CN85104875B - 坐标测量仪 - Google Patents

Abstract

一台坐标测量仪，其中一个检测器和一个要测量的工作，可以制成在三个尺寸方向相对移动，工件的形状等是由相对移动量来测量。在这种测量仪器中，一个或几个气动支承装置（５５、１４０、２５０）是插在一个可移动件（２、７０）和一个固定件（１、１００）之间，气动支承装置的空气流出表面的整个面积，是由相对于固定的一个或几个预定长度和宽度来确定，并且，防止因可移动件的重力等，引起测量精度降低。

Description

坐标测量仪

本发明涉及的对象是坐标测量仪器，尤其是针对一个可移动件的改进，该可移动件用作移动发出检测信号的检测器，该检测信号与在三度方向中要测量器工作有关。

到目前为止，众所周知的一种坐标测量仪，其中一个检测器，譬如;一个接触式信号探头等等，是由一个可移动件支持，这在某种意义上，是能在三度方向移动的，当检测器与基座上的工作有关联时，检测器的位移量，在各轴向方向被检测，为了测量和检验等而处理这些检测量，这种形式的测量仪已在很广泛的领域使用。在上述过的坐标测量仪的情况，就是一个称作带门框型支承的坐标测量仪。

美国专利US、4，155，173是一种悬臂式坐标测量仪，该测量仪的面板上设有两个方形断面的导向件，在导向件四周有气动支承结构，悬臂的一端支承在导向件上，检测头设在悬臂的另一端。

美国专利U、S、4，495，703也是一种坐标测量仪，它有一门框型结构，其上支承一检测头、门框型结构靠设置在测量台两侧边的导轨导向。

日本公开特许公报JP昭-134226公开了一种空气支承装置，它包括四个支承板11～14。该对比文件中的发明是用槽将支承面分割，从而形成一个由许多小支承面构成的组件，使较重的负载被较小的浮力值支承，可移动件克服降低后的摩擦力沿导向件移动。

图1表示普通的门框型坐标测量仪。在图中，作为一个固定件的基座1顶端面是非常平滑的。一个要测量的工件（未示出）放在该顶端面上，该顶端面通过一个可移动件2支持一个检测器3，如：一个接触式信号探头，并且检测器3可以在三度方向移动。该可移动件2包含一个门框型支承4，该支承4跨过放在基座1上的工件。门框型支承4由支柱5、6和梁7构成，两支柱5、6放置在基座1的两相外边上，而梁7横过支柱5和6装设着。通过梁7支持的一个X轴滑块8能在X方向移动，而X轴滑块8支持一个可以沿Z轴方向移动的Z轴滑块9。检测器3固定到Z轴滑块9的底端部分。支柱5可以在基座1上移动，支柱6是通过平放在Y轴向的一根导轨11导向。支柱5和6的底端构成端底支承12和13，这两端底支承是沿Y方向伸长的。因此，甚至门框型支承4沿Y方向移动时，门框型支承4的竖直状态仍能保持稳定。

如图2所示，端底支承12在它的纵向两端装有两个气动支承装置15。如图3至5所示，这种气动支承装置15由一个空气垫16构成，该空气垫16用底端支承12分开制成，一个安装件17和作为送进空气的连接管嘴18构成。为了把空气垫16装在带凹槽21的底端支承12下，该空气垫16形成在它的安装表面的中心部位，并且在它的空气流出表面22上，面对着基座1的空气流出表面22装有很多空气流出孔23，每个流出孔23有一个很小的直径（即大约0.2毫米或更小），这些孔23排列成检测的形式，在空气垫16内设有与空气流出孔23沟通的连接腔24，借此，压缩空气通过连接管嘴18引进连接腔24，并且装有相应的空气流出孔23。另外，在这些图中，空气流出孔23在平面上的分布密度是很稀的，而实际上空气流出孔23的排列是很密的。

另一方面，安装件17在空气垫16的凹槽21内，并且在安装件17上表面的中心部位带有坡口28，坡口是一个锥表面，该锥表面是为了支持插在底端支承12和安装件17之间的一球体27。

此外，在底端支承13中，同上述结构类似的气动支承装置15插在导轨11的顶端面和底端支承13之间，同时，在导轨11的两侧面和底端支承13之间，如图6所示，这些气动支承装置15装在底端支承13的纵向两端，该底端支承13同底端支承12的情况类似（参见图2）。

然而，就上述过的普通结构而言，还存在下述缺陷：

（1）因为两气动支承装置15，分别装在底端支承12和13的纵向两端，当作为整个可移动件2的负荷W，通过支柱5作用在底端支支承12的中间部位，如图7中所示，弯沉发生在Z方向，例如：这些波动在Z方向上传给检测头3，其结果降低了检测头3在Z方向的精度度。

（2）气动支承装置15的空气流出表面22的面积，是由负荷W和从空气流出孔23流出的气动压力确定的，而空气流出孔23的尺寸是予先给定的。然而，只有当气动支承装置15，装在底端支承12和13的纵向两端，该空气流出表面22，即底端支承的宽度方向的尺寸才会增加，如图2所示，因此，在使用装在同一基座1上的同一门框型支承4中，同筒型支承装置（这种方法已不使用了）相比较，有较跨度被减小。当测量仪器尺寸很大而增加负荷W时，这种情况更值得注意。

（3）为了避免在Z方向的误差，人们会想到把门框型支承4制成一个坚实的支承，然而，在这种情况下，由于重量的增加，空气流出表面22的宽度更进一步增加，这种作法是不合适的。

（4）在确定空气流出表面的面积中，至今还只是在气动压力和负荷之间的平衡问题进行考虑，因此，很容易引起除导向方向以外的不需要的运动，例如：振动、位移、倾斜等。

在这些有关事项中，上述的普通结构，不可能满足高精度和大尺寸的坐标测量仪规定的要求。

本发明的目的是提供一台坐标测量仪，该仪器能使可移动件相对固定件平滑地移动，避免类似象可移动件的变形而产生极低的测量精度，并且，即使作为整体的测量仪器尺寸很大和重量很重时，仍然能作最精度测量。

本发明考虑到：在坐标测量仪中，包括一个测量器和一个要测量工件是相对运动和彼此相关的，上述工件的尺寸等是通过测量器和工件之间的相互位移来测量，其特征在于：支持上述测量器和工件中的一种作固定件，支持另外一种作移动件通过气动支承装置使它们能彼此相对移动，并且，该气动支承装置设有予定的空气流出表面的总面积，作为引导至少一个水平平面，该表面总面积是通过在移动件的相对移动部位的方向上的长度的50%或更多一点和横向垂直于相对移动方向的宽度来确定，该可移动件在其上装有气动支承装置，其中气动支承装置面对着固定件，

为了实现上述目的，本发明考虑到：在气动支承装置中，空气流出表面的面积，超过一个予定值，以便可移动件相对厢定件的移动，能平滑地进行，并且可移动件不容易由本身的负荷而产生弯沉。

图的简要叙述：

图1是表示普通坐标测量仪的总布置立体图。

图2是表示普通气动支承装置实施例的底沉图。

图3是普通气动支承装置的局部剖平面图。

图4是普通气动支承装置的局部剖主视图。

图5是普通气动支承装置的底视图。

图6是普通气动支承装置的导向件侧的底端支承主视图。

图7是普通气动支承装置的底端支承弯曲状态侧视图。

图8是本发明的坐标测量仪器的第1实施例总布置主体图。

图9是上述实施例中的气动支承装置的底视图。

图10是上述实施例中的气动支承装置的局部剖主视图。

图11是上述气动支承装置的底视图。

图12是上述实施例中导向件侧的底端支承的局部剖主视图。

图13是表示把负荷加到上述实施例中的支柱视图。

图14是表示本发明的坐标测量仪的第2实施例的总布局立体图。

图15和图16是表示第2实施例中的基座局部剖的主视图和底视图。

图17是表示第3实施例的总布置立体图。

图18是表示第3实施例的主要部分剖视图。

图19是表示第4实施例的坐标测量仪的总布置立体图。

图20是表示第5实施例的主视图。

图21是表示底端支承改进的底视图。

最佳实施例的详细叙述：

下面将参照图对本发明的实施例加以叙述。一些参考号是借用表示普通结构中的相同或相似零件的参考号，因此，在叙述中将省略或简化。

图8表示本发明的坐标测量仪的第1实施例。在此图中，支柱5和6的底端支承42和43形成的宽度比普通结构的底端支承窄。空气流出表面52是在底端支承42下的气动支承装置55底面，它沿着底端支承42的移动方向（Y方向）的长度等于总长T（参照图9）。此外，空气流出表示52的总面积由在可移动件的边上的总负荷决定。因为在上述移动方向中，空气流出表面52的长度，是等于在移动方向中底端支承42的总长T，在空气流出表面52的横向方向的尺寸W，同空气流出面积相比极小，因此，底端支承的宽度W也是极小的。

正如图10和11所示，空气流出表面52是直接在底端支承42上面。即：在这些图中，底端支承42的底面的整个面积就是空气流出表面52，很多空气流出孔53排列成检测的形式，例如：在这空气流出表面52上，作为沟通这些空气流出孔53的连接腔54，是在底端支承42内，压缩空气从外部空气压缩机（未表示出）通过一个连接管嘴56引进到连接腔54内，并且，这压缩空气分别地穿过空气流出孔53而流出。实际上，空气流出孔53分布的密度，远此图中表示的密度大。

此外，另一支柱的底端支承用导向件沿Y方向导向，导向件41的横截面是方形，该方形是装在固定的基座1上。正如图12所示，该底端支承43装有气动支承装置55，该支承装置55有三个空气流出表面52，分别地相对于一个顶端水平导向面41A和相对于两个垂直导向面41B，这气动支承装置55上的相应空气流出表面52具有一定长度，该长度等于底端支持43在Y方向中的总长度T，由此，在它的横向方向（X方向）尺寸W是极小的（参照图9），而相应的空气流出表面52是直接形成在底端支承43上面。

按上述实施例，空气流出表面52是在底端支承42和43的总长度上，以便在横方向（X方向）空气流出表面52的尺寸，即在宽度W和W方向的底端支承42和43的尺寸同总的空气流出面积相比是极小的，其结果，在具有同样面积的基座1的使用中，该实施例的有效间隔（横向方向的尺寸L）能有利地增加。尤其测量仪器尺寸很大和重量很重时，空气流出面积能保持一个间隔以满足很重的重量需要。甚至在基座1上的有效间隔能满足很大的尺寸需要。

此外，空气流出表面52是在底端支承42和43的纵向总长度上，以便由两支柱5和6传来的负荷W不易使底端支承42和43弯曲，同时在上方向的测量误差也不易产生。尤其，当测量仪器的尺寸很大和重量很重时，对防止测量精度降低大大有利。

在上述实施例中，空气流出表面52是直接在底端支承42和43上，以便测量仪器能简化结构，底端支承42的高H能减低，例如：它能做得很薄（参照图13）。鉴于这一点，可移动件2能做得很轻，以便能减少由于测量仪器很重而带来的缺陷，能改善对基座1上的要测量工件的控制能力，能很好地操纵安装和更换基座1上的工件等等。

此外，在支柱5和6彼此连接的方向中，底端支承43的支柱6要倾斜和移动是很困难的，也就是说，因为通过X承滑块8的移动，负荷发生变化，该负荷在沿X轴方向的标尺7A的位置中，会引起位移，但是，由于气动支承装置55的存在，这种位移能减至最小。换句话说，支柱6的竖直状态用底端支承的气动支承装置55来牢固地保持，以便能防止装在梁7上的标尺7A在X方向产生尽可能少的位移。

除上述实施例外，下面将介绍另外的实施例。一些参考号是借用上述实施例的相同或类似的另件的参考号，因此，在叙述中将省略或简化。

图14表示本发明的坐标测量仪的第2实施例。这种实施例不同于以上实施例，它是如此设计的：基座是可移动件，用基板支持可移动的基座，而门框型支承200是固定件。在图中，门框型支承200是固定地竖直在基板100上，基座70是沿X轴方向移动的方式支持在基板100上。实际上基座70的底面的整个面积被支持在基板100的水平导向面80上，V型槽90沿X轴方向并设在水平导向面80上，而在基座的底面形成V型导轨110，该V型导轨110是滑动地结合在V型槽90内（参照图15）。

正如图16所示，实际上基座70的底面的整个面积都做成空气流出表面111，在流出表面11上的每一个空气流出孔112，都是予定的小直径孔，例如：这些小直径孔以检测的形式排列。另外，空气流出孔112的实际上的分布密度远比图中表示的孔的密度大得多。空气流出孔112在空气流出表面111上是开口的，这些孔连接到基座70的连接腔113，并且这连接腔113连通到外部空气压缩机（未表示出），为了减低基座70对对基板100的滑动阻力，一定压力的空气能分别流出空气流出孔112。在此，带有很多空气流出孔112的空气流出表面111和作为供给一定压力的空气的外部空气压缩机等，构成气动支承装置140。

按上述的实施例，几乎基座70的整个面积同基板100相对接触该面积构成空气流出表面111，以便能可靠地避免基座70的变形和弯曲等，这种整体空气流出表面111不同于分离的空气垫，例如：在基座70移动的范围内，分离的空气垫型的基座是用它本身分离的气垫装在基板100上，该分离的气垫只分别与基座端部接触，很明显接触面积小，另外这种整体空气流出表面的形式，不容易发生基座70的位移、倾斜等等，并且在运动期间也不发生小的振动。

此外，空气流出表面111是直接形成在基座70上，以便基座70能做得很轻和很薄，因此，从操纵和经济的观点来看，提供了很可贵的优点。尤其，甚至当整个测量仪器做得很大时，它可以做得很轻。组成的另件尺寸（或厚薄）可以制造得很紧凑，从而可以充分的利用空间。

至于三个轴向移动之一，基座70是通过本身被做成在一个方向可移动的。总之，基座70有在水平方向伸长的结构，由此基座70相对基板100是很平稳的移动。以整个测量仪器来看，同上述实施例比较，改善了测量精度，上述实施例的基座70是固定的，并且三个轴线的所有方向都是内支承移动的。

图17表示第3实施例，其中一个中间座150装在基板100上，中间座150同门框型结构构成固定件，它是可以沿X轴线移动。基座70装在中间座150上，并且可以沿X轴线移动。在此由中间座150和基座70构成可移动件。V型槽160沿X轴线方向形成在基板100的水平导向面80上，同V型槽中相配合的V型导轨170形成在中间座150的底端面上，V型槽90和V型导轨170形成在水平导向表面180上，该水平导向表面180是中间座150的顶端面，基座70上的要测量工件（未表示出）是可以沿着X和Y轴线方向移动，两轴线方向是在基板100上彼此垂直交叉。几乎上述中间层150的整个底端面（即：相对于固定的基板100的中间层150的部位，都做成空气流出表面190，很多空气流出孔112布置在空气流出表面190上，该空气流出表面190是在一个予定的结构形式中中，正如图18所示，中间层动支承装置200包含空气流出表面190。

甚至第3实施例中，因为固定的门框型支承4的移动，会引起如：固定门框型支承4的倾斜和位移的各种缺陷，把高大的门框型支承4的结构设计成不可移动的，这样便能适当地保持测量的高精度。此外，在第3实施例中，因为基座70是可以沿三个轴线中的两个方向移动的，因此检测头3相对基座70仅沿Z轴线方向移动就足够了，该Z轴线方向是指竖直在门框型支承4的一个侧边，以致在门框型支承4的侧边可以适当地简化。

图19表示第4实施例，在该实施例中，两根梁220是沿Y方向彼此平行布置的，并且装在四根固定支承210上面，而这四根支承分别在基座的角落，沿Y方向的每根梁220被固定，其上面带有导轨230，例如：该导轨230截面呈方形或其它形状;当Y方向放置的梁220和基座1是做成一体的固定件时，沿X方向的梁240的两端，支承在沿Y方向的梁220上，并且通过气动支承装置250可以移动。类似图12所示，空气流出面是设在沿X方向的梁240的两端处，它安置在相对导轨顶面230a和导轨侧面230b处，并且再和导轨顶面、侧面相对的几乎整个面积上，在空气流出面上布置了一些予定形式的空气流出孔。

在上述第4实施例中，特别值得一提的是：这种结构可以避免梁240两端在Z方向上的变形。

另外，在第1实施例中，气动支承装置55直接形成在底端支承部42和43上的情况已叙述过，然而，本发明不需要受到这种限制。正如图20所示，底端支承件42中之一被构成类似现有技术的气动支承装置55;而构成气动支承装置55包含：水平空气垫16固定到底端支承43上，该空气垫16两面分别相对于导轨41的导轨顶面41A和底端支承43;一个侧空气垫16相对于导轨侧面41B之一;另一侧空气垫16通过球27连接到导轨侧面41B上，简言之，这样的设置足够支柱6在X方向不易倾斜和偏移了。

此外，空气流出表面22、52、111和190不需要规定等于面对固定件总长度的100%，例如，就底端支承42和43来说，空气流出表面是可能小于100%，正如图21所示。但是，空气流出表面一定会大于50%，也就是说，即使人们认为：空气放出通道等等被装在底端支承42和43的底面上，以便助长气动支承装置的作用，人们不能期待用小于50%的空气流出表面能降低在Z方向上的测量误差。另外，当空气流出表面52是直接构成在底端支承42和43上，在底端支承42和43的表面上，形成空气流出表面52，这些表面最好用等离子体喷涂、电镀等涂上防锈剂。还有空气流出孔53不需要有次序地构成，而可以把一块多孔件装入构成空气流出表面52部位中。

正如前述，本发明能提供坐标测量仪，该坐标测量仪的可移动件是能平滑地相对固定件进行移动，并且有效地防止由于可移动件等的重力而产生变形，即使整个测量仪器尺寸很大和重量很重时，也可进行高精度测量。

Claims (2)

1、一种坐标测量仪包括：彼此相对运动并彼此相关的一个检测器和一个待测量的工件，工件的尺寸等是通过检测器和工件之间的相对位移来测量的;一个具有向上表面的固定件;一个包括有一门框式结构的可移动件，该门框式结构有一对直立的支柱，支柱的上端由一横梁连接起来，横梁上装有一滑块，检测器可移动地装在滑块上，所述支柱的底端分别有第一支承装置和第二支承装置，所述第一支承装置有一倒U形的截面，其中容纳一个有方形截面的导轨，该导轨装设在所述固定件的上表面上，所述第二支承装置有一向下的表面，该向下表面与所述的向上表面直接相对;所述支承装置是带有空气流出面的气动支承装置，所述的空气流出面上设有许多个空气流出孔，这些空气流出面分别与所述的向上表面和所述导轨的外表面相对;其特征是：用于引导至少一个水平面的所述气动装置的预定空气流出面的总面积是由所述支承装置沿相对移动方向的长度的50%或更多一些和垂直于移动方向的宽度确定的。

2、如权利要求1所述的坐标测量仪，其特征是所述气动支承装置的空气流出面的长度等于移动方向的可移动件的总长度，该可移动件与所述固定件相对。

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