CN111295562A

CN111295562A - 固定设备

Info

Publication number: CN111295562A
Application number: CN201880067464.0A
Authority: CN
Inventors: T·N·J·席尔维; I·D·斯特劳德
Original assignee: Renishaw PLC
Current assignee: Renishaw PLC
Priority date: 2017-10-19
Filing date: 2018-10-16
Publication date: 2020-06-16
Anticipated expiration: 2038-10-16
Also published as: EP3698099B1; US20200225018A1; CN111295562B; EP3473975A1; JP7323516B2; KR20200072516A; WO2019077337A1; JP2021500556A; US11385041B2; EP3698099A1; KR102689790B1

Abstract

描述了一种能够与比如坐标测量机、柔性计量器等计量设备(100)一起使用的固定设备(2)。该固定设备(2)包括基座(4)以及从该基座延伸的多个支撑件，这些支撑件被构造用于保持物体(70)。该多个支撑件中的至少一个支撑件包括浮动支撑件(30，32，34)，该浮动支撑件包括浮动支撑元件(40，50，60)，该浮动支撑元件在与装载到固定装置中的物体(70)接触时可相对于该基座(4)移动。设置锁定机构(44，54，64)，比如气动锁定机构，该锁定机构能够被致动，以使每个浮动支撑元件(30，32，34)相对于该基座(4)不动。该物体(70)可以包括玻璃片。还描述一种固定物体的对应方法。

Description

固定设备

本发明涉及用于在检查期间固持部件的固定设备，特别是涉及适用于保持柔性部件的固定设备。

已知使用比如坐标测量机、机器人等计量设备来检查或测量物体。还已知提供固定设备，该固定设备将要检查的物体固持在计量设备的底座上的限定位置和取向上，以使其能够被测量。可重构的计量固定装置包括典型地包括螺纹孔阵列的板或基座。一系列不同的支撑元件可以在板上的不同位置处附接至螺纹孔以构造适用于固持要检查的物体的固定装置。附接至板的支撑元件可以是手动可调的。例如，这些支撑元件在被固定在位进行使用之前可以伸展、缩回和旋转。支撑元件还可以包括臂，这些臂可以在物体被装载到固定装置中之后手动移动以将该物体固持在位。一旦已经构造了特定的固定装置布置，那么可以使用该固定装置布置固持要由计量设备检查的一系列名义上相同的物体。还已知定制的固定设备，其被构造用于仅固持某种类型的零件。

已知的固定解决方案对于大多数情况是足够的，比如航空航天、汽车、电子、工业和医疗应用。如果固定大型金属零件，比如发动机或航空航天部件，则相对简单地牢固地固持此类零件，而不会施加足够的力使零件变形或损坏。但是，对于较小或更具柔性的物体而言，有必要限制固定装置向物体施加的力以防止物体变形，这种变形可能降低测量准确性。当使用接触测量过程来测量柔性零件时，情况尤其如此，其中，测量探针的触针端头被下压与固定装置固持的物体接触。迄今为止，尚未找到实用的解决方案允许某些柔性部件(例如，薄玻璃部件)被固持而不会从其自由状态变形，同时还提供足够的支撑以允许在部件上进行接触式测量而此类测量不会引起部件变形。

根据本发明的第一方面，提供了一种固定设备，该固定设备包括基座以及从该基座延伸的多个支撑件，这些支撑件被构造用于保持物体，其特征在于，该多个支撑件中的至少一个支撑件包括浮动支撑件，该浮动支撑件包括：浮动支撑元件，该浮动支撑元件在与装载到该固定设备中的物体接触时可相对于该基座移动；以及锁定机构，该锁定机构能够被致动，以使该浮动支撑元件相对于该基座不动。

因此本发明涉及一种能够用于固持物体以便通过计量设备等进行检查的固定设备。该固定设备(或简称为“夹具”)包括基座以及从基座延伸的多个支撑件，这些支撑件被构造用于保持物体。该多个支撑件中的至少一个支撑件包括浮动支撑件，该浮动支撑件包括浮动支撑元件，该浮动支撑元件在与装载到该固定设备中的物体接触时可相对于该基座移动。换言之，每个浮动支撑件包括浮动或可移动支撑元件，该浮动或可移动支撑元件在其自由或解锁状态下可以通过与装载到固定设备上的物体接触而移动(例如被朝向基座推动)。每个浮动支撑件还包括锁定机构，该锁定机构能够被致动，以使该浮动支撑元件相对于该基座不动。换言之，每个浮动或可移动支撑元件可以采用锁定状态，在该锁定状态下，该浮动或可移动支撑元件相对于基座不动(即锁定在位)。

本发明的固定设备，特别是设置一个或多个浮动支撑件，使得物体能够以其自由状态(未变形)形式被固持。在将物体插入固定装置期间，每个浮动支撑元件在与物体接触时简单地移动。因此，(多个)浮动支撑件符合物体的形状，而不会引起物体的任何变形。一旦物体已经被完全插入固定装置中，就可以致动每个浮动支撑件的锁定机构，以使每个浮动支撑元件不动。于是，浮动支撑件在其锁定状态下将向被固持在固定设备中的物体提供机械支撑。物体的由(锁定的)浮动支撑元件提供的这种附加支撑减小了当例如通过使测量探针与物体的表面接触来测量该物体时所产生的物体变形量。因此本发明的固定设备允许部件(例如柔性物体，比如薄玻璃部件)被固持而不会从其自由状态变形，同时还提供足够的支撑以允许在部件上进行接触式测量而此类测量本身不会引起部件变形(例如弯曲)。

固定设备可以包括除浮动支撑件之外的一个或多个支撑件。有利地，该多个支撑件中的至少一个支撑件包括固定支撑件。优选地，设置多个固定支撑件。例如，可以设置至少三个固定支撑件。每个固定支撑件优选地包括固定支撑元件，该固定支撑元件具有相对于基座不变的位置。换言之，每个固定支撑元件可以包括从基座朝向物体要被固定设备固持的区域延伸的突出部，比如柱或杆。应注意的是，固定支撑元件可以永久地附接至基座；例如，该固定支撑元件可以与基座整体形成或永久地附接(例如焊接)至基座。替代性地，每个固定支撑元件可以从基座拆卸(例如固定支撑元件可以拧紧到基座上)。

有利地，该多个支撑件中的至少一个支撑件包括偏置支撑件。每个偏置支撑件优选地包括支撑元件以及用于使该支撑元件偏置的偏置装置。方便地，该多个支撑件包括至少一个固定支撑件以及至少一个偏置支撑件。于是，每个偏置支撑件的偏置装置可以使相应的支撑元件朝向(多个)固定支撑件偏置。偏置支撑件优选地不包括锁定机构(即因此在使用时维持偏置力以将物体固持在固定装置中)。至少一个偏置支撑件施加的偏置力可以与基座的平面平行。换言之，偏置支撑件可以用于通过推动物体与多个固定支撑件接合而使该物体侧向地移动到限定位置。还可以设置多个附加固定支撑件来支撑物体的底面。

有利地，该至少一个固定支撑件和该至少一个偏置支撑件被构造用于对该物体的六个运动自由度中的每个运动自由度提供不超过单个约束。以这种方式，物体被约束而不能移动，但是该物体没有被过度约束。这防止固定装置施加引起物体以某种方式扭曲或变形的力。技术人员将认识的是，可以提供支撑件的各种构造。

方便地，该多个支撑件包括多个浮动支撑件。如上解释的，每个浮动支撑件包括浮动支撑元件和锁定机构，该锁定机构可以使浮动支撑元件不动(即锁定在位)。有利地，每个浮动支撑件包括偏置装置。偏置装置可以包括弹簧或类似偏置元件。当致动器解锁时，偏置装置优选地使浮动支撑元件朝向物体将被保持的区域偏置。换言之，每个浮动支撑元件可以朝向物体偏置。方便地，每个偏置装置施加的偏置力足以使该浮动支撑元件在没有物体被该固定设备保持的情况下达到完全伸展状态。偏置力优选地足够轻，以允许浮动支撑元件在被施加轻压力时移动。方便地，每个偏置装置施加的偏置力足够低，以允许所述偏置的浮动支撑元件在与所述物体接触时缩回，而不会引起所述物体的任何实质变形。

每个浮动支撑件包括用于使浮动支撑元件相对于基座不动的锁定机构。锁定机构优选地例如在计算机控制器的控制下是可自动致动的。如果设置多个浮动支撑件，则每个浮动支撑件的锁定机构可以被单独控制。替代性地，所有的多个浮动支撑件的锁定机构可以被联接，使得其在收到适当的控制指令时被同时启用。有利地，所述锁定机构包括用于使所述浮动支撑元件相对于所述基座不动的气动致动器。以这种方式，可以控制压缩空气的供应来锁定和解锁(多个)气动致动器。可以根据需要打开和关闭以锁定和解锁(多个)锁定机构的此类压缩空气供应通常可在车间和生产设施中获得。(例如计量设备的)相关联的计算机控制器可以被布置用于根据需要打开和关闭压缩空气供应。替代性地，锁定机构可以包括电动致动器(例如压阻元件、电磁体等)。事实上，可以设置任何类型的锁定机构。

当致动器锁定时，每个浮动支撑件有利地向物体提供附加机械支撑。换言之，(多个)锁定的浮动支撑元件接合物体并且帮助支撑物体。这种附加机械支撑可以在物体与相关联的检查装置之间进行接触期间提供。特别地，提供的附加机械支撑可以防止物体的否则在被测量(例如使用具有可偏转触针的测量探针，该可偏转触针在测量期间被下压与物体接触)时会发生的变形。浮动支撑件可以被定位成向要被固定设备固持的物体的特定区域提供附加支撑。例如，附加支撑可以在物体的没有被其他(例如固定)支撑件充分支撑的边缘或临界特征附近提供。替代性地，可以成簇地设置浮动支撑件，以支撑具有非均匀表面或复杂表面的物体。例如，设备可以用于支撑定做或定制的物品，比如定做的医疗植入物、板或关节。

有利地，该多个支撑件可释放地附接至该基座，由此允许针对要由其保持的不同物体来调整该固定设备的构造。换言之，设备可以是可重构的固定装置，其中多种不同支撑件中的至少一些支撑件可以相对于基座重新定位(例如以固持不同的物体)。替代性地，该多个支撑件设置在该基座上的固定位置处。以这种方式，可以提供用于零件、或一系列类似零件的定做的固定装置。有利地，固定装置用于固持消费电子产品的部件以便进行检查。例如，玻璃屏幕或移动电话盖。

本发明的固定设备可以用于各种目的。方便地，固定设备用于在检查过程期间固持物体(例如使用具有与物体发生接触的触针的测量探针)。因此，可以提供包括上述固定设备的计量设备。计量设备可以包括测量探针，该测量探针可以相对于被固定设备固持的要测量的物体移动。测量探针可以包括用于接触物体的可偏转触针。测量探针可以是触碰触发式探针。测量探针可以是扫描探针。计量设备还可以包括用于将物体装载到固定设备上和将其从该固定设备上取下的装卸系统(例如机器人)。

本发明的第二方面包括一种使用固定设备来保持物体的方法，该固定设备包括从基座延伸的多个支撑件，其特征在于，该多个支撑件中的至少一个支撑件是浮动支撑件，该浮动支撑件包括浮动支撑元件和锁定机构，该方法包括以下步骤：(i)将物体放置在该固定设备中的预先限定位置上，该物体在被放置在该限定位置期间与该浮动支撑元件接合并且使其移动；以及(ii)致动每个浮动支撑件的锁定机构，以使该浮动支撑元件相对于该基座不动。该方法可以包括以上针对对应设备描述的任何特征。

现在将仅通过示例、参考附图来描述本发明，在附图中：

图1是本发明的固定设备的透视图，

图2是图1的设备的侧视图，

图3是图1的设备的底面的视图，

图4是图1的浮动销的放大侧视图，

图5示出了由图1至图4的固定设备支撑的玻璃部件的顶视图，并且

图6展示了安装在坐标测量机的底座上的固定设备。

图1展示了本发明的固定设备2。设备包括基座4，在本实施例中，该基座是具有大致矩形形状的铝板。基座4的尺寸被确定为稍微大于大致矩形的玻璃件(图1未示出)，该玻璃件旨在在基于接触的检查程序期间保持住。

基座4具有从基座4向上延伸的多个支撑件。该支撑件包括第一固定支撑元件6、第二固定支撑元件8、以及第三固定支撑元件10。第一固定支撑元件6和第三固定支撑元件10位于矩形基座4的第一长侧5上、在相对的拐角附近，而第二固定支撑元件8位于基座4的第二长侧7的大约一半处。因此，第一固定支撑元件6、第二固定支撑元件8和第三固定支撑元件10以三角形关系间隔开并且被构造用于支撑被放置在其顶部的玻璃片。

基座4还包括位于矩形基座4的第一长侧5上的第四固定支撑元件12和第五固定支撑元件14。在基座4的第二长侧7的一半处还设置有偏置支撑件16。偏置支撑件16包括从基座4向上延伸的外壳17以及被外壳17保持的支撑元件18，其方式使得该支撑元件可在与基座4平行的方向上前后移动。弹簧20(图1中不可见)用作偏置装置以使支撑元件18向内(即朝向基座4的中心)偏置。第四固定支撑元件12和第五固定支撑元件14以及偏置的支撑元件18相比于第一固定支撑元件6、第二固定支撑元件8和第三固定支撑元件10从基座4延伸得稍微更远。因此，放置在第一固定支撑元件6、第二固定支撑元件8和第三固定支撑元件10的顶部的玻璃片将被偏置的支撑元件18推动与第四固定支撑元件12和第五固定支撑元件14接触。弹簧20施加的偏置力处于要被固定设备固持的玻璃片的平面上并且偏置力的大小被选择为确保玻璃片不变形。在矩形基座4的短边缘上还设置有多个定位元件22，以确保玻璃片居中地放置在基座上。

固定设备2还包括第一浮动支撑件30、第二浮动支撑件32、以及第三浮动支撑件34。第一浮动支撑件30包括第一浮动支撑元件40以及用于使第一浮动支撑元件40向上(即背离基座4)轻微偏置的第一弹簧42。第一浮动支撑件30还包括第一气动锁定机构44(在图1中示出为在基座4下方)，该第一气动锁定机构在通过供应压缩空气被致动时可以接合第一浮动支撑元件40并且将其锁定在位(即以便防止第一浮动支撑元件40相对于基座4移动)。第二浮动支撑件32包括第二浮动支撑元件50、第二弹簧52、以及第二气动锁定机构54。第三浮动支撑件34包括第三浮动支撑元件60、第三弹簧62、以及第三气动锁定机构64。第二浮动支撑件32和第三浮动支撑件34以与第一浮动支撑件30相同的方式操作。第一浮动支撑件30、第二浮动支撑件32和第三浮动支撑件34以与第一固定支撑元件6、第二固定支撑元件8和第三固定支撑元件10的三角形布置互补的三角形布置间隔开。

图2是图1示出的固定设备从方向I的侧视图。图3是图1示出的固定设备的底面的视图。各个图共享共用的附图标记。

另外参考图4和图5，描述了使用固定设备来保持玻璃片70。在使用时，以以下方式将玻璃片70固定在固定设备中。通过背离基座4拉动支撑元件18来使其缩回。然后将玻璃片放置在第一固定支撑元件6、第二固定支撑元件8和第三固定支撑元件10的顶部上、在定位元件22、第四固定支撑元件12和第五固定支撑元件14、以及偏置的支撑元件18限定的侧向区域内。在固定程序的这时候，第一浮动支撑元件40、第二浮动支撑元件50和第三浮动支撑元件60背离基座4轻微偏置但可移动(即第一气动锁定机构44、第二气动锁定机构54和第三气动锁定机构64停用)。玻璃片70在被放置在第一固定支撑元件6、第二固定支撑元件8和第三固定支撑元件10的顶部上时接合第一浮动支撑元件40、第二浮动支撑元件50和第三浮动支撑元件60并且将其朝向基座4推回。第一浮动支撑件30、第二浮动支撑件32和第三浮动支撑件34的弹簧施加的偏置力足够轻使得当移动浮动支撑元件时玻璃片70未发生实质偏转。然后将偏置的支撑元件18的缩回反向，这引起支撑元件18推动玻璃片70与相对的第四固定支撑元件12和第五固定支撑元件14接合。以这种方式，玻璃片70通过固定设备固持在位而不会变形或过度约束。这在图4和图5中示出。

如果玻璃片70仅搁置在第一固定支撑元件6、第二固定支撑元件8和第三固定支撑元件10的顶部上，则测量装置向玻璃片70施加向下力可能引起该玻璃片变形。弯曲量将取决于力施加在玻璃片70上的位置。例如，向图5示出的点80施加力可能引起玻璃片的拐角弯曲。但是，向点82(该点靠近第二固定支撑元件8)施加相同大小的力将不太可能引起任何显而易见的弯曲。第一浮动支撑元件40、第二浮动支撑元件50和第三浮动支撑元件60被定位成向玻璃片提供附加支撑。因此，在玻璃片已经被放置在固定装置中之后，锁定第一浮动支撑元件40、第二浮动支撑元件50和第三浮动支撑元件60。换言之，启用第一气动锁定机构44、第二气动锁定机构54和第三气动锁定机构64，以便将第一浮动支撑元件40、第二浮动支撑元件50和第三浮动支撑元件60相对于基座锁定在位。如上解释的，第一浮动支撑元件40、第二浮动支撑元件50和第三浮动支撑元件60之前已经与玻璃片接触并且已经被玻璃片朝向基座4推动。因此，第一浮动支撑元件40、第二浮动支撑元件50和第三浮动支撑元件60在被锁定时向玻璃片70的底面提供附加支撑，而不会向玻璃片70施加任何变形力。

因此，可以看到，上述固定设备允许在基于接触的检查过程期间对玻璃片70进行附加支撑而不会过度约束玻璃片70或使其变形。特别地，在第一浮动支撑元件、第二浮动支撑元件和第三浮动支撑元件被锁定时，玻璃片70在其底面上六个位置处被支撑。因此，由CMM支撑的接触式扫描探针可以被驱动与玻璃片70接触或沿玻璃片70的边缘扫描，而所施加的测量力不会引起玻璃片的任何实质变形。

图6示意性地展示了柔性计量器100，上述固定设备可以与所述柔性计量器一起使用。虽然在本示例中，柔性计量器是由英国格劳斯特郡沃顿安德埃奇镇(Wotton-Under-Edge,Gloucestershire)的雷尼绍公司(Renishaw plc)出售的“Equator”装置，但是可以使用任何类型的计量设备(例如常规的CMM等)。

柔性计量器包括底座102，该底座通过多个支撑杆106固定到上部或基部平台104上。支撑杆106足够刚性以确保基部平台104固持在相对于底座102的固定位置上。基部平台104还通过约束平行定位机构110附接至可移动平台108。因此，基部平台104、可移动平台108以及平行定位机构110形成约束平行定位机，该约束平行定位机控制可移动平台108沿三条轴线(X，Y，Z)平移移动。

可移动平台108承载测量探针118，该测量探针具有可偏转触针120。玻璃片130被示出为被以上参考图1至图5所描述的类型的固定设备132保持。固定设备132固定在底座102上。设置计算机控制器122，以用于控制设备的操作，特别地用于控制可移动平台108的运动以及用于接收来自测量探针118的测量数据。测量探针118可以是也由英国格劳斯特郡沃顿安德埃奇镇的雷尼绍公司出售的SP25探针。SP25测量探针是所谓的扫描探针或模拟探针，该测量探针输出触针端头在其局部坐标系中的偏转的测量值。移动探针118(即通过可移动平台108的移动)，使得触针端头沿围绕玻璃片130的边缘的路径行进。控制器122接收来自测量探针118的触针端头偏转数据以及来自平行坐标定位设备的与测量探针的位置相关的数据。将这些数据组合以使得能够在机器坐标系中找到零件表面上多个点的位置(即相对于机器的固定点或原点)。然后可以将这些点与之前采集的参考(原版)点进行比较，以确定玻璃片130是否已经在期望的公差内制造。

应记住的是，以上仅是本发明的示例性实施例，并且本领域技术人员将认识到对固定设备的各种修改将是可能的。例如，虽然固定设备被示出为用于固持矩形玻璃片，但也可以固持由不同材料制成的不同形状的物体。浮动支撑件、固定支撑件和/或偏置支撑件的数量、间隔以及布置还可以针对不同物体和不同测量目的进行适配。虽然以上描述了在检查期间保持物体，但是固定设备还可以出于不同目的(例如，机械加工、抛光、成像等)用来保持物体。

Claims

1.一种固定设备，包括基座以及从所述基座延伸的多个支撑件，所述多个支撑件被构造用于保持物体，其特征在于，所述多个支撑件中的至少一个支撑件包括浮动支撑件，所述浮动支撑件包括：浮动支撑元件，所述浮动支撑元件在与装载到所述固定设备中的物体接触时可相对于所述基座移动；以及锁定机构，所述锁定机构能够被致动，以使所述浮动支撑元件相对于所述基座不动。

2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述多个支撑件中的至少一个支撑件包括固定支撑件，每个固定支撑件包括固定支撑元件，所述固定支撑元件具有相对于所述基座不变的位置。

3.根据权利要求2所述的设备，包括多个固定支撑件。

4.根据权利要求2或3中任一项所述的设备，其中，所述多个支撑件中的至少一个支撑件包括偏置支撑件，每个偏置支撑件包括支撑元件以及用于使所述支撑元件朝向至少一个固定支撑件偏置的偏置装置。

5.根据权利要求4所述的设备，其中，所述至少一个固定支撑件和所述至少一个偏置支撑件被构造用于对所述物体的六个运动自由度中的每个运动自由度提供不超过单个约束。

6.根据任一项前述权利要求所述的设备，其中，所述多个支撑件包括多个浮动支撑件。

7.根据任一项前述权利要求所述的设备，其中，每个浮动支撑件包括偏置装置，当所述致动器解锁时，所述偏置装置使所述浮动支撑元件朝向所述物体将被保持的区域偏置。

8.根据权利要求7所述的设备，其中，每个偏置装置施加的偏置力足以使所述浮动支撑元件在没有物体被所述固定设备保持的情况下达到完全伸展状态。

9.根据权利要求7至8中任一项所述的设备，其中，每个偏置装置施加的偏置力足够低，以允许所述偏置的浮动支撑元件在与所述物体接触时缩回，而不会引起所述物体的任何实质变形。

10.根据任一项前述权利要求所述的设备，其中，所述锁定机构包括用于使所述浮动支撑元件相对于所述基座不动的气动致动器。

11.根据任一项前述权利要求所述的设备，其中，当所述致动器锁定时，每个所述浮动支撑件在与相关联的检查装置接触期间向所述物体提供附加机械支撑。

12.根据任一项前述权利要求所述的设备，其中，所述多个支撑件可释放地附接至所述基座，由此允许针对要由其保持的不同物体来调整所述固定设备的构造。

13.根据任一项前述权利要求所述的设备，其中，所述多个支撑件设置在所述基座上的固定位置处。

14.一种计量设备，包括测量探针，所述测量探针能够相对于要测量的物体移动，所述设备进一步包括根据任一项前述权利要求所述的固定设备。

15.一种使用固定设备来保持物体的方法，所述固定设备包括从基座延伸的多个支撑件，其特征在于，所述多个支撑件中的至少一个支撑件是浮动支撑件，所述浮动支撑件包括浮动支撑元件和锁定机构，所述方法包括以下步骤：(i)将物体放置在所述固定设备中的预先限定位置上，所述物体在被放置在所述限定位置期间与所述浮动支撑元件接合并且使其移动；以及(ii)致动每个浮动支撑件的锁定机构，以使所述浮动支撑元件相对于所述基座不动。