiumhülse 122 sein
kann (aber die Hülse 122 kann
auch aus einer steifen Legierung oder einem Verbundstoffmaterial
bestehen). Die Kassette 44 ist in der Hülse 122 wiederum unter
Verwendung eines geeigneten Klebstoffs gesichert. Das untere Ende
der Hülse 122 schließt einen
Abschnitt 124 mit größerem Außendurchmesser
und mit einem Innengewinde 126 auf diesem ein. Ein derartiges
Gewinde ist nach außen
verjüngt
und ist so konfiguriert, dass es in Bezug auf das Gewinde zu einem
sich nach innen verjüngenden
Gewinde 128 auf einem magnetischen Trägergehäuse 130 passt, wie
es in 4 deutlich gezeigt ist. Wie besprochen wurde, sind
alle der mehreren Gelenke des CMMs 10 unter Verwendung
eines derartigen sich verjüngenden
Gewindes miteinander verbunden. Vorzugsweise ist das kegelige Gewinde
vom NPT-Typ, welches
selbstdichtend ist, und daher sind keine Sicherungsmuttern oder
andere Befestigungsvorrichtungen erforderlich. Dieses Gewinde ermöglicht auch
ein Gewindeverriegelungsmittel und sollte dieses einschließen.
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Nun
mit Bezug auf 26 ist, wie bei dem ersten langen
Gelenk 16, die lange Kassette 44' mit einem Klebstoff in der zylindrischen Öffnung 120' der zweifachen
Muffenverbindung 46' gesichert.
Das äußere Gehäuse 64' der Kassette 44' schließt einen Absatz 132 ein,
der durch die untere Oberfläche
des Flansches 72' definiert
ist. Dieser Absatz 132 trägt das zylindrische Verlängerungsrohr 134,
das über der
Außenfläche des
Gehäuses 64' vorgesehen
ist und dieses umgibt. Verlängerungsrohre
werden in den Gelenken verwendet, um ein Rohr mit variabler Länge zum
Anbringen an einer mit Gewinde versehenen Komponente zu schaffen.
Das Verlängerungsrohr 134 erstreckt
sich somit von dem Boden der Kassette 64' nach außen, und eine mit Gewinde versehene
Hülse 136 ist
in dieses eingeschoben. Es wird ein geeigneter Klebstoff verwendet,
um das Gehäuse 44' an das Verlängerungsrohr 134 zu
binden und die Hülse 136 und
das Rohr 134 zu verbinden. Die Hülse 136 endet an einem
kegeligen Abschnitt mit einem Außengewinde 138 auf
diesem. Das Außengewinde
passt in Bezug auf das Gewinde zu dem Innengewinde 140 auf
dem Verbindungsstück 142, das
mit Klebstoff in der Öffnung 144 der
zweifachen Muffenverbindung 48 gesichert wurde. Vorzugsweise besteht
das Verlängerungsrohr 134 aus
einem Verbundstoffmaterial, wie einem geeigneten Kohlefaserverbundstoff,
während
die mit Gewinde versehene Hülse 136 aus
Aluminium besteht, um zu den Wärmeeigenschaften
der zweifachen Muffenverbindung 48 zu passen. Es ist ersicht lich,
dass die PC-Platine 114 an einem Träger 146 befestigt
ist, der wiederum an dem Träger 142 der
zweifachen Muffenverbindung gesichert ist.
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Zusätzlich zu
den vorstehend erwähnten
Gewindeverbindungen kann ein oder können einige oder alle der Gelenke
unter Verwendung von mit Gewinde versehenen Befestigungsmitteln
miteinander verbunden sein, wie in den 25A–B gezeigt
ist. Im Gegensatz zu der mit Gewinde versehenen Hülse 136 aus 26 hat
die Hülse 136' aus 25B ein glattes kegeliges Ende 137, das
in einem komplementären
kegeligen Muffenträger 142' gehalten ist. Ein
Flansch 139 erstreckt sich um den Umfang nach außen von
der Hülse 136' mit einer Gruppierung
von Bolzenlöchern
(in diesem Fall 6) durch diese zur Aufnahme von Gewindebolzen 141.
Die Bolzen 141 werden mit dem Gewinde in entsprechenden
Löchern entlang
der Oberfläche
des Muffenträgers 142' aufgenommen.
Ein Verlängerungsrohr 134' ist über der Hülse 136' aufgenommen,
wie bei der Ausführungsform
aus 26. Die komplementären kegeligen männlichen
und weiblichen Verbindungen für
die Gelenke schaffen verbesserte Verbindungsgrenzflächen im
Vergleich zum Stand der Technik.
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Immer
noch mit Bezug auf 26 ist die lange Kassette 44'' des dritten langen Gelenks 34 auf ähnliche
Weise wie die Kassette 44' des
langen Gelenks 30 an dem Arm 14 gesichert. Das
heißt,
der obere Abschnitt der Kassette 44'' ist
mit Klebstoff in einer Öffnung 120'' der zweifachen Muffenverbindung 46'' gesichert. Ein Verlängerungsrohr 148 (vorzugsweise
bestehend aus einem Verbundstoffmaterial, wie in Bezug auf das Rohr 134 beschrieben
wurde) ist über
dem äußeren Gehäuse 64'' positioniert und erstreckt sich
nach außen
von diesem, um eine Gegenhülse 150 aufzunehmen,
die mit einem Klebstoff in dem Innendurchmesser des Verlängerungsrohrs 148 gesichert
ist. Die Gegenhülse 150 endet
an einem kegeligen Abschnitt mit einem Außengewinde 152 und
passt zu einem komplementären
Innengewinde 153 auf dem zweifachen Muffenverbindungsträger 154,
der mit Klebstoff an einer zylindrischen Muffe 156 innerhalb
der zweifachen Muffenverbindung 148' angebracht wurde. Die gedruckte
Schaltung 116 ist auf ähnliche
Weise unter Verwendung des PCB-Trägers 146' mit der zweifachen
Muffenverbindung verbunden, wobei der Träger an dem zweifachen Muffenverbindungsträger 154 gesichert
ist.
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Wie
in Bezug auf die 7 und 8 besprochen
wurde, sind die kurzen Kassetten 44' in den 13 und 14 und 108 der 15 einfach
zwischen zwei zweifachen Muffenverbindungen 46, 48 positioniert
und unter Verwendung eines geeigneten Klebstoffs innerhalb der zweifachen
Muffenverbindungen gesichert. Dadurch können die lange und die kurze
Kassette leicht in rechten Winkeln miteinander verbunden werden
(oder falls gewünscht
in anderen als rechten Winkeln).
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Die
modularen Lager/Wandler-Kassetten, wie sie vorstehend beschrieben
wurden, bilden einen wichtigen technologischen Vorsprung bei tragbaren CMMs,
wie zum Beispiel in den vorstehend genannten Patenten Raab '356 und Eaton '148 gezeigt. Das liegt
daran, dass die Kassette (oder das Gehäuse der Kassette) tatsächlich ein
Strukturelement jedes Gelenks definiert, das den angelenkten Arm
bildet. Wie es hier verwendet wird, bedeutet "Strukturelement", dass die Oberfläche der Kassette (z.B. das
Kassettengehäuse)
starr an den anderen Strukturkomponenten des angelenkten Arms angebracht
ist, um die Drehung ohne Verformung des Arms (oder höchstens
unter minimaler Verformung) zu übertragen. Dies
steht im Gegensatz zu herkömmlichen
tragbaren CMMs (wie in den Patenten Raab '356 und Eaton '148 offenbart ist), wobei separate und
verschiedene Gelenkelemente und Übertragungselemente
erforderlich sind, wobei die drehbaren Codierer Teil der Gelenkelemente
sind (aber nicht der Übertragungselemente).
Kurz gesagt hat die vorliegende Erfindung durch Kombinieren der
Funktionalität
der Gelenk- und Übertragungselemente
zu einer einzigen modularen Komponente (d.h. Kassette) die Notwendigkeit für separate Übertragungselemente
(z.B. Übertragungsglieder)
eliminiert. Somit verwendet die vorliegende Erfindung statt eines
angelenkten Arms, der aus separaten und verschiedenen Gelenken und Übertragungselementen
besteht, einen angelenkten Arm, der aus einer Kombination aus längeren und kürzeren Gelenkelementen
(d.h. Kassetten) besteht, die jeweils Strukturelemente des Arms
sind. Dies führt
zu besseren Nutzeffekten im Vergleich zum Stand der Technik. Zum
Beispiel betrug die Anzahl der Lager, die in den Patenten '148 und '582 in einer Kombination
aus Gelenk und Übertragungsglied
verwendet wurde, vier (zwei Lager in dem Gelenk und zwei Lager in
dem Übertragungsglied),
während
die modulare Lager/Wandler-Kassette der vorliegenden Erfindung ein
Minimum von einem Lager verwenden kann (obwohl zwei Lager bevorzugt
werden) und immer noch die gleiche Funktionalität erfüllt (wenn auch auf eine andere
und verbesserte Weise).
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Die 24A und 26A–B sind
Querschnittsansichten, ähnlich
wie die 24–26, aber
sie zeigen die Ausführungsformen
der 10, 12, 14 und 16–22 mit
zweifachem Lesekopf und sind weitere Querschnitte des in 3A gezeigten
CMMs 10'.
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Die
Gesamtlänge
des angelenkten Arms 14 und/oder die verschiedenen Armsegmente
können
je nach ihrer beabsichtigten Anwendung schwanken. In einer Ausführungsform
kann der angelenkte Arm eine Gesamtlänge von etwa 24 Inch aufweisen
und Messungen im Bereich von etwa 0,0002 Inch bis 0,0005 Inch (≅ 5,1 μm–12,7 μm) bieten.
Diese Armabmessung und Messgenauigkeit stellt ein tragbares CMM
zur Verfügung,
welches für
Mes sungen, die nun unter Verwendung von typischen Handwerkzeugen,
wie Mikrometern, Höhenmessgeräten, Tastern
und dergleichen, durchgeführt
werden, gut geeignet ist. Natürlich
könnte
der angelenkte Arm 14 kleinere oder größere Abmessungen und Genauigkeitsgrade
aufweisen. Zum Beispiel können
größere Arme
eine Gesamtlänge
von 8 oder 12 Fuß (≅ 2,44 m–3,66 m)
und zugehörige
Messgenauigkeiten von 0,001 Inch (≅ 25 μm) aufweisen, wodurch die Verwendung
in den meisten Echtzeit-Prüfanwendungen oder
die Verwendung beim Reverse Engineering möglich ist.
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Das
CMM 10 kann auch mit einem Controller verwendet werden,
der auf diesem montiert ist und verwendet wird, um ein relativ vereinfachtes
ausführbares
Programm ablaufen zu lassen, wie es in dem vorgenannten Patent 5,978,748
und der Anmeldung mit dem Aktenzeichen Nr. 09/775,226 offenbart
ist; oder es kann mit komplexeren Programmen auf einem Hostcomputer 172 verwendet
werden.
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Mit
Bezug auf die 1–6 und 24–26 sind
bei einer bevorzugten Ausführungsform
jedes der langen und kurzen Gelenke durch einen elastomeren Puffer
oder eine elastomere Abdeckung geschützt, der bzw. die dahingehend wirkt,
große
Aufprallstöße zu begrenzen
und ergonomisch angenehme Greifstellen vorzusehen (und eine ästhetisch
angenehme Erscheinung bietet). Die langen Gelenke 16, 30 und 34 sind
jeweils durch eine starre austauschbare Kunststoffabdeckung (z.B. ABS)
geschützt,
die als ein Schutz gegen Aufprall und Abrieb dient. Für das erste
lange Gelenk 16 liegt diese starre austauschbare Kunststoffabdeckung
in Form des zweiteiligen Basisgehäuses 26A und 26B vor,
wie es auch in 4 gezeigt ist. Die langen Gelenke 30 und 34 sind
jeweils durch ein Paar von Abdeckungsteilen 40 und 41 geschützt, die,
wie in den 5 und 6 gezeigt
ist, unter Verwendung von geeigneten Schrauben zweischalig miteinander
verbunden werden können,
um eine Schutzhülse
zu bilden. Es ist ersichtlich, dass bei einer bevorzugten Ausführungsform
diese starre austauschbare Kunststoffabdeckung für jedes lange Gelenk 30 und 34 das vorzugsweise
zusammengesetzte (Kohlefaser-) Verlängerungsrohr 134 bzw. 148 umgeben
wird.
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Vorzugsweise
schließt
eine der Abdeckungen, in diesem Fall der Abdeckungsabschnitt 41,
einen abgeschrägten
Trägerpfosten 166 ein,
der einstückig
in diesem geformt ist und die Drehung an dem Ellbogen des Arms begrenzt,
um die Sonde 28 so einzuschränken, dass sie in der Ruheposition nicht
mit der Basis 12 kollidiert. Dies ist am besten in den 3, 24 und 26 gezeigt.
Es ist ersichtlich, dass der Pfosten 166 somit einen unnötigen Aufprall
und Abrieb begrenzt.
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Wie
mit Bezug auf die 29 und 31 besprochen
wird, kann die Sonde 28 auch eine austauschbare Schutzabdeckung
aus Kunststoff aufweisen, die aus einem starren Kunststoffmaterial
gefertigt ist.
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Die 3A, 24A und 26A–B zeigen
alternative Schutzhälsen 40', 41', die auch eine zweischalige
Konstruktion aufweisen, aber unter Verwendung von Bändern oder
Quetschklemmen 167 anstelle von mit Gewinde versehenen
Befestigungsmitteln an Ort und Stelle gehalten werden.
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Jedes
der kurzen Gelenke 18, 32 und 36 schließt ein Paar
von elastomeren Puffern 38 ein (z.B. aus thermoplastischem
Gummi, wie Santoprene®), wie es zuvor erwähnt wurde
und deutlich in den 1–3 und 5–6 gezeigt
ist. Die Puffer 38 können
entweder unter Verwendung eines mit einem Gewinde versehenen Befestigungsmittels,
eines geeigneten Klebstoffs oder auf eine andere geeignete Weise
angebracht werden. Der elastomere oder Gummipuffer 38 begrenzt
den großen
Aufprallstoß und
bietet eine ästhetisch
und ergonomisch angenehme Greifstelle.
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Die
vorstehenden Abdeckungen 40, 41, 40', 41' und die Puffer 38 sind
jeweils leicht austauschbar (ebenso wie das Basisgehäuse 26A, 26B)
und ermöglichen
eine schnelle und kostengünstige
Instandsetzung des Arms 14, ohne die mechanische Leistung
des CMMs 10 zu beeinflussen.
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Immer
noch mit Bezug auf die 1–3 schließt das Basisgehäuse 26A,
B mindestens zwei zylindrische Ansätze für das Montieren einer Kugel ein,
wie es in 3 bei 168 gezeigt ist.
Die Kugel kann zum Montieren eines klammerartigen Computerhalters 170 verwendet
werden, der wiederum eine tragbare oder andere Computervorrichtung 172 (z.B. den "Hostcomputer") trägt. Vorzugsweise
ist ein zylindrischer Ansatz auf jeder Seite des Basisgehäuses 26A,
B vorgesehen, so dass die Kugel-Klammer-Computerhalterung
auf jeder Seite des CMMs 10 montiert werden kann.
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Nun
mit Bezug auf die 15, 16, 27A, B und 28 wird
jetzt das bevorzugte Gegengewicht zur Verwendung mit dem CMM 10 beschrieben.
Herkömmlicherweise
wurde bei tragbaren CMMs der hier beschriebenen Art eine außen montierte
Schraubenfeder verwendet, die separat wie ein Ausleger an der Außenseite
des angelenkten Arms zur Verwendung als ein Gegengewicht montiert
wurde. Im Gegensatz dazu verwendet die vorliegende Erfindung ein
vollständig
integriertes inneres Gegengewicht, das zu einem niedrigeren Gesamtprofil
für den
angelenkten Arm führt.
Typischerweise wurden in Gegengewichten des Stands der Technik gewundene
Schraubenfedern in dem Gegengewichtmechanismus verwendet. Gemäß einem
wichtigen Merkmal der vorliegenden Erfindung verwendet jedoch das Gegengewicht
eine maschinell bearbeitete Schraubenfeder (im Gegensatz zu einer gewundenen Schraubenfeder).
Diese maschinell bearbeitete Feder 110 ist in den 16 und 27A–B
gezeigt und wird aus einem einzelnen Zylinder aus Metall (Stahl) gebildet,
der so maschinell bearbeitet wird, dass er ein Paar von relativ
breiten Ringen 174, 176 an entgegen gesetzten
Enden der Wicklung und relativ engere Ringe 178, die die
Zwischenwicklungen zwischen den Endwicklungen 174, 176 bilden,
aufweist. Es ist ersichtlich, dass die breiteren Endringe 174, 176 mit
den jeweiligen Seitenflächen 180 der
Welle 62' und 182 des
Gehäuses 64'' im Eingriff sind, wodurch eine
seitliche Bewegung der Feder 110 verhindert wird. Die breiteren
festen Endringe 174, 176 wirken als eine Verdrehsicherung
und schaffen eine bessere Funktion im Vergleich zu gewundenen Federn
des Stands der Technik. Der Endring 174 weist vorzugsweise
ein Paar von Verriegelungspfosten 184, 186 auf
(obwohl auch nur ein Verriegelungspfosten verwendet werden kann),
während
der Endring 176 einen Verriegelungspfosten 188 aufweist.
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Mit
Bezug auf die 27B weist jede zweifache Muffenverbindung 46, 48 Kanäle auf,
wie sie bei 190 und 191 in der zweifachen Muffenverbindung 46 gezeigt
sind, um einen jeweiligen Pfosten 184, 186 oder 188 aufzunehmen.
Mit Bezug auf die 28 kann, während die Stifte 184, 186 in
einer festen Position innerhalb des passenden Kanals oder der passenden
Nut der zweifachen Muffenverbindung 48 bleiben, die Position
des Stifts 188 so geändert
werden, dass die gesamte Aufwicklung auf der Feder 110 optimiert
wird und die effizienteste Gegengewichtskraft zur Verfügung gestellt
wird. Dies wird durch Verwendung eines Gewindelochs 192 erreicht, das
eine Gewindeschraube 194 aufnimmt. Wie in 28 gezeigt
ist, kann die Schraube 194 so betätigt werden, dass sie den Stift 188 berührt und
den Stift 188 in Umfangsrichtung im Uhrzeigersinn entlang
eines Innenkanals 196 bewegt, der in 27B als senkrecht zu der Stiftzugangsnut 190 gezeigt ist.
Die Schraube 194 ist vorzugsweise so positioniert, dass sie
die Feder 110 im Betrieb optimiert.
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Es
ist ersichtlich, dass während
der Verwendung des angelenkten Arms 14 die Codierer/Lager-Kassette 108 als
eine Gelenkverbindung dient, und sobald sie in die Muffen der zweifachen
Muffenverbindungen 46, 48 eingeführt und
mit Klebstoff in diesen gesichert ist, die Stifte 184, 186 und 188 in
ihren jeweiligen Nuten verriegelt werden. Wenn die Muffenverbindung 48 relativ
zur Muffenverbindung 46 (über die Gelenkverbindung der
Kassette 108) gedreht wird, wird sich die Feder 110 aufwickeln.
Wenn es gewünscht
ist, dass sich die Muffenverbindung 48 in ihre ursprüngliche
Position zurück
dreht, werden sich die gewundenen Kräfte der Feder 110 abwickeln und
dadurch die gewünschte
Gegengewichtskraft zur Verfügung
stellen.
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Für den Fall,
dass es gewünscht
ist, dass der angelenkte Arm 14 verkehrt herum montiert
wird, wie auf einem Zerkleinerer bzw. einer Schleifmaschine, einem
Balken oder einer Decke, kann die Ausrichtung der Feder 110 ähnlich umgedreht
(oder umgekehrt) werden, so dass die richtige Ausrichtung für das notwendige
Gegengewicht erreicht werden kann.
-
Nun
mit Bezug auf die 29 und 30A-C
wird jetzt eine bevorzugte Ausführungsform
der Messsonde 28 beschrieben. Die Sonde 28 umfasst
ein Gehäuse 196 mit
einem Innenraum 198 in diesem, um eine gedruckte Schaltung 118 aufzunehmen.
Es ist ersichtlich, dass das Gehäuse 196 eine
zweifache Muffenverbindung der vorstehend beschriebenen Art darstellt
und eine Muffe 197 einschließt, in die ein Trägerelement 199 zum
Tragen der gedruckten Schaltung 118 eingebunden ist. Vorzugsweise
weist der Griff 28 zwei Schalter auf, nämlich einen Aufnahmeschalter 200 und
einen Bestätigungsschalter 202.
Diese Schalter werden von dem Bediener verwendet, um eine Messung
aufzunehmen (Aufnahmeschalter 200) und um die Messung während des
Betriebs zu bestätigen
(Bestätigungsschalter 202).
Gemäß einem
wichtigen Merkmal dieser Erfindung werden die Schalter voneinander
differenziert, um eine Verwechslung bei der Verwendung zu vermeiden.
Diese Differenzierung kann in einer oder mehreren Formen vorliegen,
einschließlich
zum Beispiel, dass die Schalter 200, 202 eine
unterschiedliche Höhe
und/oder unterschiedliche Strukturen (es ist zu beachten, dass der
Schalter 202 eine Vertiefung aufweist, im Gegensatz zu
der glatten oberen Oberfläche
des Schalters 200) und/oder unterschiedliche Farben aufweisen
(zum Beispiel kann der Schalter 200 grün sein, und der Schalter 202 kann
rot sein). Ebenfalls gemäß einem
wichtigen Merkmal dieser Erfindung ist den Schaltern 200, 202 ein
Anzeigelicht 204 zum Anzeigen der richtigen Sondenanwendung
zugeordnet. Vorzugsweise ist das Anzeigelicht 204 ein zweifarbiges
Licht, so dass zum Beispiel das Licht 204 beim Aufnehmen
einer Messung (und beim Drücken
des grünen
Aufnahmeknopfes 200) grün
ist, und zum Bestätigen
einer Messung (und beim Drücken
des roten Knopfes 202) rot ist. Die Verwendung eines vielfarbigen
Lichts wird leicht durch Verwendung eines bekannten LEDs als Lichtquelle
für das
Licht 204 erreicht. Um das Greifen zu unterstützen, eine
verbesserte Ästhetik
zur Verfügung
zu stellen, und als Aufprallschutz ist eine äußere Schutzabdeckung der vorstehend
beschriebenen Art bei 206 angezeigt und über einen
Teil der Sonde 28 vorgesehen. Eine Schalterstromkreisplatte 208 ist zum
Montieren der Knöpfe 200, 202 und
der Lampe 204 vorgesehen und wird durch das Trägerelement 199 gehalten.
Die Schalttafel 208 ist elektrisch mit der Platine 118 verbunden,
die Komponenten zur Verarbeitung der Schalter und des Lichtanzeigers
sowie zur Verarbeitung der kurzen Gelenkverbindung 36 aufnimmt.
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Gemäß einem
weiteren wichtigen Merkmal der vorliegenden Erfindung, und mit Bezug
auf die 29 und die Figuren 30A–C, weist
die Sonde 28 einen dauerhaft installierten Tastkopf sowie
eine abnehmbare Kappe zum Einstellen einer festen Sonde, während der
Tastkopf geschützt
wird, auf. Der Tastkopfmechanismus ist in 29 bei 210 gezeigt
und basiert auf einem vereinfachten kinematischen Dreipunktsitz.
Diese herkömmliche
Konstruktion weist eine Nase 212 auf, die eine Kugel 214 berührt, die durch
eine Kontaktfeder 216 vorgespannt ist. Drei Kontaktstifte
(wobei ein Stift bei 218 gezeigt ist) sind mit einem Grundstromkreis
in Berührung.
Das Anlegen irgendwelcher Kräfte
an die Sondennase 212 führt
zum Anheben einer der drei Kontaktstifte 218, was zu einem Öffnen des
Grundstromkreises und somit zur Aktivierung eines Schalters führt. Vorzugsweise
arbeitet der Tastkopf 210 zusammen mit dem vorderen "Aufnahme"-Schalter 200.
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Wie
in 30B gezeigt ist, ist bei Verwendung des Tastkopfes 210 eine
mit Gewinde versehene Schutzabdeckung 220 durch das Gewinde
an dem Gewinde 222 angebracht, das den Tastkopf 210 umgibt.
Wenn es gewünscht
ist, an Stelle des Tastkopfes eher eine feste Sonde zu verwenden,
wird die abnehmbare Kappe 220 jedoch entfernt und eine
gewünschte
feste Sonde, wie sie in den 29 und 30A–C
bei 224 gezeigt ist, wird mit einem Gewinde an dem Gewinde 222 angebracht.
Es ist ersichtlich, dass, während
an der festen Sonde 224 eine runde Kugel 226 angebracht
ist, jede andere und gewünschte
feste Sondenkonfiguration mit Gewinde über das Gewinde 222 an
der Sonde 28 leicht angebracht sein kann. Der Tastkopfaufbau 210 ist
in einem Gehäuse 228 montiert,
welches mit Gewinde in dem Gewindeverbindungsstück 230 aufgenommen
ist, das einen Teil des Sondengehäuses 196 bildet. Diese
Gewindeverbindung bietet die vollständige Integration des Tastkopfes 210 in
der Sonde 28.
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Das
Vorsehen eines vollständig
integrierten Tastkopfes stellt ein wichtiges Merkmal der vorliegenden
Erfindung dar und unterscheidet sich von abnehmbaren Tastköpfen des
Stands der Technik bei CMMs des Stands der Technik. Außerdem ist
der dauerhaft installierte Tastkopf auch leicht zu einer Festsonde
umzubauen, wie vorstehend beschrieben.
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Die 29A–C
offenbaren noch eine weitere bevorzugte Ausführungsform für eine Messsonde gemäß der vorliegenden
Erfindung. In den 29A–C ist bei 28' eine Messsonde
gezeigt und ist im Wesentlichen ähnlich
der Messsonde 28 in 29, wobei
der Hauptunterschied in der Konfiguration des "Aufnahme-" und "Bestätigungs"-Schalters besteht.
Die Messsonde 28' verwendet
an Stelle der unterschiedlichen Knopfschalter, die in 29 gezeigt
sind, zwei Paare von bogenförmigen
länglichen Schaltern 200a–b und 202ab.
Jedes jeweilige Paar von länglichen
Schaltern 202a–b
und 200a–b
entsprechen jeweils dem Aufnahmeschalter und dem Bestätigungsschalter,
wie vorstehend mit Bezug auf 29 beschrieben.
Ein Vorteil der Ausführungsform der
Messsonde 28' im
Vergleich zur Ausführungsform
der Messsonde 28 besteht darin, dass jedes Paar von länglichen
Schaltern 202 und 200 nahezu den gesamten Umfang
(oder zumindest den Großteil des
Umfangs) der Messsonde umgibt und daher durch den Bediener des tragbaren
CMMs leichter betätigbar
ist. Wie bei der Ausführungsform
aus 29 ist jedem Schalter ein Anzeigelicht 204 zugeordnet, wobei
das Licht 204 und die Schalter 200, 202 auf
jeweiligen gedruckten Leiterplatten 208' montiert sind. Außerdem können, wie
bei der Ausführungsform
aus 29, die Schalter 200, 202 durch
Verwendung von zum Beispiel unterschiedlichen Höhen, unterschiedlichen Strukturen
und/oder unterschiedlichen Farben unterschieden werden. Vorzugsweise
schwimmen die Schalter 200, 202 etwas, so dass
der Knopf betätigt
werden kann, wenn er an irgendeiner Stelle entlang desselben ge drückt wird.
Wie bei der Ausführungsform
aus 29 wird bei 206 eine äußere Schutzabdeckung der vorstehend
beschriebenen Art verwendet und über
einem Teil der Sonde 28' vorgesehen.
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Nun
mit Bezug auf 31 ist eine alternative Messsonde
zur Verwendung mit dem CMM 10 im Allgemeinen bei 232 gezeigt.
Die Messsonde 232 ist ähnlich
zur Messsonde 28 aus 29, wobei
der Hauptunterschied darin liegt, dass die Sonde 232 eine
drehbare Griffabdeckung 234 aufweist. Die drehbare Abdeckung 234 ist
auf einem Paar von beabstandeten Lagern 236, 238 montiert,
die wiederum auf einem Innenkern oder Träger 240 montiert sind, so
dass die Abdeckung 234 (über die Lager 236, 238) um
den Innkern 240 frei drehbar ist. Die Lager 236, 238 sind
vorzugsweise Radiallager und minimieren die parasitären Drehmomente
auf dem Arm auf Grund der Handhabung der Sonde. Was wesentlich ist,
ist dass die Schalterabdeckplatte 208' und die entsprechenden Schalter 200', 202' und die LED 204' jeweils an
der drehbaren Griffabdeckung 234 montiert sind, um sich
mit diesen zu drehen. Während
der Drehung ist eine elektrische Netzwerkfähigkeit zur verarbeitenden
Platine 118' unter
Verwendung eines herkömmlichen
Schleifringmechanismus 242 vorgesehen, der eine bekannte
Vielzahl von beabstandeten Federfingern 242 aufweist, die
die feststehenden kreisförmigen
Kanäle 244 berühren. Diese
Kontaktkanäle 244 sind
wiederum mit der Platine 118' elektrisch
verbunden. Die drehbare Griffabdeckung 234 und der Schalteraufbau
sind somit unter Verwendung des Schleifringleiters 242 elektrisch
mit dem Innenkern oder dem Sondenschaft 240 und der Elektronikplatine 188' gekoppelt.
Die Drehung des Sondengriffs 234 ermöglicht eine für den Benutzer
zweckmäßige Ausrichtung
der Schalter 200', 202'. Dadurch kann
der angelenkte Arm 14' während der
Handhabung genau messen, indem undokumentierte Kräfte minimiert
werden. Die Abdeckung 234 besteht vorzugsweise aus ei nem
steifen Polymer und wird mit geeigneten Vertiefungen 246 und 248 versehen,
um ein leichtes und bequemes Greifen und Handhaben durch den Sondenbediener
zu ermöglichen.
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Es
ist ersichtlich, dass der Rest der Sonde 232 der Sonde 28 ziemlich ähnlich ist,
einschließlich des
Vorsehens eines dauerhaft und einstückig installierten Tastkopfes 210 in
der Abdeckung 220. Es ist zu beachten, dass die Schalter 200', 202' unterschiedliche
Höhen und
Oberflächenstrukturen
aufweisen, so dass die Erkennung leicht möglich ist.
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Die
drehbare Abdeckung
234 ist ein wesentlicher Vorsprung im
Bereich von CMMs, da sie die Notwendigkeit einer siebten Drehachse
an der Sonde überflüssig macht,
wie sie in dem vorstehend genannten
US-Patent
5,611,147 offenbart ist. Es ist ersichtlich, dass das Hinzufügen einer
siebten Achse zu einem komplexeren und kostspieligeren CMM führt und
außerdem
eine weitere mögliche
Fehlerquelle in das System einbringt. Die Verwendung der drehbaren
Sonde
232 mindert die Notwendigkeit einer "echten" siebten Achse, da
sie ermöglicht,
dass die Sonde die Drehung bereitstellt, die für die Griffposition an dem
Sondenende notwendig ist, und zwar ohne die Komplexität eines
siebten Wandlers und den zugeordneten Lagern, Codierern und der
Elektronik.
-
Für den Fall,
dass es gewünscht
ist, eine Messsonde mit einer "echten" siebten Achse zu
verwenden, das heißt,
dass man eine Messsonde mit einem siebten drehbaren Codierer zur
Messung von drehender Drehung hat, ist eine derartige Messsonde
in den 37–40 gezeigt.
Mit Bezug auf diese Figuren ist eine Messsonde 500 gezeigt,
wobei eine derartige Messsonde im Wesentlichen ähnlich zu der Messsonde aus 29 ist,
wobei der Hauptunterschied in dem Einfügen einer modularen Lager/Wandler-Kassette 502 der
vorstehend beschriebenen Art, dem Vorliegen der Aufnahme- und Bestätigungsschalter 504, 506 an
den Seiten der Messsonde und dem Einschließen eines abnehmbaren Griffs 508 besteht.
-
Es
ist ersichtlich, dass die modulare Lager/Wandler-Kassette 502 im
Wesentlichen ähnlich zu
den vorstehend im Einzelnen beschriebenen Kassetten ist und eine
drehbare Welle, ein Paar von Lagern auf der Welle, eine optische
Impulsscheibe, mindestens einen und vorzugsweise zwei optische Leseköpfe, die
von der Impulsscheibe beabstandet sind und mit dieser in optischer
Verbindung stehen, und ein die Lager, die optische Impulsscheibe,
den Lesekopf (die Leseköpfe)
und zumindest einen Abschnitt der Welle umgebendes Gehäuse einschließt, um die
diskrete modulare Lager/Wandler-Kassette zu begrenzen. Eine Leiterplatte 503 für die Codiererelektronik
befindet. sich in einer Öffnung 504 bei
der Sonde 500. Paare von Aufnahme- und Bestätigungsknöpfen 504, 506 sind
auf jeder Seite eines nach unten vorstehenden Gehäuseteils 510 der
Sonde 500 positioniert, wobei die Knöpfe mit einer geeigneten PC-Platine 512 verbunden
sind, wie bei der Messsonde der Ausführungsform aus 29. Ähnlich ist ein
Anzeigelicht 513 zwischen den Knöpfen 504, 506 wie
in den vorstehend besprochenen Ausführungsformen positioniert.
Ein Paar von Gewindeöffnungen 514 in
dem Gehäuse 510 nimmt
Verbindungselemente zum lösbaren
Anbringen des Griffs 508 auf, der eine leichte Handhabung
zum Drehen während der
Verwendung der Messsonde 500 vorsieht.
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In
allen anderen wesentlichen Hinsichten ist die Messsonde 500 ähnlich zur
Messsonde aus 29, einschließlich der
bevorzugten Verwendung eines dauerhaft installierten Tastkopfes
bei 516 sowie einer abnehmbaren Kappe zum Anpassen einer festen
Sonde 518, während
der Tastkopf geschützt wird.
Es ist ersichtlich, dass der siebte drehbare Codierer 502,
der in der Messsonde 500 eingeschlossen ist, die Verwendung
des CMMs 10 in Verbindung mit bekannten Lichtschnittsensoren
und anderen periphären
Vorrichtungen erleichtert.
-
Nun
mit Bezug auf die 2–4, 23 und 25 ist
gemäß einem
wichtigen Merkmal der vorliegenden Erfindung eine tragbare Stromversorgung vorgesehen,
um das CMM 10 mit Strom zu versorgen und somit ein vollständig tragbares
CMM vorzusehen. Dies steht im Gegensatz zu CMMs des Stands der Technik,
bei denen die Stromversorgung nur auf einem Wechselstromkabel basierte.
Außerdem
kann das CMM 10 auch durch einen AC/DC-Adapter über eine herkömmliche
Steckfassung direkt mit einem Wechselstromkabel betrieben werden.
Wie in den 2, 3 und 25 gezeigt
ist, ist bei 22 eine herkömmliche aufladbare Batterie
(z.B. Li-Innenbatterie) gezeigt. Die Batterie 22 ist mechanisch
und elektrisch mit einem herkömmlichen
Batterieträger 252 verbunden,
der wiederum elektrisch mit einer herkömmlichen Stromversorgung und
einer Batterieaufladekreiskomponente 254 verbunden ist,
die sich auf der Leiterplatte 20 befindet. Ebenfalls in
Verbindung mit der Platine 20 sind ein Ein/Aus-Schalter 258 (siehe 3)
und eine Hochgeschwindigkeitsverbindungsschnittstelle 260 (vorzugsweise
eine USB-Schnittstelle).
Die Gelenkelektronik des Arms 14 ist unter Verwendung eines
RS-485-Bus mit der Platine 20 verbunden. Die Batterie 22 kann
auf einem separaten Ladegerät
oder am Ort in dem Gestell 252 aufgeladen werden, wie man
es üblicherweise
bei herkömmlichen
Videokameras findet. Es ist ersichtlich, dass der tragbare Computer 172 (siehe 2) mehrere
Stunden mit seinen eingebauten Batterien betrieben werden kann und/oder
in einer anderen Ausführungsform
elektrisch mit der Stromversorgungseinheit 254 des CMMs 10 verbunden
werden kann.
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Die
integrierte Stromversorgungs-/Aufladeeinheit gemäß der vorliegenden Erfindung
ist vorzugsweise als ein fester Be standteil des CMMs 10 positioniert,
indem diese Komponente als ein fester Bestandteil der Basis 12 und
insbesondere als ein Teil des Basisgehäuses 26A, B aus Kunststoff
platziert wird. Es ist auch zu beachten, dass das Basisgehäuse 26A,
B vorzugsweise einen kleinen Lagerbereich 259 mit einem
schwenkbaren Deckel 262 zum Lagern von Ersatzbatterien,
Sonden oder dergleichen aufweist.
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Nun
mit Bezug auf die 4, 25, 32–34 wird
jetzt die neue magnetische Montagevorrichtung zur Verwendung mit
dem CMM 10 beschrieben. Diese magnetische Montagevorrichtung
ist im Allgemeinen bei 24 in den 4, 25, 32 und 33 gezeigt.
Die magnetische Halterung 24 weist ein zylindrisches nicht
magnetisches Gehäuse 266 auf,
das an seinem oberen Ende in einem Gewindeabschnitt 268 mündet. Wie
bei allen bevorzugten Gewinden, die in dem CMM 10 verwendet werden,
ist das Gewinde 268 ein kegeliges Gewinde, das mit dem
Gewinde 126 des ersten langen Gelenks 16 durch
das Gewinde verbunden werden soll, wie es am besten in 25 gezeigt
ist. Das nicht magnetische Gehäuse 266 hat
eine im Wesentlichen zylindrische Konfiguration, mit der Ausnahme
von zwei länglichen
Erweiterungen 270, 272, die einander mit einem
Winkel von 180° gegenüber liegen
und sich von dem Gehäuse 266 nach
außen
und unten erstrecken. Auf jeder Seite der länglichen Erweiterungen 270, 272 ist
ein Paar von halbzylindrischen Gehäusen 274, 276 angebracht,
die jeweils aus einem "magnetischen" Material gebildet
sind, das heißt,
einem Material, das magnetisiert werden kann, wie Eisen oder magnetischer
rostfreier Stahl. Zusammen bilden die "magnetischen" Gehäusehälften 274, 276 und
die länglichen
Erweiterungen 270, 272 eine zylindrische Umfassung
mit offenem Ende, um einen Magnetkern 278 aufzunehmen und
zu bergen. Der Magnetkern 278 hat eine längliche
Form mit einer nicht magnetischen Mitte 280, die zwischen
einem Paar von seltenen Erdmagneten (z.B. Neodym-Eisen-Bor) 282, 284 eingefasst
ist. Eine axiale Öffnung 286 ist
durch die nicht magnetische Mitte 280 vorgesehen. Eine
kreisförmige
Abdeckplatte 288 ist unterhalb des Magnetkerns 278 positioniert
und befindet sich innerhalb des unteren Gehäuses, das durch die Elemente 274, 276 und
die länglichen
Erweiterungen 270, 272 gebildet ist. Eine Welle 290 ist
durch eine kreisförmige Öffnung 292 in
dem Gehäuse 266 positioniert
und erstreckt sich nach unten durch die axiale Öffnung 286 des Magnetkerns 278.
Die Welle 290 ist zur Drehung durch ein oberes Lager 292 und
ein unteres Lager 294 gehalten. Das obere Lager 292 wird
durch eine interne zylindrische Ausnehmung in dem Gehäuse 266 aufgenommen,
und das untere Lager 294 wird durch eine ähnliche
zylindrische Ausnehmung in der Abdeckplatte 288 aufgenommen.
Ein Hebel 296 erstreckt sich nach außen und senkrecht von der Welle 290 und
stellt, wie nachstehend beschrieben wird, einen Ein/Aus-Mechanismus
für die
magnetische Halterung 264 zur Verfügung. Der Hebel 296 erstreckt sich
nach außen
aus dem Gehäuse 266 durch
eine Nut 297 durch das Gehäuse 266 (siehe 25).
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Dieser
gesamte Aufbau des Hebels 296, der Welle 290 und
der Lager 292, 294 ist unter Verwendung eines
oberen, mit Gewinde versehenen Befestigungselements 298 und
eines unteren Halterings 300 aneinander gesichert. Es ist
ersichtlich, dass die verschiedenen Komponenten der magnetischen
Halterung 264 weiterhin zum Beispiel durch mit Gewinde versehene
Befestigungsmittel 302, die das Gehäuse 266 an Gehäuseteile 274, 276 aus "magnetischem" Material binden,
und durch mit Gewinde versehene Befestigungsmittel 304 gesichert
sind, die die Gehäuseteile 274, 276 mit
der Abdeckung 288 verbinden. Außerdem bringen die mit Gewinde
versehenen Befestigungsmittel 306 die länglichen Erweiterungen 270, 272 des
Gehäuses 266 an
der Abdeckung 288 an. Ein Stift 308 wird durch
eine seitliche Öffnung
in dem Kern 278 und eine seitliche Öffnung in der Welle 290 aufgenommen,
um die Welle 290 an dem Kern 278 zu verriegeln.
Auf diese Weise wird, wenn der Hebel 296 gedreht wird,
die Welle 290 den Kern 278 über die Wellenverbindung 208 drehen.
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Wie
in den 1, 3 und 25 gezeigt ist,
ist der Hebel 296 mit einem Griff 310 verbunden, der
leicht auf der Außenseite
der Basis 12 zugänglich ist
und verwendet wird, um die magnetische Halterung 264 zu
betätigen.
Um eine derartige Betätigung vorzunehmen,
wird einfach der Griff 296 bewegt (von rechts nach links
in 1). Die Bewegung des Griffs 310 wird
wiederum den Hebel 296 drehen, der wiederum die Welle 290 drehen
wird, die dann die seltenen Erdmagnete 282, 284 aus
ihrer Ruheposition (in der die Magnete 282, 284 mit
den nicht magnetischen Erweiterungen 270, 272 ausgerichtet
sind) in eine betätigte
Position drehen wird, in denen die Magnete 282, 284 mit
dem magnetischen Material 274, 276 ausgerichtet
sind. Wenn die Magnete wie beschrieben mit dem magnetischen Material
ausgerichtet sind, bildet sich ein Magnetfeld (Fluss). Wenn ähnlich die
Magnete 282, 284 nicht mit dem magnetischen Material 274, 276 ausgerichtet
sind, ist der Flussweg unterbrochen. In diesem Zustand kann die Magnetbasis
von dem Tisch, auf dem sie ruht, getrennt werden. Es ist jedoch
zu beachten, dass selbst in der nicht ausgerichteten Position ein
gewisser restlicher magnetischer Fluss vorhanden sein wird. Dieser
geringe restliche magnetische Fluss in der "Aus"-Position
ist ein positives Merkmal dieser Erfindung, da eine geringe Menge
an magnetischem Fluss dahingehend wirkt, dass sie mit dem Magneten reagiert
und automatisch den Hebel 296 zurück in die "Ein"-Position
dreht, wenn er auf den Tisch zurückgestellt
wird. Es ist ersichtlich, dass, wenn die Magnete mit dem magnetischen
Material ausgerichtet sind, ein starkes Magnetfeld aufgebaut wird
und die halbkreisförmigen
Elemente 274, 276 magnetisch an der ringförmigen Oberfläche, die
an deren Unterseite gebildet ist, haften, wie bei 312 in
den 25 und 33 gezeigt
ist.
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Die
magnetische Halterung 264 der vorliegenden Erfindung stellt
eine vollständig
integrierte und dabei abnehmbare Montagevorrichtung zur Verfügung, da
sie lösbar
(über das
Gewinde 268) montiert ist und durch andere Anbringungen
ersetzt werden kann, wie eine Schraubenhalterung oder eine Vakuumhalterung.
Natürlich
muss, damit sie richtig verwendet wird, die magnetische Halterung 264 auf einer
magnetisierbaren Oberfläche
platziert und (über
den Hebel 296) aktiviert werden, um zu arbeiten. Für den Fall,
dass eine Montage auf einer nicht magnetischen Oberfläche (z.B.
Granit) erforderlich ist, müssen
Platten an den Grenzflächen
oder andere geeignete Mechanismen zwischen der Magnetbasis und der
nicht magnetischen Oberfläche
verwendet werden.
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Während bevorzugte
Ausführungsformen gezeigt
und beschrieben wurden, können
verschiedene Modifikationen und Substitutionen vorgenommen werden,
ohne den Rahmen der Ansprüche
zu verlassen. Demnach ist klar, dass die vorliegende Erfindung anhand
von Erläuterungen
und ohne Beschränkung
beschrieben wurde.