CN100350212C - 用于测量圆度和圆柱形状的装置 - Google Patents

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Abstract

本申请提供了一种用于测量圆度和圆柱形状的装置，该装置可以减少因被测工件重量产生的测量误差。一种用于测量圆度和圆柱形状的装置(10)被构造成旋转台(30)的旋转轴线设置于支撑一基台(20)的一条腿(21)上，或者设置在连接相邻腿(21A和21B)的直线上。

Description

用于测量圆度和圆柱形状的装置
技术领域
本申请涉及一种测量工件圆度和圆柱形状的装置。特别地，本申请涉及一种在测量中可以避免由测量台偏移产生的误差的圆度和圆柱形状测量装置，该偏移可归因于安装于测量台上的工件的质量。
背景技术
图1示出了日本专利申请未审查公开5-231806中公开的测量工件圆度和圆柱形状的传统装置的构造。旋转台30可旋转地设置于圆度和圆柱形状测量装置10的基台20上。旋转台30由未示出的电机驱动旋转。X轴旋钮31和Y轴旋钮32设置在旋转台30上。当一个X轴旋钮31被操作时，台30朝着X轴方向移动，并且台30在X轴方向上的倾斜由另一个X轴旋钮调节。当一个Y轴旋钮32被操作时，台30朝着Y轴方向移动，并且台30在Y轴方向上的倾斜由另一个Y轴旋钮调节。
柱体40竖立在基台20上。沿着柱体40在垂直方向上移动的上下台41支撑于柱体40上。臂42支撑于上下台41上，并且在图1中可以沿着左右方向移动。探针44经由探测器43设置在臂42上。旋转台30以这样的状态旋转，即探针44与安装于旋转台30上的将被测量的物体(即工件)50接触，从而测量工件50的圆度。
根据这种圆度和圆柱形状测量装置10，旋转台30的旋转轴线和柱体40的移动轴线(即Z轴)之间的平行度是很重要的，该柱体组成朝着旋转轴线方向移动探针44的移动机构。
根据传统的圆度和圆柱形状测量装置10，高度可调节的四条或三条腿设置在基台20的四个角落，在该基台上安装了旋转台30和柱体40。这四条或三条腿设置在基台20的最外端以稳定装置，或者设置在爱里点(即最小偏移点)以将基台20的偏移最小化，从而将装置的重心设置在基台20的中心。然而，根据这种圆度和圆柱形状测量装置，由工件50重量变化产生的基台20的偏移尺寸存在差别，该工件安装在旋转台30上。这会产生旋转台30旋转轴线和柱体40的倾斜，从而导致轴平行度的改变。虽然这种倾斜很小，但是这种倾斜在高精度测量中不能忽视。当装置具有较低重量时，柱体40和旋转台30的硬度减小，并且倾斜增加。
发明内容
考虑到上述传统问题，本发明的一个目的在于提供一种可以减少由于工件重量产生的测量误差的圆度和圆柱形状测量装置。
为了实现上述目的，根据本发明，圆度和圆柱形状测量装置旋转台的旋转轴线被设置在支撑其基台的一条腿上，或者设置在连接相邻腿的直线上。
而且，移动探针的移动机构设置在支撑所述基台的一条腿上，或者设置在连接相邻腿的直线上。
在本发明中，检测工件质量的质量传感器设置在圆度和圆柱形状测量装置上。基于来自质量传感器的检测信号，测量装置修正由于基台偏移产生的测量结果误差。
附图说明
从下面参照附图的描述中可以清楚地理解本发明，其中：
图1是一个前视图，示出了传统的圆度和圆柱形状测量装置的构造；
图2是一个透视图，示出了本发明第一实施例的圆度和圆柱形状测量装置的构造；
图3是一个底部平面图，示出了基台腿安装位置的第一个例子；
图4是一个底部平面图，示出了基台腿安装位置的第二个例子；
图5是基台接收部分的解释性示图，旋转台的下部机构接收于该接收部分中；
图6是一个透视图，示出了本发明第二实施例的圆度和圆柱形状测量装置的构造；以及
图7A到7C是说明性示图，示出了用于安装质量传感器的位置。
具体实施方式
在下文中，将参照附图来详细描述本发明的优选实施例。图2是一个透视图，示出了本发明第一实施例的圆度和圆柱形状测量装置的构造。圆度和圆柱形状测量装置10具有与图1装置相似的构造。图2所示的装置10中与图1相同的那些功能零件被标以相同的附图标记，并且对它们的解释也被省略。
柱体40的驱动轴线的方向被称作Z方向，并且与Z方向垂直的平面被称作XY平面。连接于旋转台30旋转轴线位置和探针44前端位置之间的直线的方向被称作X方向。与X方向垂直的方向被称作Y方向。
图3是图2所示圆度和圆柱形状测量装置10的基台20的底部平面图，该图示出了支撑该基台20的腿的布置的第一个例子。在图3和其后描述的图4中，仅仅基台20的下表面和腿以实线表示。从基台20下方看的基台20顶板的下表面、旋转台30和柱体40以虚线表示。
在图3所示的布置例中，基台20由三条腿21A、21B和22支撑。腿21A和21B穿过旋转台30的旋转轴线(或者重心)，并且设置在与Y轴平行的直线62上。为了调整基台20的平坦度，腿21A和21B可以是水平调节器。
旋转台30被设置成其旋转轴线相对于Y轴方向位于基台20的中心。腿21A和21B相对于直线61对称设置，该直线61穿过旋转台30的旋转轴线并且与X轴平行。通过这种设置，优选地，基台20中产生的偏移对旋转台30旋转轴线的影响在Y轴方向上可以得到减少。在目前的布置例子中，腿22设置在直线61上。
柱体40设置在基台20上，从而使移动机构的重心位于腿22上，该移动机构由柱体40、上下台41和臂42组成。通过这种布置，因基台20偏移产生的移动机构移动轴线的倾斜可以得到避免，这种偏移可归因于移动机构的重量。
图4是图2所示圆度和圆柱形状测量装置10的基台20的底部平面图，该图示出了支撑该基台20的腿布置的第二个例子。，在图4所示的布置例子中，基台20由三条腿21、22A和22B支撑。腿21布置在旋转台30旋转轴线(或者重心)的下方。腿21可以是水平调节器。在将腿21设置在旋转台30旋转轴线(或者重心)下方的基础上，由基台20所产生的偏移对旋转台30旋转轴线的影响在X轴方向上和Y轴方向上可以得到减少。
腿22A和22B设置在直线63上，该直线穿过移动机构重心的下方并且与Y轴平行。在腿22A和22B以这种方式设置的基础上，由基台20偏移产生的移动机构移动轴线的倾斜可以得到避免，这种偏移可归因于移动机构的重量。
优选地，对柱体40进行设置，使移动机构的重心相对于Y轴方向位于基台20的中心。而且，腿22A和22B关于直线61对称布置，该直线穿过移动机构的重心并且与X轴平行。在这种布置的基础上，基台20中所产生的偏移对移动机构移动轴线的影响在Y方向上可以得到减少。
如图4所示，当腿21将被设置在旋转台30旋转轴线(或者重心)的下方时，需要在基台20的壳体上设置腿安装单元23，该腿安装单元延伸至旋转台30旋转轴线的下侧。
当腿安装单元23设置在基台20壳体上并延伸至旋转台30的旋转轴线下侧时，则在圆度和圆柱形状测量装置10中，从基台20下方将旋转台30、驱动机构和辅助元件装入壳体就变得较为困难。优选地，维护工作可以从基台上方或者在侧表面上进行。
因此，如图5所示，优选地将圆度和圆柱形状测量装置10构造成使旋转台30、驱动装置和辅助元件33从基台20上方装入基台20内。优选地，用于执行工作的开口设置在基台20的侧表面上。
优选地，开口26另外设置在基台20的壳体上。未示出的传动带和未示出的旋转台30的编码器输出线被从外部通过该开口26放入壳体中，或者通过该开口26从壳体中取出，该传动带用来从基台20未示出的外部电机传递使旋转台30旋转的驱动力。
为了在将旋转台30装入基台20以后简化装配工作，优选地，旋转台30的驱动机构和辅助元件33被构造成在将旋转台30装入基台20之前可以固定在旋转台30上。而且，为了在将旋转台30装入基台20之后简化将传动带安装到旋转轴线的工作和旋转台30中的每一项配线工作，如图4和5所示，同样优选的是，开口24形成于基台20下表面处的壳体上。
图6是一个透视图，示出了本发明第二实施例的圆度和圆柱形状测量装置的构造。图6所示的圆度和圆柱形状测量装置10包括检测工件质量的质量传感器81到83(传感器83在图6中没有示出)以及测量值修正单元70，例如计算机，该修正单元在来自质量传感器81到83的检测信号的基础上，对因基台20偏移所产生的测量结果的误差进行修正。就如参照图2解释装置10的情况一样，图6所示的圆形与圆柱形测量装置10中与图1装置10相同的那些功能零件被标以相同的附图标记，并且省略其解释。
测量值修正单元70可以作为软件和输入界面来实现，该软件对控制器例如计算机进行操作，从而控制圆度和圆柱形状测量装置10并且取得装置10的测量值，该输入界面将质量传感器81到83的检测信号输入给计算机。作为另一种选择，测量值修正单元70可以通过硬件来实现，该硬件与圆度和圆柱形状测量装置10的控制器分离。
当未示出的工件安装在旋转台30上时，测量值修正单元70在来自质量传感器81到83的检测信号的基础上获得工件的质量，并且计算当工件具有该质量时用于修正测量值误差的修正值，该误差由基台20的偏移产生。
测量值修正单元70可以基于预定的计算式(即近似式)计算修正值，该计算式使安装于旋转台30上的工件的质量与所需修正值相关联。作为另一种选择，测量值修正单元70可以使用存有修正值的表来获得修正值，该表存储有利用通过在旋转台30上安装工件来获得测量值、对于每一个工件质量理论上预先获得的修正值以及工件的质量来预先确定的修正值，并且使这些修正值彼此关联。圆度和圆柱形状测量装置10具有存储该表的存储单元71。存储单元71可以与测量值修正单元70或者控制圆度和圆柱形状测量装置10的计算机控制器整体设置。
测量值修正单元70不仅可以在工件传感器81到83检测的工件质量的基础上获得上述修正值，还可以在已知的工件质量的基础上获得上述修正值，该已知的工件质量由操作者从计算机的输入单元输入。
图7A是一个解释性示图，示出了安装质量传感器的位置。如图7A所示，优选的是设置至少三个质量传感器。当设置了三个质量传感器81到83时，可以测量工件的质量，并且可以测量随着工件的旋转，工件和旋转台30重心位置的变化。
因此，优选地，测量值修正单元70除了修正与所测量的工件质量对应的测量值以外，还修正与工件和旋转台30重心位置变化对应的测量值。在这种情况下，优选的是测量值修正单元70用来执行修正的计算式或表，是使工件质量、重心变化和所需修正值彼此相关联的计算式或表。
由于安装于旋转台30上的工件母点的偏移，旋转台30的旋转轴线也同样朝着Y轴方向稍稍倾斜。虽然这种倾斜非常小，但是当在高精度测量中需要避免对测量结果产生影响时，则优选的是上述测量值修正单元70用来进行修正的计算式或表应当为X方向和Y方向都准备。
质量传感器81到83的安装位置不限于旋转台30之下，当工件的质量和重心的变化在基台20的腿处可以被检测到时，它们还可以位于这些位置上。
质量传感器和测量值修正单元可以设置在参照图2到5解释的本发明第一实施例的圆度和圆柱形状测量装置中。
在这种情况下，质量传感器81到83可以如图7A所示一样设置在旋转台30下方。作为另一种选择，如图7B所示，质量传感器81A、81B和82可以设置在分别示出于图3中的腿21A、21B和22上。作为另一种选择，如图7C所示，质量传感器81、82A和82B可以设置在分别示出于图4中的腿21、22A和22B上。
当旋转台的旋转轴线设置在支撑所述基台的一个腿上时，或者设置于连接于支撑该基台的相邻腿之间的直线上时，就有可能防止旋转台的旋转轴线由于基台偏移而产生倾斜，该偏移可归因于工件的重量。
而且，当移动机构设置在支撑所述基台的一个腿上时，或者设置于连接于支撑所述基台的相邻腿之间的直线上时，就有可能防止移动机构由于基台偏移而产生倾斜，该偏移可归因于移动机构的重量。
而且，当由于基台偏移产生的测量结果误差在来自检测工件质量的质量传感器的检测信号的基础上得到修正时，基台偏移对测量结果产生的影响可以避免。
虽然本发明适用于用于测量圆度和圆柱形状的装置，但是本申请不限于这种装置。本发明还可以用于普通的测量装置，该测量装置存在着安装工件的基台由于工件重量而扭转的危险，并且这种偏移导致工件和探针之间相对位置的变化，从而在测量结果上产生误差。
虽然已经参照为说明而选择的特殊实施例来描述本发明，但对于本领域技术人员显而易见的是，在不脱离本发明基本原理和范围的情况下可以对其进行许多的变形。

Claims (4)

1.一种用于测量圆度和圆柱形状的装置(10)，包括：
旋转机构(30)，该旋转机构旋转并同时具有安装于其上的将被测量的工件；
移动机构(40，41和42)，该移动机构移动探针(44)，该探针测量安装于旋转机构(30)上的工件的表面位置；以及
基台(20)，该基台具有至少三条腿(21A，21B和22)并且支撑旋转机构(30)和移动机构(40，41和42)，其中
旋转机构(30)的旋转轴线设置在连接基台(20)的两条相邻腿(21A和21B)的直线上。
2.根据权利要求1所述的用于测量圆度和圆柱形状的装置，其特征在于
移动机构(40，41和42)设置在基台(20)的一条腿(22)上。
3.根据权利要求1或2所述的用于测量圆度和圆柱形状的装置(10)，还包括：
检测工件质量的传感器(81，82，83)；以及
在来自所述传感器(81，82，83)的检测信号的基础上修正因基台(20)偏移产生的测量结果误差的测量值修正单元(70)。
4.一种用于测量圆度和圆柱形状的装置(10)，包括：
旋转机构(30)，该旋转机构旋转并同时具有安装于其上的将被测量的工件；
移动机构(40，41和42)，该移动机构移动探针(44)，该探针测量安装于旋转机构(30)上的工件的表面位置；以及
基台(20)，该基台具有至少三条腿(21，22A和22B)并且支撑所述旋转机构(30)和移动机构(40，41和42)，其中
该用于测量圆度和圆柱形状的装置输入工件的质量，并且在输入质量的基础上修正因基台(20)偏移产生的测量结果误差。
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