CN113811737A

CN113811737A - 坐标定位机器

Info

Publication number: CN113811737A
Application number: CN202080035296.4A
Authority: CN
Inventors: 史蒂芬·马克·安古德
Original assignee: Renishaw PLC
Current assignee: Renishaw PLC
Priority date: 2019-04-12
Filing date: 2020-03-20
Publication date: 2021-12-17
Also published as: WO2020208336A1; GB2582972B; GB2582972A; US20220178670A1; GB201905200D0; US11624603B2; JP2022529611A; EP3953659A1

Abstract

一种坐标定位机器包括驱动框架(37)和计量框架(36)。该驱动框架(37)包括驱动布置(28)，用于使可移动结构(22)在该机器的工作容积(34)内四处移动。该计量框架(36)包括计量布置(26)，用于测量该结构(22)在该工作容积(34)内的位置。在一方面，计量布置(26)是六足计量布置，并且该驱动布置(28)是非六足驱动布置。该计量框架(36)的热膨胀系数低于该驱动框架(37)的热膨胀系数。该驱动框架(37)经由联接布置(38)联接到该计量框架(36)，该联接布置防止与该驱动框架(37)的任何额外热膨胀和收缩相关联的至少一部分变形被传递到该计量框架(36)。在另一方面，该驱动布置(28)使该结构(22)在少于六个自由度下在该工作容积(34)内四处移动，并且该计量布置(26)在比该驱动布置(28)更多的自由度下测量该结构(22)在该工作容积(34)内的位置。

Description

坐标定位机器

本发明涉及一种坐标定位机器。坐标定位机器包括例如坐标测量机器(CMM)和机床。

在附图的图1中示意性地展示了非笛卡尔坐标定位机器1。坐标定位机器1总体上包括第一结构2和第二结构4，这些结构由设置在它们之间的多个可伸缩或可延伸支腿6支撑并相对于彼此移动。第一结构2和第二结构4有时被称为平台或台，并且可延伸支腿6有时被称为支柱或连杆。在存在六个这样的可延伸支腿6的情况下(如图1所展示的)，该机器通常被称为六足装置。

可延伸支腿6通常经由球接头8安装在结构2、4上，其中每个支腿6或者在其一端或两端处具有其自身的球接头8(如图1中所展示的)，或者在一端或两端处与相邻的支腿6共用球接头8。每个可延伸支腿6通常被形成为一对管，其中一根管通过驱动机构(例如马达)在另一根管内可伸缩地移动，以便使可延伸支腿6延伸和缩回。

第一结构2与第二结构4之间的各种相对位置可以通过使支腿6延伸不同量来实现，如图1中用箭头13展示的。在任何时刻的相对位置由多个长度测量换能器10来监控，例如其中一个换能器与每个可延伸支腿6相关联。每个长度测量换能器10可以包括与读头成对的编码器标尺，其中编码器标尺被适当地安装到一对伸缩管中的一个管上，并且读头适当地安装在另一个管上。支腿6的延伸因此致使编码器标尺移动经过读头，从而允许对可延伸支腿6的长度进行测量。计算机控制器5操作来设定每个可延伸支腿6的长度，以提供结构2、4之间所需要的相对移动。通过具有六个这样的长度测量换能器10，可以在六个相对应的相应自由度(三个平移自由度和三个旋转自由度)下测量相对位置。

结构2、4中的一个通常被设置为坐标定位机器1的固定结构的一部分，其中结构4、2中的另一个相对于固定结构移动12、11。工具(例如测量探针或钻头)可以安装在移动结构上，并且工件安装在固定结构上，反之亦然，以使得能够对工件执行操作(例如在坐标测量机器的情况下进行测量、探测或扫描，或者在机床的情况下进行机加工)。

例如，如图1中所展示的，下部结构4是固定的而上部结构2是可移动的，工件9安装在下部结构4上而探针部件3安装在上部结构2上。当上部结构2和下部结构4处于它们相隔最远的位置时，工作容积14被限定在该上部结构与该下部结构之间，探针部件3通过可延伸支腿6的操作而被定位在工作容积14中。虽然箭头11被示出为指示平移移动，但是通过适当控制各个支腿6也可以使结构2倾斜。

可替代地，上部结构2可以是固定的而下部结构4是可移动的，将探针安装到下部结构4的下表面而将工件安装到固定结构的位于下部结构下方的部分，使得该机器的工作容积(或操作容积)位于下部结构4下方而不是位于其上方。

在WO 91/03145、WO 95/14905、WO 95/20747、WO 92/17313、WO 03/006837、WO2004/063579、WO 2007/144603、WO 2007/144573、WO 2007/144585、WO 2007/144602和WO2007/144587中更详细描述了各种类型的非笛卡尔坐标定位机器。

例如，WO 91/03145描述了一种六足机床，包括通过六个液压型可延伸支腿附接到基座的可移动上部结构，在原理上与上述图1中所展示的类似。这些可延伸支腿经由球接头附接于基座和可移动结构。这些可延伸支腿是液压型的，并且包括可在圆筒内移动的活塞杆。通过将磁性标尺安装到圆筒并且将合适的读头安装在活塞杆上来测量支腿延伸的量。因此，支腿的延伸致使标尺移动经过读头，从而允许测量支腿的长度。计算机控制器进行操作来设定每条支腿的长度以提供所需要的移动。

EP 3054265 A1披露了使用delta机器人来使末端执行器移动，以及使用成像检测器来捕获末端执行器的至少一部分的图像数据。根据所捕获的图像数据，特别是根据末端执行器上的参考点，可以通过摄影测量法来确定末端执行器的位置。

根据本发明的第一方面，提供了一种坐标定位机器，该坐标定位机器包括驱动框架和计量框架，该驱动框架包括驱动布置，用于使可移动结构在机器内的工作容积内四处移动，并且该计量框架包括计量布置，用于测量该机构在工作容积内的位置，其中，该计量布置是六足计量布置，并且该驱动布置是非六足驱动布置，其中，该计量框架的热膨胀系数低于该驱动框架的热膨胀系数，由此使(在使用中)该驱动框架与该计量框架相比具有额外的热膨胀和收缩，并且其中，该驱动框架经由联接布置联接到计量框架，该联接布置防止(适于防止)驱动框架(与计量框架相比)的至少一部分热膨胀或收缩、或与驱动框架(与计量框架相比)的额外的热膨胀或收缩相关联的至少一部分变形被传递到计量框架。

根据本发明的第二方面，提供了一种坐标定位机器，该坐标定位机器包括驱动框架和计量框架，该驱动框架包括驱动布置，用于使可移动结构在少于六个自由度下在机器的工作容积内四处移动，并且该计量框架包括计量布置，用于在比驱动布置更多的自由度下测量结构在工作容积内的位置，其中，该计量框架的热膨胀系数低于该驱动框架的热膨胀系数，由此使(在使用中)该驱动框架与该计量框架相比具有额外的热膨胀和收缩，并且其中，该驱动框架经由联接布置联接到计量框架，该联接布置防止(适于防止)驱动框架(与计量框架相比)的至少一部分热膨胀或收缩、或与驱动框架(与计量框架相比)的额外的热膨胀或收缩相关联的至少一部分变形被传递到计量框架。

根据本发明的第三方面，提供了一种坐标定位机器，该坐标定位机器包括驱动框架和计量框架，该驱动框架包括驱动布置，用于使可移动结构在机器内的工作容积内四处移动，并且该计量框架包括计量布置，用于测量结构在工作容积内的位置，其中，该计量布置包括并行布置的多个测量换能器，用于提供相对应的相应多个测量值，根据该测量值可确定可移动结构的位置，其中，该驱动布置包括多个机械联动装置，该多个机械联动装置并行布置在机器的可移动结构与固定结构之间，并且其中，每个机械联动装置被作用在所述固定结构与所述机械联动装置之间的驱动机构致动，其中，该计量框架的热膨胀系数低于该驱动框架的热膨胀系数，由此使(在使用中)该驱动框架与该计量框架相比具有额外的热膨胀和收缩，并且其中，该驱动框架经由联接布置联接到计量框架，该联接布置防止(适于防止)驱动框架(与计量框架相比)的至少一部分热膨胀或收缩、或与驱动框架(与计量框架相比)的额外的热膨胀或收缩相关联的至少一部分变形被传递到计量框架。

根据本发明的第四方面，提供了一种坐标定位机器，该坐标定位机器包括驱动框架和计量框架，该驱动框架包括驱动布置，用于使可移动结构在机器内的工作容积内四处移动，并且该计量框架包括计量布置，用于测量该机构在工作容积内的位置，其中，该计量布置包括并行布置的多个测量换能器，用于提供相对应的相应多个测量值，根据这些测量值可确定可移动结构的位置；并且其中，该驱动布置包括类型与计量布置不同的并行布置的多个致动器，其中，该计量框架的热膨胀系数低于该驱动框架的热膨胀系数，由此使(在使用中)该驱动框架与该计量框架相比具有额外的热膨胀和收缩，并且其中，该驱动框架经由联接布置联接到计量框架，该联接布置防止(适于防止)驱动框架(与计量框架相比)的至少一部分热膨胀或收缩、或与驱动框架(与计量框架相比)的额外的热膨胀或收缩相关联的至少一部分变形被传递到计量框架。

上文提及的额外热膨胀和收缩可以被认为是针对驱动框架和计量框架两者的相同(或至少相似或预定)温度变化，驱动框架与计量框架相比发生的额外热膨胀或收缩。这样的温度变化可以例如由机器操作时所处的环境温度变化引起，其中驱动框架和计量框架的温度紧密随环境温度而变化。除非机器操作时所处的环境(例如，制造设施)受到非常严格的控制，否则环境温度会在一天中不断变化，并且有时例如由于附近其他机器操作产生的热量或由于环境加热和/或冷却系统而显著变化。

本发明的实施例确保，引起驱动框架的额外膨胀或收缩的任何热效应不会导致计量框架变形，或至少确保这样的影响被减少。因此，以此方式来将计量框架与驱动框架隔离防止了或至少减少了计量框架的、由于驱动框架与计量框架相比不同的热膨胀/收缩所导致的任何显著变形，由此提供与先前考虑的计量设备相比更高准确度的计量测量、或至少在不同的工作温度下更一致的测量。

计量框架有利地具有低的热膨胀系数(CTE)。有利的是，计量框架的热膨胀系数小于15ppm/℃、更优选地小于10ppm/℃、更优选地小于5ppm/℃、更优选地小于3ppm/℃、更优选地小于2ppm/℃、或更优选地小于1ppm/℃，其中例如1ppm/℃意指1x10-6/℃。

计量框架可以至少部分地由复合材料、比如碳纤维形成，该材料取决于其确切组成而典型地具有小于5ppm/℃的热膨胀系数。计量框架可以至少部分地由INVAR(TM)形成，该材料是取决于其确切组成而热膨胀系数为约0.5-1.5ppm/℃的镍铁合金。计量框架可以至少部分地由玻璃陶瓷材料、比如ZERODUR(TM)形成，该材料取决于确切组成而热膨胀系数为约0.02ppm/℃或更小。这样的低热膨胀系数可以比可以用于形成驱动框架的至少一部分的传统材料、比如铝(24ppm/℃)、黄铜(19ppm/℃)或钢(13ppm/℃)小多于一个数量级。

计量框架的热膨胀系数可以小于驱动框架的热膨胀系数的一半。计量框架的热膨胀系数可以小于驱动框架的热膨胀系数的三分之一。计量框架的热膨胀系数可以小于驱动框架的热膨胀系数的四分之一。计量框架的热膨胀系数可以小于驱动框架的热膨胀系数的五分之一。计量框架的热膨胀系数可以小于驱动框架的热膨胀系数的八分之一。计量框架的热膨胀系数可以小于驱动框架的热膨胀系数的十分之一。

提供由低的热膨胀系数的材料(例如，碳纤维和/或INVAR和/或ZERODUR)制成的计量框架防止或至少减少由于温度变化而引入显著计量错误的可能性。然而，这样的材料通常难以机加工并且典型地比标准的车间材料(比如铝)显著更昂贵。因此，本发明的实施例结合了低CTA材料(比如碳纤维)的计量益处，以及与比如铝等材料相关联的容易制造。例如，可以将主要由低CTE材料(比如碳纤维)的计量框架与主要由更传统材料、比如铝制成的驱动框架(其中需要更大硬度和/或刚度和/或持久性的某些部件、例如导轨可能由比如钢等其他材料形成)结合。

不需要计量框架的每个部分的热膨胀系数都低于驱动框架的每个部分的热膨胀系数。实际上，出于实际和工程原因，通常情况下，计量框架的一些部分需要由更容易与比如铝或钢或塑料一起使用的材料形成、和/或由更耐磨或持久的材料形成。例如，可伸缩延伸的计量支腿的两个部分之间的支承部可以由钢形成。

可以认为重要的是，计量框架的代表性热膨胀系数低于驱动框架的代表性热膨胀系数。代表性热膨胀系数可以是在将相关框架当作整体结构而具有单一的总(例如，平均)热膨胀系数时得到的热膨胀系数。代表性热膨胀系数可以是相关框架中对于框架的热膨胀和收缩贡献最大(例如，贡献其中的至少25％或至少50％或至少75％)的一个或多个部分的热膨胀系数(或其量度)。代表性热膨胀系数可以是形成相关框架的最大部分(例如，按重量计、和/或按体积计、和/或按长度计、和/或按宽度计、和/或按深度计)的材料的热膨胀系数(或其量度)。代表性热膨胀系数可以是相关框架的一个或多个部分的热膨胀系数(或其量度)，其针对预定温度变化对坐标定位机器的计量结果具有显著影响。计量结果可以是坐标定位机器确定的位置或进行的测量，例如在占据机器的工作容积的至少四分之一(或至少一半)的代表性工件上的两个点之间的距离。显著影响可以是计量结果的至少0.01％、或计量结果的至少0.1％、或计量结果的至少1％、或计量结果的至少5％。预定温度变化可以为1℃或5℃或10℃。

该计量布置可以包括并行布置的多个测量换能器，用于提供相对应的相应多个测量值，根据这些测量值可确定该可移动结构的位置。

该测量换能器可以是长度测量换能器。

这些测量值可以涉及在该机器的该可移动结构与固定结构之间的不同的相应间隔。

该测量换能器可以适于提供间隔的直接测量值。

该测量换能器可以适于在该结构在该工作容积内四处移动时提供这些间隔的变化的直接测量值，根据这些变化可确定这些间隔。

这些测量换能器中的每一个可以包括编码器标尺和相关联的读头。

该计量布置可以包括并行布置的多个可延伸支腿，这些可延伸支腿在数量上对应于测量换能器的数量，并且该多个测量换能器中的每一个测量换能器与该多个可延伸支腿中的不同的相应一个可延伸支腿相关联。

该坐标定位机器可以包括六个这样的测量换能器。

该多个测量换能器可以是多个独立的测量换能器。

本文描述的多个测量换能器将与基于图像的或摄影测量的计量布置形成对比，例如，其中每个图像捕获装置不会对可移动结构的任何长度或间隔或者对至少一部分的位置进行直接或独立测量；只是基于来自所有图像捕获装置的图像的摄影测量组合来对可移动结构的位置进行确定。利用基于图像的或摄影测量的计量布置，只能根据图像数据间接推断距离。

驱动布置可以是非伸缩驱动布置。通过伸缩布置，该布置的一部分以线性方式在另一部分内或至少沿之伸缩地移动，其中在此移动期间这些部分保持彼此基本上对齐。

计量布置可以是自上而下的计量布置。或者计量布置可以是自下而上的计量布置。在计量布置被连接在机器的可移动结构与固定结构之间的情况下，在计量布置为自上而下时，可移动结构被布置在固定结构下方，其中计量布置从固定结构向下延伸至可移动结构。另一方面，在计量布置为自下而上时，可移动结构被布置在固定结构上方，其中计量布置从固定结构向上延伸至可移动结构。

驱动布置可以是自上而下的驱动布置。或者驱动布置可以是自下而上的驱动布置。在驱动布置被连接在机器的可移动结构与固定结构之间时，在驱动布置为自上而下时，可移动结构被布置在固定结构下方，其中驱动布置从固定结构向下延伸至可移动结构。另一方面，在驱动布置为自下而上时，可移动结构被布置在固定结构上方，其中驱动布置从固定结构向上延伸至可移动结构。

该驱动布置可以适于使该可移动结构当在该工作容积内四处移动时保持处于基本上恒定的取向。

该驱动布置可以包括并行连接在该机器的该可移动结构与固定结构之间的多个机械联动装置。

每个机械联动装置可以通过作用在该固定结构与该机械联动装置之间的驱动机构致动(或驱动)。这里将在这种驱动机构与例如作用在机械联动装置的两个部分(或链节)之间的驱动机构之间进行区分。例如，在典型的六足驱动布置的情况下，每个可延伸支腿的马达将在可延伸支腿的两个部分之间起作用，推动这两个部分远离彼此以使支腿延伸，并且做相反的动作以使支腿缩回。马达不作用在可延伸支腿(机械联动装置)与固定结构之间。由此，可以认为，在本发明的实施例中，每个机械联动装置可以通过直接作用在固定结构与机械联动装置之间的驱动机构致动(或驱动)。

机械联动装置的从动部分的移动可以通过与该机械联动装置相关联的驱动机构引起，而不是通过与驱动布置的其他机械联动装置相关联的一个或多个其他驱动机构引起。

机械联动装置的从动部分可以是被布置成沿着相对应的轨道线性移动的托架。多个这样的轨道可以基本上彼此并行地布置。在三滑移驱动布置的情况下设有三个这样的轨道。

驱动机构可以是比如delta机器人中的旋转驱动机构。

这样的驱动机构可以被布置为以相对于固定结构基本上呈旋转的方式驱动机械联动装置的从动部分。

旋转驱动机构可以是直接旋转驱动机构。

驱动机构可以是比如三滑移布置或缆索机器人中的线性驱动机构。

这种驱动机构可以被布置为以相对于固定结构基本上呈线性的方式驱动机械联动装置的从动部分，比如沿着固定结构的基本上呈线性的方式特征，比如沿着固定结构的基本上呈线性的轨道。

线性驱动机构可以是直接线性驱动机构。

线性驱动机构可以被布置为以基本上呈线性的方式使机械联动装置的端部平移。

线性驱动机构可以包括线性马达。

每个机械联动装置可以包括至少两个基本上并行的杆，以使该可移动结构当在该工作容积内四处移动时保持处于基本上恒定的取向。

该驱动布置可以包括三个这样的机械联动装置。

该驱动布置可以是三滑移布置。

该计量布置可以包括并行布置在该固定结构与该可移动结构之间的多个机械联动装置，相对应的多个测量换能器分别与该多个机械联动装置相关联。可以具有计量布置的六个这样的机械联动装置以及六个相对应的相应测量换能器。

计量布置的每个机械联动装置可以分别连接在固定结构与可移动结构上的点之间，并且可以适于允许这些点之间的间隔发生变化。

与计量布置的机械联动装置相关联的测量换能器可以适于提供取决于间隔的输出。

计量布置的每个机械联动装置可以是可延伸的或延伸的支腿。

机械联动装置也可以被称为或被认为是运动链或机械组件。

可以为驱动布置的每个机械联动装置单独地提供驱动机构。

与机械联动装置相关联的驱动机构可以被布置为作用在固定结构与机械联动装置的端部之间。

每个机械联动装置可以包括至少一个刚性杆。

机械联动装置中的每一个可以具有基本上相同的布置或设计。

具有各自带有线性驱动机构的三个机械联动装置的驱动布置被称为三滑移布置。

驱动布置可以包括或呈delta机器人布置或者提供delta机器人布置。

驱动布置可以包括或呈线性delta机器人布置或者提供线性delta机器人布置。

驱动布置可以适于使结构在少于六个自由度下在工作容积内四处移动，并且计量布置可以适于在比驱动布置更多的自由度下测量结构在工作容积内的位置。

计量布置可以是六足计量布置。

该驱动布置可以是非六足驱动布置。

该驱动布置可以适于使该结构在三个自由度下在该工作容积内四处移动。

这三个自由度可以是三个平移自由度。

计量布置可以适于在六个自由度(三个平移自由度和三个旋转自由度，即位置和取向)下测量结构的位置。

该计量布置和该驱动布置可以各自被布置在该机器的该可移动结构与固定结构之间(例如与其连接)。

计量布置和驱动布置可以各自连接或联接到可移动结构和固定结构两者。

计量布置可以主要(例如，按重量计超过50％或75％)由复合材料、比如碳纤维或一些其他材料、比如INVAR或ZERODUR形成。

该驱动布置可以包括并行布置的多个致动器。这与传统的三轴(x，y，z)坐标测量机器(CMM)中存在的致动器的串行布置形成对比。

该驱动布置可以包括与该计量布置的类型不同的并行布置的多个致动器。

驱动布置可以主要(例如，按重量计超过50％或75％)由工程材料、比如铝或钢形成。

该驱动布置可以包括多个测量换能器，这些测量换能器与该计量布置的测量换能器分开，用于提供相对应的相应测量值，根据这些测量值可独立于基于来自该计量布置的测量值所确定的位置来确定该可移动结构的位置。换句话说，驱动布置可以独立于计量布置进行编码。

该驱动布置可以经由联接布置联接到该计量布置，该联接布置防止与该驱动布置相关联的至少一部分变形被传递到该计量布置。

该联接布置可以是运动学或伪运动学联接布置。这样的联接布置约束所联接部分之间的六个自由度而不提供任何冗余约束。运动学联接布置可以例如包括锥体、v形凹槽、和平坦板布置。

联接布置可以包括多个球。

联接布置可以包括多个弹性间隔件或衬垫。

该可移动结构可以包括与该驱动布置相关联的驱动部以及与该计量布置相关联的计量部，该可移动结构的驱动部经由该联接布置联接到该可移动结构的计量部。

可移动结构的计量部的热膨胀系数可以小于可移动结构的驱动部的热膨胀系数。上文关于计量框架和驱动框架解释了适合于这些热膨胀系数的代表性值(相对值和绝对值)。可移动结构的计量部可以主要(例如，按重量计超过50％或75％)由复合材料、比如碳纤维或一些其他材料、比如INVAR或ZERODUR形成。可移动结构的驱动部可以主要(例如，按重量计超过50％或75％)由工程材料、比如铝或钢形成。

可移动结构的驱动部可以联接到驱动布置。

可移动结构的计量部可以联接到计量布置。

计量框架可以被认为包括可移动结构的计量部。

驱动框架可以被认为包括可移动结构的驱动部。

该坐标定位机器可以包括固定结构，该固定结构具有与该驱动布置相关联的驱动部以及与该计量布置相关联的计量部，该固定结构的驱动部经由该联接布置联接到该固定结构的计量部。

固定结构的计量部的热膨胀系数可以小于固定结构的驱动部的热膨胀系数。固定结构的计量部可以主要(例如，按重量计超过50％或75％)由复合材料、比如碳纤维或一些其他材料、比如INVAR或ZERODUR形成。固定结构的驱动部可以主要(例如，按重量计超过50％或75％)由工程材料、比如铝或钢形成。

固定结构的驱动部可以联接到驱动布置。

固定结构的计量部可以联接到计量布置。

计量框架可以被认为包括固定结构的计量部。

驱动框架可以被认为包括固定结构的驱动部。

驱动框架可以被认为包括固定结构的、不是计量框架的一部分的任何部分。

驱动框架可以被认为包括机器的、不是计量框架的一部分的任何部分。

计量框架可以完全提供在驱动框架内(例如，在驱动框架的边界内)。反过来，驱动框架可以完全设置在计量框架外部(例如，在计量框架的边界外部)。计量框架可以在驱动框架内与之在空间上分开(例如，两者不重叠)。在固定结构的计量部与可移动结构的计量部之间可以没有驱动框架的部分。固定结构的计量部可以设置在固定结构的驱动部与可移动结构之间。这样的布置提供了简单的机器架构，其有利于机器的组装和维护并且在计量框架与驱动框架中的任何热量产生驱动器件(例如，马达)之间提供有效的热屏障。

可移动结构可以承载操作工具。换句话说，操作工具可以在计量布置联接到可移动结构的同时由可移动结构承载。呈这种配置的坐标测量机器已准备好可操作使用(在适当的位置上有工作工具)，而不是仅准备好校准(在适当的位置上没有工作工具的情况下)。

该机器可以是坐标测量机器。

该机器可以是比较器。

该操作工具可以是表面传感装置或测量探针。

该机器可以是机床。

该操作工具可以是用于对材料进行成型或机加工的机械工具。

计量布置可以仅包括彼此并行布置的测量换能器，即没有任何彼此串行布置的测量换能器。

该计量布置可以包括并行布置的六个测量换能器，用于提供六个相对应的相应测量值，根据这些测量值可确定可移动结构的位置。具有并行布置的少于六个测量换能器的计量布置不是六足计量布置(例如，三足装置，不是六足装置)。

计量布置可以被认为是用于测量由驱动布置的不同相应状态或配置导致的可移动结构在工作容积内的不同位置。换句话说，计量布置测量处于驱动布置的第一配置的可移动结构的位置(第一位置)，然后驱动布置移动到与第一配置的不同第二配置中，并且计量布置测量处于驱动布置的第二配置的可移动结构的位置(第二位置)。驱动布置可以被认为是包括用于将可移动结构从第一位置移动到第二位置的机器的所有部分。

计量布置可以包括六个并行布置的可延伸支腿，六个测量换能器分别与六个可延伸支腿相关联。

测量换能器可以是干涉测量换能器。

驱动布置可以包括少于六个并行布置的致动器。

驱动布置可以是并行运动学布置。

驱动布置可以是非笛卡尔布置。

驱动布置可以包括少于六个致动器。

与驱动布置相关联的致动器的并行布置可以不同于与计量布置相关联的测量换能器的并行布置。

驱动布置可以包括多个测量换能器，用于提供相对应的相应测量值，根据这些测量可确定可移动结构的位置。

测量换能器可以是机械测量换能器，而不是光学测量换能器或基于图像的或摄影测量的测量换能器。

该测量换能器可以是长度测量换能器。测量机器的比如可延伸支腿等一部分的长度可以被认为等同于测量机器的比如可延伸支腿的端部等两个部分之间的间隔。换能器可能不测量绝对长度或间隔，但是可以测量长度或间隔的变化，根据该测量可以确定绝对长度或间隔(例如基于机器的几何模型)。不测量长度但可以与其他传感器数据结合使用以确定位置的传感器的示例是加速度计(加速度传感器)、倾斜传感器和陀螺仪。

可以在第一时钟速率下对测量换能器进行采样，该第一时钟速率与用于控制驱动布置的第二时钟速率相当(例如，至少是第二时钟速率的一半、或者至少是第二时钟速率、或者基本上与第二时钟速率相同)。

从测量换能器接收的测量值可以允许在不参考其他传感器或换能器数据(比如来自图像传感器的摄影测量数据)的情况下确定结构的位置，该其他传感器或换能器数据可以在低于第一时钟速率的第三时钟速率下获得。

第一时钟速率可以高于1kHz，更优选地高于10kHz，更优选地高于15kHz。

计量布置可以以非接触方式联接到可移动结构，比如光学地联接，其中计量布置是光学计量布置。

计量布置可以机械地联接到可移动结构，比如在计量布置是六足计量布置的情况下。

计量布置可以是机械计量布置，例如而不是光学的或基于图像的或摄影测量的计量布置。

计量布置可以机械地联接到可移动结构。

可延伸支腿可以包括允许固定结构上的点与可移动结构上的点之间的间隔发生变化的任何机械布置(例如机械联动装置)。

可移动结构可以适于支撑或承载要在工作容积内四处移动的物体。该物体可以是要被拾取和/或放置在工作容积内的物体。该物体可以是用于与位于工作容积中的比如工件等另一物体交互或在其上操作的工具。该工具可以是表面感测装置。表面感测装置可以是测量探针。测量探针可以是接触式探针。接触式探针可以包括在使用中与工件表面物理接触以进行测量的触针。测量探针可以是非接触式探针。

非接触式探针可以是光学探针。该工具可以包括用于对工件的表面成像的摄像头。该工具可以是通常在用于对金属或其他刚性材料进行成型或机加工的机床中发现的机械工具。

可移动结构可以适于承载操作工具，计量和驱动布置也联接到可移动结构。坐标定位机器可以设置有已经联接到可移动结构上的操作工具，并且准备好执行其预期的操作。换句话说，坐标定位机器可以被设置用于操作，而不仅仅是用于校准。

六足计量布置可以经由与用于将操作工具附接到可移动结构的附接件不同的附接件而联接到可移动结构。

六足计量布置可以直接联接到可移动结构。

“换能器”在本文中可以被认为是将物理量的变化转换成电信号的装置(“传感器”，例如本文描述的对长度的变化进行测量或感测的测量换能器)，反之亦然，是从电信号转换成物理量的装置(“致动器”，比如本文描述的基于输入或驱动信号而使结构进行移动的马达和相关联动联动装置)。

对结构的“位置”进行测量应被理解为在适当数量的自由度下对结构的位置和/或取向进行测量。例如，在六个自由度下对位置进行测量的情况下，则确定结构的位置和取向两者。然而，如果仅在三个自由度下测量位置，则这可能包括也可能不包括确定结构的取向。术语“对位置进行测量”应相应地进行解释。

根据本发明的第五方面，提供了一种对根据上述任一方面的坐标定位机器进行控制的方法，该方法包括：将工具联接到可移动结构，使用驱动布置使工具在工作容积内四处移动，其中计量布置也联接到可移动结构，以及利用工具执行操作。

该方法可以包括使用计量布置来为操作确定工具在工作容积内的位置。

该方法可以包括将所确定的位置与所执行的操作相关联。

该操作可以是测量操作。该操作可以是机加工操作。

该工具可以是测量探针，并且该操作可以是测量操作，比如对位于工作容积中的工件进行触摸触发测量。

该方法可以基于结构而不是工具的位置、或基于其组合来执行。

根据本发明的第六方面，提供了一种用于坐标定位机器的控制器，其中，该控制器被配置为执行根据本发明的第五方面的方法。

根据本发明的第七方面，提供了一种计算机程序，该计算机程序在由坐标定位机器控制器运行时使该控制器执行根据本发明的第五方面的方法，或者在被加载到坐标定位机器控制器中时使该坐标定位机器控制器成为根据本发明的第六方面的坐标定位机器控制器。程序可以承载在载体介质上。载体介质可以是存储介质。载体介质可以是传输介质。

根据本发明的第八方面，提供了一种计算机可读介质，其中存储有用于控制坐标定位机器控制器执行根据本发明第五方面的方法的计算机程序指令。

现在将通过示例的方式参考附图，其中：

上文中讨论的图1是具有六个可延伸支腿的六足坐标定位机器的示意性展示；

图2是图1的六足坐标定位机器的示意性侧视图；

图3是本发明实施例所基于的坐标定位机器的示意性侧视图，该坐标定位机器具有计量布置和单独的驱动布置；

图4是体现本发明的坐标定位机器的示意性侧视图，其中计量布置在某种程度上与驱动布置脱离；

图5示出了图4的坐标定位机器的实际实施例的第一透视图；

图6示出了图5的实施例的第二透视图；

图7示出了图5的实施例的侧视图；

图8示出了图5的实施例的俯视图；

图9A至图9E是本发明的实施例的操作的示意性展示；

图10是图4的坐标定位机器的自上而下的变型的示意性展示；

图11是图10的自上而下的坐标定位机器的变型的示意性展示；

图12示出了图5至图8的坐标定位机器的轻微变型；

图13示出了图12的坐标定位机器的自上而下的变型；

图14示出了图13的自上而下的坐标定位机器的变型；

图15示出了图13的自上而下的坐标定位机器的另一变型；

图16A和图16B示意性地展示了具有不同类型的非六足驱动布置的实施例；

图17展示了图16A和图16B的坐标定位机器的实际实施例；

图18A和图18B示意性地展示了图16A和16B的实施例的变型，其中计量布置在某种程度上与驱动布置脱离；

图19示意性地展示了图16A和图16B的具有自下而上而不是自上而下的六足计量布置的实施例的变型；

图20示意性地展示了图16A和图16B的实施例的变型，其中在六足计量布置中使用固定长度的计量支柱；

图21示意性地展示了图20的实施例的变型，其中将偏置枢轴板用于计量支柱；

图22示意性地示出了具有delta机器人类型的非六足驱动布置的实施例；

图23示意性地示出了图22的实施例的变型，在计量布置与驱动布置之间具有增加的脱离量；

图24示意性地示出了图22的实施例的变型，在计量布置与驱动布置之间具有减小的脱离量；

图25示意性地展示了具有串行运动学类型的非六足驱动布置的实施例；

图26示意性地展示了具有串行运动学类型的非六足驱动布置的另一实施例；

图27展示了提供比计量布置具有更少自由度的驱动布置的构思；

图28展示了双六足布置，其中六足驱动布置具有受限的移动；

图29是表示控制体现本发明的坐标定位机器的方法的流程图；

图30是适合用于本发明实施例中的计量布置与驱动布置之间的运动学联接件的透视图；

图31是图30所示的联接件的第一部的顶视图；

图32是图30的联接件的第一部的透视图；

图33展示了与图30的联接件的第二部相关联的球体如何坐于第一部的V形凹槽内；

图34展示了球体坐于V形凹槽内所创建的六个接触点；

图35展示了当联接件的第一部和第二部经历不同的热膨胀时，接触点如何移动；以及

图36展示了适合用于本发明实施例中的计量布置与驱动布置之间的运动学联接件的另一形式。

图2中示意性地展示了以上参照图1讨论的坐标定位机器1的侧视图。坐标定位机器1包括可在机器1的工作容积14内移动的上部结构2。六个可延伸支腿6形成了用于使上部结构2在工作容积14内四处移动的六足驱动布置18(以实线示出)以及还有用于对上部结构2在工作容积14内的位置进行测量的六足计量布置16(以虚线示出)两者。坐标定位机器1因此具有组合式驱动和计量支柱。

作为对比，在图3中示意性地展示了本发明实施例所基于的坐标定位机器21。类似于图2的机器，坐标定位机器21包括可在机器21的工作容积34内移动的上部结构22、用于使上部结构22在工作容积34内四处移动的驱动布置28(以实线示出)、以及用于对可移动上部结构22在工作容积34内的位置进行测量的计量布置26(以虚线示出)。

虽然在图2中展示的坐标定位机器1中，六足计量布置16和六足驱动布置18被组合，但是在体现本发明的坐标定位机器21(如图3所示)中，驱动布置28不同于计量布置26并且与其分开。通过以这种方式使计量布置26与驱动布置28分开而实现了技术性优势，这是因为其允许在考虑到非常不同的(有时是冲突的)技术性考虑因素的情况下对这两种不同的布置进行设计。

将计量布置26与驱动布置28分开和区分，允许相对较轻且迅速地制成驱动布置28，使得结构22能够以高加速度和迅速的方向改变而在工作容积34内四处快速移动。虽然关注像重量和速度等因素可能会牺牲驱动布置28中的某种程度的位置精度，但是这可以通过设置计量布置26来克服，该计量布置改为在考虑位置精度的情况下进行设计。

因为计量布置26是被动式的并且不需要任何增加重量并产生热量的驱动部件，因此可以控制和减少由各部分(包括用于对距离进行测量的测量标尺)的惯性和热变形引起的计量误差。

使用与驱动布置28分开且不同的计量布置26提供了坐标定位机器21，在该坐标定位机器中可移动结构可以被驱动在工作容积内快速驱动，而仍然保持了要求很高的定位应用所需要的精度。

利用这种设计，还可以为驱动布置28选择相对便宜的现成的驱动机构，该驱动机构不是特别地在考虑高精度的情况下进行设计的，已知它将会由专用计量布置26联接以提供所需要的精度，并且这样因此允许降低生产成本。

机械计量布置也受益于具有低摩擦接头，而驱动布置通常需要更强健且牢固的接头，这些接头不可避免地具有更高的摩擦程度(特别是在载荷下)，因此存在通过将计量布置26与驱动布置28分开来克服的设计冲突。计量布置26的接头可以是低摩擦类型的，并且还将不会处于与驱动布置28相同的载荷之下。滞后效应(其可以导致根据工件接近的方向而记录不同的测量值)可以相应地通过将计量布置26与驱动布置28的分开来减少。

在图3的坐标定位机器21中，计量布置26是六足布置，而驱动布置28是非六足布置(即除了或不同于六足布置的布置)。使用基于六足装置的计量布置26是特别有利的，这是因为六足装置提供了一种强健的机械系统，该系统具有并行布置的测量换能器，这些测量换能器提供距离的直接测量值，根据这些测量值可以推导出非常精确且可靠的对六个自由度下的位置的确定。

在可以对移动结构22的位置进行确定或采样的速率方面，基于六足装置的计量布置26相比于一些基于图像的计量布置而言具有优点。对于基于图像的(摄影测量的)计量布置，采样速率固有地受到图像传感器的采样速率的限制，并且进一步受到基于大量图像信息执行复杂计算以便推导出移动平台的位置所花费的时间的限制。例如，在EP 3054265 A1的基于图像的系统中，指出“由成像检测器提供的帧速率通常仅达到几百赫兹”；这被描述为是一种益处，因为它避免了检测不希望的高频移动，例如振动。

然而，本申请人已经意识到，通过对来自与六足计量布置的可延伸支腿相关联的测量换能器的数据进行直接采样，可以实现高得多的动态带宽。例如，机器控制器通常每隔65μs(15kHz)从绝对编码器请求位置数据，但更高的采样速率也是可能的。增量式编码器系统产生连续正弦输出，其仍然允许更精细的运动控制，仅受到可以对连续输出进行采样的速率的限制。与基于图像的系统不同，根据这些值来确定可移动结构的位置所需要的计算并不太耗时。

还注意到，EP 3054265 A1的基于图像的系统没有描述独立地提供相对应的测量值集合的并行布置的测量换能器的用途，其中集合中的每个测量值直接表示或涉及移动平台上的不同点与固定结构上的点之间的距离或间隔，并且根据这些测量值可以确定移动平台的位置和/或取向。特别地，EP 3054265 A1没有描述六足计量布置的用途。

利用比如图1中展示的六足驱动布置等六足驱动布置，六个支柱中的每一个都需要必须形成相关联的支柱的一部分(即与支柱一起移动)的马达。因此，当六足装置被致动以使可移动结构在工作容积内四处移动时，相对较重的马达零件的重量也四处移动。不得不使这些额外的质量四处移动会降低驱动布置的潜在速度(或加速度)，并且在机器中产生附加热量，这在其到达计量布置时具有负面影响。通过提供比如图3中展示的非六足驱动布置等非六足驱动布置，可以克服这些问题，因为其允许将马达零件从移动的零件上移开。

此外，通过使用使可移动结构22在少于六个自由度下移动的非六足驱动布置，需要更少的致动器(即少于六足装置中所需要的六个致动器)，从而由于产生热量的马达零件的数量较少而降低了成本和复杂性并且还减少了所生成的热量，并且因此改善了计量结果。

图3的六足计量布置26总体上类似于图1和图2的六足布置，但是没有提供驱动所需要的任何致动或马达部件。在此示例中，驱动布置28被称为“三滑移”布置，例如，如在US2003/0005786中披露的，具有沿着基本上并行布置的三个相对应的相应线性轨道51移动的三个托架56。下面将参照图5至图8更详细地描述这些布置。

再次参考图3，坐标定位机器21包括下部结构24，该下部结构形成机器21的固定结构的一部分，工件29被安装在下部结构24上。测量探针30被支撑在上部结构22上，使得它可以在工作容积34内四处移动。当上部结构22和下部结构24处于它们相隔最远的位置时，工作容积34被限定在该上部结构与该下部结构之间，探针部件30通过驱动布置28的操作而被定位在工作容积34中。

图3中还示意性地展示了控制器C，该控制器用于控制驱动布置28以引起结构22的所期望的移动；控制器C可以被实施为硬件或软件或其组合。纯粹为了清楚和简洁，在随后的附图中省略了控制器C。

图4展示了本发明的实施例。为了使驱动布置28与计量布置26之间更进一步地分开，驱动布置28经由联接布置38联接到计量布置26，该联接布置防止与驱动布置28相关联的至少一部分热致变形被传递到计量布置26(如下文更详细地描述)。在此实施例中，联接布置38包括与可移动结构22相关联的第一联接件38a以及与固定结构24相关联的第二联接件38b。

在图4中展示的示意性实施例中，可移动结构22包括与计量布置26相关联的计量部22a以及与驱动布置28相关联的驱动部22b，可移动结构22的计量部22a经由第一联接件38a联接到可移动结构22的驱动部22b。可移动结构22的计量部22a联接到计量布置26。可移动结构22的驱动部22b联接到驱动布置28。

类似地，固定结构24包括与计量布置26相关联的计量部24a以及与驱动布置28相关联的驱动部24b，固定结构24的计量部24a经由第二联接件38b联接到固定结构24的驱动部24b。固定结构24的计量部24a联接到计量布置26。固定结构24的驱动部24b联接到驱动布置28。

在本示例中，联接布置38的每个联接件38a、38b呈运动学或伪运动学联接件的形式。在使主体相对于另一个主体定位的情景下，通过使用最小数量的约束来约束主体的运动自由度来满足运动学设计考虑因素，并且特别地涉及避免过度约束。过度约束会导致两个主体之间出现多个接触点，从而使得一个主体能够在多个于一个位置处靠在另一个主体上。因此，主体的位置是不可重复的，因为不知道主体将靠在几个位置中的哪一个位置处。特别地，在存在过度约束的情况下，处于适当位置的约束之间存在冲突，使得不可能确切地确定哪种约束组合将会确定主体的实际位置。这些构思在以下文献中进行了描述：H.J.J.Braddick,“Mechanical Design of Laboratory Apparatus”[实验室设备的机械设计],Chapman&Hall,伦敦,1960,第11-30页。

这样的运动学联接件(具有最小数量的接触点(或点状触点)以提供理想的约束)在对联接件的一个半部中的变形进行隔离以免被传递到联接件的另一个半部方面也非常有效。因此，第一联接件38a有助于防止可移动结构22的驱动部22b的变形(由驱动布置28作用在该部分上的力引起的)被传递到计量部22a(并从而传递到计量布置26)，并且在固定结构24方面对于第二联接件38b是类似的。这将在下文参见图30至图36更详细地讨论。

这提供了清楚描绘的计量框架36(即，固定结构24的计量部24a、可移动结构22的计量部22a、和计量布置26)，该计量框架与驱动框架37(即，在计量框架36外侧的部分，包括可移动结构22的驱动部22b、固定结构24的驱动部24b、驱动布置28、限定轨道51和托架56)良好程度地机械隔离。第一联接件38a和第二联接件38b所提供的机械隔离不仅有效地将驱动框架37与计量框架36的与驱动相关的变形或与负载相关的变形脱离，还有效地将驱动框架37的热膨胀和收缩的影响与计量框架36脱离。此外，计量框架36由具有低热膨胀系数(CTE)的材料形成，以保持基本上不受热环境中任何变化的影响。计量框架36与驱动框架37之间的第一联接件38a和第二联接件38b还确保，设备的、构成驱动框架37的这些部分的热膨胀或收缩不会引起计量框架37的变形，或至少确保至少减少计量框架37的任何这样的变形。

例如，计量布置26的可延伸支腿(下文参见图5至图8更详细描述的)可以由复合材料(比如碳纤维)形成，而固定结构24的计量部24a和可移动结构22的计量部22a中的一者或两者可以由比如INVAR(TM)或ZERODUR(TM)等材料、或替代性地由比如碳纤维等复合材料形成。然而，这样的低CTE材料通常难以机加工并且典型地比标准的车间材料(比如铝)显著更昂贵。虽然铝的CTE比碳纤维、INVAR和ZERODUR等材料高得多，但是通过第一联接件38a和第二联接件38b提供的机械/热隔离，可以由这样的传统材料(比如铝)来形成驱动框架37的关键部分，而不对计量框架36引入由于驱动框架37与计量框架36之间的热膨胀/收缩差异造成的变形。

例如，固定结构24的计量部24a和可移动结构22的计量部22a中的一者或两者(以及计量布置26的可延伸支腿)可以由碳纤维形成，而固定结构24的驱动部24b和可移动结构22的驱动部22b中的一者或两者可以由铝或钢形成。例如，驱动平台22b(由铝或钢形成)比其所联接(经由联接件38a)到的计量平台22a(由碳纤维形成)随着温度变化膨胀和收缩更多，但是联接件38a的性质允许一个半部相对于另一半部膨胀和/或收缩而不引起不同的应力；联接件一侧的特征轻松地滑过联接件另一侧的特征，而不会引起或传递任何应力。这同样适用于另一端处的计量平台24a和所联接的驱动平台24b。已经发现这在环境温度可变的环境中提供了显著的计量益处。

在此实施例中，每个联接件38a、38b包括一组三个球，以根据运动学设计原理提供三个接触点(在图4的示意性展示中仅示出了两个)。使用多个弹性间隔件或衬垫代替刚性球也是有利的，例如，布置在三角形的角部处的三个这样的间隔件。这提供了一定程度的运动学联接，即使触点不是点状的而是散布在弹性间隔件的小区域上。使用弹性间隔件(例如由橡胶制成)是有利的，因为它们起到吸收来自驱动框架37的一些振动和/或热膨胀/收缩的作用，使得振动不会被传递到计量框架36(并且尤其不会被传递到计量布置26)。代替在运动学联接件38a、38b中使用刚性球体，还可以使用具有一定程度柔性的球体(例如由橡胶制成)，以允许在与可移动结构22和/或固定结构24的正交方向上实现对任何不同膨胀和/或收缩的至少一部分吸收。

还应当理解的是，这样的联接可以设置在两个端部处(即，与可移动结构22和固定结构24相关联)，或者仅设置在一个端部处(即，仅与可移动结构22和固定结构24中的一个相关联)，或者根本不设置这种联接(即，既不在可移动结构22处也不在固定结构24处)。

现在将参照图5至图8更详细地描述实施例，其与图3和图4的示意性展示相比示出了更详细的机器结构的表示。

图5至图8中展示的六足计量布置26包括六个可延伸支腿60，这些支腿通常具有相同的构造、被布置在上部结构22与下部结构24之间。根据图4，上部结构22包括与计量布置26相关联的计量部22a以及与驱动布置28相关联的驱动部22b，可移动结构22的计量部22a经由第一联接件38a联接到可移动结构22的驱动部22b。可移动结构22的计量部22a经由球接头68联接到计量布置26。可移动结构22的驱动部22b经由球接头58联接到驱动布置28。

六个可延伸支腿60中的每一个包括上管64和下管62，下管62在上管64内可伸缩地滑动。除了在本实施例中不需要驱动可延伸支腿并且因此不需要任何与马达相关的部件之外，可延伸支腿60通常具有与在WO 2017/021733和申请号PCT/GB 2017/050909中描述的那些构造相似的构造。然而，可延伸支腿60的整体构造总体上是相似的。

在图5至图8中展示的示例的情况下，下部结构24是固定的，并且上部结构22通过六个可延伸支腿60的操作相对于下部结构24是可移动的，测量探针30被安装到上部结构22的下表面。在这种配置中，工件(图5至图8中未展示)将被安装在下部结构24的计量部24a的顶部上，使得机器21的工作容积分别位于上部结构22与下部结构24的计量部22a、24a之间。测量探针30包括具有工件接触端头的触针，测量探针30经由套管32连接到移动结构22的计量部22a。

可延伸支腿60用于对由可移动结构22支撑的部件(在所展示的示例中，该部件是测量探针30)进行定位(即确定其位置)，或者该部件的特定部分(比如测量探针的端头)的至少一部分位于机器的工作容积内。

每个可延伸支腿60的上端和下端分别经由独立的球接头68连接到上部结构22(具体地，上部结构22的计量部22a)和下部结构24(具体地，下部结构24的计量部24a)。每个可延伸支腿60的上管62和下管64包围细长构件66(在图5的可延伸支腿中的一个可延伸支腿中以虚线轮廓示出)，编码器标尺10附贴于细长构件66。细长构件66自身是可延伸的，例如通过伸缩布置。每个细长构件66从其上接头68延伸到其下接头68，并且是细长构件66的相应长度决定了上部结构22的计量部22a的(以及因此测量探针30的)精确定位和取向。因此，在对工件进行测量或扫描操作期间必须精确测量的正是细长构件66的长度，以便在触针端头与工件表面接触时确定触针端头的精确位置。

本实施例中的驱动布置28被称为“三滑移”布置，例如，如在US2003/0005786中描述的。三滑移布置由基本上相同设计的三个机械联动装置50提供，这三个机械联动装置并行连接在可移动结构22与固定结构24之间。每个机械联动装置50包括两个固定长度的基本上并行的刚性杆52、54，这些刚性杆用于使可移动结构22当在工作容积34内四处移动时保持处于基本上恒定的取向。每个机械联动装置50还包括托架56，杆52、54通过球接头58在其下端处可枢转地联接到托架56、并且在其上端处可枢转地联接到可移动结构22的驱动部22b。

三个线性轨道51基本上竖直地(基本上并行地)布置在固定结构24的驱动部24b上，三个托架56被布置成分别沿着三个线性轨道51(上下)移动。三个线性轨道51有效地形成坐标定位机器21的固定结构的一部分，并且可以被认为是固定结构24(具体地，固定结构24的驱动部24b)的延伸部。每个托架56通过线性驱动机构以基本上呈线性的方式沿着其相对应的相应轨道51驱动，该线性驱动机构的位置在图3中由附图标记29示意性地标记。线性驱动机构可以包括线性马达。线性驱动机构可以包括步进马达。

因此，每个机械联动装置50由驱动机构致动，该驱动机构作用在固定结构(线性轨道)51与机械联动装置50之间。更具体地，驱动机构作用在固定结构(线性轨道)51与机械联动装置50的端部(即托架56)之间。换句话说，驱动机构有效地将机械联动装置直接联接到固定结构(“联接到地面”)，在它们之间提供用于推动或拉动机械联动装置(针对线性驱动机构)或旋转机械联动装置(针对旋转驱动机构)的力。在驱动机构与固定结构之间没有附加可移动联动装置，其中这样的附加联动装置可以引起机械联动装置的从动部分的移动，这些移动不是由驱动机构本身产生的。

例如，利用图5至图8中(并且在图3和图4中更示意性地)展示的“三滑移”驱动布置，通过与托架56相关联的马达(未示出)的作用、而不是通过与其他托架56相关联的任何其他马达的作用，使得每个托架56被驱动沿其各自的轨道51线性地上下移动。在典型的六足驱动布置的情况下(如图1所示)，特定的可延伸支腿中的马达只能使支腿沿其长度线性延伸或缩回，然而在使用中，每个支腿还将侧向移动；支腿(及其相关联的马达)的侧向移动必须由其他支腿中的其他马达的作用引起，使得每个马达实际上是在使其他支柱的重量(连同它们的相应马达)移动。

因此，利用如图3至图8中展示的这种驱动布置，移动的部件可以保持相对重量较轻(在本示例中是薄且轻的杆52、54)，并且这不是每个马达都围绕其他马达的重量来回移动的情况(如比如图1中示出的具有六个可延伸支腿的典型的六足驱动布置一样)。这允许轻量型驱动布置能够以高加速度和方向迅速变化的情况下快速移动。

计量布置26的六个可延伸支腿60的伸缩构造与驱动布置28的每个机械联动装置50的非伸缩构造形成对比。通过伸缩布置，该布置的一部分以线性方式在另一部分内或至少沿之伸缩地滑动或移动，从而在此移动期间保持彼此基本上对齐。然而，本实施例的驱动布置28并非如此，因为每个托架56沿着其相对应的相应轨道51线性地移动，该布置的一部分(刚性杆52、54)不保持与该布置的另一部分(轨道51)的基本上对齐或甚至与之成恒定角度，当驱动布置28致动时，这两个部分之间的角度变化。因此，可以将图3至图8所展示的驱动布置28描述为非伸缩驱动布置。然而，驱动布置28的并行联动装置中的每一个仍可以被认为是可延伸支腿或提供可延伸支腿，即使不是可伸缩延伸的(即，不是可伸缩延伸的支腿)，就像人的腿一样，即使不能伸缩，也可以被描述为可延伸的。可延伸布置可以被认为是两个点之间的、允许这些点之间的间隔变化的任何类型的布置。

返回到更示意性的格式，现在将参照图9A至图9E描述三滑移实施例的操作。图9A至图9E中的每一个都使用与图3中使用的表示类似的表示，两个托架分别被标记为56a和56b、并且两个线性轨道分别被标记为51a和51b。为简单起见，上文参见图4描述的联接布置38在图9A至图9E中未展示，但是存在于本发明的实施例中(在移动结构22或固定结构24或这两者处)。

由于以上参照图5至图8描述的并行杆52、54所提供的限制，可移动结构22的运动(通过三滑移驱动布置28的操作)被限制为三种平移自由度，使得可移动结构22在其在工作容积内四处移动时保持基本上恒定的取向。这种对三个自由度下的移动的约束在图9A中由标记为3DOF的箭头指示。

另一方面，利用六足计量布置26的六个可延伸支腿60(包括并行布置的六个相对应的测量换能器)，提供了六个相对应的相应测量值，根据这些测量值可在所有六个自由度下确定可移动结构的位置，如图9A中由标记为6DOF的箭头所示。

如图9B所示，通过沿着其相应轨道51a、51b使托架56a降低并使托架56b升起，由于机械联动装置50的杆52、54具有固定的长度，所以可移动结构22(以及连同其一起的测量探针30)在工作容积34内向左和向下移动，从而保持基本上相同的取向。这样使得最靠近托架56a的可延伸支腿60变短，并且最靠近托架56b的可延伸支腿60变长，这些长度的变化由可延伸支腿60中的测量换能器(例如编码器)10测量。根据这些换能器测量，可以确定可移动结构22在工作容积34内的位置，并且因为测量探针30与可移动结构22处于已知且固定的空间关系，所以也可以确定测量探针30(和探针端头)的位置。图9C与图9B相同，但是为了清楚起见而没有移动指示，从而示出了移动操作之后部件的最终位置。

类似地，如图9D所示，通过沿着其相应轨道51a、51b使托架56a升起并使托架56b降低，可移动结构22(以及连同其一起的测量探针30)可以在工作容积34内向右移动，从而再次保持基本上相同的取向。这样使得最靠近托架56a的可延伸支腿60变长，并且最靠近托架56b的可延伸支腿60变短，这些长度的变化由可延伸支腿60中的测量换能器(例如编码器)10测量。根据这些换能器测量值，可以确定可移动结构22和测量探针30在工作容积34内的位置。图9E与图9D相同，但是为了清楚起见而没有移动指示，从而示出了移动操作之后部件的最终位置。

对于上述三滑移实施例，六足计量布置26的可延伸支腿60以及驱动布置28的杆50从底部向上延伸，并且因此该实施例可以被描述为“自下而上”的布置。图10示出了替代性的“自上而下”的布置，该布置除了六足计量布置26的可延伸支腿60和驱动布置28的杆50从顶部向下延伸(因此是“自上而下”布置)之外，总体上与“自下而上”的布置相同。为了实现这一点，提供框架25a来支撑六足计量布置26而使其可以有效地从顶部“垂下”。框架25a有效地形成坐标定位机器21的固定结构的一部分，作为固定结构24的延伸部(在这种情况下是固定结构24的六足部分24a，即，也是计量框架36的一部分)。如同前面的实施例，提供联接布置38a、38b以将计量框架36(尤其计量布置26)与驱动框架37(尤其驱动布置28)隔离。

图11示意性地展示了另一个“自上而下”的布置。这与图10的实施例的不同之处在于，六足计量布置26由围绕顶部延伸的框架25支撑并且被设置在三滑移驱动布置28的内部。框架25有效地形成坐标定位机器21的固定结构的一部分，作为固定结构24的延伸部，同时竖直线性轨道51也成为框架25的一部分。图11的实施例同样设有联接布置38来将计量布置26与驱动布置28隔离，但是在图11的实施例中，这仅在可移动结构22处而不在固定结构24处。测量探针30安装至可移动结构22的计量部22a的下表面、并且延伸穿过可移动结构22的驱动部22b而不触碰它(例如，穿过在可移动结构22的驱动部22b中形成的孔)。

为了与图13至图15进行比较，提供了图12以示出实际的三滑移实施例，该实施例紧密对应于以上参照图5至图8所描述的实施例，不同之处主要在于具有封闭的驱动框架，同时通过驱动框架的顶板为竖直轨道51提供了附加的刚性和稳定性。像前面的实施例一样，图12的计量框架至少在一定程度上在顶部处(即在可移动结构处)和在底部处(即在固定结构处)都与驱动框架脱离。

图13示出了图11中示意性地展示的“自上而下”的布置的实际实施例，但是与图11的示例的不同之处在于在可移动结构处使驱动框架和计量框架在某种程度上脱离。图14是图13的变型，在可移动结构处和固定结构处都使驱动框架与计量框架脱离。图15是另一变型，具有布置在驱动框架内的单独的计量框架，驱动框架在可移动结构和固定结构处均与计量框架脱离。

应当理解的是，本发明不限于驱动布置28呈三滑移件形式的实施例。图16A示意性地展示了六足计量布置26与不同类型的非六足驱动布置28联接的实施例。不是如三滑移实施例的其一端由托架56沿着轨道51线性驱动的固定长度的杆52，而是在图16A的实施例中，固定长度的延伸杆代替地由设置在导向件76内的合适的线性驱动机构通过枢转导向件76驱动，由此改变了由图16A中的由箭头指示的间隔并且由此使结构22移动。

在图16A和图16B中，类似于图11，计量布置和驱动布置26、28以自上而下的方式由框架25支撑，框架25形成坐标定位机器21的固定结构的一部分。从如图16A所示的位置，当两个杆都通过其相应导向件76被向下驱动时，可以使结构22移动到如图16B所示的位置。如前所述，通过六足计量布置26来测量结构22的位置。以与先前实施例类似的方式，计量框架22a、26通过可移动结构22的部分22a与22b之间的联接件38a而在一定程度上与驱动框架22b、28隔离，其中固定框架25在概念上是驱动框架和计量框架两者的一部分(使得在移动结构22处存在热/机械脱离，但在固定结构24处不存在)。图16A和图16B的驱动布置28还是非伸缩驱动布置，因为每个驱动支柱具有固定长度的杆，该杆从(短得多的)引导件的任一侧延伸出并且移动穿过其中；这不能被认为是伸缩布置。

应当理解的是，如同三滑移布置一样，图16A的实施例中的驱动布置28的每个机械联动装置都由作用在固定结构与机械联动装置之间的驱动机构致动，因此本实施例在速度和加速度方面具有相同的优点。

图17展示了图16A的示意性展示的布置的实际实施例。图17的实施例紧密地基于由本申请人Renishaw plc出售的商标为EQUATOR的非笛卡尔型坐标测量机器。六足计量布置26通常类似于图5的实施例，包括六个可延伸支腿，每个可延伸支腿都具有上管64和下管62，下管62在上管64内可伸缩地滑动。在本实施例中，可延伸支腿从框架25到计量平台22a(可移动结构22的一部分)以自上而下的布置被支撑。枢转导向件76在图17中被框架25的结构遮住了。三个固定长度的驱动杆72分别穿过三个枢转驱动导向件76，并且在其下端处联接到驱动板22b(可移动结构22的一部分)。在本实施例中，可移动结构22的两个部分22a、22b在空间上被刚性柱23分开。类似于图5的杆52、54，三组并行杆对72、74被布置成对三个自由度下的运动进行约束。

返回到更示意性的表示，图18A和图18B示出了图16A和图16B的机器的变型，其中计量布置26(计量框架36的一部分)甚至进一步与驱动布置28(驱动框架37的一部分)隔离/脱离。这类似于以上参照图10描述的三滑移实施例，因此不需要进一步描述。图19示出了图16A的布置的替代性方案，具有自下而上的六足计量布置26，而不是自上而下的布置。

图20示意性地展示了图16A和图16B的实施例的变型，其中在六足计量布置26中使用固定长度的计量支柱，类似于该实施例的驱动布置28的固定长度的支柱。如图20所示的六个固定长度的延伸支柱被认为在功能上等同于先前实施例的六个可延伸支柱，支柱的可变长度部分由图20中的箭头表示；该部分等同于先前实施例的可延伸支柱。因此，术语“可延伸支腿”和“延伸支腿”在本文中应理解为是等同的，意思是两点之间的允许使这些点之间的间隔发生变化的任何类型的机械布置或联动装置。然而，图20的计量布置26的每个固定长度的延伸支柱不能被描述为伸缩布置，即，每个计量支柱是非伸缩布置。驱动布置28仍然是非六足驱动布置，因为它只有三个延伸支柱，如图17中更详细地示出的。图21示意性地展示了图20的实施例的变型，其中固定支撑件(枢轴板)25a用于使计量支柱在空间上偏离用于驱动支柱的固定支撑件(枢轴板)25b，其中设置在这些板25a、25b之间的联接件38b(例如，根据先前的实施例，形成运动学联接件的三个球体)提供驱动框架与计量框架之间的热/机械脱离。当然，可以修改图21的实施例，以在可移动平台22处也提供脱离(类似于图20)。

以上已经描述了其中已经采用了两种不同类型的非六脚驱动布置的实施例：三滑移线性驱动布置(例如图5)和枢转线性驱动布置(例如图17)，这两者都是非伸缩布置。对于驱动布置来说还有许多其他的可能性，现在仅将简要描述这些可能性中的几个；其他可能性对于技术人员来说将是显而易见的。

图22示意性地示出了具有delta机器人类型的非六足(且非伸缩的)驱动布置的实施例。Delta机器人是一种并行机器人，并且在US 4976582中详细描述了示例。图23示意性地示出了图22的实施例的变型，在计量框架与驱动框架之间具有增加的脱离量。图24示意性地展示了图22的实施例的变体，其在移动结构而不是驱动框架处使计量框架与驱动框架脱离。应当理解的是，如同三滑移布置一样，在delta机器人布置的情况下，每个机械联动装置都由作用在固定结构与机械联动装置之间的驱动机构致动，因此这些delta机器人实施例在速度和加速度方面具有相同的优点(在delta机器人布置的情况下，驱动机构是旋转驱动机构，而在三滑移布置的情况下，驱动机构是线性驱动机构)。此外，在适当的限制(比如US 4976582中所述)的情况下，delta机器人驱动布置28可以适于向结构22提供三个自由度(即比由六足计量布置26测量的更少的自由度)下的移动。

旋转驱动机构的位置由图22中的附图标记27指示，而线性驱动机构的位置由图3中的附图标记29指示。在每种情况下，驱动机构直接作用在固定结构与驱动布置之间。在图3的情况下，驱动机构作用以驱动托架56(其形成驱动布置的一部分，例如作为如图5所示的机械联动装置50的一部分)，而在图22的情况下，驱动机构作用以驱动(旋转)附接在可移动结构与固定结构之间的机械联动装置的上部。

适于在本申请的实施例中使用的非六足驱动布置的另一示例是缆索驱动机器人布置(或者被称为缆索悬挂机器人，或者仅仅是缆索机器人，或者线缆驱动机器人)。这是一种并行机械手(并行运动学布置)，其中多个柔性缆索用作致动器。每个缆索的一端缠绕在由相对应的相应马达转动的转子上，另一端连接到末端执行器。US 2009/0066100 A1中披露了缆索机器人的示例。由于缆索通常比串行或并行机器人的刚性联动装置轻得多，缆索机器人的末端执行器可以实现高加速度和高速度。由于利用六足计量布置可实现的高测量速率和动态带宽、以及高精度，六足计量布置与缆索驱动布置的组合特别有利。

还设想了其他类型的非六足驱动布置。例如，图25示意性地展示了具有串行运动学(而不是并行运动学)类型的非六足(且非伸缩)驱动布置的实施例，该非六足驱动布置具有通过旋转接头串行连接的多个节段或链节，驱动布置的一端附接到地面、并且另一端附接到计量布置。与图4中展示的实施例一样，图25中展示的驱动布置通过联接件附接到计量布置，这有助于防止将驱动相关的变形传递到计量布置。图26示意性地展示了具有串行运动学类型的非六足驱动布置的另一实施例，该非六足(且非伸缩)驱动布置具有可分别沿着正交的轴线x、y和z(如图26所标记的)移动的串行连接的三个部分。因此，图26的实施例具有笛卡尔类型的串行驱动布置，而图25的实施例具有非笛卡尔类型的串行驱动布置。这些类型的驱动布置是众所周知的，并且在这里不需要对其进行进一步的解释。

如以上特别地参考图9A所解释的，驱动布置28为可移动结构22提供三个平移自由度，而六足计量布置26适于在六个自由度上进行测量。根据本发明的一个方面，提出了一种坐标定位机器，该坐标定位机器包括可在机器的工作容积内移动的结构、用于在少于六个自由度下使该结构在工作容积内四处移动的驱动布置、以及用于在比该驱动布置更多的自由度下测量该结构在工作容积内的位置的计量布置。这在图27中示意性地展示。驱动布置和计量布置中的一个或两者可以是比如六足布置、三滑移布置或delta机器人布置等并行运动学布置。特别地，要注意的是，在这个方面，计量布置不需要是六足计量布置。

提供在比移动更多的自由度下的测量、尤其是直接测量是不正常的。典型地，有N个驱动部(旋转的或线性的)，每个驱动部都被分别编码以给出N个相对应的测量值。例如，对于三轴CMM，存在三个各自具有位置编码器的从动线性轴线，并且因此存在三个相对应的测量值(即在三个自由度下进行驱动和测量两者)。对于六足机器人，存在六个各自具有位置编码器的可变长度的支柱，以及六个相对应的测量值(即在六个自由度下进行驱动和测量两者)。

然而，本申请人已经意识到吸引力和优点在于能够使相对不精确的且被约束为在有限数量(例如三个)的自由度下移动的驱动布置与单独的计量布置相联接，该计量布置是高度精确的且能够在所有六个自由度下进行测量，并且因此能够补偿机械约束的驱动布置中的任何不精确性。例如，在移动平台被约束为在工作容积内平移而不旋转的情况下，可能存在由于结构中的变形或其他类型的不精确性而导致的平台的一些无意旋转，其中至少一部分变形或其他类型的不精确性可能是由与高速运动相关联的动态效应引起的。可以通过在比驱动更多的自由度下进行测量来检测这样的旋转。甚至可以将图27的方案应用到如图28示意性展示的双六足布置，其中通过适当的机械约束将驱动六足装置约束为在少于六个自由度下移动。

对于技术人员来说显而易见的是，存在许多其他形式的非六足驱动布置，或者被约束为少于六个自由度的驱动布置。例如，存在所示的三滑移布置的许多可能的变型。一种变型是提供具有三个以上驱动布置和相关联的机械联动装置的布置。并且，代替如图3所示的竖直轨道51，轨道可以替代地水平布置，例如从某个点径向向外，使得结构22的移动也受到托架56沿着水平轨道的移动的影响。还存在许多其他这样的可能性。

尽管本发明的实施例已经主要关于接触式探针的使用进行了描述，其中接触式探针的触针与工件表面进行物理接触以进行测量，但是应当理解的是，本发明不限于接触式探针。相同的构思同样适用于比如光学探针等非接触式探针，其中在不进行物理接触的情况下对表面进行感测。本发明通常适用于适于对表面进行感测的任何表面感测装置，无论是否通过接触的方式。本发明还可以应用于除表面感测装置之外的部件的定位，例如用于在制品的制造期间对制品的部件进行定向。或者，该部件可以是工具或其一部分，例如是通常在机床中发现的用于对金属或其他刚性材料进行成型或机加工的工具。该部件可以是可移动结构本身。该部件可以包括用于对工件的表面成像的摄像头。该部件可以包括涡流探针，用于检测和/或测量工件的表面处或附近的涡流。许多其他可能性对于技术人员来说是显而易见的。

应当注意的是，在本发明的实施例中，六足计量布置26不是纯粹为了校准目的而提供、临时联接到可移动结构以执行组合式驱动和计量布置的校准，并且随后被移除以用于对机器进行操作使用。相反，六足计量布置旨在保持联接到可移动结构，以在操作使用期间提供与可移动结构相关的位置测量。在本发明的实施例中，与仅校准的计量布置相反，可移动结构适于承载操作工具，计量布置和驱动布置也联接到可移动结构。六足计量布置可以经由与用于将操作工具附接到可移动结构的附接件不同的附接件而联接到可移动结构。六足计量布置可以直接联接到可移动结构(例如，而不是经由主要旨在用于操作工具的附接件)。

通过图29的流程图展示了对坐标定位机器进行控制的方法。在步骤S1，将计量布置26联接到可移动结构(或平台)22。在步骤S2，将驱动布置28联接到可移动结构(或平台)22。在步骤S3，将工具(例如测量探针30或切割工具)联接到可移动结构(或平台)22。因此，在这一点，所有三个部件都联接到可移动结构(或平台)22。在步骤S4，驱动布置28用于使工具在工作容积34内四处移动(计量布置26也仍然联接到可移动结构)。在步骤S5中，利用工具执行操作，比如利用测量探针30在工件表面上执行触摸触发操作，或者利用切割或机加工工具在工件表面上执行机加工操作。在步骤S6中，当操作发生时(例如，以使得能够确定测量探针30或切割工具的端头的位置)，计量布置26用于确定工具在工作容积34内的位置。在步骤S7中，将所确定的位置与所执行的操作相关联(例如，使得触摸触发事件可以与用于该事件的位置测量相关联)。

上文参见图4描述的是，运动学联接件在对联接件的一个半部中的变形进行隔离以免被传递到联接件的另一个半部方面非常有效。因此，第一联接件38a有助于防止可移动结构22的驱动部22b的变形(由驱动布置28作用在该部分上的力引起的)被传递到计量部22a(并从而传递到计量布置26)，并且在固定结构24方面对于第二联接件38b是类似的。现在参见图30至图35来更详细地描述这样的运动学联接件。

图30是具有第一部81和第二部82的运动学联接件80的透视图。运动学联接件80可以应用于图4的联接件38a和38b中的任一个或两个。例如，当应用于(下部)联接件38b时，图30的第一部81和第二部82分别对应于图4的计量部24a和驱动部24b或至少形成其一部分。第一部81具有三个V形凹槽83a、83b、83c，这些凹槽与第二部82的三个相对应的相应球体84a、84b、84c接合(当第一部81和第二部82彼此联接时)。图30还示出了偏置特征85和取向特征86。在此示例中，偏置特征85是孔口，偏置构件(比如螺栓)可以穿过该孔口从而与第二部82中的对应螺纹孔口(未示出)接合；将偏置构件布置成不触碰孔口的两侧以便不提供任何额外的约束，并且使得偏置构件仅作用来将第一部81朝向第二部82偏置，以确保这两个半部彼此保持运动学接触而不分开。然而，例如可以代替地通过重力或磁性器件来提供偏置。在此示例中，可选的取向特征86是两个偏心孔口，第二部82上的对应突出销(未示出)突出穿过这两个偏心孔口以确保第一部81在第二部82上正确地定向；例如在V形凹槽被布置成没有任何旋转对称性的情况下，不需要取向特征。在实践中，运动学联接件80的特征间隔的距离可能比图示所建议的更远；这些特征的间距取决于相关联平台的总大小并且考虑机械稳定性和力传递要求。

图31和图32示出了第一部81的顶视图和透视图。在使用中，第一部81定位到第二部82上，使得第二部82的三个球体84a、84b、84c各自坐于第一部81的三个V形凹槽83a、83b、83c之一内并与之抵靠，如图33最清楚地展示。当联接时，每个球体84a、84b、84c与其所搁置在的V形凹槽83a、83b、83c的对置侧点状接触，从而形成总共六个点状接触部C1至C6，如图34所展示的。根据运动学约束原理，如上文进一步解释的，每个点状接触部提供六个自由度之一的方面的约束，并且恰好具有六个点状接触部，从而得到完美(运动学)约束而没有过度约束。在实践中，应了解的是，虽然纯点接触给出了理论运动学约束，但是在实践中，载荷将分散在小的表面积上而不是集中在单一点上；但是运动学约束的基本原理仍然适用。通过使用六个约束来约束六个自由度，联接件的一个半部与联接件的另一半部保持固定的空间关系；例如，参见图4，可移动结构22的计量部22a与可移动结构22的驱动部22b保持固定的空间关系。

如上文提及的，当应用于图4的下部联接件38b时，图30的第二部82对应于图4的驱动部24b，该驱动部具有比计量部24a更高的热膨胀系数(这些部的CTE不匹配)。相应地，当机器在使用中经历相同的环境温度时，环境温度的任何升高都会使驱动部24b(包括第二联接部82)的膨胀比计量部24a(包括第一联接部81)更多。通常，刚性联接件两侧部分的不同CTE使联接件中(或者换言之，在具有不同CTE的两个部分之间的界面处)产生应变，但是在此情况下，联接件的运动学设计有助于避免这样的应变发展。这是因为由三个球体84a至84c形成的三角形(参见图30)相对于联接件的另一侧简单地向外膨胀，其中每对接触点C1/C2、C3/C4、C5/C6沿着其对应的V形凹槽83a、83b、83c线性地移动。这使得联接件中不会产生额外的应变。当图30的联接件80应用于图4的上部联接件38a时，类似的分析也适用。在此背景下，可以通过以下事实来解释运动学联接件的有效性：点状约束C1至C6中的每一个仅约束单一自由度而允许(如果需要的话)在其他自由度上移动(例如，如果一个部分与另一部分不同的膨胀或收缩或变形)，由此防止联接件中产生不希望的应变。

应了解的是，其他形式的运动学联接件是可能的，其中六个接触点C1至C6的布置不同。例如，图36展示了接触点的3-2-1布置，其中球体84a与锥体形凹陷内的接触创建一组三个接触点C1、C2、C3，球体84b与V形凹槽凹陷内的接触创建一对两个接触点C4、C5，并且球体84c与平面表面的接触创建单个点C6。这样的运动学联接件还有助于防止联接件中由于部81和82的不同热膨胀和收缩而产生的应变发展，其中当部82相对于部81膨胀时接触点C4、C5沿着其V形凹槽向外移动并且接触点C6沿着平面表面移动。虽然部81与82之间可能存在一定的相对旋转，但是这种影响是受控的并且可以被例如计量布置26的另一端处的相同量的旋转补偿(即，使得图4中的联接件38a处的旋转与联接件38b处的旋转相同，从而使得整个计量布置26略微旋转而不使总构型发生任何改变)。

其他类型的非运动学联接件也适用于其他应用，比如上述的弹性间隔件或衬垫，因为这些还防止驱动框架的任何额外热膨胀和收缩中的至少一部分被传递到计量框架。

应当理解的是，可以通过在机器21上运行的程序来控制坐标测量机器21的操作，并且特别地通过比如图3中示意性展示的控制器C等坐标测量机器控制器上运行的程序来进行控制。可以理解的是，可延伸支腿的控制可以由在控制器C上操作的程序提供。这样的操作程序可以被存储在计算机可读介质上，或者可以比如体现在比如从互联网的网站提供的可下载数据信号等信号中。所附权利要求应被理解为本身涵盖了操作程序，或者被理解为是载体上的记录，或者被理解为是信号，或者呈任何其他形式。

尽管以上实施例主要是在坐标测量机器的背景下描述的，但是这些构思更普遍地适用于任何类型的坐标定位机器，比如比较器、扫描机、机床、定位装置(例如用于光学部件)、原型制造机以及各种其他用途。

Claims

1.一种坐标定位机器，包括驱动框架和计量框架，所述驱动框架包括驱动布置，用于使可移动结构在所述机器的工作容积内四处移动，并且所述计量框架包括计量布置，用于测量所述结构在所述工作容积内的位置，其中，所述计量布置是六足计量布置，并且所述驱动布置是非六足驱动布置，其中，所述计量框架的热膨胀系数低于所述驱动框架的热膨胀系数，由此使所述驱动框架与所述计量框架相比具有额外的热膨胀或收缩，并且其中，所述驱动框架经由联接布置联接到所述计量框架，所述联接布置适于防止所述驱动框架的至少一部分额外的热膨胀或收缩、或与所述驱动框架的额外的热膨胀或收缩相关联的至少一部分变形被传递到所述计量框架。

2.一种坐标定位机器，包括驱动框架和计量框架，所述驱动框架包括驱动布置，用于使可移动结构在少于六个自由度下在所述机器的工作容积内四处移动，并且所述计量框架包括计量布置，用于在比所述驱动布置更多的自由度下测量所述结构在所述工作容积内的位置，其中，所述计量框架的热膨胀系数低于所述驱动框架的热膨胀系数，由此使所述驱动框架与所述计量框架相比具有额外的热膨胀或收缩，并且其中，所述驱动框架经由联接布置联接到所述计量框架，所述联接布置适于防止所述驱动框架的至少一部分额外的热膨胀或收缩、或与所述驱动框架的额外的热膨胀或收缩相关联的至少一部分变形被传递到所述计量框架。

3.一种坐标定位机器，包括驱动框架和计量框架，所述驱动框架包括驱动布置，用于使可移动结构在所述机器的工作容积内四处移动，并且所述计量框架包括计量布置，用于测量所述结构在所述工作容积内的位置，其中，所述计量布置包括并行布置的多个测量换能器，用于提供相对应的相应多个测量值，根据所述测量值能够确定所述可移动结构的位置，其中，所述驱动布置包括多个机械联动装置，所述多个机械联动装置并行布置在所述机器的可移动结构与固定结构之间，并且其中，每个机械联动装置被作用在所述固定结构与所述机械联动装置之间的驱动机构致动，其中，所述计量框架的热膨胀系数低于所述驱动框架的热膨胀系数，由此使所述驱动框架与所述计量框架相比具有额外的热膨胀或收缩，并且其中，所述驱动框架经由联接布置联接到所述计量框架，所述联接布置适于防止所述驱动框架的至少一部分额外的热膨胀或收缩、或与所述驱动框架的额外的热膨胀或收缩相关联的至少一部分变形被传递到所述计量框架。

4.一种坐标定位机器，包括驱动框架和计量框架，所述驱动框架包括驱动布置，用于使可移动结构在所述机器的工作容积内四处移动，并且所述计量框架包括计量布置，用于测量所述结构在所述工作容积内的位置，其中，所述计量布置包括并行布置的多个测量换能器，用于提供相对应的相应多个测量值，根据所述测量值能够确定所述可移动结构的位置，并且其中，所述驱动布置包括类型与所述计量布置不同的并行布置的多个致动器，其中，所述计量框架的热膨胀系数低于所述驱动框架的热膨胀系数，由此使所述驱动框架与所述计量框架相比具有额外的热膨胀或收缩，并且其中，所述驱动框架经由联接布置联接到所述计量框架，所述联接布置适于防止所述驱动框架的至少一部分额外的热膨胀或收缩、或与所述驱动框架的额外的热膨胀或收缩相关联的至少一部分变形被传递到所述计量框架。

5.如权利要求1或2所述的坐标定位机器，其中，所述计量布置包括并行布置的多个测量换能器，用于提供相对应的相应多个测量值，根据所述测量值能够确定所述可移动结构的位置。

6.如权利要求3至5中任一项所述的坐标定位机器，所述多个测量换能器是多个独立的测量换能器。

7.如权利要求3至6中任一项所述的坐标定位机器，其中，所述测量换能器是长度测量换能器。

8.如权利要求3至7中任一项所述的坐标定位机器，其中，所述测量值涉及在所述机器的所述可移动结构与固定结构之间的不同的相应间隔。

9.如权利要求8所述的坐标定位机器，其中，所述测量换能器适于提供所述间隔的直接测量值，或者在所述结构在所述工作容积内四处移动时提供所述间隔的变化的直接测量值，根据所述变化能够确定所述间隔。

10.如权利要求3至9中任一项所述的坐标定位机器，其中，所述测量换能器中的每一个包括编码器标尺和相关联的读头。

11.如权利要求3至10中任一项所述的坐标定位机器，其中，所述计量布置包括并行布置的多个可延伸支腿，所述可延伸支腿在数量上对应于测量换能器的数量，并且所述多个测量换能器中的每一个测量换能器与所述多个可延伸支腿中的不同的相应可延伸支腿相关联。

12.如权利要求3至11中任一项所述的坐标定位机器，包括六个这样的测量换能器。

13.如任一前述权利要求所述的坐标定位机器，其中，所述驱动布置是非伸缩驱动布置。

14.如任一前述权利要求所述的坐标定位机器，其中，所述计量布置是自上而下的计量布置。

15.如权利要求1至13中任一项所述的坐标定位机器，其中，所述计量布置是自下而上的计量布置。

16.如任一前述权利要求所述的坐标定位机器，其中，所述驱动布置是自上而下的驱动布置。

17.如权利要求1至15中任一项所述的坐标定位机器，其中，所述驱动布置是自下而上的驱动布置。

18.如任一前述权利要求所述的坐标定位机器，其中，所述驱动布置适于使所述可移动结构当在所述工作容积内四处移动时保持处于基本上恒定的取向。

19.如任一前述权利要求所述的坐标定位机器，其中，所述驱动布置包括并行连接在所述机器的所述可移动结构与固定结构之间的多个机械联动装置，每个机械联动装置通过作用在所述固定结构与所述机械联动装置之间的驱动机构致动。

20.如权利要求19所述的坐标定位机器，其中，所述驱动机构是旋转驱动机构。

21.如权利要求19所述的坐标定位机器，其中，所述驱动机构是线性驱动机构。

22.如权利要求19、20或21所述的坐标定位机器，其中，每个机械联动装置包括至少两个基本上并行的杆，以使所述可移动结构当在所述工作容积内四处移动时保持处于基本上恒定的取向。

23.如权利要求19至22中任一项所述的坐标定位机器，其中，所述驱动布置包括三个这样的机械联动装置。

24.如任一前述权利要求所述的坐标定位机器，其中，所述驱动布置是三滑移布置。

25.如任一前述权利要求所述的坐标定位机器，其中，所述驱动布置用于使所述结构在少于六个自由度下在所述工作容积内四处移动，并且所述计量布置用于在比所述驱动布置更多的自由度下测量所述结构在所述工作容积内的位置。

26.如任一前述权利要求所述的坐标定位机器，其中，所述计量布置是六足计量布置。

27.如任一前述权利要求所述的坐标定位机器，其中，所述驱动布置是非六足驱动布置。

28.如任一前述权利要求所述的坐标定位机器，其中，所述驱动布置适于使所述结构在三个自由度下在所述工作容积内四处移动。

29.如权利要求28所述的坐标定位机器，其中，所述三个自由度是三个平移自由度。

30.如任一前述权利要求所述的坐标定位机器，其中，所述计量布置适于在六个自由度下测量所述结构的位置。

31.如任一前述权利要求所述的坐标定位机器，其中，所述计量布置和所述驱动布置各自被布置在所述机器的所述可移动结构与固定结构之间。

32.如任一前述权利要求所述的坐标定位机器，其中，所述驱动布置包括并行布置的多个致动器。

33.如权利要求32所述的坐标定位机器，其中，所述驱动布置包括类型与所述计量布置不同的并行布置的多个致动器。

34.如任一前述权利要求所述的坐标定位机器，其中，所述驱动布置包括多个测量换能器，所述测量换能器与所述计量布置的测量换能器分开，用于提供相对应的相应测量值，根据所述测量值能够独立于基于来自所述计量布置的测量值所确定的位置来确定所述可移动结构的位置。

35.如任一前述权利要求所述的坐标定位机器，其中，所述联接布置是运动学或伪运动学联接布置。

36.如任一前述权利要求所述的坐标定位机器，其中，所述可移动结构包括与所述驱动布置相关联的驱动部以及与所述计量布置相关联的计量部，所述可移动结构的驱动部经由所述联接布置联接到所述可移动结构的计量部。

37.如任一前述权利要求所述的坐标定位机器，包括固定结构，所述固定结构具有与所述驱动布置相关联的驱动部以及与所述计量布置相关联的计量部，所述固定结构的驱动部经由所述联接布置联接到所述固定结构的计量部。

38.如权利要求36或37所述的坐标定位机器，其中，所述计量部的热膨胀系数低于所述驱动部的热膨胀系数。

39.如任一前述权利要求所述的坐标定位机器，其中，所述可移动结构承载操作工具。

40.如任一前述权利要求所述的坐标定位机器，其中，所述机器是坐标测量机器或者比较器。

41.如权利要求40在从属于权利要求39时所述的坐标定位机器，其中，所述操作工具是表面传感装置或测量探针。

42.如权利要求1至39中任一项所述的坐标定位机器，其中，所述机器是机床。

43.如权利要求42在从属于权利要求39时所述的坐标定位机器，其中，所述操作工具是用于对材料进行成型或机加工的机械工具。

44.一种对根据任一前述权利要求中所述的坐标定位机器进行控制的方法，所述方法包括：将操作工具联接到所述可移动结构，使用所述驱动布置使所述操作工具在所述工作容积内四处移动，其中所述计量布置也联接到所述可移动结构，利用所述操作工具执行操作，并且使用所述计量布置来确定所述操作工具在所述工作容积内的位置。

45.如权利要求44在从属于权利要求40或41时所述的坐标定位机器，其中，所述操作是测量操作。

46.如权利要求44在从属于权利要求42或43时所述的坐标定位机器，其中，所述操作是机加工操作。

47.一种计算机程序，所述计算机程序在由用于坐标定位机器的控制器运行时使所述控制器执行如权利要求44、45或46所述的方法。

48.一种计算机可读介质，其中存储有用于控制坐标定位机器控制器执行如权利要求44、45或46所述的方法的计算机程序指令。