CN1062035A

CN1062035A - 三维测量仪

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Publication number: CN1062035A
Application number: CN91110655.3A
Authority: CN
Inventors: 松本正和; 高桥敬三
Original assignee: Mitutoyo Corp
Current assignee: Mitutoyo Corp
Priority date: 1990-09-28
Filing date: 1991-09-27
Publication date: 1992-06-17
Anticipated expiration: 2006-09-27
Also published as: DE4132333A1; CN1032085C; GB2249178B; GB2249178A; JPH0459408U; US5189805A; GB9120513D0; DE4132333C2; JPH0620965Y2

Abstract

一种测量被测工件尺寸、形状等的三维测量仪，有一门形滑动装置，该装置包括一对互相平行的支柱，支柱间水平架设一横梁；滑动装置由平台支承，可以移动，滑动装置上装有参与待测工件三维坐标的测头，把使滑动装置移动的驱动装置设置于平台上面，并且位于滑动装置重心稍稍偏下的集团处，与滑动装置的至少一个支柱相连接，使得滑动装置的转动惯量较小，从而能进行精密测量。

Description

本发明涉及三维测量仪，确切而言乃关于具有所谓门形滑动装置之三维测量仪驱动系统的改进。

各种三维测量仪做为精密测量被测工件尺寸、形状等的装置已获广泛应用。

各种三维测量仪中，譬如门形滑动部分在平台上位移的三维测量仪为众所周知。该种三维测量仪因其滑动部分沿平台之一侧位移，使得被测工件之安装与拆卸都很容易，且兼具测量范围宽之优点，适于一般情况之使用。

图4及5表示这种三维测量仪之一实例。

图中，三维测量仪60包括装于地板上的平台61，该平台上设有可移动之滑动部分70，同时承载被测工件W。

滑动部分70由沿箭号Y方向自由移动之门形Y轴滑座71，在该Y轴滑座上沿箭号X方向移动之X轴滑座72以及在该X轴滑座内的Z轴滑座74构成。滑座74带有测头73随其一起沿箭号Z方向升降。

上述Y轴滑座71配有左右支柱71A、71B，水平横梁71C横架于它们上面，共同构成门形结构。在一根支柱71B上靠近平台61的侧面61A处，分别设置使Y轴滑座71沿箭号Y向移动之驱动装置80和导向构件85。该驱动装置80包括马达81，并有与马达转轴在一起的螺杆82，后者可沿箭号R方向转动自如。

此外，X轴滑座72及Z轴滑座74上也分别设有驱动装置（图中未示出），因而X轴滑座72及Z轴滑座74可沿各自的X向及Z向自由移动。

使用这种三维测量仪60对被测工件W进行测量，首先使马达81工作，带动螺杆82沿箭号R方向转动，使Y轴滑座71沿Y向移动。并且X轴滑座72及Z轴滑座74通过驱动装置（图中未示出）分别沿箭号X、Z向移动，使测头73与被测工件W进行多点接触，以测量其尺寸;或者使测头73沿被测工件W滑动，以测定其形状。

而若考虑该三维测量仪60滑动部分70之重心，可知该重心在如图4及5所示之点G附近。

另外，若滑动部分70之质量为M，它沿箭号Y方向移动时的加速度为a，自重心G至驱动装置80之距离为L，这时作用之转动惯量I＝aML。这样，要是距离L过长，转动惯量会按比例增大。

因而，在Y轴滑座71移动过程中，由于常常作用有这种大的转动惯量I，会使Y轴滑座71产生倾斜、摇摆、振动等。由此表现出难于对被测工件W之形状做精密测量的缺点。

若想使转动惯量I成为最小，采用减小加速度，使测量时间加长的办法是不行的。同时，由于必需的高刚性，也难于过份减轻滑动部分70的质量M。

而若要减少距离L，使驱动装置80置于接近重心G的位置，可在平台61的支柱71B侧面某处沿平台61Y方向的整个长度设置支承驱动装置用的部件，须将驱动装置80的马达81、轴承等都设在该部件上。由此，这个在平台61Y方向的整个长度上所设置的部件妨碍了被测工件W的安装，滑动部分70在平台61一侧的移动等，使得待测工件W的安装与拆卸复杂化了，从而在损害现有门形三维测量仪优点的同时，因这种装置规模大、价格高而不合用。

本发明的目的是在不损害现有带门形滑动部件的三维测量仪之优点情况下，提供一种减小滑动部分转动惯量，可进行精密测量的三维测量仪。

本发明通过设置驱动装置之位置，使适当靠近滑动部分的重心来完成上述目的。

具体而言，本发明的三维测量仪具有在一对互相平行之支柱间水平架设一横梁的门形滑动装置，该滑动装置支承于平台上并能移动，同时，参与被测工件三个座标的测头就装在滑动装置上，用以测量物体的尺寸和形状。将使上述滑动装置移动的驱动装置设置于平台上面、在滑动装置重心稍偏下的位置处，并使其至少与滑动装置的一根支柱连接。

再者，驱动装置由设在支柱上的螺杆及螺母构件构成。若以平台上表面至Y轴滑座上端的长短为H，以平台上表面至螺杆轴心的长短为h，则应将螺杆设计得符合关系式1/6H≤h≤5/6H，最好为符合关系式1/4H≤h≤3/4H。

此外，采用偏心运动非传动装置来连结驱动装置和支柱。这种偏心运动非传动装置由一对球体及长度调节部件构成，它把上述螺母构件与滑动装置连接起来，使得螺杆不致有轴向移动，而在径向可有移动。

还有，在设计滑动装置的两个支柱同时，驱动装置可以由同步驱动的两个驱动装置来构成。两个支柱的粗度也可以相同，而且还可将滑动装置做成它的一对支柱与横梁成为整体结构。

根据本发明的结构，对被测工件进行测量，应先启动驱动装置，使滑动部分移动，滑动装置所支承的测头与被测工件的多个测点相接触。用计算机等常规演算装置对这种接触位置做三维检测。

由于滑动装置是在平台上面并稍稍偏离滑动装置重心的位置被驱动的，所以不会发生滑动装置的振动、倾斜等等，使得它基本上维持直线移动，因而就能对被测工件的尺寸和形状做精密测量。

图1表示与本发明有关的三维测量仪的一个实施例的斜视图;

图2表示该实施例驱动装置主要部分的放大剖面图;

图3表示偏心运动非传动装置主要部分的分解斜视图;

图4表示现有技术实例的正视图;

图5为现有技术实例的侧视图。

以下参照附图例举最佳实施例详细说明本发明的三维测量仪。

图1中标号10表示本实施例所涉及的三维测量仪。它包括配置于地面上的平台11，被测工件W载于平台11上大约中央的地方。平台11上面一个侧端沿长度方向设有导向导轨12，滑动装置20配置在导轨12上。

滑动装置20包括一个沿箭号Y方向移动的Y轴滑座21。这个滑座21置于导向导轨12上的空气轴承（图中未示出）上，它由在导轨12上沿箭号Y向滑动的支承构件22以及在这个支承件上设置的一根粗四棱柱状的支柱23，还有与支柱23平行的设于平台另一侧端处的一根细四棱柱状的支柱24，以及在支柱23、24上端之间水平架着的横梁25构成。

设在Y轴滑座21横梁上的驱动装置（图中未示出）可使X轴滑座31沿箭号X方向自由移动。这个X轴滑座31内装有驱动装置（图中未示出）可使Z轴滑座32沿箭号Z方向自由移动。Z轴滑座32下部装有伸缩自如的测头33。

X轴滑座31、Z轴滑座32上均装有图中未示出的空气轴承。

滑动装置20的一个支柱23上设有透孔26，该孔与突出的螺母构件27同心。

驱动装置40设于平台11的导向导轨12的一侧，它沿Y向驱动滑动装置20。驱动装置40备有设于平台11上的箱体41（参见图2），箱体41内设有由同步皮带轮构成的转动自如的转动体42。转动体42的转轴43固定于联轴器44的一端，联轴器的另一端固定在马达45的输出轴46上。

另外，箱体41上设有支承构件47，它里面支承着螺杆48的一端，使其能沿着箭号R方向转动。螺杆48的轴端部49装有由同步皮带轮构成的转动体51。这个转动体51与上述转动体42由同步皮带52相连。这样，只要启动马达45，则联轴器44、转动体42、同步皮带52以及转动体52就带动螺杆48沿箭号R方向转动。

螺杆48的中部与设在支柱23上的螺母构件27啮合，同时螺杆另一端支承于设在平台11上的安装板54处的轴承53上。随着螺杆48转动，进而通过装在支柱23上的螺母构件27即可形成滑动装置20沿箭号Y向的进退。

如上所述，一方面把与滑动装置20的螺母构件27中的螺杆48相连的驱动装置40设在平台11的上面，一方面还使其在滑动装置20重心G稍稍偏下的位置处，这样，在本实施例所涉及的三维测量仪10中，重心G就位于稍稍偏离驱动装置40的位置。

更具体而言，如果自平台11的上表面到Y轴滑座21上端的尺寸为H的话，则自平台11上表面到驱动装置40的螺杆48之轴心尺寸h应在1/6H≤h≤5/6H的范围，较好的则是1/4H≤h≤3/4H范围;最好达到h 3/10H的程度。如果h比1/6H还小，也就是离平台11更近，则转动惯量就不会小;另一方面，若比5/6H还大，则使Y轴滑座21在导轨12上滑动之处与螺杆48的距离太大，因而不能得到满意的滑动。

如果上述滑动装置20的质量为M，移动时的加速度为a，从重心G到驱动装置40螺杆轴心的距离为L₁，那么，该滑动装置20移动时的转动惯量I＝aML₁。

再有，图2和图3中的标号28是装在螺母构件27与Y向滑座的支柱23之间的螺杆48偏心运动非传动装置。这个装置28由一对球体28A和长度调节部件28B构成，连结螺母构件27和Y轴滑座21，使螺杆40不能发生轴向相对移动，但可有径向相对移动。这样，当螺杆48偏心或者挠曲等时，就不会传送这种偏心等等，使得对Y轴滑座21只有Y方向传送。

此外，标号55为设于螺杆48的轴端49与轴承47之间的旋转编码器，用来检测螺杆48的转角，进而测出Y轴滑座21的Y向位移量。必要时，由图中未示出的控制装置将旋转编码器55的输出反馈到马达45，控制马达45的驱动。

本实施例三维测量仪10基本上由上述内容构成，以下说明其工作情况。

首先启动马达45，其转动力矩由联轴器44传至转动体42及同步皮带52，再由转动体51带动螺杆48，于是使螺杆48沿箭号R的任一方向转动。螺杆48又与螺母构件27啮合，也就带动Y轴滑座21沿箭号Y的任一方向移动。

其次，X轴滑座31及Z轴滑座32也通过图中未示出的驱动装置分别沿X和Z的任一方向移动。先使测头33与图中未示出的原点球接触，设定零点，之后使测头33与被测工件W的多个点相接触，测量其尺寸，或者使测头33在所说的被测工件W各个面上滑动，以测量其形状。

接下去叙述上面所述实施例的效果。

由于把使Y轴滑座21移动的驱动装置40置于平台11上面，而且在重心G的下方，从重心G到驱动装置40的距离L₁约为已有技术的1/2，这就能把在Y轴滑座21移动中所作用的转动惯量I（＝aML₁）限制为最小，因而不致引起已有技术中Y轴滑座的倾斜、摇摆及振动等，使Y轴滑座21沿直线移动，其结果则是可达到对被测工件W的尺寸和形状做精密测量的收效。

此外，本实施例三维测量仪10的驱动装置并未设在重心G的近旁，滑动装置20是在平台11上马达45的一侧受到移动，所以被测工件W易于安装和拆卸，保持了现有门形三维测量仪的那种优点。

以上仅就本发明通过例举优选实施例方式做了说明，但本发明并不限于这一实施例，对它的任何改进及设计上的改变均不超出本发明的构思范围。

譬如，驱动装置40并不限于设在Y轴滑座21的一根支柱23上，对于大型设备的情况，也可在两个支柱23、24上同步驱动地设置两个驱动装置40。

再有，支柱23、24的粗细程度不必要求一根支柱23更粗一些，也可以两者同样粗细。

此外，可以限定Y轴滑座21的一对支柱23、24和横梁25各成一体的相连结构，也可以将它们做成整体结构。

如上所述，本发明不损害现有门形三维座标仪的优点，可得到随着滑动装置的移动滑动装置的挠曲较小、能进行精密测量的效果。

Claims

1、一种测量被测工件尺寸、形状等的三维测量仪，有一门形滑动装置，该装置包括一对互相平行的支柱，支柱间水平架设一横梁；滑动装置由平台支承，可以移动；滑动装置上装有参与待测工件三维座标的测头，其特征在于把使上述滑动装置移动的驱动装置设置于平台上面，并位于滑动装置重心稍稍偏下的位置处，该驱动装置至少与滑动装置的一根支柱相连结。

2、一种如权利要求1所述的三维测量仪，其特征在于所说的驱动装置由螺杆和包括在支柱上的螺母构件构成。

3、一种如权利要求2所述的三维测量仪，其特征在于：如果自平台上表面至Y轴滑座上端的尺寸为H，自平台上表面至所说螺杆轴心的尺寸为h，则将所说的螺杆定为符合关系式1/6H≤h≤5/6H所表示的状况。

4、一种如权利要求3所述的三维测量仪，其特征在于所说的关系式为1/4H≤h≤3/4H。

5、一种如权利要求1所述的三维测量仪，其特征在于采用偏心运动非传动装置连结所说的驱动装置和支柱。

6、一种如权利要求5所述的三维测量仪，其特征在于所说的偏心运动非传动装置由一对球体和长度调节部件构成，它连结所说的螺母构件与滑动装置，使螺杆不能沿轴向移动，而能沿径向移动。

7、一种如权利要求1所述的三维测量仪，其特征在于滑动装置的两根支柱上都设置驱动装置，并且二者同步驱动。

8、一种如权利要求1所述的三维测量仪，其特征在于所说的两根支柱有相同的粗度。

9、一种如权利要求1所述的三维测量仪，其特征在于所说的滑动装置的一对支柱与横梁成整体结构。