CN101865669B - 同步移动装置和图像测量设备 - Google Patents
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Abstract
一种同步移动装置，包括：装置主体；设置在装置主体内以可移动的可移动部分；进给丝杠轴，该进给丝杠轴被支撑在所述装置主体上以便可以转动并且移动所述可移动部分；与所述进给丝杠轴螺纹啮合的螺母元件；将所述可移动部分与所述螺母元件相连接的耦合器；以及电缆固定件，且支撑并导引铺设到所述可移动部分中的电缆，所述耦合器包括固定在可移动部分上的第一元件、固定在螺母元件上的第二元件、以及置于第一元件和第二元件之间用于吸收在与所述进给丝杠轴的轴线正交的平面内的所述进给丝杠轴的偏转运动的中间元件；且所述电缆固定件的在将电缆铺设到可移动部分中的一侧上的端部通过连接元件连接到第二元件，并且与所述可移动部分同步移动。
Description
技术领域
本发明涉及一种同步移动装置以及图像测量设备。
背景技术
已经知道这样一种图像测量设备，该图像测量设备包括支撑在设备主体上以便可以移动的滑动件以及安装在所述滑动件中的诸如CCD摄像机的图像捕捉单元，其中，要被测量的物体的图像被相对于所述物体移动的图像捕捉单元所捕获，使得该物体的形状或尺寸可以基于所捕获的图像的数据得以测量(例如，见JP-A-2006-266748)。
在这种图像测量设备中，需要将电缆铺设到可移动滑动件中，用于向安装在滑动件内的图像捕捉单元供电以及与图像捕捉单元交换信号(控制信号、图像数据信号等)的目的。在电缆铺设到这种可移动滑动件(可移动部分)中的情况下，通常使用能够随着可移动部分的运动而弯曲的电缆固定件，如cableveyor(注册商标)，用来支撑和导引电缆(例如，见JP-A-2001-224159)。
Cableveyor(注册商标)具有这样的结构，其中一端(固定端)固定到设备主体上，而另一段(活动端)固定到可移动部分上。于是，Cableveyor伴随其运动的一些状态(behavior)，如电缆扭曲和反作用力的影响，导致测量精度降低，这是由于Cableveyor的状态传递到可移动部分侧(图像捕捉单元)。
发明内容
本发明的目的是提供一种同步移动装置，该装置几乎不受电缆固定件伴随其运动的状态的影响，使得有可能防止测量精度降低，并且提供一种装备有这种同步移动装置的图像测量设备。
根据本发明的一个方面，提供另一种同步移动装置，该装置包括：装置主体；设置在装置主体内以可移动的可移动部分；进给丝杠轴，该进给丝杠轴被支撑在所述装置主体上以便可以转动并且该进给丝杠轴移动所述可移动部分；螺母元件，该螺母元件与所述进给丝杠轴螺纹啮合；耦合器，该耦合器将所述可移动部分与所述螺母元件相连接；以及电缆固定件，该电缆固定件支撑并导引铺设到所述可移动部分中的电缆，其中：所述耦合器包括固定在可移动部分上的第一元件、固定在螺母元件上的第二元件、以及置于第一元件和第二元件之间中间元件，该中间元件用于吸收在垂直于所述进给丝杠轴的轴线的平面内的所述进给丝杠轴的偏转运动；所述电缆固定件的在将电缆铺设到可移动部分中的一侧上的端部通过连接元件连接到第二元件，并且与所述可移动部分同步移动。
在此，用于移动所述可移动部分的进给丝杠机构由进给丝杠轴和螺母元件构成。滚珠丝杠机构可以作为进给丝杠机构的一个例子。在这个结构中，当进给丝杠轴转动时，通过与所述进给丝杠轴啮合的螺母元件以及耦合器，所述可移动部分被移动。由于耦合器包括固定于可移动部分的第一元件、固定到螺母元件的第二元件以及置于第一和第二元件之间用于吸收进给丝杠轴在与其轴线正交的平面内的偏转运动的中间元件，耦合器的该中间元件吸收了进给丝杠轴转动所带来的偏转运动(偏转)。于是，由于有进给丝杠轴的转动带来的偏转运动(偏转)没有被传递到可移动部分，可以获得精确进给。
由于电缆固定件的可移动端，即，电缆固定件在将电缆铺设到可移动部分中一侧上的端部通过连接元件连接到第二元件，所述电缆固定件的可移动端也随着可移动部分的运动而运动。即使在这种情况下在电缆固定件伴随其运动的状态传递到第二元件上，中间元件吸收电缆固定件的这个状态以及偏转运动。于是，进给丝杠轴的偏转运动对可移动部分的影响以及电缆固定件伴随其运动的状态对可移动部分的影响可以被同时抑制，于是，可以防止测量精度降低。
连接元件可以是引线。根据这种结构，当电缆固定件和第二元件通过引线彼此连接时，引线的延伸方向可以相对容易改变。于是，电缆固定件和第二元件可以根据可移动部分和电缆固定件相对于装置主体的位置而彼此连接。另外，与设置带或者链的情况相比，安装空间可以减小。
同步移动装置可以进一步包括：导轨，该导轨设置在装置主体上以便与可移动部分的移动方向平行；以及支撑板，该支撑板被设置成可沿着导轨移动，其中，电缆固定件的端部固定到所述支撑板上。根据这种结构，电缆固定件的端部的移动方向被支撑板和导轨所导引，使得电缆固定件的端部可以平滑地滑动，这是由于几乎不会产生电缆的扭曲并且反作用力的影响很小。
根据本发明的另一方面，提供了一种图像测量设备，该图像测量设备包括：同步移动装置，其包括：装置主体、设置在装置主体内以可移动的可移动部分、进给丝杠轴，该进给丝杠轴被支撑在所述装置主体上以便可以转动并且该进给丝杠轴移动所述可移动部分、螺母元件，该螺母元件与所述进给丝杠轴螺纹啮合、耦合器，该耦合器将所述可移动部分与所述螺母元件相连接、以及电缆固定件，该电缆固定件支撑并导引铺设到所述可移动部分中的电缆，其中：所述耦合器包括固定在可移动部分上的第一元件、固定在螺母元件上的第二元件、以及置于第一元件和第二元件之间中间元件，该中间元件用于吸收在垂直于所述进给丝杠轴的轴线的平面内的所述进给丝杠轴的偏转运动；且所述电缆固定件的在将电缆铺设到可移动部分中的一侧上的端部通过连接元件连接到第二元件，并且与所述可移动部分同步移动；要被测量的物体所放置的平台；图像捕捉单元，该图像捕捉单元设置在所述可移动部分内，用于捕获所述物体的图像；以及移动机构，该移动机构将所述物体和图像捕捉单元相对于彼此移动，其中，所述物体的形状或尺寸基于所述图像捕捉单元所捕获的图像的数据来测量。在这种结构中，当设置在可移动部分内的图像捕捉单元被同步移动装置的进给丝杠机构所移动时，电缆固定器的端部(可移动端)也随着图像捕捉单元移动。在这种情况下，由于进给丝杠轴的偏转运动以及电缆固定件伴随其运动的状态没有被耦合器按照与同步移动装置相同的方式传递到可移动部分，因此可以获得测量精度的改善。
附图说明
从下面给出的详细描述和附图，将可以更全面理解本发明，该附图仅作为图示目的给出并因此本发明并不局限于此，图中：
图1是根据本发明实施方式的图像测量设备的总体透视图；
图2是示出根据本实施方式的图像测量设备的移动机构的透视图；
图3是示出在本实施方式中移动机构内的进给丝杠机构的放大局部透视图；
图4是图3中所示的进给丝杠机构的分解图；以及
图5是本实施方式中移动机构的可移动部分和进给丝杠机构之间的连接部分的剖视图。
具体实施方式
本发明的实施方式是将本发明应用于图像测量设备的一个例子。
如图1所示，根据本实施方式的图像测量设备1包括底座2、平台3、光学装置4、移动机构5、电缆支撑机构6和同步机构8。底座2作为设备的主体，平台3设置在底座2的上表面上以在Y轴方向上可移动。要被测量的物体放置在平台3上。光学装置4作用为图像捕捉单元，其捕捉所述物体的图像。移动机构5在二维方向(X轴方向和Z轴方向)上移动所述光学装置4。电缆支撑机构6支撑和导引电缆，通过该电缆向光学装置4供电，且与光学装置4交换信号(如控制信号、图像数据信号等)。同步机构8互锁地与光学装置4的移动相同步地在X轴方向上移动所述电缆支撑机构6。
虽然没有示出平台3的详细结构，平台3包括主体框架和滑动玻璃31。主体框架被驱动机构在Y轴方向上驱动。滑动玻璃31固定在主体框架上。要被测量的物体被安装在滑动玻璃31上。光学装置4由CCD摄像机构成。移动机构5包括一对梁支撑件51、X轴梁52、X轴滑动件53和滚珠丝杠机构54。梁支撑件51垂直设置在底座2的相对两侧上，在所述相对两侧之间设置所述平台3。X轴梁52设置在梁支撑件51的上端之间，以便与X轴方向平行。X轴滑动件53作为可移动部分，其被支撑以便沿着X轴梁52可移动。滚珠丝杠机构54作为进给丝杠机构，其沿着X轴方向进给X轴滑动件53。顺便提及，Z轴滑动件没有示出，但是设置在X轴滑动件53上，以便在Z轴方向上可移动。光学装置4安装到Z轴滑动件上。
如图2所示，X轴梁52具有一对与Y轴方向正交的侧表面521和522，与Z轴方向正交的上表面523和下表面524，以及沿着X轴方向在侧表面521内形成的沟槽部分525，使得X轴梁52在横截面上为U形。如图2所示，X轴滑动件53基本上为U形，使得X轴梁52的三个表面，即：一对侧表面521和522以及上表面523由X轴滑动件53覆盖。X轴滑动件53由空气轴承相对于这三个表面支撑，并且被设置成可以在X轴方向上移动。
如图2和3所示，滚珠丝杠机构54具有进给丝杠轴541、螺母元件542、浮动单元7和马达543。进给丝杠轴541被支撑在X轴梁52的沟槽部分525的内侧，以便与X轴方向平行并且沿着X轴方向可转动。螺母元件542与进给丝杠轴541螺纹啮合。浮动单元7作用为耦合器，将螺母元件542和X轴滑动件53耦合。马达543转动进给丝杠轴541。当进给丝杠轴541由马达543转动时，X轴滑动件53通过与进给丝杠轴541螺纹啮合的螺母元件542和浮动单元7沿着X轴方向移动。
如图3到5所示，浮动单元7形成为三重结构，包括第一元件71、第二元件72和中间元件73。第一元件71由四个螺栓74固定到安装部分532上(图4)。安装部分532形成在X轴滑动件53内侧，以便与X轴滑动件53成为一体。第二元件72由四个螺栓75固定到螺母元件542上，同时进给丝杠轴541插入到第二元件72的中心部分。中间元件73置于第一元件71和第二元件72之间，用于将第二元件72的轴向运动传递到第一元件71，同时吸收进给丝杠轴在与进给丝杠轴541的轴线垂直的平面内的偏转运动。即，由于第二元件72形成为通过行程承载机构(stroke baringmechanism)能够在Z轴方向上相对于中间元件73偏移，同时中间元件73形成为通过该行程承载机构能够在Y轴方向上相对于第一元件71偏移，因此提供了这样一种结构，其中中间元件73吸收进给丝杠轴541的偏转运动，使得仅有滚珠丝杠机构54的推力传递到X轴滑动件53。
如图5所示，固定第一元件71的X轴滑动件53的安装部分532在进给丝杠轴541的轴向上与第一元件71并排设置，且在其内侧具有存储空间533，使得螺母元件542存放在该存储空间533中。螺母元件542在轴向上与第二元件72并排设置，并且连接到凸缘部分722，该凸缘部分722形成在第二元件72的端部内。
如图2所示，电缆支撑机构6具有支撑底座61、导轨63、支撑板64、和电缆固定件65。支撑底座61固定到X轴梁52上。导轨63通过支撑腿62被支撑到支撑底座61上，以便与X轴方向平行。支撑板64被设置成沿着导轨63可移动。电缆固定件65具有固定到支撑底座61上的底端(固定端)和固定到支撑板64上的前端(可移动端)。电缆固定件65为了支撑和导引铺设到X轴滑动件53中的电缆(未示出)而设置。电缆固定件65被形成为电缆被保持在电缆固定件65内侧，且电缆固定件65的可移动端能够以固定端为支点弯曲和恢复。在这个例子中，电缆固定件65由Cableveyor(注册商标)制成。由电缆固定件65支撑的电缆(未示出)沿着支撑板64的内侧或下表面从电源通过电缆固定件65铺设，并然后连接到光学装置4。以这种方式，在电源通过电缆供给到光学装置4的同时，通过电缆与光学装置4交换信号。
如图2所示，同步机构8具有引线固定元件84、第一引线85和第二引线86。引线固定元件84固定到浮动单元7的第二元件72上。第一引线85作为连接元件，其一端连接到引线固定元件84，而另一端连接到电缆支撑机构6的支撑板64的右侧(图2中的右侧)。第二引线86作为连接元件，其一端连接到引线固定元件84，而另一端连接到电缆支撑机构6的支撑板64的左侧(图2中的左侧)。
如图4所示，引线固定元件84由螺钉842经两个垫片841紧固到第二元件72。两个垫片841与形成在第二元件72中的攻丝部分(两个位置)螺纹接合。另外，用于固定引线85和86的安装孔(两个位置)形成在引线固定元件84中，使得引线85和86的端部分别连接到安装孔843。
基于以下的假设，即：在图2中，右侧方向(图2中的右上方向)被指定为X+，左侧方向(图2中的左下方向)被指定为X-，向前方向(图2中的右下方向)被指定为Y+，向后方向(图2中的左下方向)被指定为Y-，向上方向(图2中的向上方向)被指定为Z+，而向下方向(图2中的向下方向)被指定为Z-，描述第一和第二引线85和86的回转循环。在第一引线85沿着X-方向从引线固定元件84延伸之后，在进给丝杠轴541的端部处，第一引线85通过滑轮85A转到Y-方向。然后，第一引线85通过在Y轴方向上后部的滑轮85B转到X+方向并进一步通过在X轴方向的端部处的滑轮85C和85D转到X-方向。然后，第一引线85被连接到支撑板64的右侧。于是，当X轴滑动件53在图2中移动到右侧方向(X+)时，支撑板64(电缆固定件65的可移动端)也移动到图2中的右侧方向(X+)。
在第二引线86在X+方向从引线固定元件84延伸之后，第二引线86通过在进给丝杠轴541端部处的滑轮86A、86B和86C转到Y-方向。然后，第二引线86通过在Y轴方向上后部的滑轮86D转到X-方向，并进一步通过在X轴方向端部处的滑轮86E转到X+方向。然后，第二引线86连接到支撑板64的左侧。于是，当X轴滑动件53被移动到图2的左侧(X-)时，支撑板64(电缆固定件65的可移动端)也移动到图2中的左侧方向(X-)。顺便地说，引线插入孔531沿着X轴方向在X轴滑动件53中形成，使得沿着进给丝杠轴541延伸的引线86插入到引线插入孔531中。
在这种结构中，在要被测量的物体被放置到滑动玻璃31上之后，该物体的图像被光学装置4捕捉，同时光学装置4根据物体的测量区域移动。当在这种情况下进给丝杠轴541转动时，X轴滑动件53通过与进给丝杠轴541螺纹啮合的螺母元件542和浮动单元7移动。由于浮动单元7包括固定到X轴滑动件53上的第一元件71、固定到螺母元件542上的第二元件72以及置于第一和第二元件71和72之间用于吸收进给丝杠轴541在正交于进给丝杠轴541的轴向的平面内的偏转运动的中间元件，由进给丝杠轴541的转动而发生的偏转运动(偏转)被浮动单元7的中间元件73所吸收。于是，由于进给丝杠轴541转动所致的偏转运动(偏转)不传递到X轴滑动件53，可以获得精确进给。
同时，由于支撑板64通过浮动单元7连接到X轴滑动件53，电缆固定件65的可移动端也一起移动，第一引线85和第二引线86也在与X轴滑动件53相同的方向上移动。在这种情况下，虽然电缆固定件65的可移动端的状态通过第一引线85和第二引线86施加到浮动单元7的第二元件72上，但是中间元件73吸收了电缆固定件65的可移动端的状态以及进给丝杠轴541的偏转运动。于是，进给丝杠轴541的偏转运动对X轴滑动件53的影响以及电缆固定件65伴随其运动的状态对X轴滑动件的影响可以被同时抑制。
根据上述实施方式，当X轴滑动件53随着滚珠丝杠机构54的进给丝杠轴541的转动而移动时，通过同步机构8，电缆固定件65的可移动端也与X轴滑动件53同步移动。于是，电缆固定件65的可移动端随着X轴滑动件53的移动而移动。
根据上述实施方式，连接滚珠丝杠机构54的螺母元件542和X轴滑动件53的浮动单元具有这样的结构，即：具有固定到X轴滑动件53上的第一元件71、连接到螺母元件542上的第二元件72以及置于第一和第二元件71和72之间的中间元件73，该中间元件73用于在该中间元件73可以相对于第一和第二元件71和72在Y轴和Z轴方向上偏移的状态下将第二元件72的轴向位移传递到第一元件71。于是，由于进给丝杠轴541的转动而带来的偏转运动(偏转)可以被中间元件73所吸收。
另外，根据上述实施方式，电缆固定件65的可移动端通过第一和第二引线85和86连接到浮动单元7的第二元件72。于是，电缆固定件65的可移动端的状态可以被中间元件73吸收。于是，由于进给丝杠轴541的偏转运动对X轴滑动件53的影响和电缆固定件65伴随其运动的状态对X轴滑动件53的影响都可以被同时抑制，因此，可以防止测量精度降低。
根据上述实施方式，通过在X轴梁52内的支撑底座61，导轨63设置成与X轴滑动件53的运动方向平行。支撑板64被设置成沿着导轨63可移动。电缆固定件65的可移动端固定到支撑板64上。即，电缆固定件65的可移动端的运动方向被支撑板64和导轨63导引。于是，电缆固定件65的可移动端可以平滑地滑动，这是因为几乎不产生电缆的扭曲，并且其反作用力的影响很小。
另外，根据上述实施方式，由于电缆固定件65的前端所固定的支撑板64与浮动单元7的第二元件72彼此通过第一和第二引线85和86连接，因此这些引线85和86的延伸方向可以相对容易改变。于是，支撑板64和第二元件72可以根据X轴滑动件53和电缆固定件65的相对位置而彼此连接。与设置有带或链的情况相比，可以减小安装空间。
根据上述实施方式，能够以小的摩擦损失执行精确定位的滚珠丝杠机构用于驱动X轴滑动件53，且浮动单元7设置用于吸收偏转运动。于是，可以保持测量精度高，且可以实现测量时间缩短，甚至在马达543的输出大部分被用来增加X轴滑动件53的加速度的情况下。
本发明不局限于上述实施方式，而是可以包括修改、改进等，只要可以实现本发明的目的。例如，虽然通过举例说明在滚珠丝杠机构用作进给丝杠机构的情况下对实施方式加以描述，但是，可以使用滚珠丝杠机构之外的任何进给丝杠机构，只要进给丝杠机构具有进给丝杠轴和螺母元件，以用于移动X轴滑动件即可。另外，虽然在此以引线固定元件84用于将引线85和86连接到第二元件72的情况下对本实施方式进行说明，但是，本发明不局限于此。例如，引线85和86可以通过其他方法连接到第一元件72上。
本发明不局限于根据本发明的同步移动装置用于前述图像测量设备中的情况。例如，同步移动装置可以用作其他测量设备中。或者，本发明可以应用于机床，其中，主轴和转动主轴的马达安装在可移动部分上，且用于向马达供电的电缆固定件被设置成能够随动所述可移动部分。
本发明可以广泛地应用于图像测量设备和同步移动装置，其中同步移动装置将电缆固定件与可移动部分同步地移动。
Claims (4)
1.一种同步移动装置，该装置包括：
装置主体；
设置在装置主体内以可移动的可移动部分；
进给丝杠轴，该进给丝杠轴被支撑在所述装置主体上以便可以转动并且该进给丝杠轴移动所述可移动部分；
螺母元件，该螺母元件与所述进给丝杠轴螺纹啮合，
其特征在于：还包括
耦合器，该耦合器将所述可移动部分与所述螺母元件相连接；以及
电缆固定件，该电缆固定件支撑并导引铺设到所述可移动部分中的电缆，
所述耦合器包括固定在可移动部分上的第一元件、固定在螺母元件上的第二元件、以及置于第一元件和第二元件之间的中间元件，该中间元件用于吸收在与所述进给丝杠轴的轴线正交的平面内的所述进给丝杠轴的偏转运动；且
所述电缆固定件的在将电缆铺设到可移动部分中的一侧上的端部通过连接元件连接到第二元件，并且与所述可移动部分同步移动。
2.如权利要求1所述的同步移动装置，其中：所述连接元件是引线。
3.如权利要求1所述的同步移动装置，还包括：
导轨，该导轨设置在装置主体上以便与可移动部分的移动方向平行；以及
支撑板，该支撑板被设置成可沿着所述导轨移动，其中，
电缆固定件的端部固定到所述支撑板上。
4.一种图像测量设备，该图像测量设备包括：
平台，要被测量的物体所放置在所述平台上；
图像捕捉单元，该图像捕捉单元设置在可移动部分内，用于捕获所述物体的图像；
移动机构，该移动机构将所述物体和图像捕捉单元相对于彼此移动，其中，所述物体的形状或尺寸基于所述图像捕捉单元所捕获的图像的数据来测量；以及
同步移动装置，其包括：装置主体；设置在装置主体内以可移动的可移动部分；进给丝杠轴，该进给丝杠轴被支撑在所述装置主体上以便可以转动并且该进给丝杠轴移动所述可移动部分；螺母元件，该螺母元件与所述进给丝杠轴螺纹啮合，
其特征在于：所述同步移动装置还包括耦合器，该耦合器将所述可移动部分与所述螺母元件相连接；以及电缆固定件，该电缆固定件支撑并导引铺设到所述可移动部分中的电缆，所述耦合器包括固定在可移动部分上的第一元件、固定在螺母元件上的第二元件、以及置于第一元件和第二元件之间的中间元件，该中间元件用于吸收在与所述进给丝杠轴的轴线正交的平面内的所述进给丝杠轴的偏转运动；且所述电缆固定件的在将电缆铺设到可移动部分中的一侧上的端部通过连接元件连接到第二元件，并且与所述可移动部分同步移动。
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