CN107764154A - 坐标测量机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种坐标测量机，该坐标测量机包含：(i)测量头，该测量头用于确定有待测量的工件上的空间坐标；(ii)底座板，该底座板用作工件支座的承载结构或直接用作工件支座本身；以及(iii)定位设备，该定位设备用于将该测量头和该工件相对于彼此定位，其中，该底座板由硬质石材、混凝土或陶瓷制成，并且该定位设备具有安装在该底座板上的导轨。该导轨借助于螺钉被安装在该底座板上，该螺钉具有外螺纹、并且被***引入该底座板中的第一孔中、并且与螺栓拧紧在一起，该螺栓具有与该螺钉的该外螺纹相对应的内螺纹并且被***引入该底座板中的第二孔中，所述第二孔与该第一孔相正交延伸并且横穿该第一孔。

Description

坐标测量机

技术领域

本发明涉及一种坐标测量机，该坐标测量机包含(i)测量头，该测量头用于确定待测量的工件上的空间坐标；(ii)底座板，该底座板用作工件支座的承载结构或直接用作工件支座本身，并且具有(iii)定位设备，该定位设备用于将该测量头和该工件相对于彼此定位，其中，该底座板由硬质石材、混凝土或陶瓷制成，并且该定位设备具有安装在该底座板上的导轨。

背景技术

例如从DE 10 2012 103 554 B4已知这样的坐标测量机。

坐标测量机在现有技术中是公知的。坐标测量机例如作为品质保证的一部分用于检验工件，或者完全作为所谓的“逆向工程”的一部分来确定工件的几何形状。而且，可以设想多种进一步的应用可能性。

在这样的坐标测量机中，不同种类的传感器可以用于捕获待测量的工件的坐标。例如，在这方面已知以触觉方式进行测量的传感器，如申请人以产品名称“VAST XT”或“VAST XXT”出售的传感器。在此，用触针扫描有待测量的工件的表面，该触针在测量空间中的坐标始终是已知的。这样的触针也可以沿着工件的表面移动，使得可以这样的在所谓的“扫描方法”的范围内的测量过程中以设定的时间间隔捕获多个测量点。

另外，已知做法是使用利于非接触式捕获工件的坐标的光学传感器。这种光学传感器的一个实例是申请人以产品名称“ViScan”出售的光学传感器。

另外，存在多个坐标测量机，这些坐标测量机使用触觉传感器和光学传感器两者。这种坐标测量机又称为多传感器坐标测量机。

为了将有待测量的工件相对于测量头定位，通常在坐标测量机中使用可电致动的定位设备，这些定位设备将测量头和工件支座相对于彼此移动。取决于坐标测量机的设计，主动地移动测量头或工件支座(即，所谓的测量台)。这种运动通常沿着三条彼此垂直定向的坐标轴线进行。

在一些设计中，移动测量头和工件支座两者、或测量台。在所谓的悬臂设计中，测量台通常沿着一条轴线移动，而测量头沿着两条彼此垂直定向的轴线移动。在具有十字工作台设计的坐标测量机中，该测量台可沿着两条彼此正交定向的轴线移动，而测量头通常仅可沿着一条轴线移动。在桥架、门架和标准设计中，测量头通常可沿着三条彼此正交定向的轴线移动。在这种情况下，测量台经常是固定的。

坐标测量机的上述移动部件(例如门架、台架或测量台)通常可相对于所谓的底座板经由导轨移动，该导轨是线性驱动器的一部分。在额外放置测量台的情况下，此底座板用作测量台的承载结构，或者在不存在额外的可移动测量台的情况下，则所述底座板本身用作测量台或工件支座。通常将导轨安装在底座板上。

底座板通常由硬质石材、混凝土或陶瓷制成，因为底座板在坐标测量机中用作结构部件，并且由于坐标测量机必须满足的极高精度要求所以应具有极高的强度而同时展现出尽可能低的热变形性。硬质石材、混凝土(例如聚合物混凝土或高强度混凝土)或陶瓷符合这些特性。然而，这样的材料相对较脆。因此，排除了借助于引入该底座板中的常规螺钉和螺纹来附接用于门架、台架和/或测量台的导轨。

因此，为了将导轨附接至底座板，通常使用岩芯钻(core drill)在底座板中钻孔并且带螺纹的金属衬套随后被粘接到这些孔中。图5示出了这样的实例，其中，已经借助于螺钉101将导轨100附接至底座板103，这些螺钉接合到已经粘接到底座板103中的金属衬套102中。

然而，导轨的上述附接类型的问题是，必须非常精心地并在严格的过程控制下来实施粘接过程，借助于该粘接过程将这些金属衬套粘接到底座板上的孔中。最终，正是此粘合连接将导轨连接到底座板并且必须永久地固持住。经由粘合剂连接将任何类型的力从衬套传递至底座板。最终，由加速质量或热膨胀产生的张力类似地经由粘合剂连接进行传递。因此，存在这些金属衬套随时间推移而离开底座板的高风险。另外应注意，虽然如硬质石材、混凝土或陶瓷的材料具有高抗压强度，但这些材料仅具有非常低的抗张强度和断裂伸长值。换言之，这意味着：在张力下的轻微超载、即使仅局部超载也立即导致在金属衬套与底座板之间的连接点处的断裂或破裂。

导轨与底座板之间的、在图5中通过举例所示的连接的进一步缺点是，为了替代金属衬套，所有螺钉在各自情况下必须被释放并且整个导轨必须从该底座板上被拆卸下来。

发明内容

在此背景下，本发明的目的是提供一种坐标测量机，其中，永久地改善了具体地在作为定位设备的一部分的导轨与该坐标测量机的底座板之间的连接。

根据本发明的一个方面，此目的是通过一种开篇所述类型的坐标测量机来实现的，其中，该导轨借助于螺钉被安装在该底座板上，该螺钉具有外螺纹、并且被***引入该底座板中的第一孔中、并且与螺栓拧紧在一起，该螺栓具有与该螺钉的该外螺纹相对应的内螺纹并且被***引入该底座板中的第二孔中，所述第二孔与该第一孔相正交延伸并且横穿该第一孔。

根据本发明的构形提供了较现有技术的若干优点。主要优点是，由于将螺栓垂直于螺钉安排，上紧扭矩和旋拧力均经由螺栓被消散到底座板中。螺钉、螺栓与底座板之间的连接仅产生由硬质石材、混凝土或陶瓷制成的底座板容易经受的压应力。相比之下，未产生不期望的拉应力。

进一步的优点是螺栓可以松动地***第二孔中。不需要粘接至底座板。与开篇所述的、粘接至底座板中的金属衬套相比，因此也可以相对简单地替换螺栓。为此目的，不需要完全拆卸导轨。

虽然本文件总是涉及仅一个螺栓和一个螺钉，但是不言而喻，优选地使用多个这样的螺钉和螺栓以将导轨紧固至坐标测量机的底座板上。因此，在这种情况下，在底座板中还提供有多个彼此垂直延伸的第一孔和第二孔。然而为了简化，关于螺钉、螺栓以及第一孔和第二孔，在下文中仅使用单数。

根据实施例，该导轨被安装在该底座板的顶侧，其中，该第二孔平行于该顶侧延伸并且与该顶侧分隔开。相比之下，该第一孔优选地与底座板的顶侧相正交地延伸。优选地，安装在该底座板上的导轨与该第一孔相正交地延伸，并且还与该第二孔相正交地延伸。不言而喻，在孔轴线与导轨的纵向轴线之间在各自的情况下存在此正交性。

优选地，该第一孔和该第二孔被构形为横穿彼此的盲孔。除了表述“横穿”，这两个孔还可以被描述为彼此相通的孔或彼此相交的孔。

根据优选的实施例，导轨、螺钉和螺栓各自由钢制成。因此，在底座板与导轨、螺钉与螺栓之间在各自的情况下都会出现钢与硬质石材、混凝土或陶瓷之间的连接。这允许在所述部件之间的机械稳定且持久的连接。

取决于该坐标测量机的实施例，该定位设备具有的载体至少沿着轴线可在该导轨上移动，并且被构形成门架、悬臂、桥架、台架或测量台。在各自的情况下，因此在相应的承载部件运动的过程中经由导轨传递了巨大的力。出于此原因，导轨与借助于本发明能够实现的底座板之间的稳定连接至关重要。

优选地，螺栓沿着纵向轴线延伸并且具有基本上圆柱的形状。然而根据一种构形，该螺栓在一侧具有与圆柱形状有偏差的并且平行于该螺栓的纵向轴线延伸的平面修平部。

由于此修平部，该螺栓的形状被优化，使得可以减小该螺栓与第二孔之间的接触面处的赫兹应力。优选地，该螺栓的外径小于该第二孔的内径，使得该螺栓可以被容易地***该第二孔中并且可以再次从该第二孔移除。由于在安装状态下位置与导轨的下侧相对的螺栓一侧上的修平部，就可以改善力到底座板中的引入。

根据本发明的进一步的实施例，该螺栓在与该螺栓的纵向轴线相正交地延伸的第一末端侧上具有槽状凹陷。

此槽状凹陷优选地平行于提供在该螺栓中的内螺纹的螺纹轴线延伸。优选地，该螺栓的内螺纹被安排在通孔中，该通孔与该螺栓的纵向轴线相正交地定向。该槽状凹陷用作定向辅助以用于相对于螺钉正确地对螺栓进行定向。借助于商业上惯用的螺丝刀，使用者例如可以使槽状凹陷呈竖直取向，其结果是提供在螺栓中的内螺纹相对于螺钉正确定向。

根据本发明的进一步的实施例，该螺栓具有第二内螺纹，该内螺纹被安排在平行于该螺栓的纵向轴线定向的盲孔中。优选地，将此盲孔从该第一末端侧引入该螺栓中。

借助于此第二内螺纹，在拆卸情况下，可以相对容易地将螺栓从底座板中的第二孔中移除，这是在于将具有对应的外螺纹的工具拧入螺栓中，并且该工具然后与该螺栓一起从该第二孔中被取出。不言而喻，必须预先释放螺钉与螺栓之间的连接。

不言而喻，上述特征以及还有待在以下说明的那些特征不但可以以在各自情况下指定的组合来使用，而且还可以以其他组合来使用或者它们单独使用而不脱离本发明的范围。

附图说明

在附图中展示了本发明的多个示例性实施例并且在以下的说明中对这些实施例进行了更详细的说明。在附图中：

图1示出了坐标测量机的简化示意图；

图2示出了根据本发明的坐标测量机的一部分的截面细节视图，以便展示坐标测量机的导轨与底座板之间的连接；

图3示出了用于展示用于将导轨连接至坐标测量机的底座板的部件的细节视图；

图4示出了坐标测量机的导轨与底座板之间的所述连接的横截面视图；并且

图5示出了根据现有技术的坐标测量机的导轨与底座板之间的连接类型。

具体实施方式

图1示出了可以使用本发明的示例性坐标测量机的简化图示。坐标测量机在此整体用参考数字10来指明。

坐标测量机10具有底座板12，坐标测量机10的大多数其余部件被紧固至该底座板上。可以说，底座板形成了坐标测量机10的基础。因此，该底座板用作坐标测量机10的结构部件。底座板10自身用作工件14(参见图1)的工件支座或用作工件支座的承载结构。如果存在沿着一条或多条轴线可移动的额外测量台，则将所述测量台安装在底座板12上。在任何情况下，将待测量的工件14直接或间接地放置在底座板上(在测量台上)。

出于功能性原因，底座板因此必须显示出极大的刚度和尽可能低的热膨胀系数。因此，底座板通常由硬质石材、优选地花岗石制成。替代地，底座板12还可以由混凝土、特别是聚合物混凝土或高强度混凝土、或由陶瓷形成。

根据图1所示的坐标测量机10的示例性实施例，在底座板12上安排有门架16。门架16用作测量头18的可移动承载结构，借助于该测量头测量工件14。门架16具有两个柱20和一个横梁22，滑架24可移动地安装在该横梁上。滑架24支承套筒轴26，测量头18紧固在该套筒轴的下端处。

在图1所示的实例中，测量头18具有测量头底座28和测量工具30，该测量工具优选地以可分离的方式连接至测量头底座28。测量头底座28优选地具有旋转式回转接头，借助于该旋转式回转接头，测量工具30可绕一条、两条或更多条轴线旋转和回转。取决于实施例，测量工具30被配置为触觉测量工具，也就是说，例如被配置为触针，或者被配置为包含高分辨率相机的光学测量工具。

另外，坐标测量机10具有用于相对于彼此定位测量头18和底座板12、或用于相对于彼此定位测量头18和待测量的工件14的定位设备。该定位设备包括控制单元32和多个驱动器，借助于这些控制单元和驱动器，测量头18和工件14可以相对于彼此移动。

在本实例中，坐标测量机10具有门架设计，所述驱动器使测量头18相对于待测量的工件14移动，该待测量的工件位于底座板12上。在这种情况下，底座板12是固定的。测量头18可以沿着三条彼此正交定向的坐标轴线移动。在本文献中，这些坐标轴线用x轴、y轴和z轴来指明。举例来讲为这些驱动器之一提供了参考数字34。此驱动器34被配置为使门架16相对于底座板12沿着y轴移动。借助于另一个驱动器(在此未单独标明)，滑架24可以沿着x轴在横梁22上移动。套筒轴26可以沿着z轴相对于滑架24移动。

应注意，举例来讲仅基于具有门架设计的坐标测量机10来说明本发明。然而原则上，本发明还用于具有悬臂、桥架或台架设计的坐标测量机中。取决于坐标测量机10的类型，测量头18和工件14在一个、两个或所有三个空间方向(x-，y-，z-)上的相对运动还可以藉由例如借助于在底座板12上可移动的测量台而是可移动的工件14来实现。

在此仅示意性展示的控制单元32通常不仅用于控制定位设备并且因此控制单独驱动器34，而且还用于评估从测量头18获得的数据、并且基于所评估的测量数据来确定待测量的工件14的空间坐标。

参考符号36表示若干测量标尺，这些测量标尺同样属于坐标测量机10的定位设备。这些测量标尺36被配置为结合对应的读数头(在此未展示)用于分别确定门架16相对于基座12的当前位置、滑架24相对于横梁22的位置、以及套筒轴26相对于滑架24的位置。在测量头底座28的旋转式回转接头中，可以安排编码器，借助于这些编码器能够以类似的方式确定测量头30相对于套筒轴26的相应当前旋转和回转位置。所述位置值被馈送至控制单元32，该控制单元于是基于标尺值和编码器值确定待测量的工件14上的测量点的当前空间坐标。另外，控制单元32能够致动用于移动门架16、滑架24和套筒轴26的驱动器、还以及测量头18的旋转式回转接头的驱动器，以便使得测量工具30呈相对于待测量的工件14限定的位置。

在图1所示的示例性实施例中，门架16可沿y轴在两个导轨38上移动。导轨38安装在底座板12上。通常，门架16的柱20通过一个或多个滚珠靴(ball shoe)支撑在此导轨38上。

根据本发明，图2至图4示出了将导轨38附接至底座板12上的方式。图2和图3各自示出了透视图，其中，底座板12在图2中以局部截面展示出而在图3中完全被省略。图4示出了穿过底座板12和导轨38的纵向截面视图。

借助于若干螺钉40和螺栓42将导轨38紧固至底座板12上。在安装状态下，这些螺钉40平行于彼此定向。类似地，在安装状态下，这些螺栓42也平行于彼此定向。然而，这些螺钉40、或其纵向轴线与这些螺栓42(或其)纵向轴线相正交地定向。在安装状态下，螺钉40的纵向轴线与底座板12的顶侧44相正交地延伸，导轨38安装在该顶侧上。相比之下，在安装状态下，这些螺栓42的纵向轴线平行于顶侧44定向。

为此，已经将若干第一孔46和若干第二孔48引入至底座板12中。第一孔46的纵向轴线平行于彼此延伸，但与第二孔48的类似地平行于彼此延伸的纵向轴线相垂直地延伸。在各自情况下，第一孔46通向第二孔48。优选地，第一和第二孔46、48两者均被构形成盲孔。导轨38的纵向轴线与第一孔46的纵向轴线相正交地定向，并且第一孔的纵向轴线进而与第二孔48的纵向轴线相正交地定向。

这些螺钉40已经***这些第一孔46中。这些螺栓42已经***这些第二孔48中。这些螺钉40各自具有外螺纹50，该外螺纹与提供在螺栓48中的内螺纹52相对应。内螺纹52的中心轴线各自与螺栓42的纵向轴线相正交地定向。

与现有技术中的图5所示的连接变型成对比，底座板12由于这种类型连接仅受到压力。这对于优选地形成底座板12的脆性材料诸(如花岗岩、混凝土或陶瓷)是非常有利的。

另外，如从图3中清楚的是，螺栓42具有基本上圆柱的形状，但是在它们的顶侧具有与圆柱形状有偏差并且平行于相应的螺栓42的纵向轴线延伸的平面修平部54。通过此修平部54，可以减小赫兹应力。

另外，每个螺栓42在其末端侧之一上具有槽状凹陷56，该槽状凹陷垂直于螺栓42的纵向轴线延伸。所述凹陷用作螺丝刀的接合点以便在组装过程中相对于螺钉40在第二孔48内对螺栓42进行定向。另外，每个螺栓42优选地还具有盲孔58，该盲孔在各自的情况下从螺栓42的第一末端侧60被引入螺栓42中。在此盲孔58中提供了第二内螺纹62。第二内螺纹62使得可以在拆卸过程使用对应的工具从第二孔48相对容易地取出螺栓42。

图2和图4所示的连接类型不仅可以用于导轨38，如在当前情况下，坐标测量机10的门架16在该导轨上移动。原则上，这种连接类型还可以以同样有利的方式用于安装在底座板12上的导轨，并且测量台例如可移动地安装在该导轨上。

Claims (12)

1.坐标测量机(10)，包含：

-测量头(18)，该测量头用于确定有待测量的工件(14)上的空间坐标；

-底座板(12)，该底座板用作工件支座的承载结构或直接用作工件支座本身；以及

-定位设备(32，34，36)，该定位设备用于将该测量头(18)和该工件(14)相对于彼此定位；

其中，该底座板(12)由硬质石材、混凝土或陶瓷制成，

其中，该定位设备(32，34，36)具有安装在该底座板(12)上的导轨(38)，以及

其中，该导轨(38)借助于螺钉(40)被安装在该底座板(12)上，该螺钉具有外螺纹(50)、并且被***引入该底座板(12)中的第一孔(46)中、并且与螺栓(42)拧紧在一起，该螺栓具有与该螺钉的该外螺纹(50)相对应的内螺纹(52)并且被***引入该底座板(12)中的第二孔(48)中，所述第二孔与该第一孔(46)相正交延伸并且横穿该第一孔(46)。

2.根据权利要求1所述的坐标测量机，其中，该导轨(38)被安装在该底座板(12)的顶侧(44)，并且其中，该第二孔(48)平行于该顶侧(44)延伸并且与该顶侧分隔开。

3.根据权利要求1或2所述的坐标测量机，其中，该定位设备(32，34，36)具有载体(16)，该载体至少沿着该导轨(38)上的一个轴线是可移动的、并且被构形成门架、悬臂、桥架、台架或测量台。

4.根据权利要求1至3之一所述的坐标测量机，其中，该导轨(38)、螺钉(40)以及螺栓(42)由钢制成。

5.根据权利要求1至4之一所述的坐标测量机，其中，该第一孔和该第二孔(46，48)被构形成盲孔。

6.根据权利要求1至5之一所述的坐标测量机，其中，该第一孔和该第二孔(46，48)两者均与该导轨(38)相正交地延伸。

7.根据权利要求1至6之一所述的坐标测量机，其中，该螺栓(42)具有基本上圆柱形状，但是在一侧具有与圆柱形状有偏差并且平行于该螺栓(42)的纵向轴线(45)延伸的平面修平部(54)。

8.根据权利要求1至7之一所述的坐标测量机，其中，该螺栓(42)的外径小于该第二孔(48)的内径。

9.根据权利要求1至8之一所述的坐标测量机，其中，该螺栓(42)在与该螺栓(42)的纵向轴线(45)相正交地延伸的第一末端侧(60)上具有槽状凹陷(56)。

10.根据权利要求1至9之一所述的坐标测量机，其中，该螺栓(42)的该内螺纹(52)被安排在通孔(53)中，该通孔与该螺栓(42)的纵向轴线(45)相正交地定向。

11.根据权利要求1至10之一所述的坐标测量机，其中，该螺栓(42)具有第二内螺纹(52)，该内螺纹被安排在平行于该螺栓(42)的纵向轴线(45)定向的盲孔(58)中。

12.根据权利要求11所述的坐标测量机，其中，已经将该盲孔(58)从该第一末端侧(60)引入该螺栓(42)中。