CN110537077B - 载荷支承结构 - Google Patents

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Abstract

一种坐标定位设备，包括载荷支承结构。该载荷支承结构包括至少一个长形角件和至少一块片材，该至少一个长形角件为能沿该载荷支承结构移动的托架提供至少两个支承表面，在该角的每一侧具有一个支承表面，该至少一块片材沿该至少一个长形角件延伸并且提供至少一个载荷支承面。

Description

载荷支承结构
本发明涉及一种例如用于定位设备(比如坐标测量机(CMM)、尤其是笛卡尔(Cartesian)坐标定位设备/CMM)的载荷支承结构(比如梁)以及制造这种载荷支承箱结构/梁的方法。
定位设备(比如CMM)可以包括一个或多个载荷支承结构(比如梁)。可以由载荷支承结构/梁来承载另一构件。该另一构件可以相对于载荷支承结构/梁相对移动。该另一构件可以是“托架”，并且本身可以承载另一个(可相对移动的)构件。载荷支承结构(例如梁)本身可以移动，例如可相对于待检查部件/工件平台移动。例如，桥式、门式和龙门式CMM可以包括通常所称的横梁，该横梁通常承载可沿横梁(例如沿x轴)移动的托架。通常，横梁在至少两个竖直支腿之间延伸。根据机器类型，支腿中的一个或多个(或没有支腿)可以相对于机床(其上放置有待检查部件)例如沿y轴相对移动。例如，横梁可以在两个固定的凸起轨道构件之间延伸，横梁可以沿这些轨道构件行进。在另一示例中，在梁的一侧可能仅有一个固定轨道构件，并且在梁的另一侧设有支腿，该支腿固定至梁并与梁一起移动。
前述托架本身可以承载套筒轴(在套筒轴上可以承载比如检查探针等工具)，套筒轴可以相对于托架例如沿z轴移动。这样的CMM可以被称为三轴笛卡尔CMM。笛卡尔坐标定位设备是安装在该设备上的工具可通过移动系统相对于待检查或待加工部件移动，该移动系统包括三个线性轴线，这三个线性轴线串联布置并且通常相互彼此垂直地布置(并且通常被指定为x轴、y轴和z轴)。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。
还已知，铰接式探头(比如US 7533574中所述的)可以安装在套筒轴的端部，使得工具可以绕一个或多个旋转轴线旋转。这种布置通常被称为五轴系统。
常见的是，坐标定位设备(尤其是笛卡尔CMM)具有由非常刚硬的重质材料(比如花岗岩)制成的结构。确实，通常笛卡尔CMM有很大比例是由花岗岩制成的。例如，很常见的是，工件平台(也称为工件台)、机器的可动部件以及可动部件的支承表面主要由花岗岩、铸件或挤压构件制成。
使用重质材料和结构的理论基础是，重要的是CMM在以下条件下不变形：a)位于平台上的待测部件的重量和/或b)CMM的多个不同的可动部件(例如，桥式CMM的桥件，该桥件沿轴线来回移动，并且该桥件通常支承在平台上)的移动重量。
通常还期望机器在环境温度改变的情况下是稳定的。因此，传统上在制造CMM时使用具有较大热惯性的高密度材料(例如花岗岩)制成的结构以便实现这种稳定性。
此外，相当常见的是，在可动部件之间的轴承是空气轴承，从而提供无摩擦的相对运动。为了正常工作，空气轴承需要在非常平坦的、精确形成的支承表面上运行，这些支承表面在抵靠其承受的部件的重量下不变形。因此，空气轴承的使用趋向于导致使用刚性的、相对较重的材料(比如花岗岩)或厚实的铸件或挤压件作为支承表面，从而增加了机器的重量和成本。
已经进行了若干尝试来生产重量更轻的CMM和/或使用机械轴承而不是空气轴承的CMM。例如，US 5402981、EP 1500903、EP 2089592、US 6202316、US 5125163、US 5173613、EP 0268659、US 5388343、US 5063683、WO 89/09887和US 8739420描述了多种不同的示例机器，它们被设计为减少/避免使用花岗岩和其他重质材料。
本发明涉及轻量型测量机的改进。例如，本发明涉及轻量型测量机的特定设计考虑，其相对于已知的所谓的轻量型测量机(比如在上述参考文献中描述的轻量型测量机)而言提供了进展。
本发明涉及一种测量机，其结构的至少一部分(以下称为构件)由片材(例如金属片)制成。例如，至少一个载荷支承结构(例如，其形成计量环路的一部分)可以由片材形成。特别地，其上设有支承部件的至少一个结构本身可以由片材形成。例如，至少测量机的可动构件(主要)由片材制成。
特别地，本发明涉及一种用于定位设备(比如CMM等)的改进的载荷支承结构以及制造这种载荷支承结构的改进的方法。
例如，本申请描述了用于坐标定位设备的载荷支承结构，比如梁(例如可动梁)。载荷支承结构(例如梁)包括至少一个长形支承轨道构件和至少一块片材，该至少一个长形支承轨道构件为可沿载荷支承结构移动的托架提供一个或多个支承表面(例如空气轴承表面)，该至少一块片材被布置成提供至少一个载荷支承面。载荷支承结构(例如梁)可以是可动载荷支承结构，例如，它可以包括一个或多个支承部件(例如空气轴承垫)，该一个或多个支承部件用于与坐标定位设备的另一构件上的一个或多个支承部件(例如长形空气轴承表面)配合以利于载荷支承结构的运动。
根据本发明的第一方面，提供了一种坐标定位设备，该坐标定位设备包括载荷支承结构，该载荷支承结构包括至少一个长形角件(例如，形成载荷支承结构的角的长形支承轨道构件)和至少一块片材，该至少一个长形角件为可沿载荷支承结构移动的托架提供至少两个支承表面，在该角的每一侧具有一个支承表面，该至少一块片材沿该至少一个长形角件延伸。至少一块片材可以提供至少一个载荷支承面。
已经发现，根据本发明的模块化设计的载荷支承结构使得载荷支承结构能够实现显著的膨胀性和刚度、而同时使重量最小化。特别地，具有根据本发明的模块化构型的载荷支承结构(例如，片材与单独的角件相组合，这些角件被布置成在其各自角的每侧提供支承表面)可以提供轻质且又刚硬的载荷支承结构。特别地，片材可以显著减轻铸件或挤压元件的重量，而单独的支承轨道构件可以提供托架的支承构件所需的必要的硬度。例如，由于形成载荷支承箱结构的角的长形支承构件与片材载荷支承面相组合，与使用EP 2089592中描述的技术所制成的具有类似外形尺寸的梁(该梁依赖于由多个相同的挤压子梁制成的主梁结构)相比，根据本发明的梁的质量可以相对较低(因此重量更轻)。
尽量减少重质材料的使用并使CMM尽可能轻便可以带来许多益处。例如，它可以减少所需的材料量并且因此减少浪费。由于操作CMM所需的能量更少，因此轻质型CMM可以由用户更高效、更廉价地运行。更进一步地，轻质型CMM的可动构件具有较低惯性，从而减少了加速期间由惯性引起的弯曲；这样可以导致更好的测量通量。
载荷支承结构可以是载荷支承箱结构。载荷支承结构可以是梁。例如，载荷支承结构可以包括箱形梁。梁(例如箱形梁)可以是可动梁(例如，可在第一维度、例如第一线性维度上移动)。梁(例如箱形梁)可以是横梁，例如水平横梁。
将会理解，面可以是平坦的。面可能在载荷支承结构内部，或者可能形成其外表面/壳体的一部分。所述至少一个片材和至少一个支承轨道构件可以一起提供(例如基本上)单体式或半单体式结构。
载荷支承结构可以包括至少一块片材，该片材被布置成在角件的每一侧/端部提供至少一个载荷支承面。这可以由一块片材提供，该片材是折叠的以使其在每一侧都提供所述载荷支承面。因此，至少一块片材可以被折叠以便提供载荷支承结构的至少两个(例如外部/外)面。可选地，角件的每一侧/端部的每个载荷支承面是由单独的/不同的片材提供的。
可选地，至少一块片材不超过5mm厚，例如不超过3mm厚，可选地不超过1mm厚，例如不超过0.5mm厚。可选地，片材包括金属材料(例如铝或不锈钢)。
载荷支承结构的合适的近似截面形状包括矩形、正方形、三角形、五边形以及其他规则或不规则的多边形的形状。
可选地，支承表面(由长形角件提供)突出于至少一块片材(即突出于至少一块片材的与支承表面相邻的表面)。换句话说，可选地，支承表面(由长形角件提供)基本上不与至少一块片材齐平。例如，在至少一块片材的表面与相邻支承表面之间可以有实质性的台阶。例如，至少5mm、可选地至少10mm、例如至少15mm、例如18mm或更大的台阶。
至少一个长形支承轨道构件的厚度可以是至少一块片材的厚度的至少2倍、例如至少3倍。
所述至少一个长形角件可以是挤压构件(例如挤压金属、例如铝或不锈钢)。至少一个长形角件的截面可以是中空的。当中空时，可以设置一个或多个加强腹板。可选地，布置至少一个腹板，该腹板与支承表面的平面垂直地延伸。可选地，所述至少一个腹板被布置成相对于支承构件(例如空气轴承垫)将会(确实)搁置的位置是大致居中的。因此，这可以帮助确保预加载力基本上穿过腹板的(例如剪切)平面/在该平面中/沿该平面承载。
载荷支承结构可以包括至少两个长形角件。每个长形支承轨道构件可以提供至少一个支承表面，并且可选地提供至少两个支承表面(在其各自角的每侧具有一个支承表面)。
至少两个长形角件可以被配置成具有基本上相同的热惯性。例如，这可以通过使它们在形式和材料方面基本上相同来实现。
载荷支承结构可以包括至少一个另外的长形角件(例如第三长形构件)。至少一个另外的长形角件(例如第三长形构件)可以具有与(多个)其他前述长形角件(提供至少一个支承表面)基本上相同的热惯性。
载荷支承结构可以包括两个长形角件(每个长形角件提供至少一个支承表面、可选地两个支承表面，在支承轨道构件的每侧具有一个支承表面)，分别形成载荷支承结构的第一角件和第二角件。载荷支承结构可以包括形成载荷支承结构的第三角的另一长形角件。载荷支承结构可以进一步包括第一片材、第二片材和第三片材，这些片材分别沿第一对角件、第二对角件和第三对角件延伸并且在它们之间提供载荷支承面。
载荷支承结构可以包括至少一个(例如片材)隔板(或“肋”)。这样的(多个)隔板可以帮助抵抗箱结构围绕其纵向轴线扭转。载荷支承结构可以包括位于其各端部的至少一个隔板。这种“端部”隔板可以比任何“内部隔板”更厚。例如，端部隔板的厚度可以是至少5mm(例如至少6mm)，并且内部隔板的厚度可以不超过5mm(例如，不超过4mm，例如不超过3mm)。至少一个隔板可以是实心的或空心的(例如具有延伸穿其而过的一个或多个孔)。
至少一个(例如片材)隔板可以被布置成与至少一块片材端部对接，例如使得垂直于至少一块片材施加的力被直接传递到至少一个(例如片材)隔板的(例如剪切)平面内/沿该平面传递。因此，至少一个(例如，片材)隔板的边缘可以包括一个或多个波普空心/盲孔(pop/blind)铆钉接收区域，使得隔板可以被波普空心/盲孔铆接至沿至少一个长形角件延伸的至少一块片材。
至少一个长形角件和至少一块片材可以(例如通过粘合剂)被胶接在一起。可替代地，可以将它们焊接在一起。在设有隔板的实施例中，隔板可以通过至少一个机械紧固件(例如至少一个铆钉)固定到至少一块片材。另外地/可替代地，隔板可以胶接(或可替代地焊接)到至少一块片材。
坐标定位设备可以包括(例如，在例如与上述第一维度垂直的第二维度上)可沿载荷支承结构移动的托架。托架可以包括支承构件，该支承构件抵靠至少一个长形支承轨道构件的支承表面。支承构件可以包括空气轴承(例如一个或多个空气轴承垫)。托架可以承载(例如，在例如与上述第一维度和/或第二维度垂直的第三维度上)可相对于托架移动的至少一个另外的构件。该至少一个另外的构件可以是CMM领域中通常称为套筒轴或主轴的构件。
将会理解，坐标定位设备可以被配置成承载用于与制品相互作用的工具、例如检查装置。例如，托架或另一构件(例如套筒轴)可以被配置成承载该工具。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)。该工具可以通过铰接头安装到坐标定位设备。铰接头可以被配置成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。铰接头可以是扫描头(与分度头相反)。
定位设备可以包括坐标测量机(CMM)，例如笛卡尔CMM。
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。
根据本发明的第二方面，提供了一种坐标定位设备，该坐标定位设备包括平台和运动系统，在该平台上可以放置制品，该运动系统用于承载和实现工具相对于该平台的相对运动。运动系统可以包括第一主体和第二主体，该第一主体包括至少一个支承表面，该第二主体包括至少一个支承构件，该支承构件与所述至少一个支承表面相互作用以促进该第一主体和该第二主体的相对运动。可以将第一主体和第二主体预加载在一起。可以通过该至少一个第一支承构件和所述一个或多个支承表面承载该预加载。第一主体可以包括至少一个长形支承轨道构件和至少一块片材，该至少一个长形支承轨道构件提供至少一个支承表面，该至少一块片材被布置成提供沿长形支承轨道构件延伸的至少一个载荷支承面。该坐标定位设备可以被配置成使得由于该预加载而由该第二主体的至少一个支承构件施加到至少一个长形支承轨道构件的合力主要由至少一块片材例如沿其(剪切)平面承载。
该坐标定位设备可以被配置成使得由于该预加载而由该第二主体的该至少一个支承构件施加到该至少一个长形支承轨道构件中的合力能够直接被分解到至少一块片材的(例如剪切)平面重中且沿该平面分解。第一主体可以包括至少一块片材，该片材被布置成提供沿长形支承轨道延伸的至少两个载荷支承面。
坐标定位设备可以被配置成使得沿长形支承轨道延伸的至少两个载荷支承面在它们之间承受由于预加载到该至少一个长形支承轨道构件而由该第二主体的至少一个支承构件施加到该至少一个长形支承轨道构件中的合力的大部分。
坐标定位设备可以被配置成使得，沿该长形支承轨道构件的长度，对由于该预加载而由该第二主体的该至少一个支承构件施加到该至少一个长形支承轨道构件中而在二者之间的协作点处的力进行引导，以便与平行于该长形支承轨道延伸的(例如预定的)长形目标线相交。
在至少一个支承构件与长形支承轨道之间可以有至少两个协作点。在至少两个协作点处由该至少一个支承构件施加到该长形支承轨道上的力可以被配置成与所述长形目标线相交。
该至少一个轴承构件可以跨越长形支承轨道，例如以便提供至少两个横向移位的协作点。(例如，至少一个轴承构件可以包括两个横向移位的空气轴承垫)。将会理解，至少两个横向移位的协作点可以与长形导轨的长度垂直地移位。可选地，至少两个横向移位的协作点可以被包含在与导轨垂直的平面中(例如以便避免剪切)。
该长形目标线可以位于名义(notional)长形体积附近，该名义长形体积是由第一对平面与第二对平面相交所限定的，该第一对平面包含了对第一载荷支承面进行限定的材料的前表面和后表面，该第二对平面包含了对第二载荷支承面进行限定的材料的前表面和后表面。因此，换句话说，该设备可以被配置成使得在至少两个横向间隔的协作点处施加到长形支承轨道中的力可以被配置成在名义长形体积附近彼此相交。在附近可以意味着位于较大名义体积内，该较大名义体积以该名义长形体积为中心，并且其截面范围在所有侧面上比名义长形体积的截面大不超过5mm，可选地不超过3mm，例如不超过2mm，例如不超过1mm。
该至少一个支承构件可以包括空气轴承。
可选地，该至少一块片材的厚度例如不超过5mm，可选地不超过4mm，可选地不超过3mm，可选地不超过2mm，可选地不超过1mm，例如不超过0.5mm。
将会理解，以上结合本发明的第一方面描述的细节同样适用于本发明的以下描述的其他方面，反之亦然。
根据本发明的另一方面，提供了一种坐标定位设备，包括梁和托架，该托架由该梁支撑并且可沿该梁移动。该梁包括至少一个长形支承轨道构件和至少一块片材，该至少一个长形支承轨道构件和该至少一块片材一起提供基本上单体式的结构。将会理解，梁和托架可以抵靠彼此预加载，并且基本上单体式的结构可以主要承载预加载力。换句话说，预加载力可以主要通过梁的外部皮来承载。特别地，例如，长形支承轨道构件和至少一块片材可以限定结构外部皮，主要通过该结构外部皮来承载该预加载。这种结构也可以称为半单体式结构。
该梁可以包括至少一个隔板，例如以用于提供抵抗围绕梁的纵向轴线的任何扭转载荷的附加支撑。
根据本发明的另一方面，提供了一种制造用于坐标定位设备的载荷支承结构(例如梁)的方法，该坐标定位设备包括用于可沿该梁移动的托架的支承表面，该梁包括至少一块片材和至少一个长形角构件/角件的模块化结构，该至少一块片材沿该至少一个长形角构件延伸并且提供至少一个载荷支承面。该方法可以包括对该至少一个长形角构件/角件和该至少一块片材进行组装以便提供该载荷支承结构。该方法可以进一步包括随后对该长形角构件/角件进行加工以便提供光滑、平坦的支承表面。该角构件/角件可以是挤压的角构件/角件。
对至少一个角件和至少一块片材进行组装可以包括使用粘合剂将至少一个角件和至少一块片材胶接在一起。
载荷支承结构可以包括至少一个(例如片材)隔板。可以将载荷支承结构通过其至少一个隔板(例如通过位于其至少一个端部处的隔板)安装到机床中。因此，隔板可以包括用于将隔板安装到机床中的一个或多个特征(例如孔)。可以将至少一个隔板铆接到至少一块片材。可以将至少一个隔板胶接到至少一块片材。
因此，本申请描述了一种用于坐标定位设备的载荷支承箱结构，例如箱形梁。载荷支承箱结构(例如梁)可以包括至少一个长形支承轨道构件和至少一块片材，该至少一个长形支承轨道构件为可沿该梁移动的托架提供一个或多个支承表面(例如空气轴承表面)，该至少一块片材被布置成提供至少一个载荷支承面(被配置成形成箱形梁的载荷支承结构)。
特别地，本申请描述了一种用于坐标定位设备的载荷支承结构，例如梁。载荷支承结构可以包括至少一个长形支承轨道构件。长形支承轨道构件可以形成载荷支承箱结构的角。长形支承轨道构件可以为可沿载荷支承结构移动的托架提供至少两个支承表面(例如空气轴承表面)，在角的每侧具有一个支承表面。载荷支承结构可以包括至少一块片材，该至少一块片材沿至少一个长形支承轨道构件延伸并且提供至少一个载荷支承面(被配置成形成梁的载荷支承结构)。
现在将参考以下附图，仅以示例的方式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的制品，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成通过支承布置(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，气动平衡件被配置成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194(在这种情况下为碳纤维管)。将塔194安装到托架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。同样，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。
在所示的特定示例中，在套筒轴110的下部自由端部上设置铰接头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到套筒轴组件110。可选地，探针本身可以包括铰接构件以利于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，以便向它们发送信号和/或从它们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之间延伸。在所描述的实施例中，长形角构件120、122、124被挤压，即通过挤压形成。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。这样可以帮助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。这样可以帮助避免箱形梁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使得空气支承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，该设备被配置成使得力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，直接沿片材的平面载荷支承预加载力。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和第二支承垫142的力F1、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之间的每个协作点处施加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也(沿同一条线)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，挤压的支承轨道120基本上是中空的，但是包括多个加强腹板121、123。如图所示，在角的每侧有一个腹板(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在名义长形体积170附近就足够了。例如，如图7b所示，述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所示的绝对地确定该较大名义体积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概念性长形体积大不超过5mm。这样的构型可以帮助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/沿这些平面承载。
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，使得施加到第二长形角件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/沿这些平面承载。
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，则隔板可以在这种加工期间帮助提供支撑。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中对第一长形角构件至第三长形角构件进行挤压并且在步骤14对第一片材至第三片材和隔板进行切割之后)，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”地波普空心/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波普空心/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)，从而将隔板固定到片材(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
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ES569)。而且，隔板180可以被(例如使用相同的粘合剂)胶接到第一片材126、第二片材128和第三片材130。
一旦被组装，箱形梁106随后在步骤18被加载到机床(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，直接驱动马达200、尤其是线性马达200被用于沿y轴驱动横梁106。线性马达可以是有利的，因为它可以帮助利于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安装到横梁106(在本实施例中由铝形成)，并且将定子202安装到第二凸起轨道构件114(也由铝形成)。将会理解，电枢204包括安装到主体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，以便致使电枢204(以及因此固定到该电枢的横梁106)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)被推动。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，从而减小了计量环路上的力(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，可以使用其他类型的支承(包括机械轴承)以及空气支承或代替空气支承。
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帮助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)刚性地固定到第二凸起轨道构件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(也参见图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，该磁体被配置成将定子组件/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被配置成使得定子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个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(再次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(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被配置成在电枢模块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)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的示例，该保护外壳被配置成保护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，并且被配置成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协作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)，在该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中的每一个都包括通道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的捕集器可以帮助减少进入内部体积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可以帮助吸引、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(通常包括多个坚固并裸露的磁体)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，设置凹槽可以帮助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(否则它们的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。
以上面结合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电线和管道，以便使电力、信号和/或流体(比如可用于空气支承的空气)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(未示出)供应空气的一个或多个管道。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。支撑轨道被配置成保持与其相关联的电线和管道整齐，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成使得它们各自施加在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)意味着施加在套筒轴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在套筒轴110和托架108上施加了载荷。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(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。具体地，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的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，因此比如马达的变化的热源可能导致比所期望的计量性能更差。
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，该补偿构件被配置成施加根据套筒轴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，其方式为使得它们施加在套筒轴110和托架108上的载荷基本上相等且相反地变化。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至少在它们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，并且电线和/或管道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，即使补偿构件所施加的载荷没有基本上相等且相反地变化，仍然可以获得益处，但是优选的是，它所施加的载荷确实基本上相等且相反地变化。
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电线和管道，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“虚拟”能量导管，因为它不承载/引导任何电线或管道。因此，虚拟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，虚拟第二能量导管的支撑轨道可以被配置成与第一能量导管的支撑轨道不同，使得虚拟第二能量导管的支撑轨道施加在构件上的载荷与第一能量导管(包括轨道、电线和管道)所施加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的电线和管道的质量(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，并且例如可以将电线和管道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，可以将电线和管道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，该补偿构件被配置成施加根据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包括一个或多个电线和一个或多个管道。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被配置成使得它们施加在其构件(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相反地变化。然而，与托架108与套筒轴110之间的第一能量导管502和第二能量导管504不同，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，以便引导电线和管道(而不是包括可枢转连接的链节的链状装置)。
提供补偿构件可以帮助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(例如线性马达)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了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。然而，将会理解，本发明也可应用于非空气支承组件。例如，可以使用机械轴承、比如滚珠轴承。
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 (12)

1.一种坐标定位设备，其包括载荷支承结构，所述载荷支承结构包括：至少一个长形角件和至少一块片材，所述至少一个长形角件为能沿所述载荷支承结构移动的托架提供两个支承表面，在所述角件的每一侧具有一个支承表面，所述至少一块片材沿所述至少一个长形角件延伸并且提供至少一个载荷支承面，其中所述角件和所述片材为单独件，其中所述载荷支承结构包括至少一块片材，所述片材被布置成在所述角件的每一侧提供至少一个载荷支承面。
2.如任一前述权利要求所述的坐标定位设备，其中所述载荷支承结构包括至少两个长形角件，每个长形角件提供两个支承表面,其中在其各自角的每侧上提供一个支撑表面。
3.如权利要求2所述的坐标定位设备，其中所述至少两个长形角件被配置成具有基本上相同的热惯性。
4.如权利要求1所述的坐标定位设备，其中所述载荷支承结构包括各自提供两个支承表面的两个长形角件、另一长形角件、以及第一片材、第二片材和第三片材，所述第一片材、第二片材和第三片材分别沿第一对角件、第二对角件和第三对角件并在它们之间延伸以便在它们之间提供载荷支承面。
5.如权利要求1所述的坐标定位设备，其中所述载荷支承结构包括至少一个片材隔板。
6.如权利要求1所述的坐标定位设备，其中所述至少一块片材的厚度不超过3mm。
7.如权利要求1所述的坐标定位设备，其包括托架，所述托架能沿所述载荷支承结构移动，所述托架包括支承构件，所述支承构件抵靠所述至少一个长形角件的支承表面。
8.一种坐标定位设备，包括平台和运动系统，在所述平台上能够放置制品，所述运动系统用于传送和实现工具相对于所述平台的相对运动，所述运动系统包括：
第一主体和第二主体，所述第一主体包括至少一个支承表面，所述第二主体包括至少一个支承构件，所述至少一个支承构件与所述至少一个支承表面相互作用以促进所述第一主体和所述第二主体的相对运动，所述第一主体和所述第二主体被预加载在一起，所述预加载通过所述至少一个第一支承构件和所述一个或多个支承表面来承载，
其中，所述第一主体包括提供所述至少一个支承表面的至少一个长形支承轨道构件、以及至少一块片材，所述至少一块片材沿所述长形支承轨道的长度延伸，
被配置成使得由于所述预加载而由所述第二主体的所述至少一个支承构件施加到所述至少一个长形支承轨道构件中的合力主要由所述至少一块片材承载，
其中，所述长形支承轨道构件和所述片材为单独件，
所述第一主体的至少一块片材被布置成提供沿所述长形支承轨道延伸的至少两个载荷支承面、并且被配置成使得所述至少两个载荷支承面在它们之间承受由于预加载到所述至少一个长形支承轨道构件而由所述第二主体的所述至少一个支承构件施加到所述至少一个长形支承轨道构件中的合力的大部分。
9.如权利要求8所述的坐标定位设备，所述坐标定位设备被配置成使得由于所述预加载而由所述第二主体的所述至少一个支承构件施加到所述至少一个长形支承轨道构件中的合力能够直接被分解到所述至少一块片材的剪切平面中且沿所述剪切平面分解。
10.如权利要求8或9所述的坐标定位设备，所述坐标定位设备被配置成使得，沿所述长形支承轨道的长度，对由于该预加载而由所述第二主体的所述至少一个支承构件施加到所述至少一个长形支承轨道构件中而在二者之间的协作点处的力进行引导，以便与平行于所述长形支承轨道延伸的长形目标线相交，其中在所述至少一个支承构件与所述长形支承轨道之间存在至少两个协作点，并且其中在所述至少两个协作点处由所述至少一个支承构件施加到所述长形支承轨道上的力被配置成与所述长形目标线相交，其中，所述长形目标线位于名义长形体积附近，所述名义长形体积是由第一对平面与第二对平面相交所限定的，所述第一对平面包含了对第一载荷支承面进行限定的材料的前表面和后表面，所述第二对平面包含了对第二载荷支承面进行限定的材料的前表面和后表面。
11.一种对坐标定位设备的梁进行制造的方法，所述坐标定位设备包括用于托架的支承表面，所述托架能沿所述梁移动，所述梁包括至少一块片材和至少一个长形角构件的模块化结构，所述至少一块片材沿所述至少一个长形角构件延伸并且提供至少一个载荷支承面，其中所述片材和所述长形角构件为单独件，所述方法包括：
对所述至少一个角构件和所述至少一块片材进行组装以提供所述梁；并且
随后加工所述长形角构件以提供平坦的支承表面。
12.如权利要求11所述的方法，其中所述梁包括至少一个隔板。
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