CN1045645A - 有改进拖板驱动系统的坐标测量机 - Google Patents

Abstract

一种坐标测量机(10)有一个改进的拖板驱动系统，其中有软皮带安装在梁件上，皮带被沿拖板的X轴上伸长。梁件吸收伸长皮带的拉力载荷，而梁件与底座的连接可防止皮带的拉伸和热在机器上加应力。驱动组合件安装在拖板的一端，有有齿滚筒与皮带啮合，从而当驱动电机转动时，通过双减速皮带轮系统作用，将有齿滚筒旋转，并将拖板沿轨道驱动。用挠性件安装皮带，可在拖板沿轴线驱动时允许作侧向移动，而在纵向上对拉力作用表现刚性。

Description

本发明有关的座标测量机的类型，为有一个测量头由沿精密轨道活动的拖板支持，沿互相垂直的轴线作有控制并有量度的精密活动。这活动又在一个工件支持台上方，从而当测头尖通过工件的各点时，可对各点间的距离作精确测量。

垂直测头座标测量机的一个举例，如美国专利第4，610，089号所述，该专利于1986年9月9日颁给贝尔（Bell）等人，发明名称为《桥式座标测量机》;水平臂机如美国专利4，305，207号所述，1981年12月15日颁给郎兹（Lantz），发明名称为《三轴检测机》。

在这些机械中，防止支承结构，诸如底座与拖板无复验性变形是非常重要的。这种变形由于失去测头移动距离与待测点间距间的精确可重验对应性，便直接造成测量误差。

有时拖板沿相应轴线的移动用机械动力，如果施加的驱动力偏离中心，造成的偏向可能引致在拖板上作用的无复验性偏差力。

拖板的传统机械驱动装置，如滚珠丝杠和齿条小齿轮等刚性太大，不能使拖板良好定位，反而要求作保养与润滑以防磨损。

循环带与滑轮传动装置，倾向于引致对驱动系统对运转的有害影响作让步，包括反应时间和定位精度等。

软元件所要求的任何形式的张紧，可能造成机器结构的无复验性变形，便可能在环境温度条件变化时，加剧元件的热变形。

本发明是一种座标测量机，有改进的拖板轨道驱动系统。座标测量机的类型，为有一个测头通过若干拖板之一安装在底座上，各拖板用轨道支持，能沿若干正交轴线之一作直线移动，拖板用机力推动。因此可使测头围绕工件移动，以利按熟悉本领域者熟知的方法进行测量，包括将一段有齿的传动皮带固定，使之沿支持拖板在上面用改进的驱动系统推动的轨道张紧。在拖板的一端上安装一个驱动组合装置，其中有一个传动轮，由套在传动轮两侧的一对惰轮上的环形皮带将其保持与有齿皮带啮合。皮带从传动轮后面通过，一个电机将传动轮正反向旋转，通过减速装置将拖板在轨道上前进或倒退。

有齿皮带的两端连接在一条长刚性梁件上，梁件沿拖板活动的轴线，安装在机器底座上。梁件的一端固定在底座上安装的支架上，而另端可浮动，防止在有齿皮带上施加的拉伸力和/或结构间的热变形，造成底座结构上的应力。

有齿皮带的两端上各夹一个挠性件，它在梁件的纵向上刚性极大，但允许皮带端可略横向移动，以适应拖板沿轨道进行时有少量的对中误差。

拖板用一组垂直相对的空气轴承，与分开布置而里侧互相平行的轨件配合。空气轴承安装在分开布置的下伸的拖板支腿上，支腿跨在拖板下面的、安装于底座上的对中导轨上。

梁件与有齿皮带在拖板支腿间安装在导轨上面，全部整齐地封在壳体内。

本发明的有改进拖板驱动系统的座标测量机，优点是不要求对机械驱动装置作保养，而提供了刚性使驱动系统有良好的反应和精度。安装时对机器结构不造成应力，元件间没有热变形，可免造成无复验性误差。

有改进拖板驱动系统的座标测量机的另一优点，是允许拖板沿行动路线在横向上略有误差，而仍保持对位置的良好反应。

驱动系动又有的优点是紧凑，可装在机器内，完全封闭。

图1    为有本发明改进拖板轨道装置的水平臂座标测量机的透视图。

图2    为图1中座标测量机局部剖面分解侧视图。

图3    为图1及2中座标测量机分解前视图。

图4    为图2及3中拖板及相连结构的放大后视图。

图5A及5B为图2-4所示有齿皮带及轨件，及端部安装装置的分解放大前视图。

图6    为图5所示右侧元件的放大分解端视图。

图7    为图5所示左侧元件的放大俯视图。

图8    为图4所示拖板驱动器组合元件的放大后视图。

图9    为图8所示拖板驱动器组合元件的俯视图。

图10为图8    所示拖板驱动器组合元件剖视图。

图11为沿图8中线11-11的剖视图。

在下面的详细叙述中，为清晰叙述特定实施方案起见，采用了某些特殊的术语，但应理解并不限制发明，也不应视为有此意图，因为发明可在文后的权利要求书范围内采用许多形式与变化。

图1    表示采用了本发明改进拖板驱动系统的水平臂型座标测量机10。

这种座标测量机10有一个T形底座12，支持一个立柱组合件14，立柱组合件14可沿本文称为X轴的第一水平座标轴移动。立柱组合件14支持有测头18安装在上面的水平臂16在上面活动，水平臂16在上面沿一条本文称为Y轴的垂直的第二座标轴移动。水平臂16还可以沿一条与臂16纵轴线平行的第三轴Z轴水平移动，轴X，Y及Z互相正交。

基础12还支持一个转台20，上面可放待侧量的工件（未示），可由测头尖18接触。

由于这种座标测量机一般属已知，故除与本发明有关外不叙述细节，有关者包括应用于支承立柱组合件14的X轴拖板的拖板驱动系统。

图2表示轨道装置细节，包括底座12，最好用花岗石块22制造，用空气隔振体23承托。一对沿X轴互相平行伸展的有间距长直立轨件24及26，用诸如螺栓（未示）在底座12上作可拆卸的安装。轨件24、26各沿上端向内倾斜，有相对的悬伸部28、30。悬伸部28、30的表面经切削加工形成精确的上水平轨面32、34，而在正对上轨面32、34的上方，有相对的上表面，形成上表面上的水平轨件36、38。

X轴拖板40用安装板41安装立柱组合件14，使之可作沿X轴的直线移动。拖板40放在斜轨件24、26间的空间中。X轴拖板40有一个经切削加工的铝铸件，它有一体的第一部分，包括外伸的翼缘42、44，各在一个相应的上水平轨32、34上面，从上面伸出。

一个斜盖板35固定在两轨件24、26的上方，和一个活动防尘条37及端盖39，完全封闭内空间33。

在翼缘42、44与轨32、34之间放置各对空气轴承：后轴承46a、b，前轴承48a、b，在X轴方向上，每对轴承中的各个，在X轴拖板40上互有间距地布置着。

X轴拖板40上形成第二部分，它有后轴承支架50，和左右前轴承支架52及54，从X轴拖板40的下方，进入轨件28、30间的空间，各支架50、52、54有各自的端部56、58、60，在下表面水平轨36、38的下方向外伸。其间放置各对预加载的空气轴承，即后轴承62a、b，和前轴承64a、b，每对轴承的各个，在X轴方向上有间距，在相应的空气轴承46a，或46b;48a或48b的下方大致对正。

X轴拖板40上还形成一体的第三部分，它有一对有横向间距的引导支腿66a、b;68a、b，跨在固定于底座12表面上的导轨70上。导轨70最好也用花岗石制造，宽度小以减小铝的X轴拖板40热膨胀的作用。一个钢制的传感器格栅梁71在导轨70的顶上固定，固定方法容许其间有相对热膨胀，例如用销钉槽孔连接（未示）。

导轨70的两侧上各形成一个垂直伸展的引导面72、74，与X轴平行。有各对导向空气轴承76a、b;78a、b放在导向支腿66、68的各个和相应的导向面72、74之间。

导向支承件对76a、b;78a、b也相似，在X轴方向上有间距。

花岗石板22在花岗石垫块25下伸展，与之粘接，支持旋转工作台20。

本发明X轴拖板驱动系统有刚性梁件与有齿软皮带的组合件80，皮带沿X轴伸展，通过支架50、52、54与支腿66a、b及68a、b间的中央空间。

分别的电机动力控制线，传感器信号输送线等形成电缆81，穿过石块22上的空间中的轨件24、26的空间中，可随拖板40前后移动。

图3表示梁件与皮带组合件80，有一个刚性长开口件，一端固定在支架82上，支架用螺栓84固定在石板22的一端上。刚性梁件88的与支架82相对的端部用销钉和槽孔架198支持，以提供稳定性，同时不会因拉紧皮带89时施加的压缩载荷在导轨70上造成应力，而允许在X轴方向上，有自由纵向热膨胀。有齿软皮带89的两端，用绕性件86a及86b固定在轨件88上，这样便允许皮带可有因对中误差造成的微小横向移动，而不致对轴承76a、b及78a、b加较大的侧向载荷。

刚性梁件88吸收拖板驱动器组合件80中还存在的拉紧固定有齿传动带89时所加的载荷，防止发生变形误差在机器结构本身中造成载荷。

用罩在端盖39中的石板22两端上的支架94、96支持的一系列辊子92，将防尘条37在石板22下面送回。各对防冲止动销组合件98a、b;100a、b放在石板22的两端，在导轨70的两侧间居中，与相应的支腿部66a、b;与68a、b接触，减缓冲击，并减小加在轴承76a、b;78a、b上的载荷。

图4表示后支架50的底部56相当宽，支持间距比较小的后空气预加载轴承62a、b和后空气轴承46a、b，以及间距比较大的前预加载轴承和前轴承64a、b和48a、b。这相当于拖板40在轨道32、34、36、38上的三点支承，减小其间的精确平行度要求。

每一空气轴承有用于过去市售座标测量机的已知设计。这类轴承包括诸如石墨制多孔支承垫102，用有内空间的支承帽104支持，空间中用管连接件（未示）供给压缩空气，空气通过多孔支承垫102流出，造成气膜，按已知的方式形成支持。帽104用放在可调定位杆108上的一个圆锥形窝座里的球体106支持，定位杆108用一个夹杆110夹定。这种安排允许支承帽104及垫102略为倾侧，抵偿轨道表面上的微小的变化。空气膜间隙的调节，可通过调节定位杆108进行。

夹缆架112固定在左前预加载支承架54的左端和后轴承支架50的左端，上面固定缆圈81的一端。

一个格栅传感器安装架114将一个读数头116固定在左后导向支承腿66a的适当位置上，扫描安装在格栅梁71上的格栅。

拖板驱动器有一个电机皮带轮驱动组合件118，安装在拖板的左端上，如图4观察，有驱动电机120和减速皮带轮260、274、254、268，驱动有惰轮128、130导向的固定齿传动皮带89套在上面的有齿皮带轮126。有齿皮带轮126可向两方向旋转，使X轴拖板140也在两方向上沿X轴直线前进。

图5A及5B进一步详示挠性件86a、86b及刚性梁件88。刚性梁件为空心箱形梁，焊接在一个直角架152上，直角架用有头螺栓154固定在支架82的内面上。挠性组合件86a有一个锚定架156，用一组有头螺栓160穿过槽孔161，固定在突缘158上。

一个调节螺栓164藉螺纹拧在与支架156一体的中心腹板166中，有一个端面168，插入支架82相对端面上形成的一个承窝170中。有齿皮带89可通过调节螺栓164调节张紧，将支架156向右移，拧紧其螺栓头165与有头螺栓160，便将调节位置固定。用定位螺栓162确定支架156的张紧装置，因此如须在现场拆卸梁件与皮带组合件80，可藉此重复取得皮带的相同紧张度。

有齿皮带89用下板176上的有头螺栓174，夹定在上板172的下面，都水平放置，其间留空间供放入有齿皮带89的一端。

下板176用从边缘伸出的一对与X轴及有齿皮带89平行的弹簧钢挠性薄片178，与支架156连接。

各挠性片的上缘用夹杆180和放在板176相对侧中的有头螺栓182夹定。

下缘用夹杆184和放在支架156相对端上的有头螺栓186，在锚定架156上夹定。

图6表示各挠性片178的中间区用藉有头螺栓190及夹杆192在中间区上面固定的板188加劲。因此，仅窄的上下部194及196无支持，容许作有齿皮带89横向上的弯曲。由于挠性片178沿X轴方向从边缘伸出，故有极大的刚性，可吸收有齿皮带89的张力，并将该张力向支架82传递。

梁件88的相对端和位于格栅梁71上方的锚定板198焊接，有一个螺栓200和一对定位螺丝202将其正确横向定位并抬高。螺栓200穿过槽孔204，定位螺丝202放在轨道70上的薄垫片206上，对梁件88的左端相对于底座结构相对的纵向活动不作限制。这样可防止将皮带拉力施加的压缩载荷传递到机器的其他部分，并防止倾向于产生机器结构变形的任何热应力。

用夹板210与有头螺栓212将有齿皮带89在上板208上夹定。

用一对从边缘上伸出并与X轴方向平行的一对挠性薄片214，将上板208与底座板198连接。各挠性片的上缘，用夹杆216和上板208边上的有头螺栓218，夹定在上板208的一侧上。

每一挠性片214的下缘，用夹杆220及有头螺栓222，在底座板198的一侧上夹定。

各挠性片214的中间部，用由上夹杆226及有头螺栓228，和下夹杆230及有头螺栓232在上面夹定的衬板224作加劲。留有少许无支承部分234及236，使挠性片214可横向弯曲。同时在有齿皮带89施出的拉力横向上紧固的挠性片214，在该方向上有极大的刚性。

这种安排使皮带89可产生微小的横向自对中活动，避免在将拖板驱动时，由于对中误差产生的X轴拖板40的侧向载荷倾向。

图8至11进一步详示X轴驱动组合件118，它有一个壳体238用有头螺栓240固定在X轴拖板40的一侧上。驱动电机120用穿过电机120安装端板246里的腹板244的有头螺栓242，固定在壳体238上。形成缆圈81一部分的适当电源缆线248，用安装件250与电机120连接。

电机120有输出轴252，轴有皮带轮衬254，通过紧圈256固定在轴上。一条有槽传动皮带258，将旋转动力向用拼合紧圈264紧固在旋转轴262一端上的大直径皮带轮衬260传递，一个弹扣夹持件265保持大皮带轮在轴端上定位。轴262用轴两端上的轴承266支持，在壳架239中旋转，保持与小直径皮带轮衬268端部有间隙的垫件267，用拼合紧圈270固定在与大直径皮带轮衬260相对的轴262的端部上。第二槽形传动皮带272，将旋转动力从小直径皮带轮衬268，传递到第二大直径皮带轮衬274上，形成第二级减速。

第二大直径皮带轮衬274固定在旋转轴276上，用拼合紧圈278及弹扣夹持件280保持与安装在壳体238内的旋转轴承286相对的端部位置。

一个紧圈282和垫件284，位于轴276的与安装壳238内的轴承286的端部相对的端部上。

一个有齿传动滚筒126，分别在内伸突缘294与紧圈296上形成的一对圆锥形表面290，292作为夹紧装置，在轴276上固定。有头螺栓298穿过突缘294，用螺纹拧在紧圈296的突缘300中，将两者拉紧，压迫紧圈296而使它把轴276夹持紧。垫件302确定有齿传动滚筒126的正确轴向位置。

皮带89套在惰轮128、130上，与有齿传动滚筒126啮合。

惰轮128、130安装在用定位螺丝306在壳体238上固定的静止轴304上。轴承308支持相应轴304上的各惰轮128、130旋转，垫件310保持与壳体238相邻部分间的轴向间隙。

支持轴262的壳体支架239在壳体238上作可调节的安装，以利调节皮带的紧张度。调节用调节螺栓311与螺母312进行，在每次调节后定位时，用有头螺栓314将支架239在壳体238上固定。在用调节螺栓311及螺母312张紧时，用暗销315保持支架239对正。

Claims (11)

1、一种座标测量机(10)，类型为有改进的拖板驱动系统，其中有一个底座(12)，一个测头轴(16)，与其尖部(18)；安装该测头(16)的安装装置可沿三条正交轴线(X、Y、Z)移动，该安装装置有：一个拖板(40)支持该测头(16)，轨道表面(32、34)沿一条X轴伸展，支承轨道支承装置(46a、b；48a、b)，和导向支承装置(72、74、76a、b；78a、b)，支持并引导该拖板(40)在该轨道表面(32、34)上，作沿该轨道表面(32、34)的直线移动，一个驱动系统沿该一条轴(X)驱动该拖板(40)，其特征在于该拖板系统有该拖板(40)的驱动系统，其中包括下列各项：

一个长形刚性梁件(88)和将该梁件(88)相对于该底座(12)安装的装置(198、152)，沿与该轨道表面(32、34)相邻的该一条轴(X)伸展，

一条软性长皮带(89)；安装该软皮带(89)使之沿该一条(X)轴线伸长的装置(86a、86b)，该装置(86b)将该软皮带(89)的一端固定在该梁件(88)一端上；

安装在该拖板(40)上的驱动装置(118)，有一个旋转驱动件(126)与该软皮带啮合，并有装置(120)将该旋转驱动装置(126)旋转而使该拖板(40)沿该软皮带(89)及该轴(X)前进。

2、如权利要求1之座标测量机（10），而特征为将该梁件（88）相对于该底座（12）安装的该装置（198、152），有第一装置（154、152）将该梁件（88）的一端固定，第二装置（198、200、202）将该梁件（88）的另端在该底座（12）上作横向和垂直向定位，而对该另端不在纵向上限制，从而该软皮带（89）的拉应力不通过该梁件（88）向该机器传递，也不传递温差膨胀造成的应力。

3、如权利要求1之座标测量机（10），而特征为安置该软皮带（89）的该装置（86a、86b）在两端各有一对挠性件（86a、86b），在该轴线方向上有刚性，在横向上有柔性，因此尚该驱动件沿长度方向前进时，该软皮带（89）可侧向活动。

4、如权利要求1之座标测量机（10），而特征为该软皮带（89）和梁件（88）在该拖板（40）下面的中线上放置。

5、如权利要求4之座标测量机（10），而特征为该拖板（40）有一个向下伸的部分（66a、b;68a、b）跨在该软皮带（89）和梁件（88）上。

6、如权利要求5之座标测量机（10），而特征为该底座（12）有中央轨道（70），该梁件（88）安装在该中央轨道（70）的上面。

7、如权利要求1之座标测量机（10），而特征为该软皮带（89）有齿，该旋转驱动件有齿与之配合;另有一对惰轮（128、130）该驱动件（126）的两侧，该软皮带通过各该惰轮（128，130），套在与之啮合的该驱动件（126）上。

8、如权利要求1之座标测量机（10），而特征为另有张紧装置（164）将该软皮带（89）沿其长度伸长。

9、如权利要求7之座标测量机（10），而特征为该驱动组合件有一个驱动电机（120），它有该装置将该驱动件旋转，并有双减速装置（254、258、260、268、272、274）对该驱动电机（120）的驱动减速。

10、如权利要求3之座标测量机（10），而特征为每一该挠性件（86a、86b）有一对挠性片（178、214），互相平行地和平行于该一个轴（X）垂直地安装，该对挠性片（178、214）固定在该软皮带（89）的相应端上，使该软皮带水平地置于该些挠性片（178、214）之间。

11、如权利要求10之座标测量机（10），其特征为各该挠性片（178、214）除一个小的上下间隙（194、196、234、236）外都是刚性的，从而减小侧向弯曲的幅度。

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