专利名称：具有可互换任务模块配重的坐标测量机器的制作方法
技术领域：
本发明涉及任务模块以及可互换任务模块配重，所述任务模块诸如那些适于与定位设备(诸如坐标定位设备)一起使用的任务模块，特别是用在坐标测量机器上的探针模块。
背景技术：
坐标测量机器通常包括底座和框架，底座能支撑待检查制品，框架安装在底座上用于保持主轴，主轴进而适于保持例如用于检查制品的制品检查装置。所述底座、框架和/或主轴通常被构造成使得诸如测量探针等检查装置和制品能沿着至少一条轴线(更典型的是沿着三条彼此正交轴线X、Y和Z)相对于彼此移动。能够设置马达用于沿着那些轴线驱动由主轴保持的检查装置。还已知提供铰接头，检查装置安装在铰接头上。铰接头通常具有一个、两个或多个旋转自由度以便允许安装在探针头上的检查装置围绕一条、两条或多·条旋转轴线运动。这种铰接头例如描述在专利文献EP0690286和EP0402440中。EP0690286描述了所谓的分度探针头，其中使用马达在多个预定的或“分度”方位之间移动检查装置。一旦头被设置在期望位置，就通过移动机器的框架和/或主轴利用检查装置执行零件的检查。换言之，分度探针头被锁定在固定位置，同时检查发生并且不需要操作马达来保持检查装置的位置。W09007097描述了另一种铰接探针头，它经常被称作“主动”或“伺服”头。这里，这种头被称为主动头。在这种布置中，主动头的马达被持续地修正以便控制检查装置的方位，例如用于保持检查装置的方位或者改变检查装置的方位，例如在进行测量时。对于两种类型的铰接头，头的马达需要具有足够的转矩以便克服检查装置的重量，从而将它移动至期望的位置。在主动头的情况下，头的马达还需要能够连续地工作以便在测量期间保持检查装置的位置。正如将要理解的，除了检查制品以外或者代替检查制品，诸如以上描述的头能够适于携带工具用于作用在制品上。精度经常是坐标定位机器的一个关键要求。坐标定位设备的开发者不断地努力寻求方法以提供具有更大精度的坐标定位设备。同时，在许多情况下，多样性也是坐标定位设备的一个重要要求。检查装置和工具与具有不同类型或尺寸的单个零件相互作用是有利的。而且，经常在相同的机器上检查和/或加工不同的零件，并且这些需要不同类型的检查装置和工具。例如，当检查制品时，可能期望在相同的坐标定位设备上使用接触式探针(例如触摸触发式探针)和非接触式探针(例如光学探针)。

发明内容
本发明涉及一种系统，其具有至少一个可互换任务模块和至少一个可改变配重模块，所述配重模块能被改变以降低使用期间铰接头(至少一个任务模块安装在所述铰接头上)关于其至少一条旋转轴线的至少一个失去平衡的程度。特别地，坐标定位设备可以具有铰接头，铰接头具有至少一条旋转轴线；可互换地安装至所述铰接头的至少一个任务模块；以及至少一个可改变任务模块配重，其能用来减少铰接头关于其至少一条旋转轴线失去平衡的程度。所述至少一个可改变任务模块配重能够被改变以便至少部分地平衡至少一个任务模块关于所述至少一条旋转轴线的重量，并因此降低铰接头关于其至少一条旋转轴线失去平衡的程度。根据本发明的第一方面，提供了一种操作坐标定位设备的方法，所述坐标定位设备包括具有至少一条旋转轴线的铰接头，所述方法以任何合适的顺序包括将至少一个可互换任务模块装载到所述铰接头上；以及将至少一个可互换任务模块配重装载到所述铰接头上以便降低铰接头关于其至少一条旋转轴线失去平衡的程度。设置可互换配重意味着能够使用合适的配重构造来降低铰接头关于至少一条轴线失去平衡的程度。在特定实施例中，设置可互换配重意味着能够使用合适的配重来至少部分地平衡目前要用在头上的至少一个任务模块的重量。这可以意味着需要更少的转矩来 重新确定任务模块的方位并且还将任务模块保持在合适位置。这进而减少了铰接头的马达的动力需要。如果希望的话，这使得能够使用更小的且动力更低的马达，即使在坐标定位设备将要与一系列不同的任务模块(包括大的且重的任务模块)一起使用时。因为在使用本发明的可互换配重时铰接头使用更少的动力，所以在使用时铰接头的马达产生的热量能够显著地降低。这在测量操作期间是非常有利的，因为由于热膨胀效应，热量可能是坐标定位机器中一个重要的误差源。而且，降低铰接头失去平衡的程度的能力能够减少围绕至少一条轴线旋转期间头所经历的晃动量。并且，这能提高铰接头的运动精度。在使用铰接头携带测量探针的实施例中，这能提高测量所获得的结果的精度。所述至少一个可互换任务模块配重可以改变，从而其平衡效果是可以改变的。因此，所述方法可以进一步包括改变可互换任务模块配重。例如，所述可互换任务模块可以是可改变的，因为其质心相对于至少一条旋转轴线的位置是可以改变的。例如，所述至少一个可互换任务模块可以包括至少一个可移动平衡重量。所述至少一个可移动平衡重量可以在接近所述至少一条旋转轴线的位置与远离所述至少一条旋转轴线的位置之间移动，以便改变平衡重量围绕所述至少一条轴线施加的重力转矩。因此，所述方法进一步包括改变所述可互换任务模块配重的质心位置以便进一步平衡所述至少一个任务模块的重量。所述至少一个可互换任务模块配重可以包括主动构件，用于实施改变所述至少一个可改变任务模块配重的质心位置。例如，所述至少一个可互换任务模块配重可以包括至少一个马达。选择地，所述至少一个可互换任务模块配重可以是被动构件。例如，可能需要与外部装置、工具和/或用户相互作用以便相对于至少一条轴线移动所述至少一个可改变任务模块配重的质心位置。所述至少一个可改变任务模块配重可以可互换地安装至铰接头。除固定至铰接头的任务模块配重(例如与以上非常类似的固定至铰接头并且具有可移动质心的可改变任务模块配重)之外或者代替它，可以设置所述至少一个可互换任务模块配重。可以设置多个不同的可互换任务模块配重，每个均能可互换地安装在铰接头上。当没被安装在铰接头上时，多个不同的可互换任务模块配重可以被储存在储存架中。因此，所述方法可以包括在铰接头上装载至少一个储存在储存架中的可互换任务模块配重。优选地，所述至少一个可互换任务模块配重被自动地更换。特别地，优选所述至少一个任务模块配重被自动地互换。例如，优选地，通过使坐标定位设备与用于可互换任务模块配重的储存架协作，从而将任务模块配重装载至铰接头或从铰接头上卸下。因此，储存架优选在坐标定位机器的操作空间中。换言之，坐标定位设备能包括用于至少一个可互换任务模块配重的可互换任务模块配重架，借助该配重架坐标定位设备能将所述至少一个可互换任务模块配重装载至铰接头或从铰接头卸下。因此，所述方法可以进一步包括驱动铰接头以便自动地将至少一个储存在位于坐标定位机器的操作空间中的架上的可互换任务模块配重装载到铰接头上。优选地，所述坐标定位设备可以被编程以便改变所述至少一个可互换任务模块配重。特别地，优选所述坐标定位设备可以被编程以便使可互换任务配重被装载到铰接头上或从铰接头上卸下。优选地，坐标定位设备可以被编程以便能够用另一个任务模块配重更换一个可互换任务模块配重。可互换任务模块配重可以借助机械联接器被安装在铰接头上，所述机械联接器诸如能通过坐标定位设备与架的相互作用而释放的钩装置。选择地，所述可互换任务模块配重可以借助卡口安装件被安装至铰接头。选择地，可互换任务模块配重能借助可释放吸引机构(诸如借助磁性装置)被安装至铰接头。所述磁性装置可以是永久磁性机构或者例如是电磁机构。优选地，可互换任务模块配重和铰接头之间的安装可以通过将可互换任务模块配重从铰接头拉离、滑离、剥离或拧开而释放。类似地，所述至少一个任务模块还可以以上述任何方式被互换(例如自动地可互换)。特别地，用于至少一个可互换任务模块配重的储存架还可以适用于储存至少一个任务模块。选择地，可以设置用于储存所述至少一个任务模块的第二储存架，它与用于至少一个可互换任务模块配重的储存架分离。所述至少一个任务模块可以包括所述至少一个可互换任务模块配重。也就是说，任务模块和可互换任务模块配重可以设置为单一整体件。在这种情况下，所述至少一个可互换任务模块和至少一个可互换任务模块配重将一起被可互换地安装至铰接头。换言之，能够同时地进行至少一个可互换任务模块和至少一个可互换任务模块配重的装载。因此，所述方法能够包括同时地安装所述至少一个可互换任务模块和所述至少一个可互换任务模块配重。选择地，所述至少一个可互换任务模块配重和所述至少一个可互换任务模块作为单独的部件被设置。特别地，选择地，所述至少一个可互换任务模块配重能与至少一个可互换任务模块分离地(例如，非同时地，换言之在时间上不同)装载到铰接头上。因此，所述方法可以包括将至少一个可互换任务模块和可互换任务模块配重的其中一个安装到铰接头上，随后将另一个安装到铰接头上。正如将理解的，至少一个可互换任务模块配重的装载可以在装载至少一个可互换任务模块之前或之后进行。然而，正如将理解的，即使在至少一个可互换任务模块配重和至少一个可互换任务模块作为单独部件提供时，它们仍然能一起安装到铰接头上，即同时地。例如，这可以是以下情况，即可互换任务模块和可互换任务模块配重的其中一个借助另一个安装至铰接头(下面将更详细地解释)，并且可互换任务模块和可互换任务模块配重已经被预安装至彼此上(例如，虽然它们作为单独部件被提供，但是它们也能以组装状态储存在储存架中)。选择地，所述至少一个可互换任务模块配重和至少一个任务模块能被安装至铰接头的大致相同侧。优选地，所述至少一个可互换任务模块配重和至少一个可互换任务模块能借助铰接头上的相同的任务模块安装座安装至铰接头。例如，所述至少一个可互换任务模块和至少一个可互换任务模块配重的其中一个能被装载到另一个上(例如，堆叠在其顶部上)。例如，可互换任务模块能借助至少一个可互换任务模块配重被安装至铰接头。例如，可互换任务模块配重可以直接地安装至铰接头，并且可互换任务模块可以直接地安装至可互换任务模块配重。因此，所述至少一个可互换任务模块可以堆叠在至少一个可互换任务模块配重上。因此，所述方法可以包括 将至少一个可互换任务模块配重直接装载到铰接头上并且将至少一个可互换任务模块直接装载到所述至少一个可互换任务模块配重上。同时，这可以以任何合适的顺序执行(例如，可以在将至少一个可互换任务模块配重直接安装至铰接头上之前或之后，将所述至少一个可互换任务模块直接安装在至少一个任务模块配重上)。选择地，可互换任务模块配重可以借助可互换任务模块安装至铰接头。例如，可互换任务模块可以直接安装至铰接头，并且可互换任务模块配重可以直接安装至至少一个可互换任务模块。选择地，所述铰接头对于所述至少一个可互换任务模块和至少一个可互换任务模块配重可以具有分离的安装座。用于至少一个可互换任务模块的安装座和用于至少一个可互换任务模块配重的安装座能位于头的大致相对侧上。选择地，用于至少一个任务模块的安装座和用于至少一个可互换任务模块配重的安装座能位于头的大致相同侧上。所述至少一个可互换任务模块配重能被构造成使得其质心相对于任务模块的质心位于旋转轴线以外以便至少部分地平衡至少一个任务模块的重量。因此，当不直接位于旋转轴线以上或以下时，可互换任务模块配重将围绕至少一个旋转轴线提供与任务模块相反的来自重力的转矩。优选地，这是关于至少一条旋转轴线的在铰接头的整个允许运动范围内的情况。在可互换任务模块配重与任务模块安装至铰接头的相同侧的实施例中(例如，当任务模块和任务模块配重借助相同的安装座安装或作为单一整体件安装时)，这将需要提供至少一个臂，用于将可互换任务模块配重的质心相对于任务模块的质心定位在旋转轴线之外。所述至少一个臂可以围绕铰接头的外侧延伸。选择地，所述至少一个臂可以延伸通过铰接头中的通道。任务模块可以是探针模块。所述探针模块可以包括用于感测制品的部件。也就是，探针模块可以是探针传感器模块。因此，探针模块可以是用于与制品相互作用的探针模块。例如，探针模块可以是用于检查制品的制品检查工具。探针模块可以是用于确定零件的硬度、表面抛光度和/或温度的至少其中之一的装置。探针模块可以是用于执行对零件的非破坏性测试的装置，例如借助超声方法。选择地，所述探针模块可以是用于测量制品的尺寸的装置。这种合适的装置包括测量探针。所述探针模块可以是接触式探针。在这种情况下，探针模块可以包括探针本体，具有用于接触制品的触针尖端的触针从所述探针本体延伸。正如将要理解的，这种测量探针能包括触摸触发式探针和模拟探针(也已知为扫描探针)，触摸触发式探针在检测触针与表面之间的接触时发出信号，模拟探针提供触针相对于探针本体的偏转的测量。探针模块可以是非接触式探针。所述非接触式探针可以包括光学探针、电容探针或电感探针中的至少其中之一。本发明对于光学探针尤其有用，因为与其它类型的探针相t匕，光学探针具有相对高的重量。下面将更详细地讨论合适的计量装置，尤其是用于本发明的方法的合适的测量探针模块。正如将要理解的，所述至少一个探针模块不是必须需要包括传感器部件。例如，它可以是用于增加探针传感器模块和铰接头之间的距离的伸缩杆模块。任务模块可以包括工具模块。所述工具模块可以包括用于与零件相互作用以便加工零件的工具。例如，所述工具可以用于加工零件，例如机加工、蚀刻或切削零件。所述工具可以用于携带零件，例如，它可以是镐并放置工具。所述工具还可以用于分配工具，诸如用于将流体分配至工件的工具。而且，所述工具可以是用来向工件施加力的粘合工具。合适的工具模块包括激光工具模块、切削工具模块(例如钻削或铣削工具模块)。正如将理解的，所述至少一个工具模块不是必须需要包括用于与零件相互作用的工具。例如，它可以是伸缩杆模块，用于增加具有用于与零件相互作用的工具的工具模块与铰接头之间的距离。 所述至少一个可互换任务模块配重可以构造成使得由装载在铰接头上的至少一个任务模块引起的围绕至少一个旋转轴线的转矩被平衡掉至少50%，优选至少75%，更优选至少90%。可互换任务模块配重可以被构造成围绕至少一条轴线大致平衡铰接头。这可以是在停歇状态下，大致需要零转矩以将任务模块围绕至少一条轴线保持在给定方位。特别地，可更换任务模块配重可以被构造成围绕至少一条轴线大致平衡任务模块。特别地，任务模块配重可以构造成使得安装在铰接头上的合成质心大致位于至少一条旋转轴线上。在至少一个任务模块配重包括可互换任务模块配重的实施例中，可互换任务模块配重可以相应于任务模块。特别地，坐标定位设备可以包括多个可互换任务模块以及多个相应的可互换任务模块配重，所述多个可互换任务模块用于装载在铰接头上，所述多个任务模块配重能被选择用于其对应的任务模块，以便围绕至少一条轴线大致平衡其对应的任务模块。单个任务模块配重可以被用来围绕至少一条轴线平衡任务模块。多个可互换任务模块配重可以被设置。多个可互换任务模块配重的至少一些可以被构造成使得它们在安装在铰接头上时的平衡效果大致相同或者可以不同。选择地，可以一起使用多个配重以便大致平衡任务模块。例如，配重可以具有允许配重的堆叠的安装结构。选择地，所述方法可以包括将多个可互换任务模块配重装载在铰接头上。进一步可选择地，所述方法能包括在铰接头上将多个可互换任务模块配重堆叠在彼此之上。所述可互换任务模块配重可以包括被任务模块使用的电子部件。因此，所述配重可以由其功能不仅仅是提供重量的物体提供。例如，可互换任务模块配重可以包括用于任务模块的电源。例如，可互换任务模块配重可以包括用于向电源供电的电池。选择地，所述配重可以包括用于处理任务模块数据的处理器。可互换任务模块配重可以被构造成使得它在关于至少一条旋转轴线的所有可能的方位都不与铰接头和/或坐标定位设备接触。优选地，可互换任务模块配重被构造成使得它在铰接头的整个旋转运动范围内关于其至少一条旋转轴线不与铰接头的旋转发生干涉。选择地，可互换任务模块配重可以被构造成在围绕至少一条旋转轴线的至少一个方位接触铰接头。选择地，可互换任务模块配重可以包括反旋转构件，所述反旋转构件被构造成接合铰接头和/或主轴，所述反旋转构件至少在围绕至少一条旋转轴线的至少一个方位安装在所述铰接头和/或主轴上。如果铰接头在所述至少一个方位突然停止，这能有助于抵抗至少一个可互换任务模块旋转并从铰接头上的安装座脱离的趋势。例如，所述可更换任务模块配重的反旋转构件可以被构造成在铰接头的其中一个旋转极点处或者在铰接头接近其中一个旋转极点时接触铰接头(和/或它所安装的主轴)。特别地，铰接头可以具有用于限制围绕所述至少一条轴线的运动的至少一个端止动件，并且可更换任务模块配重的反旋转构件可以被构造成恰好在铰接头处于其端止动位置之前或处于该位置时接触铰接头。这能有助于在导致铰接头的自由旋转的铰接头动力失效的情况下防止对铰接头、任务模块和/或可更换任务模块配重的毁坏。如上所述，可互换任务模块配重可以被调节以便改变其平衡效果。例如，可以调节任务模块配重的质心位置，从而它可以用作用于具有不同重量的多个不同任务模块的合适的配重。而且，任务模块配重的可调节性能有助于微调任务模块配重的平衡效果。这在期望大致平衡任务模块的重量时是有帮助的。在这些情况下，可互换任务模块配重可以手动 地调节(例如需要用户干涉以便移动任务模块配重的质心位置)或者自动地调节(例如可以设置马达，马达可以例如由诸如坐标定位设备的控制器等处理器操作)以便移动任务模块配重的质心的位置。选择地，可互换任务模块配重可以包括多个可移除重量。所述重量可以被移除或者添加以便帮助大致平衡任务模块的重量。铰接头可以被构造成关于至少一条旋转轴线内在地不平衡。因此，铰接头可以围绕至少一条轴线永久地配重，从而当没有任务模块或者任务模块配重安装在铰接头上时，铰接头围绕至少一条旋转轴线不平衡。特别地，可以在一侧给提供任务模块安装座的铰接头的旋转件配重，所述任务模块安装座可围绕至少一条轴线旋转。所述旋转件可以在包括用于与任务模块一起安装的结构的一侧被配重。优选地，旋转件在与包括用于与任务模块一起安装的结构一侧相反的一侧上被配重。因此，在这种情况下，被配重的旋转件将对任务模块提供某种平衡。这可以减少对可互换任务模块配重的需要。铰接头可以是分度头或者主动头。正如将理解的，多个任务模块可以安装至铰接头。例如，这可以是当任务模块包括伸缩杆的情况，所述伸缩杆用于增加与零件相互作用的任务模块与铰接头之间的距离。在这些情况下，任务模块配重可以被构造成大致平衡多个任务模块。因此，所述方法可以包括将多个任务模块装载到铰接头上。选择地，所述方法可以包括在铰接头上将多个可互换任务模块堆叠在彼此之上。选择地，与以上描述相符，一个或实际上多个任务模块配重可以被提供以便平衡多个任务模块的重量。优选地，铰接头具有至少两条旋转轴线，更优选地，具有至少两条大致正交的旋转轴线。因此，铰接头可以包括第二旋转轴线。在这种情况下，所述至少一个可更换任务模块配重还可以降低铰接头围绕第二旋转轴线失去平衡的程度。第二旋转轴线可以大致垂直于第一旋转轴线。第二旋转轴线可以与第一旋转轴线相交。所述至少一个可更换任务模块配重可以被构造成使得安装在铰接头上的结构的合成质心大致位于第二旋转轴线上。特别地，所述至少一个可更换任务模块配重可构造成使得安装在铰接头上的结构的合成质心大致位于第一和第二旋转轴线上。根据本发明的第二方面，提供了一种坐标定位设备，其包括具有至少一条旋转轴线的铰接头；可互换地安装至所述铰接头的至少一个任务模块；以及至少一个可互换任务模块配重，其至少部分地平衡至少一个任务模块围绕至少一条旋转轴线的重量。正如将理解的，与本发明第一方面相关的以上描述的特征和实施例同样适用于本发明的第二方面并且与其相关。根据本发明的第三方面，提供了一种任务设备，其包括任务模块和至少一个相应的任务模块配重，所述任务模块用于可互换地安装在具有至少一条旋转轴线的坐标定位机器的铰接头上，所述任务模块配重用于可互换地安装在铰接头上以便降低铰接头围绕其至少一条旋转轴线失去平衡的程度。特别地，优选所述至少一个相应的任务模块配重是用于至少部分地平衡所述任务模块围绕所述至少一条轴线的重量的。正如将要理解的，以上结合本发明第一和第二实施例描述的特征和实施例同样适用于本发明的第三方面并且与其相关。


下面参考以下附图描述本发明的实施例，其中图I是根据本发明的坐标定位机器的示意性等距视图；图2 ( a )和2 ( b )分别是图I所示铰接头、探针模块和整体探针模块配重的示意性主视图和侧视3 ( a )、3 (b )和3 ( c )是安装在铰接探针头上的探针模块和整体探针模块配重的第一、第二和第三实施例的示意性主视图；图4 U)、4 (b)和4 (C)是安装在铰接探针头上的探针模块和分离的探针模块配重的第一、第二和第三实施例的示意性主视图；图5 (a)和5 (b)是根据本发明其它实施例的铰接探针头、探针模块和分离的探针模块配重的示意性侧视图；图6 ( a )和6 ( b )是根据本发明其它实施例的铰接探针头、探针模块和分离的探针模块配重的示意性主视图；图7 ( a )和7 ( b )是非接触式光学探针安装在铰接头上的本发明其它实施例的示意性侧视图；图8 ( a )和8 ( b )是其中探针模块配重延伸通过铰接头的本发明实施例的示意性横截面图；图9 ( a )和9 (b)是其中使用堆叠的探针模块配重来平衡探针模块重量的本发明实施例的不意性主视图；图10是能够储存探针模块配重和探针模块的储存架的示意性主视图；图11 ( a )和11 (b)本发明另外的实施例的示意性侧视图；图12是流程图，其显示了操作根据本发明的坐标定位设备的过程。
具体实施例方式参照图1，其显示了坐标定位机器，更特别地显示了根据本发明的坐标测量机器(CMM) 10。CMM 10具有工作台12和框架14，待测量工件(未示出)能安装在工作台12上，框架14携带铰接探针头24，铰接探针头24进而携带接触式探针26形式的表面感测装置。框架14有利于铰接探针头24在控制器30的控制下沿着三个正交方向X、Y和Z运动。特别地，框架包括桥形件18 (其可以沿着设置在工作台12上的轨道22沿着Y方向运动)、托架20 (其可以沿着桥形件18的横杆沿X方向运动)以及Z柱16 (其可以穿过托架20沿Z方向运动)。正如将要理解的，支承装置、马达和传感器(未显示)被设置在轨道22、桥形件
18、托架20和Z柱16中，用于促进这种运动，并且用于将其相对位置回馈至控制器30。安装在CMMlO的Z柱16上的铰接探针头24是具有两条大致正交旋转轴线Al和A2的主动头，所述接触式探针26能围绕所述旋转轴线取向，Al大致平行于Z轴线，A2大致垂直于Z轴线。控制器30被设置用于控制接触式探针26的运动并且还用于从CMMlO中的所有传感器接收并收集传感器信息以便能够测量放置在工作台12上的工件，工件被接触式探针26检查。正如将要理解的，控制器30可以包括计算机，例如个人计算机(PC)或者控制器可以与外部计算机相连。
在所示实施例中，接触式探针26借助探针配重28形式的中间构件被安装在铰接探针头24上。探针配重28包括臂，所述臂被布置成使得在臂端部处的重量相对于接触式探针26延伸超过旋转轴线A2，从而它们平衡接触式探针26的重量。探针配重28和其各种实施例将在下面参考图2-11更详细地描述。图2 (a)和2 (b)显示了图I的铰接探针头24、接触式探针26以及探针配重28。在该特定实施例中，接触式探针(一般由附图标记26表示)和探针配重(一般由附图标记28表示)作为单个整体式部件而提供。整体化接触式探针和探针配重借助设置在铰接头的旋转件32上的探针模块安装座31被安装至铰接探针头24。探针模块安装座31具有用于吸引整体化接触式探针和探针配重的安装面34中的磁体(未显示)的磁体。探针模块安装座31还具有对准结构(未显示)，其与设置在整体化接触式探针和探针配重的安装面34上的相应对准结构(未显示)相协作，以便确保两者之间的可重复安装。例如，这种对准结构可以包括运动学安装结构以便提供探针安装座31与整体化接触式探针和探针配重之间的运动学安装。正如将要理解的，运动学安装是这样的，它具有在一个零件上的元件，所述元件被布置成与在另一个零件上的元件协作以便提供高度可重复的定位。所述元件被布置成彼此协作以便约束所述零件之间沿所有六个自由度(即，三个垂直线性自由度和三个垂直旋转自由度)的相对运动，优选通过六个接触点或者约束点。在一个特定实施例中，其中一个零件上的元件布置成在三个间隔开位置的每一个处提供一对彼此会合的表面，其方式使得提供与另一个零件上元件的总共六个接触点。这就约束了一个零件相对于另一个零件的六个可能的自由度。有时这种运动学安装已知为男孩支撑件(Boys support),并且例如在H. J. J. Braddick的“实验室设备的机械设计”(Chapman&Hall,伦敦，1960年,第11-30页)中被描述。正如将要理解的，整体化接触式探针和探针配重可以借助非运动学机构被安装至铰接头。例如，所述整体化接触式探针和探针配重可以夹持到探针模块安装座31。例如，所述整体化接触式探针和探针配重可以具有塞栓，其能够被夹紧在由探针模块安装座31提供的夹头中。铰接头的旋转件32能够相对于头本体46围绕A2轴线旋转，头本体46相对于A2轴线固定。然而，头本体46可以相对于铰接头的Z柱安装座48围绕Al轴线旋转。马达(未示出)被提供用于根据来自控制器30的要求促进这种旋转，并且编码器形式的传感器(未显示)被提供用于测量头本体46和旋转件32围绕它们各自的旋转轴线Al和A2的方位。如图所示,接触式探针26包括探针本体36,具有接触尖端40的触针38从所述探针本体36延伸。在所述实施例中，接触式探针26是触摸触发式探针。因此,探针本体26容纳用于感测触针38相对于探针本体36的偏转并且响应该偏转输出触发信号的部件。所述触发信号使得CMMlO的传感器的读数被提供给控制器30，从而可以记录接触尖端40的位置并因此记录所获得的制品的测量值。探针配重28包括从探针本体36延伸的一对臂42以及安装在远离探针本体36的臂端部处的一对平衡重量44。如图所示，臂围绕头本体46并在其相对侧上延伸足够的远以便相对于接触式探针26将平衡重量44放置成超过轴线A2，从而平衡重量44平衡接触式探针26的重量。在所述实施例中，平衡重量44被构造得大致平衡接触式探针26的重量,从而安装在铰接头的探针安装座31上的结构(在这种情况下是整体化接触式探针和探针配重)的质心位于A2轴线上。然而，正如将要理解的，不是必须是这种情况。例如，探针配重 28可能仅仅部分地平衡探针的重量，或者可能过平衡探针的重量。然而，探针配重28应当被构造成提供某些平衡效果以便减小而不是增加所需转矩值，所述转矩值用来改变和保持接触式探针26围绕A2轴线的方位。正如将要理解的，可以在铰接头上安装不同的探针，具有不同的重量和/或长度，其需要平衡重量的不同构造。这参考图3 (a)、3 (b)和3 (C)被显示。图3 (a)与图2 (a)相同并且为了参考而被重复。图3 (b)和3 (C)与图2 (a)所显示的大致相同，因此相同的零件使用相同的附图标记。然而，如图所示，在图3 (b)和3 (c)中，接触式探针26的探针本体36比图3 (a)和图2的接触式探针26的探针本体显著更长。在除了它们的长度以夕卜，图3 (a)至图3 (c)的接触式探针完全相同的基础上，图3 (b)和3 (c)中的接触式探针26的质心比图3 (a)中的质心更加远离A2轴线。因此，在图3 (b)所示的实施例中，平衡重量44的重量是更大的以便平衡更长的探针本体36。在图3 (c)中，平衡重量44的重量与图3 (a)的相同，但是臂42更长以便将平衡重量44放置得更加远离A2轴线，从而平衡更长的探针本体36。图9(a)显示了不是提供单个探针配重(该探针配重具有大的平衡重量或者具有超越A2轴线延伸长距离的臂)，而是堆叠多个探针配重(例如，第一和第二探针配重)28和28’以便平衡长和/或重的接触式探针26的重量。图9 (b)显示了平衡重量的类似构造，但是它不是在头的每一侧延伸配重，而是其中一个探针配重(例如第一探针配重)28仅仅在头的一侧上延伸，而另一个探针配重(例如第二探针配重)28’在头的相反侧上延伸。而且，如所理解的并且如图所示，第二探针配重28’可以作为探针26的部件(例如，作为整体部件)被提供。图4 (a)至4 (C)所显示的实施例与图3 (a)至3 (C)显示的实施例大致相同，并且相同的零件使用相同的附图标记。然而，与在图3 (a)至3 (C)所示实施例中提供整体化接触式探针和探针配重不同，接触式探针26和探针配重28作为单独的零件被提供。在所示实施例中，借助类似的安装构造(例如磁体和对准结构)探针配重28直接安装至探针安装座31并且接触式探针26直接安装至探针配重28。在图4 (b)和4 (c)中，接触尖端比在图4 (a)中更远离A2。在图4 (b)中，这通过具有长本体(实际上作为伸缩杆)的探针配重而促进，而在图4 (c)中，这通过接触式探针的探针本体36比在图4 (a)中的更长而促进。正如将理解的，这还可以通过在探针配重28和接触式探针26之间或者在探针安装座31与探针配重28之间设置伸缩杆而实现。正如将理解的，在另一个实施例中，当接触式探针和探针配重作为单独零件被设置时，接触式探针26可以直接安装在探针安装座31上，并且探针配重28可以直接安装在接触式探针26上。例如,探针本体26可以提供安装探针配重28的结构 ,或者探针配重28可以夹持在探针本体36上并围绕它。从以上实施例中可以看出，探针配重28被构造成它不与接触式探针26围绕Al和A2轴线的旋转干涉。特别地，臂42和平衡重量44在接触式探针26的所有可能的方位均完全离开铰接头24。然而，正如参照图7 (a)和图7 (b)所解释的，不是必须是这种情况。图7 (a)和7 (b)显示了本发明替换的但是类似的实施例，并且相同的零件使用相同的附图标记。在这些实施例中，接触式探针已经由非接触式光学探针27取代。在这个实施例中，由于光学探针的大的重量，所以平衡重量44、45仅仅部分地平衡探针27的重量(然而，正如将要理解的，不是必须是这种情况，平衡重量44可以大致平衡光学探针27的重量)。而且，铰接头24稍微地不同，因为旋转件32只能围绕A2轴线旋转通过90度-它具有内部端止动件，其限制了探针模块安装座31在竖直方位(在所述实施例中具有竖直Z柱)和水平方位之间的旋转。参照图7 (a)，该实施例类似于图2 (a)和2 (b)所示实施例，因为臂42和平衡重量44在接触式探针26的所有可能的方位均完全避开铰接头24。如图7 (a)的右手侧所示，如果旋转件32沿着箭头A所示方向旋转得太快(例如因为供给头的动力已经丧失并且因此探针27在其自身重量下旋转(因为平衡重量44仅仅部分地平衡光学探针27))，那么当旋转件32撞上其内部端止动件时，光学探针27的角动量将使得光学探针27和探针配重28沿着箭头B所示方向从探针模块安装座31的磁性接头剥离。参照图7 (b),两个探针平衡重量44已经由单个横杆平衡重量45取代,平衡重量45穿过铰接头24的后部在两个臂43 (图7 (b)仅显示了其中一个臂)之间延伸。臂43如此倾斜，使得横杆45的面47只有在旋转件32以及因此探针模块安装座31位于它们的竖直极点时才与铰接头的Z柱安装座48接触。因此，在这个实施例中，如果旋转件32沿着箭头A所示方向旋转得太快，那么当旋转件32撞上它的内部端止动件时，横杆45防止光学探针27和探针配重28从探针模块安装座31的磁性接头剥离。光学探针通常需要电源。当这作为探针内部的源提供时(例如借助一个或多个电池)，电源占了光学探针的重量的显著部分，而诸如透镜等光学部件提供了重量的另一个显著部分。在替换实施例中，诸如电池等电源可以作为探针配重28的一部分提供。例如，参照图7 (a)和7 (b)，平衡重量44、45可以包括电源。电力可以借助电触点穿过光学探针27和探针配重28之间的界面供应给光学探针27。例如，电力可以穿过安装结构21被供应。另外，平衡重量44、45可以包括诸如处理器和存储器等其它电子部件。同时，来自光学探针的数据可以借助例如电触点供应给处理器和存储器，所述电触点桥接光学探针27和探针配重28之间的界面(例如，穿过安装结构21)。图5 (a)显示了替换的实施例，其中可以直接安装探针配重35的专用探针配重安装座33设置在旋转件上。专用探针配重安装座33被设置在铰接头24的旋转件32的相反侧上。该实施例避免了探针配重35需要围绕铰接头24延伸的臂。图5 (b)是类似的实施例，但是为探针配重35提供了更大的重量以便平衡更长的探针本体26。图6 (a)显示了另外的替换实施例，其大致与图5 (a)所示的实施例相同，但是其中铰接头的旋转件32仅在一侧由轴承支撑。并且，在旋转件32上设置专用探针配重安装座33，探针配重35可以直接安装在该安装座33上。图6 (a)是相似的实施例，但是它提供了用于探针配重35的更大的重量以便平衡更长的探针本体26。正如将要理解的，不是在图5 (b)和图6 (b)的实施例中提供更大的重量，多个探针配重35可以彼此堆叠在顶部以便平衡由更长的探针本体提供的更大的重力转矩(即，由于其更大的重量以及在其质心与旋转轴线A2之间的更大的距离)。而且，正如将要理解的，铰接头24的旋转件32可以构造成使得它围绕其水平旋转轴线A2内在地不平衡，即，当没有可互换探针模块配重或者可互换探针模块安装在头24上时它是不平衡的。这可以减少可互换探针模块配重的所需重量。
图8 Ca)显示了另一个替换实施例，其类似于上述那些实施例并且相同的部件应用相同的附图标记。在这个情况下，孔35被设置通过铰接头24的旋转件32并且探针配重28包括延伸通过孔35的杆以便平衡接触式探针26围绕轴线A2的重量。图8 (b)是类似的，除了接触式探针26更长以外，因此配重28被改变(在这种情况下通过延伸探针配重28而改变)以便围绕轴线A2平衡接触式探针26。正如将理解的，根据探针配重28和接触式探针26的构造，所述杆不是必须完全延伸通过孔以便围绕轴线A2平衡接触式探针26。例如，探针配重28可以构造成其重量的大部分位于其远离接触式探针26的端部，从而它需要仅仅穿过A2轴线延伸短的距离，而不是一直延伸通过旋转件32以便平衡接触式探针26的重量。在这些情况下，孔35不是必须延伸整个通过旋转件32—例如它可以是仅在一端敞开的盲孔。图10显示了用于储存多个探针配重28以及诸如接触式探针26等探针模块的储存架50。储存架包括多个储存端口 52，所述探针配重28和探针模块26可以被接纳和储存在所述储存端口 52中。如图所示，储存端口 52沿着由基部构件53保持的板构件51间隔开。储存端口 52包括用于与设置在零件上的相应凹口 56接合的突起54，所述零件要储存在储存架中(正如将理解的，凹口和突起可以从相反方向设置)。当探针配重或探针模块被储存在端口中时，相应的突起54和凹口 56接合以便悬置架50中的探针配重或者探针模块，如图所示。典型地，储存架50将位于CMMlO的工作空间中。因此，探针配重和/或探针模块可以通过控制器30 (控制器30被编程以控制CMMlO)被自动地装载到铰接头24的探针模块安装座31上，以便使得探针模块安装座31与探针配重和/或探针模块的安装面34接合并且然后控制CMMlO将探针配重和/或探针模块滑动出储存端口 52，以便使凹口 56脱离突起54。类似地，通过被编程以控制CMMlO的控制器30，探针配重和/或探针模块可以从铰接头24的探针模块安装座31上自动地卸下并且储存在储存架50中，以便将探针配重和/或探针模块滑动到储存端口 52中，从而凹口 56与突起54接合，并且然后通过控制器30控制铰接头沿着Z方向远离储存架移动(图示箭头Z)，使探针配重和/或探针模块从探针模块安装座31中释放，以便将探针模块安装座31拉离探针配重和/或探针模块。正如将理解的，可以使用用于促进自动更换探针模块配重和/或探针模块的其它机构，这些机构例如在US4651405、US5971903和US7024783中被描述。如图所示，储存架52可以被使用储存各种探针配重和探针模块，包括整体式探针配重和探针模块，以及作为分离部件提供的探针配重和探针模块。而且，作为分离部件提供的探针配重和探针模块可以一起储存在一个端口中或储存在分离的端口中。图11 (a)和11 (b)显示了另一种可以实施本发明的方法。在该实施例中，提供可互换任务模块配重28用于改变其质心相对于水平轴线A2的位置。如图所示，这由配重重量62提供，所述配重重量62可以沿着杆60移动到不同位置，所述杆60可互换地固定至铰接头24的旋转件(图11中未示出)并且远离水平轴线A2延伸。在图示实施例中，仅适用一个配重重量62。然而，正如将理解的，可以在杆60上提供多个平衡重量62。正如将理解的，可以提供机构用于沿着杆紧固配重重量62的位置。例如，在所描述的实施例中，杆60沿着其长度具有多个孔(未显示)，并且所述配重重量62具有塞栓(未显示)，其可以接合所述孔以便固定所述位置，也可以缩回以便能够改变配重重量62沿着所述杆的位置。在替换实施例中，杆60可以是螺纹的并且配重重量62可以具有相应螺纹的 孔。因此可以通转动配重重量而沿着杆移动配重重量62。在另一个实施例中，铰接头24可以包括用于将杆60移入和移出铰接头24的马达，以便改变杆60相对于旋转轴线A2的质心。在这种情况下，设置单独的配重重量62是选择性的，原因是杆自身可以提供整体可改变的配重重量。正如可以理解的，通过将配重重量62移动得更靠近水平旋转轴线A2能够减小由任务模块配重28提供的扭矩，并且通过将配重重量62远离水平旋转轴线A2移动能够增加所述扭矩。因此,如图11 (a)和11 (b)所示，在图11 (a)中配重重量62比在图11 (b)中更靠近水平轴线A2，因为图11 (a)中的探针模块26比用在图11 (b)的实施例中的探针模块更短、更轻，因此需要更少的扭矩来平衡探针模块26的重量。在所述实施例中，所述至少一个可改变任务模块配重是被动构件。因此，人工进行至少一个可改变任务模块配重的质心位置的改变，例如通过操作员移动配重重量的位置。正如将理解的，坐标定位设备可以包括工具，用于自动地改变被动可改变任务模块配重的质心位置。例如，铰接头24可以由控制器30控制以便将配重重量62移动到夹持装置(未示出)中，所述夹持装置在铰接头24沿着与杆60范围平行的方向移动的同时保持配重重量62，以便改变杆60和配重重量62的相对位置。在一个替换实施例中，所述至少一个可改变任务模块配重可以包括主动构件，用于实施所述至少一个可改变任务模块配重的质心位置的改变。例如，所述至少一个可改变任务模块配重可以包括至少一个马达，用于沿着杆60移动平衡重量62。正如将要理解的，除了可以被改变以便改变其质心位置的任务模块配重之外，可以使用至少一个可互换任务模块配重。图12是流程图，显示了用于操作根据图4 Ca)所示本发明实施例的CMM10。在第一步骤102，探针配重28被装载到铰接头的探针安装座31上。然后在步骤104，接触式探针26借助由探针配重28提供的安装座被装载到探针配重上。然后在步骤106中应用CMMlO以普通方式测量制品。正如将要理解的，根据所使用的本发明实施例改变执行步骤102和104的次序。例如，在接触式探针26不是借助探针配重安装到铰接头24上的实施例中，可以在装载接触式探针26之后进行探针配重28的装载。而且，可以同时执行步骤102和104，例如在接触式探针26和探针配重28作为单一部件提供的实施例中，或者在接触式探针26和分离的探针配重28之前已经被安装至彼此之上的实施例。正如将理解的，在图11 Ca)和11 (b)的实施例中，图12的过程100的第一步不是必须包括装载探针模块配重。相反，它只是包括改变平衡重量62的位置。而且，该步骤可以在将可互换探针模块装载到铰接头上之后执行。在上述多数实施例中，接触式探针26是触摸触发式探针。正如将理解的，接触式探针26不是必须是触摸触发式探针。相反，接触式探针26可以是模拟探针(也称为扫描探针)，在模拟探针中触针尖端偏转的程度可以被测量和记录。而且，可以使用除接触式探针之外的探针。例如，可以使用诸如电容探针、电感探针和光学探针等非接触式探针。优选旋转件32围绕轴线A2固有地不平衡。也就是说，在与探针模块安装座31相对的一侧上它可以被加重。正如将理解的，由于探针模块的可互换性质，可互换探针配重是令人期望的以便帮助平衡探针模块的重量，但是固有不平衡旋转件的使用可以降低需要由探针配重提供的平衡效果，原因是将要由旋转头提供部分平衡效果。 在上述实施例中，坐标定位设备是CMM，并且安装在CMM上的任务模块的类型是探针模块，特别用于测量制品的尺寸。正如将理解的，可以使用除探针模块之外的任务模块。例如，任务模块可以是工具模块。特别地，任务模块可以包括用于机加工制品的工具，例如通过切削或铣削制品。例如，在上述实施例中，可以用激光模块替换探针模块，所述激光模块可以用来加工、切削或蚀刻放置在CMM的工作台上的制品。而且，本发明还适用于安装在除CMM之外类型机器上的任务模块。例如，坐标定位设备可以包括例如具有数个铰接接头的自动化臂。
权利要求
1.一种操作包括铰接头的坐标定位设备的方法，所述铰接头具有至少一条旋转轴线，所述方法以任何合适的顺序包括 将至少一个可互换任务模块装载到所述铰接头上；和 将至少一个可互换任务模块配重装载到所述铰接头上； 其中所述至少一个可互换任务模块配重至少部分地平衡所述铰接头上的所述至少一个任务模块围绕所述至少一条轴线的重量。
2.根据权利要求I所述的方法，其中，同时执行所述至少一个可互换任务模块的装载以及所述至少一个可互换任务模块配重的装载。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述至少一个可互换任务模块和所述至少一个可互换任务模块作为单个整体模块提供。
4.根据权利要求I所述的方法，其中，所述至少一个可互换任务模块与所述至少一个可互换任务模块配重分离地被装载到所述铰接头上。
5.根据权利要求2或4所述的方法，其中，所述可互换任务模块借助所述至少一个可互换任务模块配重被安装至所述铰接头。
6.根据前面任意一项权利要求所述的方法，包括将至少一个可互换任务模块配重装载到所述铰接头上以便至少大致平衡所述铰接头上的所述至少一个任务模块围绕所述至少一条轴线的载荷。
7.根据前面任意一项权利要求所述的方法，进一步包括改变所述至少一个可互换任务模块配重相对于所述至少一条旋转轴线的质心的位置。
8.根据前面任意一项权利要求所述的方法，包括将储存在位于坐标定位机器的操作空间中的架子中的至少一个可互换任务模块配重自动地装载到所述铰接头上。
9.根据前面任意一项权利要求所述的方法，其中所述至少一个任务模块的至少一个包括用于感测制品的部件。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述至少一个任务模块的至少一个包括触针，所述触针具有用于接触制品的触针尖端。
11.根据权利要求9所述的方法，其中，所述至少一个任务模块的至少一个包括非接触测量探针。
12.根据前面任意一项权利要求所述的方法，其中，所述至少一个可互换任务模块配重的至少一个包括由任务模块使用的电子部件。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述电子部件包括用于向任务模块提供电力的电池。
14.根据前面任意一项权利要求所述的方法，其中，所述可互换任务模块配重包括反旋转构件，所述反旋转构件构造成与所述铰接头和/或主轴接合，其中所述反旋转构件围绕所述至少一条旋转轴线以至少一个方位安装在所述铰接头和/或主轴上。
15.—种坐标定位设备,包括 具有至少一条旋转轴线的铰接头； 可互换地安装至所述铰接头的至少一个任务模块；以及 至少一个可互换任务模块配重，其至少部分地平衡所述至少一个任务模块围绕所述至少一条旋转轴线的重量。
16.根据权利要求15所述的坐标定位设备，其中，所述至少一个可互换任务模块配重的质心相对于所述至少一条旋转轴线的位置是可以改变的。
17.根据权利要求15或16所述的坐标定位设备，其中，所述至少一个可互换任务模块包括所述可互换任务模块配重。
18.根据权利要求15或16所述的坐标定位设备，其中，所述至少一个可互换任务模块配重能与所述探针模块分离地可互换地安装至所述铰接头。
19.根据权利要求15至18中任意一项所述的坐标定位设备，其中，所述至少一个任务模块的至少一个包括用于感测制品的部件。
20.根据权利要求19所述的坐标定位设备，其中，所述至少一个任务模块的至少一个包括触针，所述触针具有用于接触制品的触针尖端。
21.根据权利要求19所述的坐标定位设备，其中，所述至少一个任务模块的至少一个包括非接触测量探针。
22.根据权利要求15至21中任意一项所述的坐标定位设备，其中，所述至少一个可互换任务模块配重与所述至少一个任务模块对应并且被构造以便围绕所述至少一条轴线大致平衡所述至少一个任务模块。
23.根据权利要求15至21中任意一项所述的坐标定位设备，其中，所述至少一个可互换任务模块配重的至少一个包括由所述任务模块使用的电子部件。
24.根据权利要求23所述的坐标定位设备，其中，所述电子部件包括用于向所述任务模块供应电力的电池。
25.根据权利要求15至21中任意一项所述的坐标定位设备，其中，所述可互换任务模块配重包括反旋转构件，所述反旋转构件构造成与所述铰接头和/或主轴接合，其中所述反旋转构件围绕所述至少一条旋转轴线以至少一个方位安装在所述铰接头和/或主轴上。
26.—种包括任务模块和至少一个相应的任务模块配重的设备，所述任务模块可互换地安装在具有至少一条旋转轴线的坐标定位机器的铰接头上，所述至少一个相应的任务模块配重可互换地安装在所述铰接头上，用于至少部分地平衡所述任务模块围绕所述至少一条轴线的重量。
全文摘要
一种操作包括铰接头的坐标定位设备的方法，所述铰接头具有至少一条旋转轴线。所述方法以任何合适的顺序包括将至少一个可互换任务模块装载到所述铰接头上；以及将至少一个可互换任务模块配重装载到铰接头上。所述至少一个可互换任务模块配重至少部分地平衡所述铰接头上的所述至少一个任务模块围绕所述至少一条轴线的重量。
文档编号G01B5/012GK102906533SQ201180025547
公开日2013年1月30日 申请日期2011年4月19日 优先权日2010年4月30日
发明者戴维·罗伯茨·麦克默特里, 尼古拉斯·约翰·韦斯顿, 理查德·乔治·迪尤尔, 马修·亨利·弗里曼 申请人:瑞尼斯豪公司