專利名稱：三維測量儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及三維測量儀，確切而言乃關(guān)于具有所謂門形滑動裝置之三維測量儀驅(qū)動系統(tǒng)的改進。
各種三維測量儀做為精密測量被測工件尺寸、形狀等的裝置已獲廣泛應(yīng)用。
各種三維測量儀中，譬如門形滑動部分在平臺上位移的三維測量儀為眾所周知。該種三維測量儀因其滑動部分沿平臺之一側(cè)位移，使得被測工件之安裝與拆卸都很容易，且兼具測量范圍寬之優(yōu)點，適于一般情況之使用。
圖4及5表示這種三維測量儀之一實例。
圖中，三維測量儀60包括裝于地板上的平臺61，該平臺上設(shè)有可移動之滑動部分70，同時承載被測工件W。
滑動部分70由沿箭號Y方向自由移動之門形Y軸滑座71，在該Y軸滑座上沿箭號X方向移動之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帶有測頭73隨其一起沿箭號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61的側(cè)面61A處，分別設(shè)置使Y軸滑座71沿箭號Y向移動之驅(qū)動裝置80和導(dǎo)向構(gòu)件85。該驅(qū)動裝置80包括馬達81，并有與馬達轉(zhuǎn)軸在一起的螺桿82，后者可沿箭號R方向轉(zhuǎn)動自如。
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。
使用這種三維測量儀60對被測工件W進行測量，首先使馬達81工作，帶動螺桿82沿箭號R方向轉(zhuǎn)動，使Y軸滑座71沿Y向移動。并且X軸滑座72及Z軸滑座74通過驅(qū)動裝置(圖中未示出)分別沿箭號X、Z向移動，使測頭73與被測工件W進行多點接觸，以測量其尺寸;或者使測頭73沿被測工件W滑動，以測定其形狀。
而若考慮該三維測量儀60滑動部分70之重心，可知該重心在如圖4及5所示之點G附近。
另外，若滑動部分70之質(zhì)量為M，它沿箭號Y方向移動時的加速度為a，自重心G至驅(qū)動裝置80之距離為L，這時作用之轉(zhuǎn)動慣量I＝aML。這樣，要是距離L過長，轉(zhuǎn)動慣量會按比例增大。
因而，在Y軸滑座71移動過程中，由于常常作用有這種大的轉(zhuǎn)動慣量I，會使Y軸滑座71產(chǎn)生傾斜、搖擺、振動等。由此表現(xiàn)出難于對被測工件W之形狀做精密測量的缺點。
若想使轉(zhuǎn)動慣量I成為最小，采用減小加速度，使測量時間加長的辦法是不行的。同時，由于必需的高剛性，也難于過份減輕滑動部分70的質(zhì)量M。
而若要減少距離L，使驅(qū)動裝置80置于接近重心G的位置，可在平臺61的支柱71B側(cè)面某處沿平臺61Y方向的整個長度設(shè)置支承驅(qū)動裝置用的部件，須將驅(qū)動裝置80的馬達81、軸承等都設(shè)在該部件上。由此，這個在平臺61Y方向的整個長度上所設(shè)置的部件妨礙了被測工件W的安裝，滑動部分70在平臺61一側(cè)的移動等，使得待測工件W的安裝與拆卸復(fù)雜化了，從而在損害現(xiàn)有門形三維測量儀優(yōu)點的同時，因這種裝置規(guī)模大、價格高而不合用。
本發(fā)明的目的是在不損害現(xiàn)有帶門形滑動部件的三維測量儀之優(yōu)點情況下，提供一種減小滑動部分轉(zhuǎn)動慣量，可進行精密測量的三維測量儀。
本發(fā)明通過設(shè)置驅(qū)動裝置之位置，使適當(dāng)靠近滑動部分的重心來完成上述目的。
具體而言，本發(fā)明的三維測量儀具有在一對互相平行之支柱間水平架設(shè)一橫梁的門形滑動裝置，該滑動裝置支承于平臺上并能移動，同時，參與被測工件三個座標(biāo)的測頭就裝在滑動裝置上，用以測量物體的尺寸和形狀。將使上述滑動裝置移動的驅(qū)動裝置設(shè)置于平臺上面、在滑動裝置重心稍偏下的位置處，并使其至少與滑動裝置的一根支柱連接。
再者，驅(qū)動裝置由設(shè)在支柱上的螺桿及螺母構(gòu)件構(gòu)成。若以平臺上表面至Y軸滑座上端的長短為H，以平臺上表面至螺桿軸心的長短為h，則應(yīng)將螺桿設(shè)計得符合關(guān)系式1/6H≤h≤5/6H，最好為符合關(guān)系式1/4H≤h≤3/4H。
此外，采用偏心運動非傳動裝置來連結(jié)驅(qū)動裝置和支柱。這種偏心運動非傳動裝置由一對球體及長度調(diào)節(jié)部件構(gòu)成，它把上述螺母構(gòu)件與滑動裝置連接起來，使得螺桿不致有軸向移動，而在徑向可有移動。
還有，在設(shè)計滑動裝置的兩個支柱同時，驅(qū)動裝置可以由同步驅(qū)動的兩個驅(qū)動裝置來構(gòu)成。兩個支柱的粗度也可以相同，而且還可將滑動裝置做成它的一對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)，對被測工件進行測量，應(yīng)先啟動驅(qū)動裝置，使滑動部分移動，滑動裝置所支承的測頭與被測工件的多個測點相接觸。用計算機等常規(guī)演算裝置對這種接觸位置做三維檢測。
由于滑動裝置是在平臺上面并稍稍偏離滑動裝置重心的位置被驅(qū)動的，所以不會發(fā)生滑動裝置的振動、傾斜等等，使得它基本上維持直線移動，因而就能對被測工件的尺寸和形狀做精密測量。


圖1表示與本發(fā)明有關(guān)的三維測量儀的一個實施例的斜視圖;
圖2表示該實施例驅(qū)動裝置主要部分的放大剖面圖;
圖3表示偏心運動非傳動裝置主要部分的分解斜視圖;
圖4表示現(xiàn)有技術(shù)實例的正視圖;
圖5為現(xiàn)有技術(shù)實例的側(cè)視圖。
以下參照附圖例舉最佳實施例詳細說明本發(fā)明的三維測量儀。
圖1中標(biāo)號10表示本實施例所涉及的三維測量儀。它包括配置于地面上的平臺11，被測工件W載于平臺11上大約中央的地方。平臺11上面一個側(cè)端沿長度方向設(shè)有導(dǎo)向?qū)к?2，滑動裝置20配置在導(dǎo)軌12上。
滑動裝置20包括一個沿箭號Y方向移動的Y軸滑座21。這個滑座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Y向滑動的支承構(gòu)件22以及在這個支承件上設(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)于平臺另一側(cè)端處的一根細四棱柱狀的支柱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)動裝置(圖中未示出)可使X軸滑座31沿箭號X方向自由移動。這個X軸滑座31內(nèi)裝有驅(qū)動裝置(圖中未示出)可使Z軸滑座32沿箭號Z方向自由移動。Z軸滑座32下部裝有伸縮自如的測頭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。
滑動裝置20的一個支柱23上設(shè)有透孔26，該孔與突出的螺母構(gòu)件27同心。
驅(qū)動裝置40設(shè)于平臺11的導(dǎo)向?qū)к?2的一側(cè)，它沿Y向驅(qū)動滑動裝置20。驅(qū)動裝置40備有設(shè)于平臺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)動自如的轉(zhuǎn)動體42。轉(zhuǎn)動體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R方向轉(zhuǎn)動。螺桿48的軸端部49裝有由同步皮帶輪構(gòu)成的轉(zhuǎn)動體51。這個轉(zhuǎn)動體51與上述轉(zhuǎn)動體42由同步皮帶52相連。這樣，只要啟動馬達45，則聯(lián)軸器44、轉(zhuǎn)動體42、同步皮帶52以及轉(zhuǎn)動體52就帶動螺桿48沿箭號R方向轉(zhuǎn)動。
螺桿48的中部與設(shè)在支柱23上的螺母構(gòu)件27嚙合，同時螺桿另一端支承于設(shè)在平臺11上的安裝板54處的軸承53上。隨著螺桿48轉(zhuǎn)動，進而通過裝在支柱23上的螺母構(gòu)件27即可形成滑動裝置20沿箭號Y向的進退。
如上所述，一方面把與滑動裝置20的螺母構(gòu)件27中的螺桿48相連的驅(qū)動裝置40設(shè)在平臺11的上面，一方面還使其在滑動裝置20重心G稍稍偏下的位置處，這樣，在本實施例所涉及的三維測量儀10中，重心G就位于稍稍偏離驅(qū)動裝置40的位置。
更具體而言，如果自平臺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11上表面到驅(qū)動裝置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;最好達到h 3/10H的程度。如果h比1/6H還小，也就是離平臺11更近，則轉(zhuǎn)動慣量就不會小;另一方面，若比5/6H還大，則使Y軸滑座21在導(dǎo)軌12上滑動之處與螺桿48的距離太大，因而不能得到滿意的滑動。
如果上述滑動裝置20的質(zhì)量為M，移動時的加速度為a，從重心G到驅(qū)動裝置40螺桿軸心的距離為L1，那么，該滑動裝置20移動時的轉(zhuǎn)動慣量I＝aML1。
再有，圖2和圖3中的標(biāo)號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偏心運動非傳動裝置。這個裝置28由一對球體28A和長度調(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)生軸向相對移動，但可有徑向相對移動。這樣，當(dāng)螺桿48偏心或者撓曲等時，就不會傳送這種偏心等等，使得對Y軸滑座21只有Y方向傳送。
此外，標(biāo)號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，用來檢測螺桿48的轉(zhuǎn)角，進而測出Y軸滑座21的Y向位移量。必要時，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45，控制馬達45的驅(qū)動。
本實施例三維測量儀10基本上由上述內(nèi)容構(gòu)成，以下說明其工作情況。
首先啟動馬達45，其轉(zhuǎn)動力矩由聯(lián)軸器44傳至轉(zhuǎn)動體42及同步皮帶52，再由轉(zhuǎn)動體51帶動螺桿48，于是使螺桿48沿箭號R的任一方向轉(zhuǎn)動。螺桿48又與螺母構(gòu)件27嚙合，也就帶動Y軸滑座21沿箭號Y的任一方向移動。
其次，X軸滑座31及Z軸滑座32也通過圖中未示出的驅(qū)動裝置分別沿X和Z的任一方向移動。先使測頭33與圖中未示出的原點球接觸，設(shè)定零點，之后使測頭33與被測工件W的多個點相接觸，測量其尺寸，或者使測頭33在所說的被測工件W各個面上滑動，以測量其形狀。
接下去敘述上面所述實施例的效果。
由于把使Y軸滑座21移動的驅(qū)動裝置40置于平臺11上面，而且在重心G的下方，從重心G到驅(qū)動裝置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移動中所作用的轉(zhuǎn)動慣量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、搖擺及振動等，使Y軸滑座21沿直線移動，其結(jié)果則是可達到對被測工件W的尺寸和形狀做精密測量的收效。
此外，本實施例三維測量儀10的驅(qū)動裝置并未設(shè)在重心G的近旁，滑動裝置20是在平臺11上馬達45的一側(cè)受到移動，所以被測工件W易于安裝和拆卸，保持了現(xiàn)有門形三維測量儀的那種優(yōu)點。
以上僅就本發(fā)明通過例舉優(yōu)選實施例方式做了說明，但本發(fā)明并不限于這一實施例，對它的任何改進及設(shè)計上的改變均不超出本發(fā)明的構(gòu)思范圍。
譬如，驅(qū)動裝置40并不限于設(shè)在Y軸滑座21的一根支柱23上，對于大型設(shè)備的情況，也可在兩個支柱23、24上同步驅(qū)動地設(shè)置兩個驅(qū)動裝置40。
再有，支柱23、24的粗細程度不必要求一根支柱23更粗一些，也可以兩者同樣粗細。
此外，可以限定Y軸滑座21的一對支柱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，可得到隨著滑動裝置的移動滑動裝置的撓曲較小、能進行精密測量的效果。
權(quán)利要求
1.一種測量被測工件尺寸、形狀等的三維測量儀，有一門形滑動裝置，該裝置包括一對互相平行的支柱，支柱間水平架設(shè)一橫梁；滑動裝置由平臺支承，可以移動；滑動裝置上裝有參與待測工件三維座標(biāo)的測頭，其特征在于把使上述滑動裝置移動的驅(qū)動裝置設(shè)置于平臺上面，并位于滑動裝置重心稍稍偏下的位置處，該驅(qū)動裝置至少與滑動裝置的一根支柱相連結(jié)。
2.一種如權(quán)利要求1所述的三維測量儀，其特征在于所說的驅(qū)動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所述的三維測量儀，其特征在于如果自平臺上表面至Y軸滑座上端的尺寸為H，自平臺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所述的三維測量儀，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所述的三維測量儀，其特征在于采用偏心運動非傳動裝置連結(jié)所說的驅(qū)動裝置和支柱。
6.一種如權(quán)利要求5所述的三維測量儀，其特征在于所說的偏心運動非傳動裝置由一對球體和長度調(diào)節(jié)部件構(gòu)成，它連結(jié)所說的螺母構(gòu)件與滑動裝置，使螺桿不能沿軸向移動，而能沿徑向移動。
7.一種如權(quán)利要求1所述的三維測量儀，其特征在于滑動裝置的兩根支柱上都設(shè)置驅(qū)動裝置，并且二者同步驅(qū)動。
8.一種如權(quán)利要求1所述的三維測量儀，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所述的三維測量儀，其特征在于所說的滑動裝置的一對支柱與橫梁成整體結(jié)構(gòu)。
全文摘要
一種測量被測工件尺寸、形狀等的三維測量儀，有一門形滑動裝置，該裝置包括一對互相平行的支柱，支柱間水平架設(shè)一橫梁；滑動裝置由平臺支承，可以移動，滑動裝置上裝有參與待測工件三維坐標(biāo)的測頭，把使滑動裝置移動的驅(qū)動裝置設(shè)置于平臺上面，并且位于滑動裝置重心稍稍偏下的集團處，與滑動裝置的至少一個支柱相連接，使得滑動裝置的轉(zhuǎn)動慣量較小，從而能進行精密測量。
文檔編號G01B5/008GK1062035SQ9111065
公開日1992年6月17日 申請日期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 申請人:株式會社三豐