CN111795630A - 具有自洁式空气轴承的坐标测量机 - Google Patents

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Abstract

本发明提供具有自洁式空气轴承的坐标测量机，其包括：工作台，其具有接收待测量物体的表面；测量探针；包括具有空气轴承的测量轴线的运动系统，其构造成改变工作台和测量探针之间的相对位置；控制单元，其构造成确定测量探针在参考系中的位置并作为测量结果输出该位置，第一空气轴承包括：导轨；滑动件，其包括滑动表面和在滑动表面内的气体出口，该出口构造成由第一气体供应管线供应，并在滑动表面和导轨之间的间隙中提供气垫；盖，盖围绕滑动件布置而在盖和导轨之间提供间隙并在盖和滑动件之间提供中空空间；擦拭器，其布置在盖上并使盖和导轨之间的间隙变窄或闭合；喷嘴单元，其构造成由第二气体供应管线供应并提供引导到导轨上的高压气流。

Description

具有自洁式空气轴承的坐标测量机
技术领域
本发明涉及一种坐标测量机。
背景技术
坐标测量机(CMM)用于通过利用机械或光学探针感测测量物体的表面上的离散点来测量测量物体的几何特征。存在被构造成允许用户手动地控制探针位置的CMM，并且存在具有计算机控制的探针的CMM。可以在三维参考系中，例如在笛卡尔坐标或极坐标中，测量相对于测量物体的探针位置。还存在允许探针枢转以便到达否则将不可到达的表面的CMM。
坐标测量机通常设置在测量室中，其中在温度、流量和清洁度方面对空气进行特别控制。CMM是高精度设备，并且利用CMM可获得的测量数据的质量对这种环境条件高度敏感。
CMM的特别精密的元件是其运动系统，该运动系统提供探针相对于放置测量物体的工作台的定位。通常，CMM具有允许平移无摩擦行进的空气轴承，其中，对应的导轨(引导轨道，或甚至工作台表面本身)有时暴露于环境影响。
由于如今CMM越来越多地集成到生产环境(车间)中，因此上述问题变得更加关键。灰尘和其它颗粒不可避免地沉积在整个CMM上并且还沉积在运动系统内。具体的问题是由滑入衬垫和引导件之间的间隙中的颗粒或颗粒的积聚引起的轴承的摩擦、夹紧或故障。
发明内容
因此，本发明提供了一种改进的坐标测量机。特别地，根据本发明的CMM允许更安全、更精确和更强健的测量操作。具体地，根据本发明的CMM允许在不满足测量室标准的环境中进行测量操作。
本发明涉及一种坐标测量机(CMM)，该坐标测量机包括：工作台，工作台具有用于接收待测量物体的表面；测量探针；运动系统，运动系统被构造成改变工作台和测量探针之间的相对位置，运动系统包括具有空气轴承的测量轴线；控制单元，控制单元被构造成确定测量探针在参考系中的位置，并作为测量结果输出该位置，其中，第一空气轴承包括：导轨；滑动件，滑动件包括滑动表面和位于滑动表面内的气体出口，气体出口被构造成由第一气体供应管线供应，并在滑动表面和导轨之间的间隙中提供气垫；盖，盖以这样的方式围绕滑动件布置，即在盖和导轨之间提供间隙，并在盖和滑动件之间提供中空空间；擦拭器，擦拭器布置在盖上，并使盖和导轨之间的间隙变窄或闭合；喷嘴单元，喷嘴单元被构造成由第二气体供应管线供应，并提供引导到导轨上的高压气流。
第一气体供应管线和第二气体供应管线可以由共同的气体源来供给。
第一气体供应管线可由第一气体源供给且第二气体供应管线可由第二气体源供给，其中第一气体源提供与由第二气体源提供的气体相比具有更高品质的气体。
运动系统可以被构造成改变工作台相对于测量探针的位置，或者改变测量探针相对于工作台的位置。
喷嘴单元可以包括至少一个喷嘴，并且其中高压气流是空气叶片或空气射流。空气叶片可以理解为具有薄层形状轮廓的流。空气射流可以理解为具有斑点状轮廓的流。
喷嘴单元可以布置在滑动件上，其中高压气流被引导到导轨上并且邻近滑动表面。
喷嘴单元和导轨之间的间隙可以比滑动表面和导轨之间的间隙宽。
喷嘴单元可以布置在盖和滑动件之间的中空空间中，其中高压气流在擦拭器和滑动表面之间被引导到导轨上。
喷嘴单元可以布置在盖的外部上，其中，高压气流在擦拭器邻近被引导到导轨上，或者被引导到擦拭器上，或者部分地在擦拭器邻近被引导到导轨上并且部分地被引导到擦拭器上。
喷嘴单元可以布置在擦拭器上，其中，高压气流在擦拭器邻近被引导到导轨上，或者被引导到擦拭器上，或者部分地在擦拭器邻近被引导到导轨上并且部分地被引导到擦拭器上。
控制单元可以被构造成控制从第二气体供应管线到喷嘴单元的气体供应。
从第二气体供应管线到喷嘴单元的气体供应可以被构造成随着时间恒定。
从第二气体供应管线到喷嘴单元的气体供应可以被构造成仅在需要时被启动。
从第二气体供应管线到喷嘴单元的气体供应可以被构造成自动启动一段时期，其中该一段时期的时刻和持续时间可经由控制单元限定。
从第二气体供应管线到喷嘴单元的气体供应可以被构造成以间隔方式自动地启动，其中所述间隔的时刻和持续时间可经由控制单元限定。
附图说明
将在下文中仅通过实施例的方式参考附图更全面地描述本发明的优选实施方式，其中：
图1示出了探针相对于测量工作台机动化的桥式的示例性CMM；
图2示出了具有用于高度测量的一个测量轴线的示例性CMM；
图3示出了桥式的另一示例性CMM，其中探针相对于环境固定并且工作台相对于探针机动化；
图4示出了根据本发明的空气轴承的第一实施方式；
图5示出了如图4所示的空气轴承的第一实施方式的底部；
图6示出了如图4和图5所示的空气轴承的第一实施方式的横向截面图；
图7示出了根据本发明的空气轴承的第二实施方式；
图8示出了如图7所示的空气轴承的第二实施方式的底部；
图9示出了如图7和图8所示的空气轴承的第二实施方式的横向截面图；
图10示出了根据本发明的空气轴承的第三实施方式的横向截面图；
图11示出了根据本发明的空气轴承的第四实施方式的横向截面图；
图12示出了根据本发明的空气轴承的第五实施方式的横向截面图；
图13示出了根据本发明的空气轴承的第六实施方式的横向截面图。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的桥式的坐标测量机(CMM)1的实施方式，其中，桥10可通过第一线性马达100沿第一测量轴线移动，横向滑动件11可通过第二线性马达110沿第二测量轴线移动，并且探针保持器12可通过第三线性马达120沿第三测量轴线移动。通过该运动系统，探针13可以相对于工作台14移动，即相对于要被测量并由工作台14接收的物体91移动。
每个测量轴线都设有相应的轴承，其中这些轴承中的至少一个是空气轴承。根据本发明的空气轴承的实施方式将在图4至图12中示出。CMM 1还具有控制单元15，该控制单元15用于确定测量探针13在CMM的参考系中的当前位置，并且用于将当前位置作为测量结果输出。测量探针13的位置可以基于马达100、110、120的读数或者基于放置在相应测量轴线上的附加位置检测器的读数来确定。
图1中所示的测量轴线中的至少一个也可以由可移动工作台而不是所示的上部结构来实施。作为实施例，探针保持器12相对于横向滑动件11可以是刚性的，并且替代地，工作台14可以被构造成相应地被提升和降低。
图1中所示的CMM仅仅是实施例；对于实施本发明来说，不必具有精确的三个测量轴线。根据本发明的CMM可以具有两个或仅一个测量轴线。
图2中示出了仅具有一个测量轴线的CMM 2。该测量轴线由其上安装有升降滑动件21的支架20形成。升降滑动件21可以通过马达210提升和降低。测量探针23可以用于确定放置在工作台24上的测量物体92的高度。控制单元25被构造成计算测量物体92的高度值，并且特别地用于控制包括空气轴承的运动系统。空气轴承相应地布置在升降滑动件21内。
图3中示出了另一个实施方式的CMM3。该CMM 3具有固定桥30，并且探针保持器32不是安装在横向滑动件中，而是安装在相对于桥30具有固定布置的固定壳体31中。然而，探针保持器32可通过相应的线性马达320和对应的轴承(特别是空气轴承)沿着竖直测量轴线移动。垂直于竖直测量轴线的两个测量轴线利用工作台34实现，该工作台34被构造成借助于相应的线性马达300和310以及借助于工作台34下方的对应的轴承沿着两个垂直的水平测量轴线水平地移动。同样，用于测量轴线的三个所述轴承中的至少一个是空气轴承。根据本发明的这种空气轴承的实施方式将在图4至图12中示出。该实施方式的CMM 3具有控制单元35，通过该控制单元35可以确定并输出待测量物体93的坐标。
在图1、图2和图3的实施方式中提到的马达100、110、120、210、300、310、320是可选的。运动系统的完全手动可操纵性，即至少一个测量轴线的完全手动可操纵性是一个替代方案。另一替代方案是混合系统，其中例如电动马达提供运动阻力，并且仅在移动相应轴线的手动尝试超过阈值力时才移除该“锁定”。
本发明还涉及其它CMM，例如具有旋转测量轴线的CMM，例如SCARA(选择顺应性装配机器手臂)结构的CMM。为了简明起见，在附图中没有示出这样的CMM，但是它们仍然被本发明所包括。CMM的旋转轴线也可以配备有根据本发明的空气轴承。这种旋转空气轴承将在图12中示出。
图4、图5和图6示出了空气轴承的第一可能实施方式4。空气轴承包括由盖42包围的滑动件41。经由导管410(导管410可以集成在将负载传输到滑动件的球头螺栓支座)，在滑动件41的底部上位于滑动表面411内的气体出口由第一气体供应管线供应。气体出口以这样的方式构造，即它在滑动表面411和导轨45之间的间隙中提供气垫(如图6所示)。气垫是由离开气体出口的气体供应和反作用力的相互作用产生的，该反作用力例如是CMM的对应部分施压在滑动件上的重量或者由相对布置的另一滑动件产生的反作用力。由于所设置的气垫，滑动件被构造成几乎没有摩擦地沿着相应的测量轴线行进。
气体出口在图中由格子结构抽象地表示。在本领域中已知有各种气体出口，例如多孔碳或结构化的通道/腔室构造。然而，如何精确地设计气体出口对于本发明来说并不重要。此外，为了理解，本文的实施方式具有平坦的导轨和平坦的滑动表面。然而，同样的，本发明还包括本领域已知的空气轴承的其它实施方式，例如其中相对的气垫稳定轴线的缠绕(entangled)的导轨/滑动表面结构。
盖42被设计和布置成使得在盖的边缘和导轨45之间存在间隙。该间隙至少与由滑动表面411和导轨45之间的气垫所限定的间隙一样高。在盖42上布置有擦拭器43，擦拭器43在此示例性地呈现为由柔性材料制成的擦拭叶片。然而，擦拭叶片可以以各种不同的方式呈现，包括各种材料(布、硅、橡胶等，或其组合)和形状(刷、叶片、薄片等，或其组合)。如这里所示，根据前后移动(在图4和图7中用箭头表示)可以设置两个擦拭叶片。
这样，间隙在前面和后面(参考行进方向)闭合或几乎闭合。擦拭器可以用其唇缘接触或几乎接触导轨。在一种实施方式中，擦拭器被布置成使得其以限定的预负载压靠导轨。垂直于行进方向，盖42和导轨45之间的间隙可以仍然是打开的，或者通过擦拭器之外的元件闭合或几乎闭合。然而，擦拭器43也可以设计成通过以环绕方式安装在盖42上来闭合该横向间隙。本文所提到的擦拭器也可以理解为两个或更多个单独擦拭器元件的组合(这是图5和图8的实施例中的情况)。
空气轴承4还包括喷嘴单元44，喷嘴单元44在根据图4、图5和图6的实施例中呈现为邻近滑动件41安装。喷嘴单元44和导轨45之间的间隙可以高于气垫，这在图5中特别明显。在该实施例中，喷嘴单元44包括多个喷嘴，所有喷嘴都由第二气体供应管线经由导管440供应气体。通常，喷嘴单元被构造成提供被引导到导轨上的高压气流，以保护轴承的气垫免受任何颗粒的影响。通常，第二气体供应管线可提供与由第一气体供应管线提供的气体相比品质较低的气体。然而，这不是必须的，并且第一气体供应管线和第二气体供应管线也可以在某些点合并，使得两个供应管线从一个单一气体源供给。通常，气体可以是空气或任何种类的工业气体或气体混合物。
由喷嘴单元44提供的气流对导轨45具有清洁效果，使得气体出口411下方的气体衬垫(气垫)没有任何干扰颗粒。喷嘴单元44对轴承功能没有贡献。喷嘴单元44中的单个喷嘴开口441(图5中将其显示为黑孔)可以以许多不同的方式设计，例如，使得它们提供空气“叶片”(空气的薄层)(例如通过提供狭缝作为喷嘴)，或由所描述的孔喷嘴产生的气流斑点，或由喷嘴的特殊形状产生的特定扩散气流。在图5所示的实施例中，喷嘴单元44包围滑动件41或滑动表面411。然而，在其它实施方式中，喷嘴单元44仅安装在行进方向的前侧，即，就像擦拭器43的元件的情况一样。
提供高压气流的喷嘴单元围绕空气轴承的关键区域产生“保护区”，并且由此允许使未被擦拭器唇缘擦拭掉的颗粒保持远离轴承衬垫。有利的是，由喷嘴单元提供的气流与擦拭器配合，从而在盖42和滑动件41之间的中空空间中产生过压。在该中空空间中具有过压允许小颗粒在甚至接触擦拭器43之前就被吹走(其中尽管有高压气流但仍留下的颗粒仍被擦拭器唇缘擦拭掉)。
由喷嘴单元提供的气流还可以与擦拭器配合，因为擦拭器通过气流而被压靠在导轨上(这至少可选地适用于根据图7、图8、图9和图12的实施方式，其中喷嘴布置在盖的外侧上，并且气流可以至少部分地被引导到擦拭器上)。将唇缘压靠在导轨上确保了擦拭器唇缘不会遗漏任何颗粒(特别是不会遗漏任何小颗粒)。
图4至图9所示的空气轴承具有矩形轮廓。然而，它们也可以呈现为具有圆形轮廓、特别是正圆形轮廓。
图7、图8和图9示出了根据本发明的CMM的空气轴承的另一实施方式5。其中，喷嘴单元54是安装在盖52上并通过其开口541将高压气流邻近擦拭器53引导到导轨55上的外部元件。经由导管540从第二气体供应管线给喷嘴单元54供应气体。在滑动件51的侧面上可以设置导管510，导管510用于从第一气体供应管线向气体出口511供应气体。喷嘴单元54被构造成在擦拭器附近提供清洁的气流，这在气流吹走颗粒时是特别有利的，否则由于CMM的移动，擦拭器会遇到这些颗粒。
图10中示出了另一空气轴承实施方式6。同样，为了提供气垫，滑动件61上的滑动表面611具有气体出口，该气体出口由第一气体供应管线供应的气体导管610供给。盖62配备有擦拭器63。在擦拭器63上布置有喷嘴单元64，喷嘴单元64经由导管640被供应来自第二气体供应管线的气体。喷嘴单元64的重量支承在擦拭器上，从而将擦拭器压靠在导轨65上。由喷嘴单元64上的开口641提供的高压气流(例如空气叶片)去除邻近擦拭器的颗粒。不仅导轨通常被更彻底地清洁，而且擦拭器的耐用性也增加。
在图11所示的另一实施方式中，空气轴承7的喷嘴单元74也可以布置在盖72和滑动件71之间的中空空间中。在这种情况下，由喷嘴单元74提供的空气叶片被导向擦拭器73和滑动表面711之间。喷嘴单元74在此示出为位于中间，但是其也可以布置成更靠近擦拭器73或滑动件71，特别是直接邻近擦拭器或滑动件。同样，在滑动表面711和导轨75之间产生气垫的气体出口通过导管710被供给来自第一气体供应管线的气体。在图11的视图中，喷嘴单元74的供应是不可见的，因此未示出。提供高压气流的喷嘴741确保擦拭器73放过的所有剩余颗粒在甚至接近滑动件下的气垫之前就被吹走。
图12中示出了用于CMM的空气轴承的又一实施方式。该空气轴承8特别适用于旋转测量轴线，例如在SCARA结构的CMM中需要旋转测量轴线。在该实施方式中，导轨85是弯曲的。喷嘴单元84是安装在布置在盖82上的片材上并且通过其开口841将高压气流引导到擦拭器83上的外部元件。通过调节喷嘴单元84的对准，气流也可部分地被引导到导轨85上，部分地被引导到擦拭器83上。经由未在该截面图中示出的导管来供应喷嘴单元84。在滑动件81的侧面上设置用于从第一气体供应管线向气体出口811供应气体的导管810。喷嘴单元84被构造成清洁邻近擦拭器83的导轨85和/或将擦拭器83向下压靠在导轨85上。
图13示出了另一个实施方式，其中滑动件91在滑动表面911和导轨95之间的气垫上行进，气垫由滑动表面911内的气体出口提供，气体出口由供应管线910供给。盖92包围滑动件91，并且喷嘴单元94附接到盖92，该喷嘴单元利用喷嘴941提供两个空气叶片。空气叶片中的一个被引导到擦拭器93上，另一个空气叶片在擦拭器93邻近被引导到导轨95上。这种构造结合了上述效果。如图13所示的喷嘴单元94也可以设置用于在直的(非弯曲的)导轨上运行的空气轴承。
通常，图1至图3中所示的CMM的控制单元15、25和35中的每一个也可以布置在外部，例如，布置在插入到CMM或者无线连接到CMM的计算机中，或者布置在远程服务器中。具体地，控制单元可以被构造成控制流过喷嘴单元44/54/64/74/84的气流。换句话说，来自第二气体供应管线的流入量因而可由控制单元控制。
特别地，来自喷嘴单元的高压空气或气体流可以手动或自动地启动，特别是基于传感器根据需要或永久地启动。在另一实施方式中，喷嘴单元可以以具有高压气流的预定周期的预定间隔或间隔模式自动启动。特别地，流过喷嘴单元的气流的启动可以遵循针对灰尘去除而优化的模式。
在特定实施方式中，第一气体供应管线和第二气体供应管线也可以是同一个气体供应管线。
附图示出了扁平的轴承，即扁平的滑动件和扁平的导轨。然而，这些元件也可以-关于垂直于行进方向的轮廓-圆形地或缠绕地(entanglingly)呈现。此外，在实施例中示出的擦拭器是直的部件，然而，它们也可以被呈现为缠绕住整个盖，无论如何都不留下侧间隙。
本发明不限于(固定/移动)桥式CMM，而是也可应用于例如机架式CMM、水平臂式CMM、落地式CMM、龙门式CMM、轴测量式CMM、悬臂式CMM、SCARA CMM和齿轮测量式CMM。
尽管以上部分地参考一些优选实施方式对本发明进行了说明，但是必须理解，可以对实施方式的不同特征进行许多修改和组合。所有这些修改都在所附权利要求的范围内。

Claims (15)

1.一种坐标测量机(CMM)，所述坐标测量机包括：
工作台，所述工作台具有用于接收待测量物体的表面；
测量探针；
运动系统，所述运动系统被构造成改变所述工作台和所述测量探针之间的相对位置，所述运动系统包括具有空气轴承的测量轴线；
控制单元，所述控制单元被构造成确定所述测量探针在参考系中的位置，并作为测量结果输出所述位置，
其中，所述第一空气轴承包括：
导轨；
滑动件，所述滑动件包括滑动表面和位于所述滑动表面内的气体出口，所述气体出口被构造成由第一气体供应管线供应，并在所述滑动表面和所述导轨之间的间隙中提供气垫；
盖，所述盖以这样的方式围绕所述滑动件布置，即在所述盖和所述导轨之间提供间隙，并在所述盖和所述滑动件之间提供中空空间；
擦拭器，所述擦拭器布置在所述盖上，并使所述盖和所述导轨之间的所述间隙变窄或闭合；
喷嘴单元，所述喷嘴单元被构造成由第二气体供应管线供应，并提供被引导到所述导轨上的高压气流。
2.根据权利要求1所述的坐标测量机，其中，所述第一气体供应管线和所述第二气体供应管线由共同的气体源供给。
3.根据权利要求1所述的坐标测量机，其中，所述第一气体供应管线由第一气体源供给，并且所述第二气体供应管线由第二气体源供给，其中所述第一气体源提供与由所述第二气体源提供的气体相比具有更高品质的气体。
4.根据前述权利要求中任一项所述的坐标测量机，其中，所述运动系统被构造成改变所述工作台相对于所述测量探针的位置，或者改变所述测量探针相对于所述工作台的位置。
5.根据前述权利要求中任一项所述的坐标测量机，其中，所述喷嘴单元包括至少一个喷嘴，并且其中所述高压气流是空气叶片或空气射流。
6.根据前述权利要求中任一项所述的坐标测量机，其中，所述喷嘴单元布置在所述滑动件上，并且其中所述高压气流被引导到所述导轨上并且邻近所述滑动表面。
7.根据权利要求6所述的坐标测量机，其中，所述喷嘴单元与所述导轨之间的间隙比所述滑动表面与所述导轨之间的所述间隙宽。
8.根据前述权利要求中任一项所述的坐标测量机，其中，所述喷嘴单元布置在所述盖与所述滑动件之间的所述中空空间中，并且其中所述高压气流在所述擦拭器与所述滑动表面之间被引导到所述导轨上。
9.根据前述权利要求中任一项所述的坐标测量机，其中，所述喷嘴单元布置在所述盖的外部上，并且其中所述高压气流在所述擦拭器邻近被引导到所述导轨上，或者被引导到所述擦拭器上，或者部分地在所述擦拭器邻近被引导到所述导轨上并且部分地被引导到所述擦拭器上。
10.根据前述权利要求中任一项所述的坐标测量机，其中，所述喷嘴单元布置在所述擦拭器上，并且其中所述高压气流在所述擦拭器邻近被引导到所述导轨上，或者被引导到所述擦拭器上，或者部分地在所述擦拭器邻近被引导到所述导轨上并且部分地被引导到所述擦拭器上。
11.根据前述权利要求中任一项所述的坐标测量机，其中，所述控制单元被构造成控制从所述第二气体供应管线到所述喷嘴单元的气体供应。
12.根据权利要求10所述的坐标测量机，其中，从所述第二气体供应管线到所述喷嘴单元的气体供应能够构造成随着时间恒定。
13.根据权利要求10或11所述的坐标测量机，其中，从所述第二气体供应管线到所述喷嘴单元的气体供应能够构造成仅在需要时被启动。
14.根据权利要求10至12中任一项所述的坐标测量机，其中，从所述第二气体供应管线到所述喷嘴单元的气体供应能够构造成自动地启动一段时期，其中所述一段时期的时刻和持续时间能够经由所述控制单元限定。
15.根据权利要求10至13中任一项所述的坐标测量机，其中，从所述第二气体供应管线到所述喷嘴单元的气体供应能够构造成以间隔方式自动地启动，其中所述间隔的时刻和持续时间能够经由所述控制单元限定。
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