专利名称：坐标定位机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种坐标定位机，例如机器人或用来测量构件位置、形式或尺寸的坐标测量仪。
背景技术：
众所周知类型的一种坐标定位机具有“笛卡尔”构造，其中一工作�？�(例如可以结合有一探针)由三个“串联”安装(即一个叠一个)且相互正交的直线导轨支承着，能以三个平移自由度相对于一底座(例如一工作台)移动。在一个变化型的支承结构中，一工作模块由三个铰接联接机构支承着，能以三个平移自由度相对于一工作台移动，每个联接机构均直接连接在工作�？橛胍恍纬傻鬃徊糠值闹С性�。机器的这样一种“平行”安装结构例如从EP 102744和US 4,976,582中可以了解。
发明内容
本发明的各个方面都涉及的是平行式的机器构造。
本发明的目的在于，提供一种坐标定位机，该坐标定位机能使取决于编码器的两个可相对移动的部件作相对的直线运动，但抑制它们作相对的旋转运动。
根据本发明的一个方面，提供了这样一种坐标定位机，包括通过三个联接机构相互连接的一底座和一工作�？椋隽踊箍上嗷バ鞫乐沟鬃凸ぷ髂？橹浞⑸喽宰强稍市淼鬃凸ぷ髂？橹浞⑸喽缘钠揭疲渲校饔迷诠ぷ髂？樯系闹亓梢酝ü桓龌蚨喔銎胶庾爸美醇右云胶猓泵挥型饬ψ饔糜谒龉ぷ髂？槭保銎胶庾爸檬构ぷ髂？橄喽杂诘鬃移鹄矗渲校龉ぷ髂？榈脑硕【鲇谛奖嗦肫鳎鲂奖嗦肫魇前沧俺煽梢远运龅鬃退龉ぷ髂？榈南喽灾毕咴硕胁饬�。
机器构造的优点在于，它可以使用户对一系列平行平面上的物体的轮廓进行扫描，以便获得例如其表面的数据地图。较佳的是，该机器可以包括一对可选择操作的锁定装置，它们是可以驱动的，以便限制底座和工作模块在非平行平面上的相对运动，工作�？樵诨鞴ぷ髑蚍段诘奈灰屏咳【鲇诠ぷ髂？樵谒ㄗ爸帽磺拗葡喽栽硕且凰布涞奈恢�。
因此，该机器一个较佳实施例包括第一和第二可选择操作的锁定装置，其中，由第一锁定装置锁定工作�？楹偷鬃喽栽硕哪切┢矫嬗胗傻诙ㄗ爸盟ㄏ喽栽硕哪切┢矫嫦嗷ブ涫遣黄叫械�。
在另一个较佳实施例中，由可选择操作的锁定装置锁定工作�？橹贫乃ㄆ矫娴奈灰屏靠捎苫魇褂谜吒莨ぷ髂？樵诳裳≡癫僮鞯乃ㄗ爸帽凰ㄒ韵拗乒ぷ髂？樵硕哪且豢痰乃彩蔽恢美慈范�。
较佳的是，至少一个联接机构具有以两个旋转自由度相互枢转连接的第一和第二支臂，第一支臂包括一对细长的支杆，它们的一端以两个旋转自由度可枢转地安装于底座和工作模块中的一个，而另一端则安装于第二支臂，第二支臂以一个自由度，围绕铰接轴线可枢转地安装于底座和工作�？橹械牧硪桓觯渲校裳≡癫僮鞯乃ㄗ爸每梢栽诘谝恢П鄣牧礁鲋Ц酥涔ぷ�。
该实施例的一个较佳特征在于，每个锁定装置均包括一其两端分别连接于支杆之一的细长夹持件，当该夹持件不工作时，其长度随着支臂的枢转而增大或减�。奔谐旨ぷ魇保涑ざ任忠缓愣ㄖ�。
根据本发明的一个独立方面，在平行型机器内，底座和工作�？橹涞南喽晕灰屏靠梢杂啥喔霰嗦肫骼慈范�。根据本发明的这个方面，提供了一种坐标定位机，包括通过三个联接机构相互连接的一底座和一工作�？椋隽踊箍上嗷バ鞫乐沟鬃凸ぷ髂？橹浞⑸喽宰强稍市淼鬃凸ぷ髂？橹浞⑸喽缘钠揭�。每个联接机构均具有以两个旋转自由度相互枢转连接的第一和第二支臂，第一支臂的一端以两个旋转自由度可枢转地安装于底座和工作�？橹械囊桓觯硪欢嗽虬沧坝诘诙П郏诙П垡砸桓鲎杂啥龋平陆又嵯呖墒嘧匕沧坝诘鬃凸ぷ髂？橹械牧硪桓觯渲校ぷ髂？楹偷鬃涞南喽晕灰屏靠捎扇龌蚋喔霰嗦肫骼慈范ǎ扛霰嗦肫骶ㄒ话沧坝谝换⌒位撞⒂梢幌盗屑涓舻目潭认呦薅ǖ谋瓿撸灰话沧俺捎氡瓿叨宰嫉亩寥⊥罚瓿吆投寥⊥房梢匝丶涓艨潭认叩姆较蛳喽砸贫�
所述基底可安装在底座、工作�？楹土踊沟囊桓鲋П壑械娜魏我桓錾希欢寥⊥钒沧霸诨鞯拿挥邪沧氨瓿呋椎囊徊糠稚希蚨寥⊥泛捅瓿呋卓晌埔换旧嫌牖⌒伪瓿呋椎募负沃行南嘁恢碌闹嵯呦喽缘厥嘧�。
较佳的是，可以将读取头安装于底座，而将弧形基底安装于第二支臂，弧形基底的几何中心基本上与铰接轴线相一致。
在另一个较佳实施例中，底座包括一工作台和一支柱，工作台在使用时可支承一由该机器操作的物体，支柱从底座向上延伸，所述各联接机构从支柱横向延伸至工作模块，在工作�？檠叵蜃呕蚶肟е姆较蛞贫墓讨校ぷ髂？楹岽┕ぷ魈�。其中，读取头安装于支柱，第二支臂的一端安装于支柱。
编码器可以例如是光电的、磁性的或电容的。
最好底座和工作�？榫哂幸换档幕嘉恢茫诖宋恢蒙希堑南喽晕灰屏渴强芍馗吹�。这样就使编码器和任何相关的出错图每次都在同一个机械位置上开始。较佳的是，该机械基准位置还可充当一止动机构，当机器不工作时，工作�？榭梢越柚弥苟苟３衷谝桓鱿喽杂诘鬃摹巴Ａ簟蔽恢蒙�。
较佳的是，该机器还可以具有一种能防止底座和工作�？榉⑸幌Ｍ械南喽栽硕墓乖臁Ｒ虼耍荼痉⒚鞯牧硪桓龆懒⒌姆矫妫峁┝艘恢肿甓ㄎ换ㄍü隽踊瓜嗷チ拥囊坏鬃鸵还ぷ髂？椋隽踊箍上嗷バ鞫乐沟鬃凸ぷ髂？橹浞⑸喽宰强稍市淼鬃凸ぷ髂？橹浞⑸喽缘闹毕咴硕�。其中，作用在工作�？樯系闹亓梢酝ü桓龌蚨喔銎胶庾爸美醇右云胶猓泵挥型饬ψ饔糜谒龉ぷ髂？槭保銎胶庾爸檬构ぷ髂？橄喽杂诘鬃移鹄�。
工作�？榈男灾嗜【鲇谟没Ｍ髦葱械娜挝�。例如，如上所述，工作�？榭梢岳绨ㄒ淮シ⑵骰蛞徊饬刻秸�(可以是接触型的或非接触型的探针)、切削工具、焊接臂、抓持器或油漆喷嘴等。工作�？榛箍梢园ㄓ糜谑顾鎏秸�(例如)以一个或多个旋转自由度相对于底座取向的铰接头。
下面将结合附图来描述本发明的若干个实施例。
图1是根据本发明第一实施例的机器的前视立体图；图2是图1之机器的后视立体图；图3是根据第二实施例的机器的立体图；
图4是根据第三实施例的机器的立体图。
具体实施例方式
现请参见图1和图2，机器包括一由从刚性臂12上悬垂下来的接触探针10(在本实施例中是一个测量用探针或触发型探针)构成的工作模块，刚性臂依次安装于一支架14，并包括一由工作台16和刚性安装于工作台16的支柱20构成的底座。工作�？橛扇鼋陆恿踊�18支承着，能以三个平移自由度相对于底座移动，每个联接机构均直接在支架14与支柱20之间延伸。
每个联接机构18均具有一对支臂，其中每一个支臂都是由一刚性的扭转盒22构成的，扭转盒22通过一铰链安装于支柱20，在该例子中，铰链是由一对滚球和承座型接头24组成(也可以采用滚球和滚槽型接头)。滚球和承座型接头24限定了由扭转盒22构成的支臂的铰接运动轴线A。每个扭转盒22的自由枢转端通过由一对平行支杆26构成的另一个支臂联接于支架14。每个支杆的一端通过滚球和承座型接头28可枢转地安装于支架14，其另一端安装于扭转盒22。因此，支杆能相对于扭转盒22枢转而支架14以两个旋转自由度枢转。止动弹簧32，34，36迫使滚球和承座型接头24，28的所有元件相互配合，并便于联接机构18的快速装配和拆卸。
各联接机构18可允许工作�？橐匀銎揭谱杂啥群土礁鲂杂啥认喽杂诘鬃贫�。因此，当所有三组联接机构18协同工作时，探针10可以只相对于支柱20作直线运动，这是因为某一联接机构18所允许的两个旋转自由度受到其余两个联接机构的旋转自由度的制约。
工作�？橄喽杂谝换嫉慊颉盎恪钡奈灰瓶梢酝ü霾浇焦獾绫嗦肫�38来确定。每个编码器均包括一支承在一弧形臂44的圆形安装面42上的标尺40。每个臂44均从一扭转盒22向后延伸，由安装面42的外形所限定的圆心基本上与相应扭转盒22的铰接运动轴线A(它是由球接头24的位置限定)同心。安装在支架52上的一读取头50与标尺40对准，扭转盒22围绕铰接运动轴线A的枢转可导致标尺40与读取头50发生相对移动。这种相对移动将使读取头50产生一系列相位差90°的脉冲，这些脉冲被处理并传送至一步进计数器(未示)。例如EP 0207121和国际申请WO87/07943中揭示了这样一种编码器和对由其产生的相位差90°脉冲的处理方式，该两专利的内容援引在此以作参考。随后，可以通过适当的数学处理，由为每个编码器38设置的计数器的数值来产生笛卡尔坐标值，即表示工作�？榇右辉ざɑ嫉阄灰频氖怠�
虽然在该实施例中由设置在底座和各联接机构上的标尺和读取头来构成编码器，但其它配置也是可能的。例如，也可以使标尺和读取头在联接机构18的两个相对枢转的部分之间工作，或者在联接机构18的一部分与工作�？橹涔ぷ�。
工作时，可由操作者用手将探针10移过机器的工作区域。可为此设置一手柄80，该手柄通常由例如陶瓷之类的隔热材料制成，以防止将热量传递给机器。手柄80最好是通过这样一个机构(未示)安装于支架14，该机构可以防止将超过阈值的力矩或线性力传递给支架14。或者，可以将手柄80安装于一质量平衡机构，例如接下来如图4所示那种类型的质量平衡机构。
可以对图1所示的实施例设置用于平衡平行支杆26、支架14和工作模块各构件之重量的平衡装置，即(1)一铰接的平衡臂90与(2)一平衡杆的组合，后者由位于从上侧的扭转盒22延伸的弧形标尺臂44自由端上的一重块(在图1中未示，但在图4中示出)构成，其重量可以补偿上侧的扭转盒22的质量中心及上支杆的一半重量。平衡臂90的一端92可枢转地安装于机器底座，其相对自由的枢转端94通过一拉线96联接于支架14，以便在工作台16内平面内转动。拉线96沿着平衡臂90是由三个线轮98加以引导的，拉线的远端(未示)连接于一重块、恒力弹簧或一特别构造的蜗形线轮(fusee)(在图中均未示出)。如果采用一蜗形线轮，最好是承受一例如来自一钟表弹簧的变化的偏压力矩，或来自一盘簧的变化的切向力。
由于拉线96内的张力，支架14和工作模块的水平移动被传递至平衡臂90，导致平衡臂90的自由端94在水平面内对准支架14移动。特殊的蜗形线轮结构考虑到了随着工作�？榇怪蔽恢玫牟欢媳涠诠ぷ髂？樯闲枰浠诺南蛏掀沽�。工作�？榇┕е胺降乃揭贫换崾褂善胶獗�90和拉线96所提供的平衡力发生任何变化；上侧的扭转盒22小范围枢转以及因此造成的平衡重块的变动已由安装于上侧的扭转盒22的标尺臂的重块所形成的平衡杆(在本实施例中)而考虑在内。工作�？槌呕蚶肟е�20的移动不会使平衡臂90和拉线96所提供的必需的向上的力有任何变化，但会导致需要平衡的上侧的扭转盒22的重量发生很大变化；这也是由相关重块不断提供的。
在图3所示的一种变化型平衡结构中，可以将平衡臂90去除，将止动弹簧32布置成在平行的支杆间对角地延伸。
在这些方案中，机器具有“中性平衡”的特性。也就是说，在其工作轨迹内的任何位置上，当操作者释放工作�？樯系氖直�80时，作用在�？樯系钠胶饬梢苑乐蛊浣徊揭贫�。
在上述的本发明的若干实施例中，相邻扭转盒22之铰链的枢转轴线相互垂直地延伸。另外一些构造也是可能的，例如，各枢转轴线相互成120°地延伸。此外，在以上的描述中，机器内的铰接联接机构18是从一向上延伸的垂直柱20水平延伸的。然而，本发明也可以这样来实现，即，机器内的铰接联接机构18可以例如是垂直向下延伸的。
在图4所示的变化型实施例中，用若干可释放的锁定元件132A(在该实施例中是可伸缩式的)来代替止动弹簧32，当被锁定时，这些锁定元件可以有效地转变成刚性杆。因此，只要驱动锁定元件132A内的锁定机构就可以将工作�？楸３衷谄叫杏诠ぷ魈ǖ囊桓銎矫嫔希ぷ髂？樵诠ぷ魈ㄉ戏降拇怪蔽灰屏咳【鲇谄湓谒ɑ贡磺钡拇怪蔽灰屏�。这在例如工作模块包括一扫描探针并且希望对位于一系列平行于水平面的平面上的物体的表面轮廓进行扫描的情况下是有用的。设置了一可释放锁定的第三伸缩元件132B，它可以在机器工作轨迹范围内的任何位移量的情况下，将工作�？樗ㄔ谀掣龃怪逼矫嫔希谕�4中，平行于线L1。在图4中还示出了一个附连于标尺臂144的平衡块184。
权利要求
1.一种平行式坐标定位机，具有一底座和一工作�？椋龅鬃凸ぷ髂？橥ü喔鼋陆恿踊瓜嗷チ樱渲校谥辽僖桓鼋陆恿踊勾ι柚糜兄辽僖桓隹裳≡癫僮鞯乃ㄗ爸茫盟ㄗ爸每上拗扑龉ぷ髂？樵谝槐凰ㄆ矫婺谙喽杂谒龅鬃囊贫�。
2.如权利要求1所述的平行式坐标定位机，其特征在于，所述被锁定平面的位置取决于所述工作�？樵谒鲋辽僖桓鏊ㄗ爸帽磺韵拗葡喽栽硕哪且皇笨痰奈恢�。
3.如权利要求1所述的平行式坐标定位机，其特征在于，所述定位机包括第一和第二可选择操作的锁定装置，其中，由第一锁定装置锁定工作�？楹偷鬃喽栽硕哪切┢矫嬗胗傻诙ㄗ爸盟ㄏ喽栽硕哪切┢矫嫦嗷ブ涫遣黄叫械�。
4.如权利要求1所述的平行式坐标定位机，其特征在于，所述至少一个联接机构具有以两个旋转自由度相互枢转连接的第一和第二支臂，第一支臂包括一对细长的支杆，它们的一端以两个旋转自由度可枢转地安装于底座和工作�？橹械囊桓觯硪欢嗽虬沧坝诘诙П郏诙П垡砸桓鲎杂啥任埔唤陆又嵯呖墒嘧匕沧坝诘鬃凸ぷ髂？橹械牧硪桓觯渲校鲋辽僖桓隹裳≡癫僮鞯乃ㄗ爸每梢栽谒龅谝恢П鄣牧礁鲋Ц酥涔ぷ�。
5.如权利要求4所述的平行式坐标定位机，其特征在于，所述至少一个锁定装置包括一其两端分别连接于支杆之一的细长夹持件，其中，当该夹持件不工作时，其长度随着支臂的枢转而增大和减�。奔谐旨ぷ魇保涑ざ任忠缓愣ㄖ�。
6.如权利要求1所述的平行式坐标定位机，其特征在于，所述各铰接联接机构共同协作以防止所述底座和所述工作�？樽飨喽缘男市硭龅鬃退龉ぷ髂？樽飨喽缘闹毕咴硕�。
7.如权利要求1所述的平行式坐标定位机，其特征在于，设置有三个铰接联接机构。
8.如权利要求1所述的平行式坐标定位机，其特征在于，所述坐标定位机是手动的坐标定位机。
全文摘要
本发明一种坐标定位机，其包括通过三个联接机构相互连接的一底座和一工作�？椋隽踊箍上嗷バ鞫乐沟鬃凸ぷ髂？橹浞⑸喽宰强稍市淼鬃凸ぷ髂？橹浞⑸喽缘钠揭疲渲校饔迷诠ぷ髂？樯系闹亓梢酝ü桓龌蚨喔銎胶庾爸美醇右云胶猓泵挥型饬ψ饔糜谒龉ぷ髂？槭保銎胶庾爸檬构ぷ髂？橄喽杂诘鬃移鹄矗渲校龉ぷ髂？榈脑硕【鲇谛奖嗦肫鳎鲂奖嗦肫魇前沧俺煽梢远运龅鬃退龉ぷ髂？榈南喽灾毕咴硕胁饬�。
文档编号G01B5/008GK1573277SQ20041007690
公开日2005年2月2日 申请日期1998年11月20日 优先权日1997年11月20日
发明者D·R·迈克默特里 申请人:雷尼肖上市股份有限公司
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