專利名稱：三維測(cè)量?jī)x的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及三維測(cè)量?jī)x，確切而言乃關(guān)于具有所謂門形滑動(dòng)裝置之三維測(cè)量?jī)x驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的改進(jìn)。
各種三維測(cè)量?jī)x做為精密測(cè)量被測(cè)工件尺寸、形狀等的裝置已獲廣泛應(yīng)用。
各種三維測(cè)量?jī)x中，譬如門形滑動(dòng)部分在平臺(tái)上位移的三維測(cè)量?jī)x為眾所周知。該種三維測(cè)量?jī)x因其滑動(dòng)部分沿平臺(tái)之一側(cè)位移，使得被測(cè)工件之安裝與拆卸都很容易，且兼具測(cè)量范圍寬之優(yōu)點(diǎn)，適于一般情況之使用。
圖4及5表示這種三維測(cè)量?jī)x之一實(shí)例。
圖中，三維測(cè)量?jī)x60包括裝于地板上的平臺(tái)61，該平臺(tái)上設(shè)有可移動(dòng)之滑動(dòng)部分70，同時(shí)承載被測(cè)工件W。
滑動(dòng)部分70由沿箭號(hào)Y方向自由移動(dòng)之門形Y軸滑座71，在該Y軸滑座上沿箭號(hào)X方向移動(dòng)之X軸滑座72以及在該X軸滑座內(nèi)的Z軸滑座74構(gòu)成。滑座74帶有測(cè)頭73隨其一起沿箭號(hào)Z方向升降。
上述Y軸滑座71配有左右支柱71A、71B，水平橫梁71C橫架于它們上面，共同構(gòu)成門形結(jié)構(gòu)。在一根支柱71B上靠近平臺(tái)61的側(cè)面61A處，分別設(shè)置使Y軸滑座71沿箭號(hào)Y向移動(dòng)之驅(qū)動(dòng)裝置80和導(dǎo)向構(gòu)件85。該驅(qū)動(dòng)裝置80包括馬達(dá)81，并有與馬達(dá)轉(zhuǎn)軸在一起的螺桿82，后者可沿箭號(hào)R方向轉(zhuǎn)動(dòng)自如。
此外，X軸滑座72及Z軸滑座74上也分別設(shè)有驅(qū)動(dòng)裝置(圖中未示出)，因而X軸滑座72及Z軸滑座74可沿各自的X向及Z向自由移動(dòng)。
使用這種三維測(cè)量?jī)x60對(duì)被測(cè)工件W進(jìn)行測(cè)量，首先使馬達(dá)81工作，帶動(dòng)螺桿82沿箭號(hào)R方向轉(zhuǎn)動(dòng)，使Y軸滑座71沿Y向移動(dòng)。并且X軸滑座72及Z軸滑座74通過驅(qū)動(dòng)裝置(圖中未示出)分別沿箭號(hào)X、Z向移動(dòng)，使測(cè)頭73與被測(cè)工件W進(jìn)行多點(diǎn)接觸，以測(cè)量其尺寸;或者使測(cè)頭73沿被測(cè)工件W滑動(dòng)，以測(cè)定其形狀。
而若考慮該三維測(cè)量?jī)x60滑動(dòng)部分70之重心，可知該重心在如圖4及5所示之點(diǎn)G附近。
另外，若滑動(dòng)部分70之質(zhì)量為M，它沿箭號(hào)Y方向移動(dòng)時(shí)的加速度為a，自重心G至驅(qū)動(dòng)裝置80之距離為L(zhǎng)，這時(shí)作用之轉(zhuǎn)動(dòng)慣量I＝aML。這樣，要是距離L過長(zhǎng)，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量會(huì)按比例增大。
因而，在Y軸滑座71移動(dòng)過程中，由于常常作用有這種大的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量I，會(huì)使Y軸滑座71產(chǎn)生傾斜、搖擺、振動(dòng)等。由此表現(xiàn)出難于對(duì)被測(cè)工件W之形狀做精密測(cè)量的缺點(diǎn)。
若想使轉(zhuǎn)動(dòng)慣量I成為最小，采用減小加速度，使測(cè)量時(shí)間加長(zhǎng)的辦法是不行的。同時(shí)，由于必需的高剛性，也難于過份減輕滑動(dòng)部分70的質(zhì)量M。
而若要減少距離L，使驅(qū)動(dòng)裝置80置于接近重心G的位置，可在平臺(tái)61的支柱71B側(cè)面某處沿平臺(tái)61Y方向的整個(gè)長(zhǎng)度設(shè)置支承驅(qū)動(dòng)裝置用的部件，須將驅(qū)動(dòng)裝置80的馬達(dá)81、軸承等都設(shè)在該部件上。由此，這個(gè)在平臺(tái)61Y方向的整個(gè)長(zhǎng)度上所設(shè)置的部件妨礙了被測(cè)工件W的安裝，滑動(dòng)部分70在平臺(tái)61一側(cè)的移動(dòng)等，使得待測(cè)工件W的安裝與拆卸復(fù)雜化了，從而在損害現(xiàn)有門形三維測(cè)量?jī)x優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)，因這種裝置規(guī)模大、價(jià)格高而不合用。
本發(fā)明的目的是在不損害現(xiàn)有帶門形滑動(dòng)部件的三維測(cè)量?jī)x之優(yōu)點(diǎn)情況下，提供一種減小滑動(dòng)部分轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，可進(jìn)行精密測(cè)量的三維測(cè)量?jī)x。
本發(fā)明通過設(shè)置驅(qū)動(dòng)裝置之位置，使適當(dāng)靠近滑動(dòng)部分的重心來完成上述目的。
具體而言，本發(fā)明的三維測(cè)量?jī)x具有在一對(duì)互相平行之支柱間水平架設(shè)一橫梁的門形滑動(dòng)裝置，該滑動(dòng)裝置支承于平臺(tái)上并能移動(dòng)，同時(shí)，參與被測(cè)工件三個(gè)座標(biāo)的測(cè)頭就裝在滑動(dòng)裝置上，用以測(cè)量物體的尺寸和形狀。將使上述滑動(dòng)裝置移動(dòng)的驅(qū)動(dòng)裝置設(shè)置于平臺(tái)上面、在滑動(dòng)裝置重心稍偏下的位置處，并使其至少與滑動(dòng)裝置的一根支柱連接。
再者，驅(qū)動(dòng)裝置由設(shè)在支柱上的螺桿及螺母構(gòu)件構(gòu)成。若以平臺(tái)上表面至Y軸滑座上端的長(zhǎng)短為H，以平臺(tái)上表面至螺桿軸心的長(zhǎng)短為h，則應(yīng)將螺桿設(shè)計(jì)得符合關(guān)系式1/6H≤h≤5/6H，最好為符合關(guān)系式1/4H≤h≤3/4H。
此外，采用偏心運(yùn)動(dòng)非傳動(dòng)裝置來連結(jié)驅(qū)動(dòng)裝置和支柱。這種偏心運(yùn)動(dòng)非傳動(dòng)裝置由一對(duì)球體及長(zhǎng)度調(diào)節(jié)部件構(gòu)成，它把上述螺母構(gòu)件與滑動(dòng)裝置連接起來，使得螺桿不致有軸向移動(dòng)，而在徑向可有移動(dòng)。
還有，在設(shè)計(jì)滑動(dòng)裝置的兩個(gè)支柱同時(shí)，驅(qū)動(dòng)裝置可以由同步驅(qū)動(dòng)的兩個(gè)驅(qū)動(dòng)裝置來構(gòu)成。兩個(gè)支柱的粗度也可以相同，而且還可將滑動(dòng)裝置做成它的一對(duì)支柱與橫梁成為整體結(jié)構(gòu)。
根據(jù)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)，對(duì)被測(cè)工件進(jìn)行測(cè)量，應(yīng)先啟動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置，使滑動(dòng)部分移動(dòng)，滑動(dòng)裝置所支承的測(cè)頭與被測(cè)工件的多個(gè)測(cè)點(diǎn)相接觸。用計(jì)算機(jī)等常規(guī)演算裝置對(duì)這種接觸位置做三維檢測(cè)。
由于滑動(dòng)裝置是在平臺(tái)上面并稍稍偏離滑動(dòng)裝置重心的位置被驅(qū)動(dòng)的，所以不會(huì)發(fā)生滑動(dòng)裝置的振動(dòng)、傾斜等等，使得它基本上維持直線移動(dòng)，因而就能對(duì)被測(cè)工件的尺寸和形狀做精密測(cè)量。


圖1表示與本發(fā)明有關(guān)的三維測(cè)量?jī)x的一個(gè)實(shí)施例的斜視圖;
圖2表示該實(shí)施例驅(qū)動(dòng)裝置主要部分的放大剖面圖;
圖3表示偏心運(yùn)動(dòng)非傳動(dòng)裝置主要部分的分解斜視圖;
圖4表示現(xiàn)有技術(shù)實(shí)例的正視圖;
圖5為現(xiàn)有技術(shù)實(shí)例的側(cè)視圖。
以下參照附圖例舉最佳實(shí)施例詳細(xì)說明本發(fā)明的三維測(cè)量?jī)x。
圖1中標(biāo)號(hào)10表示本實(shí)施例所涉及的三維測(cè)量?jī)x。它包括配置于地面上的平臺(tái)11，被測(cè)工件W載于平臺(tái)11上大約中央的地方。平臺(tái)11上面一個(gè)側(cè)端沿長(zhǎng)度方向設(shè)有導(dǎo)向?qū)к?2，滑動(dòng)裝置20配置在導(dǎo)軌12上。
滑動(dòng)裝置20包括一個(gè)沿箭號(hào)Y方向移動(dòng)的Y軸滑座21。這個(gè)滑座21置于導(dǎo)向?qū)к?2上的空氣軸承(圖中未示出)上，它由在導(dǎo)軌12上沿箭號(hào)Y向滑動(dòng)的支承構(gòu)件22以及在這個(gè)支承件上設(shè)置的一根粗四棱柱狀的支柱23，還有與支柱23平行的設(shè)于平臺(tái)另一側(cè)端處的一根細(xì)四棱柱狀的支柱24，以及在支柱23、24上端之間水平架著的橫梁25構(gòu)成。
設(shè)在Y軸滑座21橫梁上的驅(qū)動(dòng)裝置(圖中未示出)可使X軸滑座31沿箭號(hào)X方向自由移動(dòng)。這個(gè)X軸滑座31內(nèi)裝有驅(qū)動(dòng)裝置(圖中未示出)可使Z軸滑座32沿箭號(hào)Z方向自由移動(dòng)。Z軸滑座32下部裝有伸縮自如的測(cè)頭33。
X軸滑座31、Z軸滑座32上均裝有圖中未示出的空氣軸承。
滑動(dòng)裝置20的一個(gè)支柱23上設(shè)有透孔26，該孔與突出的螺母構(gòu)件27同心。
驅(qū)動(dòng)裝置40設(shè)于平臺(tái)11的導(dǎo)向?qū)к?2的一側(cè)，它沿Y向驅(qū)動(dòng)滑動(dòng)裝置20。驅(qū)動(dòng)裝置40備有設(shè)于平臺(tái)11上的箱體41(參見圖2)，箱體41內(nèi)設(shè)有由同步皮帶輪構(gòu)成的轉(zhuǎn)動(dòng)自如的轉(zhuǎn)動(dòng)體42。轉(zhuǎn)動(dòng)體42的轉(zhuǎn)軸43固定于聯(lián)軸器44的一端，聯(lián)軸器的另一端固定在馬達(dá)45的輸出軸46上。
另外，箱體41上設(shè)有支承構(gòu)件47，它里面支承著螺桿48的一端，使其能沿著箭號(hào)R方向轉(zhuǎn)動(dòng)。螺桿48的軸端部49裝有由同步皮帶輪構(gòu)成的轉(zhuǎn)動(dòng)體51。這個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)體51與上述轉(zhuǎn)動(dòng)體42由同步皮帶52相連。這樣，只要啟動(dòng)馬達(dá)45，則聯(lián)軸器44、轉(zhuǎn)動(dòng)體42、同步皮帶52以及轉(zhuǎn)動(dòng)體52就帶動(dòng)螺桿48沿箭號(hào)R方向轉(zhuǎn)動(dòng)。
螺桿48的中部與設(shè)在支柱23上的螺母構(gòu)件27嚙合，同時(shí)螺桿另一端支承于設(shè)在平臺(tái)11上的安裝板54處的軸承53上。隨著螺桿48轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而通過裝在支柱23上的螺母構(gòu)件27即可形成滑動(dòng)裝置20沿箭號(hào)Y向的進(jìn)退。
如上所述，一方面把與滑動(dòng)裝置20的螺母構(gòu)件27中的螺桿48相連的驅(qū)動(dòng)裝置40設(shè)在平臺(tái)11的上面，一方面還使其在滑動(dòng)裝置20重心G稍稍偏下的位置處，這樣，在本實(shí)施例所涉及的三維測(cè)量?jī)x10中，重心G就位于稍稍偏離驅(qū)動(dòng)裝置40的位置。
更具體而言，如果自平臺(tái)11的上表面到Y(jié)軸滑座21上端的尺寸為H的話，則自平臺(tái)11上表面到驅(qū)動(dòng)裝置40的螺桿48之軸心尺寸h應(yīng)在1/6H≤h≤5/6H的范圍，較好的則是1/4H≤h≤3/4H范圍;最好達(dá)到h 3/10H的程度。如果h比1/6H還小，也就是離平臺(tái)11更近，則轉(zhuǎn)動(dòng)慣量就不會(huì)小;另一方面，若比5/6H還大，則使Y軸滑座21在導(dǎo)軌12上滑動(dòng)之處與螺桿48的距離太大，因而不能得到滿意的滑動(dòng)。
如果上述滑動(dòng)裝置20的質(zhì)量為M，移動(dòng)時(shí)的加速度為a，從重心G到驅(qū)動(dòng)裝置40螺桿軸心的距離為L(zhǎng)1，那么，該滑動(dòng)裝置20移動(dòng)時(shí)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量I＝aML1。
再有，圖2和圖3中的標(biāo)號(hào)28是裝在螺母構(gòu)件27與Y向滑座的支柱23之間的螺桿48偏心運(yùn)動(dòng)非傳動(dòng)裝置。這個(gè)裝置28由一對(duì)球體28A和長(zhǎng)度調(diào)節(jié)部件28B構(gòu)成，連結(jié)螺母構(gòu)件27和Y軸滑座21，使螺桿40不能發(fā)生軸向相對(duì)移動(dòng)，但可有徑向相對(duì)移動(dòng)。這樣，當(dāng)螺桿48偏心或者撓曲等時(shí)，就不會(huì)傳送這種偏心等等，使得對(duì)Y軸滑座21只有Y方向傳送。
此外，標(biāo)號(hào)55為設(shè)于螺桿48的軸端49與軸承47之間的旋轉(zhuǎn)編碼器，用來檢測(cè)螺桿48的轉(zhuǎn)角，進(jìn)而測(cè)出Y軸滑座21的Y向位移量。必要時(shí)，由圖中未示出的控制裝置將旋轉(zhuǎn)編碼器55的輸出反饋到馬達(dá)45，控制馬達(dá)45的驅(qū)動(dòng)。
本實(shí)施例三維測(cè)量?jī)x10基本上由上述內(nèi)容構(gòu)成，以下說明其工作情況。
首先啟動(dòng)馬達(dá)45，其轉(zhuǎn)動(dòng)力矩由聯(lián)軸器44傳至轉(zhuǎn)動(dòng)體42及同步皮帶52，再由轉(zhuǎn)動(dòng)體51帶動(dòng)螺桿48，于是使螺桿48沿箭號(hào)R的任一方向轉(zhuǎn)動(dòng)。螺桿48又與螺母構(gòu)件27嚙合，也就帶動(dòng)Y軸滑座21沿箭號(hào)Y的任一方向移動(dòng)。
其次，X軸滑座31及Z軸滑座32也通過圖中未示出的驅(qū)動(dòng)裝置分別沿X和Z的任一方向移動(dòng)。先使測(cè)頭33與圖中未示出的原點(diǎn)球接觸，設(shè)定零點(diǎn)，之后使測(cè)頭33與被測(cè)工件W的多個(gè)點(diǎn)相接觸，測(cè)量其尺寸，或者使測(cè)頭33在所說的被測(cè)工件W各個(gè)面上滑動(dòng)，以測(cè)量其形狀。
接下去敘述上面所述實(shí)施例的效果。
由于把使Y軸滑座21移動(dòng)的驅(qū)動(dòng)裝置40置于平臺(tái)11上面，而且在重心G的下方，從重心G到驅(qū)動(dòng)裝置40的距離L1約為已有技術(shù)的1/2，這就能把在Y軸滑座21移動(dòng)中所作用的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量I(＝aML1)限制為最小，因而不致引起已有技術(shù)中Y軸滑座的傾斜、搖擺及振動(dòng)等，使Y軸滑座21沿直線移動(dòng)，其結(jié)果則是可達(dá)到對(duì)被測(cè)工件W的尺寸和形狀做精密測(cè)量的收效。
此外，本實(shí)施例三維測(cè)量?jī)x10的驅(qū)動(dòng)裝置并未設(shè)在重心G的近旁，滑動(dòng)裝置20是在平臺(tái)11上馬達(dá)45的一側(cè)受到移動(dòng)，所以被測(cè)工件W易于安裝和拆卸，保持了現(xiàn)有門形三維測(cè)量?jī)x的那種優(yōu)點(diǎn)。
以上僅就本發(fā)明通過例舉優(yōu)選實(shí)施例方式做了說明，但本發(fā)明并不限于這一實(shí)施例，對(duì)它的任何改進(jìn)及設(shè)計(jì)上的改變均不超出本發(fā)明的構(gòu)思范圍。
譬如，驅(qū)動(dòng)裝置40并不限于設(shè)在Y軸滑座21的一根支柱23上，對(duì)于大型設(shè)備的情況，也可在兩個(gè)支柱23、24上同步驅(qū)動(dòng)地設(shè)置兩個(gè)驅(qū)動(dòng)裝置40。
再有，支柱23、24的粗細(xì)程度不必要求一根支柱23更粗一些，也可以兩者同樣粗細(xì)。
此外，可以限定Y軸滑座21的一對(duì)支柱23、24和橫梁25各成一體的相連結(jié)構(gòu)，也可以將它們做成整體結(jié)構(gòu)。
如上所述，本發(fā)明不損害現(xiàn)有門形三維座標(biāo)儀的優(yōu)點(diǎn)，可得到隨著滑動(dòng)裝置的移動(dòng)滑動(dòng)裝置的撓曲較小、能進(jìn)行精密測(cè)量的效果。
權(quán)利要求
1.一種測(cè)量被測(cè)工件尺寸、形狀等的三維測(cè)量?jī)x，有一門形滑動(dòng)裝置，該裝置包括一對(duì)互相平行的支柱，支柱間水平架設(shè)一橫梁；滑動(dòng)裝置由平臺(tái)支承，可以移動(dòng)；滑動(dòng)裝置上裝有參與待測(cè)工件三維座標(biāo)的測(cè)頭，其特征在于把使上述滑動(dòng)裝置移動(dòng)的驅(qū)動(dòng)裝置設(shè)置于平臺(tái)上面，并位于滑動(dòng)裝置重心稍稍偏下的位置處，該驅(qū)動(dòng)裝置至少與滑動(dòng)裝置的一根支柱相連結(jié)。
2.一種如權(quán)利要求1所述的三維測(cè)量?jī)x，其特征在于所說的驅(qū)動(dòng)裝置由螺桿和包括在支柱上的螺母構(gòu)件構(gòu)成。
3.一種如權(quán)利要求2所述的三維測(cè)量?jī)x，其特征在于如果自平臺(tái)上表面至Y軸滑座上端的尺寸為H，自平臺(tái)上表面至所說螺桿軸心的尺寸為h，則將所說的螺桿定為符合關(guān)系式1/6H≤h≤5/6H所表示的狀況。
4.一種如權(quán)利要求3所述的三維測(cè)量?jī)x，其特征在于所說的關(guān)系式為1/4H≤h≤3/4H。
5.一種如權(quán)利要求1所述的三維測(cè)量?jī)x，其特征在于采用偏心運(yùn)動(dòng)非傳動(dòng)裝置連結(jié)所說的驅(qū)動(dòng)裝置和支柱。
6.一種如權(quán)利要求5所述的三維測(cè)量?jī)x，其特征在于所說的偏心運(yùn)動(dòng)非傳動(dòng)裝置由一對(duì)球體和長(zhǎng)度調(diào)節(jié)部件構(gòu)成，它連結(jié)所說的螺母構(gòu)件與滑動(dòng)裝置，使螺桿不能沿軸向移動(dòng)，而能沿徑向移動(dòng)。
7.一種如權(quán)利要求1所述的三維測(cè)量?jī)x，其特征在于滑動(dòng)裝置的兩根支柱上都設(shè)置驅(qū)動(dòng)裝置，并且二者同步驅(qū)動(dòng)。
8.一種如權(quán)利要求1所述的三維測(cè)量?jī)x，其特征在于所說的兩根支柱有相同的粗度。
9.一種如權(quán)利要求1所述的三維測(cè)量?jī)x，其特征在于所說的滑動(dòng)裝置的一對(duì)支柱與橫梁成整體結(jié)構(gòu)。
全文摘要
一種測(cè)量被測(cè)工件尺寸、形狀等的三維測(cè)量?jī)x，有一門形滑動(dòng)裝置，該裝置包括一對(duì)互相平行的支柱，支柱間水平架設(shè)一橫梁；滑動(dòng)裝置由平臺(tái)支承，可以移動(dòng)，滑動(dòng)裝置上裝有參與待測(cè)工件三維坐標(biāo)的測(cè)頭，把使滑動(dòng)裝置移動(dòng)的驅(qū)動(dòng)裝置設(shè)置于平臺(tái)上面，并且位于滑動(dòng)裝置重心稍稍偏下的集團(tuán)處，與滑動(dòng)裝置的至少一個(gè)支柱相連接，使得滑動(dòng)裝置的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量較小，從而能進(jìn)行精密測(cè)量。
文檔編號(hào)G01B5/008GK1062035SQ9111065
公開日1992年6月17日 申請(qǐng)日期1991年9月27日 優(yōu)先權(quán)日1990年9月28日
發(fā)明者松本正和, 高橋敬三 申請(qǐng)人:株式會(huì)社三豐