CN110537073A - 定位设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种定位设备，包括能够在基本上竖直的自由度上相对移动的第一构件和第二构件。至少一个能量导管安装至该第一构件和该第二构件中的至少一个构件，该至少一个能量导管将载荷传递到安装有该至少一个能量导管的构件中的至少一个构件上，该载荷根据该第一构件和该第二构件的相对位置而变化。补偿构件被配置为施加载荷，该载荷根据该第一构件和该第二构件的相对位置而与该至少一个能量导管所施加的载荷的变化相反地变化，以便至少部分地抵消由该至少一个能量导管施加在该构件中的该至少一个构件上的载荷的变化。

Description

定位设备
本发明涉及一种定位设备，例如坐标定位机，比如坐标测量机(CMM)。
定位设备可以包括用于使工具和/或物体相对于彼此定位的一个或多个可动构件。例如，CMM传统上包括多个可动构件，例如串联布置的线性可动构件。通常，定位设备被配置为利于工具和/或物体在至少两个或三个相互正交的维度(例如，X、Y和Z)上的相对运动。此类定位设备通常被称为“笛卡尔(Cartesian)”定位设备(或笛卡尔CMM)。典型的笛卡尔坐标定位设备包括桥式、门式、悬臂式、水平臂式和龙门式机器。
定位设备可以具有一个或多个能量导管(或者有时在CMM领域中被称为能量“链”)，其包括一根或多根线和/或流体管线(例如空气管线)以用于为该设备的多个不同的部分和/或从其供电、输送信号和/或流体。这些能量导管可以被固定至可相对移动的构件中的一个或多个构件，使得能量导管的至少一部分与可动部分一起移动。
在Brown&Sharpe出售的被称为Validator Chameleon的CMM上，可水平移动的构件之间的能量导管被分成两部分，使得电线承载在其中一个能量链上，而用于气动装置的管承载在另一能量链上。线能量链和气动能量链连接至可动构件，使得它们在相反的方向上延伸，并且由于可动构件的位置变化而导致它们施加在可动构件上的载荷的任何变化彼此反向地变化。在这种机器中，用于实现可水平移动的构件之间的相对运动的驱动机构包括皮带驱动机构，该皮带驱动机构包括用于对皮带进行驱动的旋转DC马达。
本发明涉及一种改进的定位(例如测量)设备，例如改进的坐标定位设备、比如坐标测量机(CMM)。特别地，本发明的一方面涉及定位设备的可动构件之间的(多个)能量导管的改进的构造。在特定实例中，本发明涉及一种定位设备，该定位设备在至少两个可相对移动的构件之间具有平衡的能量导管。
根据本发明的第一方面，提供了一种定位设备，包括：可在基本上竖直的自由度上相对移动的第一构件和第二构件(例如，用于实现检查装置和工件在竖直自由度上相对运动)。(第一)能量导管连接/安装至第一构件和第二构件中的至少一个构件。由(第一)能量导管(在第一构件和第二构件的自由度上)传递到连接/安装有该能量导管的该构件中的至少一个构件上的载荷/力可以根据第一构件和第二构件的相对位置而变化。还可以提供补偿构件，该补偿构件被配置为(在第一构件和第二构件的自由度上)施加载荷/力，该载荷/力根据第一构件和第二构件的相对位置而与(第一)能量导管所施加的载荷相反地变化，以便至少部分地抵消由(第一)能量导管施加在至少一个构件上的载荷的变化。
我们的发明人发现，由(第一)能量导管(在第一构件和第二构件的自由度上)传递到固定有该能量导管的构件上的载荷可以根据第一构件和第二构件的相对位置而变化。例如，这可能是因为由固定有该能量导管的构件所承载的(第一)能量链的质量/重量的比例根据第一构件和第二构件的相对位置而变化。变化的载荷可以在定位设备的结构中产生变化的变形，这样可能会对定位设备的计量产生不利影响。另外地/可替代地，变化的载荷可能意味着马达所需的功率在不同位置可能不同。这可能导致马达对于不同位置产生不同热量，这样进而对定位设备的计量产生不利影响。已经发现对于使用线性马达的实施例尤其如此。
可相对移动的第一构件和第二构件可以在第一线性自由度上相对于彼此移动。例如，可以将其约束为使其仅可以在基本上竖直的自由度上相对于彼此移动。
可选地，第一构件可在竖直自由度上移动。第一构件可以被配置为承载用于与制品相互作用的工具(例如用于对制品进行检查的检查装置)。该工具可以包括测量装置，例如测量探针。检查装置可以包括接触式或非接触式检查装置。例如，该检查装置可以包括扫描探针(也称为模拟探针)。可以在构件与工具之间设置铰接头。铰接头可以被配置为使得安装在其上的工具围绕至少一个轴线、例如围绕至少两个轴线(例如至少两个正交的轴线)旋转。铰接头可以是(连续)扫描头(而不是分度头)。
补偿构件可以被配置为使得该补偿构件(在第一构件和第二构件的自由度上)施加的载荷与由(第一)能量导管所施加的载荷的变化基本上相等且反向地变化。因此，补偿构件可以被配置为使得由(第一)能量导管和补偿构件(在第一构件和第二构件的自由度上)施加的净载荷对于一定范围的相对位置而言是基本上恒定的；例如，在第一构件和第二构件的运动范围的至少75％的范围内、可选地在第一构件和第二构件的运动范围的至少90％的范围内是基本上恒定的。
可相对移动的第一构件和第二构件可以彼此抵靠。换句话说，可相对移动的第一构件和第二构件可以包括支承布置的相应部分，这些相应部分相配合以利于它们之间的相对运动。支承布置例如可以包括空气支承和/或机械支承布置。例如，可相对移动的第一构件和第二构件中的一个可以包括至少一个空气支承垫，另一个包括空气支承表面。
可选地，第一构件可在基本上竖直的自由度上移动。可选地，第二构件可在竖直自由度上(例如相对于设备的其余部分)固定/不可移动。
(第一)能量导管可以连接/安装至第一构件和第二构件，例如在/朝向第一端连接/安装至第一构件以及在/朝向第二端连接/安装至第二构件。
补偿构件可以包括主动系统。例如，补偿构件可以是系统的一部分，该系统监测至少一个(例如系统)输入/变量(例如，施加在第一构件和/或第二构件上的载荷、和/或第一构件和/或第二构件的位置)，并且调节/改变补偿构件施加的载荷以便至少部分地抵消由能量导管所施加的载荷的任何变化。因此，补偿构件可以是伺服系统的一部分，该伺服系统响应于输入来控制补偿构件。例如，补偿构件可以包括用于能量导管所连接/安装的构件(例如套筒轴)的平衡机构，例如气动平衡件。该设备可以被配置为响应于至少一个输入/变量(例如，施加在第一构件和/或第二构件上的载荷、和/或第一构件和/或第二构件的位置)而(例如动态地)改变由平衡件提供的平衡力。例如，该设备可以被配置为响应于至少一个输入/变量(例如，施加在第一构件和/或第二构件上的载荷、和/或第一构件和/或第二构件的位置)而(例如动态地)改变气动平衡件的气压。
补偿构件可以是被动(换句话说，非主动/非伺服)补偿构件。换句话说，补偿构件可以包括一个或多个部件，这个或这些部件被配置为固有地至少部分地抵消能量导管施加在这些构件中的至少一个构件上的载荷的变化，即不需要监测/伺服/马达系统或外部电源/电力供应。
补偿构件可以包括连接/安装至第一构件和/或第二构件(例如，连接/安装至安装有(第一)能量导管的(多个)相同构件)的构件。例如，补偿构件可以包括机械补偿构件。
补偿构件可以被配置为使得由连接/安装有(第一)能量导管的(多个)构件所承载的补偿构件的质量/重量的比例随着第一构件和第二构件的相对运动而变化。补偿构件可以被配置为使得由连接/安装有(第一)能量导管的(多个)构件所承载的补偿构件的质量/重量的比例(随着第一构件和第二构件的相对运动/根据第一构件和第二构件的相对位置)与由连接/安装有(第一)能量导管的构件所承载的(第一)能量导管的质量/重量的比例(其随着第一构件和第二构件的相对运动/根据第一构件和第二构件的相对位置而变化)相反地变化。补偿构件可以被配置为使得由连接/安装有(第一)能量导管的(多个)构件所承载的补偿构件的质量/重量的比例(随着第一构件和第二构件的相对运动/根据第一构件和第二构件的相对位置)与由连接/安装有(第一)能量导管的构件所承载的(第一)能量导管的质量/重量的比例(其随着第一构件和第二构件的相对运动/根据第一构件和第二构件的相对位置而变化)基本上相等且反向地变化。
补偿构件可以被配置为随着第一构件和第二构件的相对运动而改变形状。补偿构件可以被配置为例如随着第一构件和第二构件的相对运动而卷起和/或展开(或卷曲/展开或弯曲/伸直)。补偿构件可以包括一个或多个弹簧构件和/或一个或多个柔性构件(例如，其随着第一主体和第二主体的相对运动而变形/弯曲/挠曲)。例如，补偿构件可以包括连续的带状材料带。补偿构件可以被配置为向连接/安装有(第一)能量导管的至少一个构件提供随着其变形/弯曲/挠曲而变化(例如，根据其弯曲/挠曲点而变化)的载荷/力。补偿构件可以被配置为在第一构件与第二构件之间迂回前进。
补偿构件可以包括第二能量导管。第二能量导管可以被安装至安装有第一能量导管的(多个)相同构件。第二能量导管可以被连接/安装至(多个)第一构件和/或第二构件，使得其(在第一构件和第二构件的自由度上)施加到(多个)第一构件和/或第二构件上的载荷/力随着第一构件和第二构件的相对运动/根据第一构件和第二构件的相对位置而与第一能量导管所施加的载荷/力反向地变化。换句话说，第二能量链可以被连接/安装至(多个)第一构件和/或第二构件，使得其(在第一构件和第二构件的自由度上)施加到(多个)第一构件和/或第二构件上的载荷/力根据第一构件和第二构件的相对位置而与能量导管(在第一构件和第二构件的自由度上)施加到(多个)第一构件和/或第二构件上的载荷的变化(其根据第一构件和第二构件的相对位置而变化)相反地变化。第二能量导管可以被配置为使得其(在第一构件和第二构件的自由度上)施加到(多个)第一构件和/或第二构件上的载荷随着第一构件和第二构件的相对运动/根据第一构件和第二构件的相对位置而与第一能量导管所施加的载荷基本上相等且反向地变化。换句话说，第二能量链可以被连接/安装至(多个)第一构件和/或第二构件，使得其(在第一构件和第二构件的自由度上)施加到(多个)第一构件和/或第二构件上的载荷/力根据第一构件和第二构件的相对位置而与能量导管(在第一构件和第二构件的自由度上)施加到(多个)第一构件和/或第二构件上的载荷的变化(其根据第一构件和第二构件的相对位置而变化)反向地变化。因此，第一能量导管和第二能量导管可以是“平衡的”。换句话说，第一能量导管和第二能量导管所施加的载荷可以是“平衡的”。将会理解，第一能量导管和第二能量导管可以沿基本上相反的方向延伸。
将会理解，可以有更多/另外的能量导管。例如，可以有两个或更多个单独的能量导管(例如，各自具有其自己的支撑轨道)，能量导管各自在相同方向上(在第一构件和第二构件的自由度上)将载荷传递到这些构件中的至少一个构件上，并且能量导管各自根据第一构件和第二构件的相对位置而变化。因此，补偿构件可以被配置为补偿这两个载荷。另外地/可替代地，补偿构件本身可以包括两个或更多个单独的能量导管(例如，各自具有其自己的支撑轨道)。
能量导管可以包括至少一根线和/或至少一根管。能量导管可以包括至少一组/束线和/或管。能量导管可以包括线和管的混合。线和/或管可以例如使用束线带绑在一起。
能量导管可以包括支撑轨道以用于例如支撑至少一根线缆和/或至少一根管。支撑轨道可以包括铰接式支撑轨道。例如，铰接式支撑轨道可以包括枢转连接的链节的链式布置。可选地，支撑轨道可以包括随着相对运动而弯曲的材料带(例如，包括连续的带状材料带)。
第二能量导管可以包括与第一能量导管的支撑轨道相似/相同的支撑轨道，但是没有线和/或管。因此，补偿构件/第二“能量导管”可以是“虚设”能量导管。
定位设备可以包括至少一个马达，该至少一个马达被配置为实现第一构件和第二构件(在第一构件和第二构件上的自由度上)的相对运动(例如，以用于控制相对位置)。该马达可以包括线性马达。因此，可以(例如，在第一构件和第二构件中的一个构件上；例如，在第二构件上)设置线性定子(例如，包括磁体的线性阵列)，可以(例如，在另一构件上；例如，在第一构件上)设置电枢(例如，线性电枢，例如包括线圈的线圈阵列)。电枢的线圈可以不重叠。例如，线性定子可以包括长形线性定子。例如，电枢可以包括长形线性电枢。可选地，线性马达是直型的。因此，定子可以是直型的。
定位设备可以包括坐标定位设备，例如坐标测量机(CMM)，例如笛卡尔CMM。
第一构件可以是通常在CMM领域中被称为“套筒轴”的构件。第二构件可以是通常在CMM领域中被称为“托架”的构件。
定位设备可以包括另一构件，该另一构件可相对于第一构件和第二构件中的至少一个构件(例如，在线性自由度上)运动。第二构件(例如“托架”)可以例如可在第一水平自由度上、例如在(例如，与第一线性自由度正交的)第二线性自由度上相对于第三构件移动。第三构件可以包括托架可以沿其行进的梁或横梁。第三构件可以例如可在(例如，与第一水平自由度正交的)第二水平自由度上、例如在(例如，与第一线性自由度和第二线性自由度正交的)第二线性自由度上相对于第四构件移动。第四构件可以包括CMM的基座和/或相对于该基座固定，该基座可以例如包括工件底盘。第四构件可以包括其上支撑有第三构件的一个或多个凸起支撑件。
将会理解，以上结合本发明的第一方面描述的特征同样适用于以下描述的后续方面，反之亦然。
根据本发明的另一方面，提供了一种定位设备，包括：可在线性自由度上相对于彼此移动的第一构件和第二构件。定位设备可以包括线性马达，该线性马达被配置为(例如，在基本上水平或基本上竖直的自由度上)实现第一构件和第二构件的相对运动。定位设备可以包括(第一)能量导管，该(第一)能量导管安装至第一构件和第二构件中的至少一个构件。由(第一)能量导管(在第一构件和第二构件上的自由度上)传递到安装有该能量导管的构件中的至少一个构件上的载荷/力可以根据第一构件和第二构件的相对位置的位置而变化。定位设备可以包括补偿构件，该补偿构件被配置为(在第一构件和第二构件的自由度上)施加载荷/力，该载荷/力根据第一构件和第二构件的相对位置而与能量导管所施加的载荷相反地变化，以便至少部分地抵消(第一)能量导管所施加的载荷的变化。
因此，本申请还描述了一种定位设备，包括：能够在线性自由度上相对于彼此移动的第一构件和第二构件；线性马达，该线性马达被配置为实现该第一构件和该第二构件的相对运动；至少一个能量导管，该至少一个能量导管安装至该第一构件和该第二构件中的至少一个构件，该至少一个能量导管将载荷传递到安装有该至少一个能量导管的构件中的至少一个构件上，该载荷根据该第一构件和该第二构件的相对位置而变化；以及补偿构件，该补偿构件被配置为施加载荷，该载荷根据该第一构件和该第二构件的相对位置而与该至少一个能量导管所施加的载荷相反地变化，以便至少部分地抵消该至少一个能量导管所施加的载荷的变化。
本申请还描述了定位设备，包括：可在线性自由度上(例如，在基本上水平或基本上竖直的自由度上)相对于彼此移动的第一构件和第二构件；被配置为实现该第一构件和该第二构件的相对运动的线性马达；安装至该第一构件和该第二构件中的至少一个构件的至少一个能量导管，该至少一个能量导管将载荷传递到安装有该至少一个能量导管的构件中的至少一个构件上。该设备还可以包括补偿构件，该补偿构件被配置为施加与该至少一个能量导管所施加的载荷相反的载荷，以例如基本上平衡由该至少一个能量导管所施加的载荷。
定位装置可以被配置为使得在第一构件和第二构件的至少75％(例如至少90％)的运动范围内，由(第一)能量链和补偿构件引起的连接/安装有(第一)能量导管的第一构件和/或第二构件上(在第一构件和第二构件的自由度上)的净载荷小于5牛顿(N)(并且可选地小于3N，例如小于2N，例如小于1N)。
现在将参考以下附图仅通过举例来描述本发明的实施例，在附图中：
图1是根据本发明的龙门式CMM的前部的示意性等距视图；
图2是图1的CMM的后部的示意性等距视图；
图3是图1的CMM的横梁的示意性等距视图；
图4是图3的横梁的截面视图；
图5和图6是图4中标识的区域A的详细视图；
图7a和图7b是图6中标识的区域A’的详细视图；
图8是展示了制造图3的横梁的示例方法的流程图；
图9单独示出了隔板；
图10是示出如何将图3的横梁的箱形结构的载荷支承面铆接到隔板的截面视图；
图11a和图11b示出了用于CMM的y轴的线性马达布置，图11b是图11a中标识的区域A”的详细视图；
图12a单独示出了图11的线性马达的定子组件；
图12b单独示出了图12a的定子组件的模块；
图13和图14分别以平面视图和截面视图示出了图12的定子组件的顺应性安装组件；
图15以截面视图示出了图12的定子组件的固定安装组件；并且
图16示出了图3的线性马达的电枢组件的等距视图。
图17示出了图1的龙门式CMM的示意性等距视图，其中保护外壳位于y轴的凸起轨道之一上；
图18单独示出了图17的保护外壳；
图19示出了图17和图18的盖的保护外壳的剖切视图；
图20示出了图17至图19的保护外壳的局部截面视图；
图21示出了图1的CMM的z轴的能量链布置；
图22示出了图21的能量链布置的侧视图，其中套筒轴位于降低的位置；
图23示出了图21的能量链布置的侧视图，其中套筒轴位于升高的位置；并且
图24是图1的CMM的后部的示意性等距视图。
以下将描述如何实施本发明的实施例的概述。在这种情况下，本发明被实施为CMM100的一部分。图1示出了CMM 100，其保护外壳/盖(例如“主”盖/“硬”盖)被移除而可以看到CMM 100的相关元件。
如图所示，可以将工具(例如用于对工件进行检查的检查装置，比如探针102)安装在CMM 100上。在所示的实施例中，探针102是接触式探针、尤其是接触式模拟扫描探针，以用于通过探针的触针与工件接触来对工件进行测量。然而，如将理解的，如果需要，CMM 100可以承载任何种类的检查装置，包括触摸触发式探针、非接触式(例如光学)探针或其他类型的仪器。
在所示的实施例中，CMM 100是龙门式笛卡尔CMM并且包括平台105和运动系统，在该平台上可以放置待检查制品，该运动系统提供对探针102在三个正交的自由度X、Y和Z上相对于平台105的位置的可重复且精确的控制。
特别地，运动系统包括横梁106、托架108以及套筒轴110。横梁106在第一凸起轨道构件112与第二凸起轨道构件114之间延伸并且被配置为通过支承布置(在本实施例中为空气支承布置)沿Y轴沿轨道移动。托架108落于横梁106上并由该横梁承载，并且可通过支承布置(在本实施例中为空气支承布置，其在下文中更详细地说明)沿X轴沿横梁移动。套筒轴110由托架108保持并且可通过支承布置(同样，在本实施例中通过空气支承布置)沿Z轴相对于托架108移动。用于套筒轴的气动平衡件被设置用于平衡套筒轴110的重量，以便减少套筒轴的马达所需的工作。特别地，气动平衡件被配置为提供基本上等于套筒轴110(以及铰接头116和探针102)的重量的反向力，使得套筒轴的马达需要基本上为零的力以将其保持在静止位置。气动平衡件包括位于套筒轴110内的活塞(未示出)。活塞通过线缆196锚固至塔筒194(在这种情况下为碳纤维管)。将塔筒194安装于托架108以便与其一起移动。
可以理解，可以设置马达、例如直接驱动马达(比如线性马达)以用于实现多个不同的构件沿其轴线的相对运动。而且，可以设置位置编码器(未示出)以用于报告横梁106、托架108和/或套筒轴110的位置。
在所示的特定实例中，在套筒轴110的下部自由端上设置铰接头116以用于承载探针102。在这种情况下，铰接头116包括两个正交的旋转轴线。因此，除了三个正交的线性自由度X、Y和Z，探针102还可以围绕两个正交的旋转轴线(例如A轴和B轴)移动。配置有这种铰接头的机器通常被称为五轴机器。
用于工具和检查装置的铰接头是众所周知的，并且例如在WO 2007/093789中进行描述。如将理解的，不一定需要设置铰接头，并且例如探针102可以通过不提供任何旋转自由度的固定头而安装至套筒轴组件110。可选地，探针本身可以包括铰接构件以利于围绕至少一个轴线旋转。
对于测量设备而言标准的是，可以设置控制器118，该控制器与CMM的马达和位置编码器(未示出)、铰接头116(如果存在)和探针102进行通信，以便向其发送信号和/或从其接收信号以便控制可相对移动的构件的运动并接收反馈和测量数据。可以设置与控制器118通信的计算机127(例如，可以与控制器118分离或集成的个人计算机)。计算机127可以为操作者提供用户友好界面以例如编程和启动测量例程。合适的计算机及相关的控制/编程软件可广泛使用并且是众所周知的。此外，可以设置操纵杆125或其他合适的输入装置，其使操作者能够手动控制探针102的运动。同样，这种操纵杆是众所周知的并且可广泛使用。
将参照图3至图10更详细地描述横梁106的结构。如图所示，在本实施例中，横梁106包括箱形梁。箱形梁106具有模块化结构，并且尤其是在本实施例中包括三个长形角构件120、122、124以及三块片材126、128、130，每块片材形成箱形梁的载荷支承面(换句话说，每块片材形成平面载荷支承构件)，并且每块片材在三个长形角构件中的一对长形角构件之间延伸。在所描述的实施例中，挤出长形角构件120、122、124，即通过挤出形成。在所描述的实施例中，三块片材126、128、130的厚度不超过3mm。它们由金属材料制成，尤其是在本实施例中由铝制成，但是可以理解，可以使用比如不锈钢等其他金属材料或者可以使用比如碳纤维或陶瓷等非金属材料。为了减少体积和重量，可以优选的是，箱形梁的载荷支承面(即平面载荷支承构件)由厚度不超过5mm的片材形成(超过该厚度，它们通常将被描述为“板”，而不是“片”)。
如果需要，三个长形角构件120、122、124可以被制成是基本上相同的。这样可以有助于确保三个长形角构件具有基本上相同的热惯性(例如，相同的热响应特性)，使得它们以共同的方式响应温度变化。这样可以有助于避免箱形梁106变形(例如扭曲或弯曲)。出于相同的原因，三块片材126、128、130也可以被制成是基本上相同的。但是，可以理解，角构件(和/或片材)可以被设计成具有相同的热惯性，以便即使在它们不是基本上相同(例如，即使它们不具有相同的形状或截面形式)的情况下也可以实现相同的效果。
在所描述的实施例中，三个长形角构件120、122、124和三块片材126、128、130由相同的材料类型(例如铝)形成。
在所描述的实施例中，第一长形角构件120提供空气支承件可以抵靠的第一支承表面132和第二支承表面134。在所描述的实施例中，托架108包括第一空气支承组件和第二空气支承组件，每个空气支承组件分别包括通过安装支架139(图4至图6省略)彼此连接并连接至托架108的主体109的第一空气支承垫140和第二空气支承垫142。第一空气支承组件和第二空气支承组件跨越第一长形角构件120，使得第一空气支承垫140抵靠第一支承表面132、而第二空气支承垫142抵靠第二支承表面134。
在其组装状态下，箱形梁106和托架108相互预加载。这种预加载可以通过重力和/或弹簧加载来提供。例如，空气支承垫140、142、143(参见图4)可以刚性地安装至托架108(图4中未示出)，并且空气支承垫145可以弹簧安装至托架108以便提供预加载。
如图5中示意性地展示的，预加载致使第一支承垫140和第二支承垫142在箱形梁106上施加力，分别由第一矢量F1和第二矢量F2示出。如图所示，该设备被配置为使得力F1、F2在第一片材126和第二片材128的平面相交的同一点处相交。这样确保了传递到第一长形角构件120中的力可以被直接分解(并因此力可以传递)到第一片材126和第二片材128的(例如剪切)平面中/沿该平面分解。因此，直接沿片材的平面来承载预加载力。与不能直接沿片材的平面承载预加载力的构型相比，这有助于避免片材屈曲，并且可以意味着可以使用更薄(因而更轻)的片来支撑给定预加载。
在所示的实施例中，第一支承垫140和第二支承垫142被布置成跨越第一长形角构件120。已知力F1、F2将垂直传递到第一长形角构件120的第一支承表面132和第二支承表面134中。因此，由此看出，来自第一支承垫140的力F1和第二支承垫142的力F2将在可预测的点(图6和图7所示的点150)处相交。这个点是可沿第一长形角构件120的长度预测的，并且因此可以被描述为是可预测的相交线。换句话说，在本实施例中，由第一空气支承组件136在其与第一长形角构件120之间的每个配合点处传递给第一长形角构件的力被引导成与平行于第一长形角构件120延伸的预定长形目标线相交。由于相交点150(以及因此长形目标线)是已知的并且是可预测的，因此可以配置箱形梁106，使得第一片材126的平面152与第二片材128的平面154(沿同一条线)也相交于基本上相同的点。
此外，如图6和图7所示，为了确保预加载力主要在第一片材126和第二片材128的(例如剪切)平面中承载/沿该平面承载，可以配置箱形梁106，使得交点150(即长形目标线)落在名义长形体积(其截面由图7a和图7b所示的菱形170突出显示)的范围内，该名义长形体积由第一对平面160与第二对平面162相交所限定，该第一对平面包含第一片材126(其限定第一载荷支承面/平面载荷支承构件)的材料的前表面和后表面，该第二对平面包含第二片材128(限定第二载荷支承面/平面载荷支承构件)的材料的前表面和后表面。在本实施例中，通过使长形支承轨道(例如120)的支承表面(例如132、134)相对于相邻的片材(例如126、128)基本上位于突出的位置而有利于这一点。在这种情况下，相邻片材的表面与支承表面之间的台阶S约为18mm。而且，如图5所示，挤出的支承轨道120是基本上中空的，但是包括多个加强腹板121、123。如图所示，在角的每一侧具有一个腹板(即腹板123)垂直于支承表面132、134延伸并且相对于支承垫140、142位于中心，以便直接通过该腹板承载预加载。
尽管可以优选地是，交点150落在名义长形体积170内部，但是交点150位于名义长形体积170附近就足够了。例如，如图7b所示，交点位于较大名义体积172之内就足够了，该较大名义体积以由第一对平面160与第二对平面162相交所限定的名义长形体积为中心，该第一对平面包含第一片材126(其限定第一载荷支承面/平面载荷支承构件)的材料的前表面和后表面，该第二对平面包含第二片材128的材料的前表面和后表面，但该较大名义体积的截面面积比该名义长形体积大高达100％、例如高达400％(如图所示)或更大(例如高达900％)。可以例如按图7b所示的绝对地确定较大名义体积172，而不是按比例测量，以名义长形体积为中心的较大名义体积的截面范围在所有侧边上都可以比名义长形体积大不超过5mm。这样的构型可以有助于确保预加载力主要承载在第一片材126和第二片材128的(例如剪切)平面中/沿平面承载。
如图4中示意性地展示的，在托架108上的支承组件与第二长形角件122之间提供相同的支承布置，使得传递到第二长形角件122中的预加载力主要承载在第二片材128和第三片材130的(例如剪切)平面中/沿平面承载。
由于预加载力主要承载在箱形梁106的第一片材126、第二片材128和第三片材130的(例如剪切)平面中/沿这些平面承载，因此发明人已经发现其他支撑结构(像隔板)不是支撑预加载力所必需的。但是，如图3所示，本实施例的箱形梁106确实具有多个隔板180(在图9中以隔离方式示出)。设置隔板可以有助于制造横梁。隔板还可以通过在组装期间将箱形梁的不同零件固定就位来辅助其组装。同样，如果需要对长形角构件进行加工以改善其支承表面，并且如果在箱形梁106的组装之后完成此加工，则隔板可以有助于在这种加工期间提供支撑。图8示出了用于制造箱形梁106的示例过程10。如图所示，在制造箱形梁106的不同部件之后(例如，在步骤12挤出第一长形角构件至第三长形角构件、并且在步骤14切割第一片材至第三片材和隔板之后)，在步骤16将它们组装成箱形梁。(将理解的是，可以在不同阶段通过不同部件来执行制造步骤12和14至组装步骤16)。在所描述的实施例中，组装步骤16涉及将第一片材126、第二片材128和第三片材130连接至隔板180，并且将第一长形角构件120、第二长形角件122和第三长形角件124附接至第一片材126、第二片材128和第三片材130。
如图所示，在所描述的实施例中，隔板180被“端部对接”地空心铆接/盲孔铆接至第一片材126、第二片材128和第三片材130(例如，与隔板上的折叠翼片相反)。这样确保了正交地定向到第一片材126、第二片材128和第三片材130中的载荷主要承载在隔板180的(例如剪切)平面中/沿该平面承载，从而使得这些片材可以由更薄的片材制成(从而减少了重量)。通过在隔板的边缘中设置凹部182(参见图9)，这种布置是可能的，该凹部具有变窄/受限制的颈部184，通过该颈部可以接收空心铆钉/盲孔铆钉188。当铆钉膨胀时，它可以箍紧凹部182的侧面(例如在颈部184的端部箍紧内侧搁板186)，从而将隔板固定至片材(例如第一片材126，如图10所示)，这样提供了箱形梁106的载荷支承面/平面载荷支承构件。
在所描述的实施例中，然后使用粘合剂将梁106的各个零件胶接在一起。例如，将第一长形角构件120、第二长形角件122和第三长形角件124胶接到第一片材126、第二片材128和第三件材130(例如，通过适当的粘合剂，比如单组分、热固化、环氧树脂，例如可从Permabond Engineering Adhesives Limited获得的ES569)。而且，可以(例如使用相同的粘合剂)将隔板180胶接到第一片材126、第二片材128和第三片材130。
一旦被组装，随后在步骤18将箱形梁106加载到机床(未示出)中(参见图8)。在所描述的实施例中，这是通过端部隔板180来完成的，这些端部隔板具有呈孔190的形式的安装特征，机床上的相应配合构件可以与该孔接合。鉴于此，端部隔板可以比内部隔板更厚以便承受安装力。例如，因为内部隔板，端部隔板的厚度可以为6mm，而内部隔板的厚度可以为3mm。
一旦被装载到机床中，在步骤20中对第一长形角件122和第二长形角件122进行加工，以改善例如空气支承表面(例如132、134)的光洁度，例如使它们更平坦/更平滑，并且可选地提高它们彼此之间的平行度。
在所描述的实施例中，使用直接驱动马达200、尤其是线性马达200来沿y轴驱动横梁106。线性马达可以是有利的，在于其可能有助于促进具有高伺服刚度的伺服系统。线性马达200在CMM 100上的布置在图11a和图11b中示出，并且将结合图1至图16更详细地描述。如图所示，线性马达200包括定子202和电枢204。将电枢204安装至横梁106(在本实施例中由铝形成)，并且将定子202安装至第二凸起轨道构件114(也由铝形成)。将会理解，电枢204包括安装至主体205(例如，如图16所示)的多个线圈206，并且定子202包括沿其长度安装在U形主体207(例如，如图12至图14所示)的相对内侧上的多个磁体208，以便对其中可以容纳电枢的通道209进行限定。在所描述的实施例中，U形主体207包括钢材料，该钢材料特别适合用于线性马达定子主体(用于包含定子磁体208的磁场并且改善磁通密度)。而且，在所描述的实施例中，电枢的主体205由比如铝等非铁材料制成。如熟悉线性马达的技术人员将理解的，电流可以用受控的方式流过电枢的线圈206，以便导致沿定子202(并且因此沿第一凸起轨道构件112和第二凸起轨道构件114)推动电枢204(并且因此固定至该电枢的横梁106)。在所描述的实施例中，线性马达是无铁芯线性马达。这样减少了电枢与定子之间在除运动方向以外的方向上的力，从而降低了它们的相应安装件的硬度要求，从而减小了计量回路上的力(在电枢与定子没有完全对齐的情况下，该力可以沿轴线变化)。如图所示，电枢的线圈不重叠。
在本实施例中，空气支承件有利于横梁106与第一凸起轨道构件112和第二凸起轨道构件114之间的低摩擦运动。特别地，在横梁106的第一端部处设置第一空气支承布置，该第一空气支承布置包括空气支承垫250，该空气支承垫抵靠第一凸起轨道构件112。在横梁106的相反的第二端，设置第二空气支承布置，该第二空气支承布置包括多个空气支承垫252，这些空气支承垫抵靠第二凸起轨道构件114的不同面。将会理解，可以提供所示的那些附加空气支承垫，例如以便在梁106与第一凸起轨道构件112和第二凸起轨道构件114之间提供预加载。将会理解，除空气支承件以外或代替空气支承件，可以使用其他类型的支承件、包括机械支承件。
在所描述的实施例中，定子202包括多个定子模块220(在本实施例中是相同的，但是不一定是这种情况)，它们通过连接器构件222(在这种情况下是粘结到相邻定子模块的板222)彼此连接，以便提供两个定子组件。具体地，第一定子组件包括通过板222串联连接的第一定子模块220a、第二定子模块220b和第三定子模块220c，并且第二定子组件包括通过板串联连接的第四定子模块220d、第五定子模块220e和第六定子模块220f。图12a单独示出了定子组件，该定子组件包括通过板222连接的多个定子模块(例如220a、220b、220c)。将会理解，定子组件实质上可以被认为等同于一个定子模块，因此以下关于定子组件的解释同样适用于包括单个定子模块的定子组件(在图12b中单独示出)，反之亦然。换句话说，定子组件可以仅包括单个定子模块(例如，仅具有单个一体式U形主体，而不是通过板222连接在一起的单独的主体)。
在所描述的实施例中，电枢204还包括各自连接至支架300的多个电枢组件224(这些电枢组件在本实施例中是相同的，但是不一定是这种情况)。为简单起见，图16仅示出了一个电枢组件224。将会理解，即使在所描述的实施例中提供了包括多个电枢组件224的电枢204，也不一定是这种情况，并且电枢可以仅包括一个电枢组件。(而且，在所描述的实施例中，每个电枢组件224仅包括单个电枢模块，但是与所描述的实施例的定子组件一样，电枢组件224可以包括例如通过板连接在一起的多个电枢模块。如同复合定子组件，这样的复合电枢组件可以通过电枢模块之一的刚性安装件而朝向第一端固定至支架，并且通过其他电枢模块中的一个电枢模块的柔性安装件朝向第二端固定至支架)。
定子和/或电枢的这种模块化布置可以有助于CMM 100的制造。
如以下更详细地描述的，每个定子组件和每个电枢组件以允许相对于其相应构件纵向膨胀和/或收缩的方式安装至其相应构件。关于定子组件(例如，包括第一定子模块220a、第二定子模块220b和第三定子模块220c的第一定子组件)，这在通过在定子组件的一端设置固定安装组件260并在其另一端设置顺应性安装组件270而描述的特定实施例中来实现。参考图15，展示了固定安装组件260。如图所示，固定安装组件260包括间隔构件262和螺钉264，该间隔构件(例如，通过粘结和/或拧紧)刚性地固定至第二凸起轨道构件114，螺钉延伸穿过设置在定子202/定子模块220的第一端的孔/槽266(例如，参见图12)。螺钉264被接纳在间隔构件262中的螺纹孔中并且被拧紧，使得螺钉264的头部与定子202/定子模块220的主体207接合，以便将定子202/定子模块220刚性地夹持于间隔构件262并因此夹持于第二凸起轨道构件114。
参考图13和图14，顺应性安装组件270包括长形槽268(还参见图12)和滑动安装件，该长形槽在定子202/定子模块220的第一端(在与孔/槽266相反的一端)形成在主体207中。滑动安装件包括间隔构件276、柱构件272(其延伸到槽中以控制定子组件/定子模块220的横向位置)以及磁体274，该磁体被配置为将定子组件/定子模块220的钢主体207吸引并保持于间隔构件276(并因此吸引并保持于第二凸起轨道构件114)。在所描述的实施例中，磁体274是环形的并且围绕柱构件272延伸。长形槽268和柱构件272被配置为使得定子202/定子模块220和柱构件272沿长形定子组件/定子模块220的长度(即沿图13中的箭头A方向)相对于彼此自由滑动。通过这种相对滑动，有利于定子组件/定子模块220以及安装在其上的构件(在这种情况下是第二凸起轨道构件114)的相对膨胀和/或收缩。将会理解，这种相对膨胀和/或收缩可能是因为马达的热量和/或由于部件的热膨胀系数的差异，这意味着它们随着周围环境温度的变化以不同的速率膨胀/收缩。
同样如图14所示，可以将螺钉278拧入柱272中的螺纹孔中。但是，与固定安装组件260的螺钉264不同，顺应性安装组件270的螺钉278的头部不与定子202/定子模块220的主体207接合，因此不会用以将定子202/定子模块220夹持于间隔构件276并因此夹持于第二凸起轨道构件114。而是，在螺钉272的头部与主体207之间存在小间隙。因此，螺钉272仅用作防止定子202/定子模块220被拉离第二凸起轨道构件114的安全机构。
第一定子组件和第二定子组件中的每一者都可以按这种方式安装，在它们之间具有间隙以利于它们膨胀。而且，将会理解，不是将定子模块连接至定子组件中，而是可以例如以上述方式对每个定子模块进行单独连接，在每个定子模块之间具有间隙以利于它们膨胀。可替代地，可以仅提供一个整体式定子模块(同样通过固定安装组件和顺应性安装组件以上述方式安装)。如以下更详细地描述的，电枢也是这种情况。
将会理解，可以用其他方式来促进这种膨胀/收缩。例如，尤其是参考图16，电枢204的电枢组件224包括位于一端的固定安装组件290以及位于另一端的顺应性安装组件292。固定安装组件290包括螺钉291，该螺钉延伸穿过电枢模块224的主体205中的孔并且与支架300中的螺纹孔(该支架进而刚性地安装至横梁106)接合，以便将电枢组件224的主体205刚性地夹持于支架300。在另一端，顺应性安装组件292包括挠曲臂294。挠曲臂的第一端通过(在这种情况下)两个螺钉293刚性地拧紧至支架300，并且在第二端处附接至电枢模块224的主体205。挠曲臂294被配置为在电枢模块224的纵向方向上(即在箭头B的方向上)挠曲，以利于支架300和电枢模块224的相对膨胀和/或收缩，但是在与其垂直的方向上(即在垂直于箭头B的方向上)相对刚硬。
可以使用这种布置来代替定子模块220/定子202的滑动安装，反之亦然。
所描述的布置有助于适应电枢组件和/或定子组件相对于其相应的构件纵向膨胀和/或收缩，同时保持设备的伺服刚度。
在所描述的实施例中，定子组件和电枢组件都以允许相对于其相应的构件纵向膨胀和/或收缩的方式安装至其相应的构件。然而，将会理解，仅定子组件或仅电枢组件可以用允许相对于其相应构件纵向膨胀和/或收缩的方式安装。
以上结合CMM的y轴描述了线性马达的布置。将会理解，相同或相似的布置可以用于实现在x轴和/或z轴上的运动。同样，类似的支承布置(例如空气支承件)可以用于x轴和/或z轴。
将会理解，CMM通常设有一个或多个保护外壳(盖)以便保护CMM的各个部件免受外部污染和物体的影响。现在转向图17和图18，示出了这种类型的保护外壳(盖)400的实例，该保护外壳被配置为保护CMM的y轴的线性马达200以及上述第二空气支承布置(包括空气支承垫252和第二凸起轨道114上的相应支承表面)。将结合图17至图20更详细地描述该保护外壳(盖)400。
保护外壳400与CMM 100的结构、尤其是与第二凸起轨道114的结构一起限定了内部体积402，第二空气支承布置的线性马达200和空气支承垫252(以及它们各自的支承表面)定位在该内部体积内并且被保护免受位于外部操作环境404中的污染和物体的影响。
保护外壳400包括第一端板410和第二端板412以及前板414和后板416(在这种情况下，它们被折叠以提供多个面，如图19所示，并且被配置为容纳在第二凸起轨道114上并抓住该第二凸起轨道)。第一端板410和第二端板412通过紧固件(例如，比如螺钉等机械紧固件)固定至第二凸起轨道114以便将其固定就位。在保护外壳400中设置有长形开口401，使得横梁106可以延伸到保护外壳中，并且使得其支承垫可以与第二凸起轨道114配合以利于被引导与第二凸起轨道相对运动。保护外壳400进一步包括呈第一波纹管420和第二波纹管422形式的可伸缩防尘罩。波纹管框架424被设置用于将波纹管附接至横梁106，使得它们随着梁106的运动而膨胀和收缩。设置了上波纹管轨道430和下波纹管轨道432(呈通道的形式)，在上波纹管轨道和下波纹管轨道中接纳波纹管420、422的上侧和下侧，以便在它们随着梁106的运动而膨胀和收缩时被引导。
第一波纹管420和第二波纹管422随着横梁106沿y轴的运动而膨胀和收缩/折叠。特别地，横梁106连接至框架424，该框架与横梁106一起滑动，以便在横梁106沿y轴来回移动时推动和拉动第一波纹管420和第二波纹管422。如图19和图20中更详细地示出的，第一波纹管420和第二波纹管422位于第一波纹管轨道430和第二波纹管轨道432内并且由第一波纹管轨道和第二波纹管引导。特别地，上波纹管轨道430和下波纹管轨道432中的每一者都包括通道434，第一波纹管430和第二波纹管432的上侧/边缘和下侧/边缘位于该通道内并且可以滑动。
如图19和图20所示，每个通道434都包括污染物捕集器436。如图20最清楚地示出的，污染物捕集器436包括凹槽438，该凹槽沿通道434的长度延伸，在该凹槽中污垢可从波纹管422中收集走。而且，长形磁条440可以位于凹槽438内，这样可以吸引并保持试图进入由保护外壳400所限定的内部体积402的铁磁污染物/污垢。
将会理解，保护外壳400在由保护外壳400限定的内部体积402与CMM的外部操作环境404之间不提供气密封口。因此，内部体积402与CMM的外部操作环境404之间将会有一些气流。特别地，由于第一波纹管420和第二波纹管422沿通道434的运动，例如在波纹管420、422的侧面周围，如图20中的虚线箭头A所示，内部体积402与CMM的外部操作环境404之间可能存在“泄漏”。这样的气流可以夹带污垢和污染物。我们的发明人已经发现，提供比如凹槽438等捕集器可以有助于减少进入内部体积402的这种夹带的污物和污染物的量。这样对于维持比如位于内部体积402中的空气支承件和马达的CMM 100的性能、可靠性和/或寿命是有益的。特别地，在凹槽中提供磁体440可以有助于吸引、去除和保持气流A中存在的铁磁污染物或污垢。已经发现这在马达包括线性马达200(通常包括多个坚固且裸露的磁体)的实施例中特别有用。这种铁磁捕集器436有助于减少到达线性马达200的铁磁污染物的量，铁磁污染物将影响线性马达200的性能和寿命。
将会理解，在其他实施例中，可以将多个(例如非长形的)磁体、而不是一个长形条放置在凹槽438中。此外，(多个)磁体不一定位于凹槽中。例如，一个或多个磁体可以位于通道434附近(例如，位于由附图标记439标识的任何表面上)并且将吸引并保持沿A气流夹带的至少一些铁磁材料。然而，设置凹槽可以有助于捕集任何污染物和污垢，并且还有助于保持此类污染物和污垢远离CMM的其他部件，包括第一波纹管420和第二波纹管422(否则其滑动会受到收集通道434中的污染物和污垢的影响)。
长形磁条440可以是可移除的。例如，它可以刚好位于凹槽438中和/或通过可释放性器件(比如，可释放性(例如机械)紧固件)保持，并且可以通过设置在端板410上的端盖442触及以便移除。当打开/移除时，这样的端盖424可以有助于(通过使其能够从凹槽中滑出)利于清洗和/或替换长形磁条440和/或清洗凹槽438。
以上结合CMM的y轴描述了这种提供污染物捕集器的构思。将会理解，相同或相似的布置可以用于x轴和/或z轴。
如在定位设备(比如CMM 100)上常见的，在设备的可动构件之间存在能量导管(或“能量链”)，该能量导管包括必要的线和管，以便使电力、信号和/或流体(比如用于空气支承件的空气)可以从可动构件(和/或下游构件、仪器等，比如铰接式探头和探针)输送到可动构件和/或从可动构件输送。
特别参考图21至图23，在本实施例中，在套筒轴110与托架108之间设置两个能量导管(第一能量导管502和第二能量导管504)，每个能量导管均包括一根或多根电线以用于向套筒轴110、铰接式探头116和探针102提供电力和通信和/或从其提供电力和通信。第一能量导管502和第二能量导管504还可以包括用于向套筒轴的空气支承件(未示出)供应空气的一根或多根管。在所描述的实施例中，第一能量链502和第二能量链504各自包括支撑轨道，该支撑轨道随着套筒轴110与托架108的相对运动而挠曲。支撑轨道被配置为保持与其相关联的线和管整齐，并控制它们如何随着套筒轴110和托架108的相对运动而挠曲。第一能量链502和第二能量链504的每个支撑轨道的第一端连接至托架108(在这种情况下是通过支架195连接至托架的平衡塔筒194)，并且第一能量链502和第二能量链504的每个支撑轨道的第二端连接至套筒轴110(在这种情况下是通过支架198)。
在可相对移动的构件之间(例如在套筒轴110与托架108之间)设置两个能量链意味着它们可以被配置为使得它们各自传递到可相对移动的构件上的载荷彼此相反地变化。例如，我们的发明人发现仅设置单个能量链(例如第一能量链502)意味着传递到套筒轴110上的载荷根据套筒轴110相对于托架108的位置而变化。这是因为能量链本身将载荷传递到套筒轴110和托架108上。例如，在所描述的实施例中，由第一能量链502的重量引起的载荷从当套筒轴110处于竖直低位(参见图21和图22)时由托架108主要承载转移到当套筒轴110处于竖直高位时(参见图23)由套筒轴110主要承载。这种变化的载荷可能会对CMM 100的计量产生不利影响。特别地，我们的发明人发现，套筒轴的马达在套筒轴110的高度增加时必须更加努力地工作。特别地，由于本实施例的马达是直接驱动马达(尤其是线性马达)，因此发现马达产生的热量的显著变化取决于套筒轴110的位置。将会理解，设备的结构可以根据其温度而改变，因此比如马达等变化的热源可能导致比所需计量性能更差。
我们的发明人发现，通过设置补偿构件，可以减小甚至避免这种影响，该补偿构件被配置为施加根据套筒轴110与托架108的相对位置而变化的载荷，以便至少部分地抵消由第一能量导管502所施加的载荷的变化(这取决于套筒轴110与托架108的相对位置)。在所描述的实施例中，补偿构件包括第二能量导管504，该第二能量导管连接至套筒轴110和托架108上，其方式为使得它们传递到套筒轴110和托架108上的载荷基本上相等且反向地变化。因此，第一能量导管502和第二能量导管504可以被描述为是“平衡的”。在所描述的实施例中，通过确保第一能量导管502和第二能量导管504至少在其连接的构件之间是基本上相同的来实现这一点。例如，第一能量导管502和第二能量导管504的铰接支撑轨道在构型上是基本上相同的，并且线和/或管的质量在第一能量导管502与第二能量导管504之间均匀地分开。将会理解，即使补偿构件所传递的载荷没有基本上相等且反向地变化，仍然可以获得益处，但是优选的是，其所传递的载荷确实基本上相等且反向地变化。
如将理解的，其他布置是可能的。例如，不是在第一能量导管502与第二能量导管504之间基本上相等地共享线和管，而是可以用基本上不相等的方式来共享这些能量导管。此外，第二能量导管可能是“虚设(dummy)”能量导管，因为其不承载/引导任何线或管。因此，虚设第二能量导管的支撑轨道可以仅被设置为补偿构件。在这种情况下，虚设第二能量导管的支撑轨道可以被配置为与第一能量导管的支撑轨道不同，使得虚设第二能量导管的支撑轨道传递到构件上的载荷与第一能量导管(包括轨道、线和管)所传递的载荷基本上相等且相反。例如，虚设第二能量导管504的支撑轨道的质量可以大于第一能量导管502的支撑轨道的质量以便补偿第一能量链502的线和管的质量(以及由其提供的阻力)。
在所描述的实施例中，第一能量导管502和第二能量导管504中的每个能量导管的支撑轨道都包括呈可枢转连接的链节形式的链状布置，但这种情况不是必要的。例如，第一能量导管502和第二能量导管504的支撑轨道可以包括连续带状材料带，该材料带随着套筒轴110与托架108的相对运动而弯曲。可选地，不设置支撑轨道，并且例如可以将线和管绑在一起以保持其整洁。在这种情况下，根据本发明的本实施例，可以将线和管分成第一束和第二束并且绑在一起以提供第一能量链502和第二能量链504。因此，在这种情况下，第二束例如可以被认为是补偿构件。
以上结合套筒轴110和托架108描述了具有补偿构件的构思，该补偿构件被配置为施加根据CMM的可动构件的相对位置而变化的载荷，以便至少部分地抵消由能量导管施加的载荷的变化。这是因为，由于相对竖直运动而使套筒轴110与托架108之间承载的重量转移，因此变化的载荷的影响最为明显。然而，还发现具有这种补偿构件的构思对于CMM的其他轴线也是有益的，其提供了水平相对运动(并且因此在运动方向上不受变化的重量载荷的影响)，因为由能量导管施加到可相对移动的构件上的反向驱动力可以根据可动部件沿轴线的位置而变化。例如，在图24中可以看到这种在可水平移动的构件之间的两个基本上平衡的能量导管的布置，其中在梁106与托架108之间设置第一能量导管602和第二能量导管604。如同在托架108与套筒轴110之间的第一能量导管502和第二能量导管504一样，在梁106与托架108之间的第一能量导管602和第二能量导管604包括一根或多根电线和一根或多根管。而且，如同在托架108与套筒轴110之间的第一能量导管502和第二能量导管504一样，在梁106与托架108之间的第一能量导管602和第二能量导管604被配置为使得它们传递到其构件(例如托架108)上的载荷随着托架108沿梁106相对运动而基本上相等且反向地变化。然而，不同于托架108和套筒轴110之间的第一能量导管502和第二能量导管504，第一能量导管602和第二能量导管604包括连续带状材料带，该材料带随着托架108与梁106相对运动而弯曲，以便引导线和管(而不是包括可枢转连接的链节的链状布置)。
提供补偿构件可以有助于减少或甚至避免由反向驱动力引起的合成载荷的任何变化。由于直接驱动马达(比如线性马达)尤其敏感的以上所述的散热问题，使用直接驱动马达(例如线性马达)来实现相对运动是特别有利的。特别地，确保补偿构件基本上平衡由第一能量链所施加的力(例如，使得由能量链和补偿构件沿轴线沿其可移动范围的至少75％、可选地至少90％而施加到可动构件上的合成载荷不超过5牛顿(N)，并且可选地不超过4N，例如不超过3N，例如不超过2N或甚至不超过1N)可以确保马达所散发的热量不会过多。此外，设置补偿构件可以确保使马达沿轴线散发的热量的变化保持在合理的水平内，该补偿构件向可动构件提供的力与第一能量链所提供的力成反比，使得由能量链和补偿构件沿其可移动范围的至少75％、可选地沿至少90％施加到可动构件上的合成载荷的变化不超过3N，可选地不超过2N，例如不超过1N。
在所描述的实施例中，支承组件包括空气支承件。然而，将会理解，本发明还可应用于非空气支承组件。例如，可以使用机械支承件、比如滚珠座圈支承件。
将会理解，本发明及其设计原理也适用于CMM 100的其他部件(例如套筒轴110)，并且还适用于其他类型的CMM，包括桥式、立柱式、水平臂式和悬臂式CMM(非详尽的列表)。本发明也不限于CMM，而是可应用于包括机床的其他定位设备。

Claims (15)

1.一种定位设备，包括：
能够在基本上竖直的自由度上相对移动的第一构件和第二构件，
至少一个能量导管，所述至少一个能量导管安装至所述第一构件和所述第二构件中的至少一个构件，所述至少一个能量导管将载荷传递到安装有所述至少一个能量导管的所述构件中的至少一个构件上，所述载荷根据所述第一构件和所述第二构件的相对位置而变化，以及
补偿构件，所述补偿构件被配置为施加载荷，所述载荷根据所述第一构件和所述第二构件的相对位置而与所述至少一个能量导管所施加的载荷的变化相反地变化，以便至少部分地抵消由所述至少一个能量导管施加在所述构件中的所述至少一个构件上的载荷的变化。
2.如权利要求1所述的定位设备，其中所述补偿构件被配置为使得其施加的载荷与所述至少一个能量导管所施加的载荷的变化基本上相等且反向地变化，使得由所述能量导管和所述补偿构件所施加的净载荷对于一定范围的相对位置而言是基本上恒定的。
3.如权利要求1或2所述的定位设备，其中所述补偿构件包括被动补偿构件。
4.如任一前述权利要求所述的定位设备，被配置为使得安装有所述至少一个能量导管的构件所承载的所述补偿构件的质量的比例与安装有所述至少一个能量导管的构件所承载的所述至少一个能量导管的质量的比例相反地变化。
5.如权利要求4所述的定位设备，被配置为使得安装有所述至少一个能量导管的构件所承载的所述补偿构件的质量的比例与安装有所述至少一个能量导管的构件所承载的所述至少一个能量导管的质量的比例基本上相等且反向地变化。
6.如任一前述权利要求所述的定位设备，其中所述补偿构件至少包括第二能量导管。
7.如任一前述权利要求所述的定位设备，其中能量导管包括至少一根线和/或至少一根管。
8.如任一前述权利要求所述的定位设备，其中能量导管包括用于至少一根线缆和/或至少一根管的铰接支撑轨道。
9.如任一前述权利要求所述的定位设备，包括至少一个线性马达，所述至少一个线性马达被配置为实现所述第一构件和所述第二构件的相对运动。
10.如任一前述权利要求所述的定位设备，其中所述定位设备是坐标测量机。
11.一种定位设备，包括：
能够在线性自由度上相对于彼此移动的第一构件和第二构件；
线性马达，所述线性马达被配置为实现所述第一构件和所述第二构件的相对运动；
至少一个能量导管，所述至少一个能量导管安装至所述第一构件和所述第二构件中的至少一个构件，以及
补偿构件，所述补偿构件被配置为施加与所述至少一个能量导管所施加的载荷相反的载荷，以便基本上平衡由所述至少一个能量导管施加的载荷。
12.如权利要求11所述的定位设备，其中在至少75％的所述第一构件和第二构件的运动范围内，安装有所述至少一个能量导管的所述第一构件和/或所述第二构件上的由所述能量链和所述补偿构件引起的净载荷小于5牛顿(N)。
13.如权利要求11或12所述的定位设备，其中所述补偿构件被配置为使得其施加的载荷与所述至少一个能量导管所施加的载荷的变化基本上相等且反向地变化，使得所述至少一个能量导管和所述补偿构件所施加的净载荷对于一定范围的相对位置而言是基本上恒定的。
14.如权利要求11至13中任一项所述的定位设备，其中，所述补偿构件包括至少一个第二能量导管。
15.如权利要求11至14中任一项所述的定位设备，其中所述定位设备是坐标测量机。
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