CN107850426A - 坐标定位机器 - Google Patents

Abstract

提供了一种非笛卡尔坐标定位机器，包括：可延伸支腿组件(60)，其用于将诸如测量探针的部件(14)定位在该机器的工作容积内；以及约束构件(50)，其与该可延伸支腿组件(60)相关联，用于针对该部件(14)在该工作容积内的相同位置向该可延伸支腿组件(60)的预定部分(10)提供相对于重力基本上相同的取向。在优选的实施例中，相对于重力的取向被维持基本上恒定，使得当该部件(14)在该工作容积周围移动时，由该预定部分(10)限定的平面与重力基本上对准。

Description

坐标定位机器

本发明涉及坐标定位机器，具体地涉及非笛卡尔坐标定位机器，诸如六足坐标定位机器。坐标定位机器包括(例如)坐标测量机(CMM)和机床。

如在附图的图1中示意性地展示的，非笛卡尔坐标定位机器1一般包括第一和第二台或平台2、4，这些台或平台由设置在其之间的多个伸缩式或可延伸支腿6支撑并相对于彼此移动。可延伸支腿6有时也被称为支杆或连杆，并且在有六个这样的可延伸支腿6的情况下(如图1中所展示)，机器通常被称为六足型。

可延伸支腿6通常通过球接头8安装在平台2、4上，其中每个支腿6要么在其一端或两端处具有其自身的球接头8(如图1中所展示)，要么在一端或两端处与相邻的支腿6共用球接头8。

第一和第二平台2、4之间的各种相对位置和取向可以通过使支腿6延伸不同量来实现，如图1中用箭头7展示的。在任何时刻的相对位置和取向由多个测长传感器10来监控，例如其中一个传感器与每个可延伸支腿6相关联。测长传感器可以包括与读头配对的编码器标尺。

平台2、4中的一个通常被提供作为定位机器1的固定结构的一部分，其中平台4、2中的另一个相对于该固定结构移动5、3。部件(例如，探针或工具)可以安装在移动平台上且工件安装到固定结构上，或反之亦然，以使得能够对工件执行操作(例如，在坐标测量机的情况下进行测量、探测或扫描，或在机床的情况下进行机加工)。

例如，如图1中所展示的，下平台4是固定的而上平台2是可移动的，其中工件12安装在下平台4上而探针部件14安装在上平台2上。工作容积9被限定在上平台2与下平台4之间，其中探针部件14通过可延伸支腿6的操作被定位在工作容积9中。虽然垂直箭头3被示为指示移动，但通过适当控制各个支腿6，平台2当然也可水平地移动并且也可以是可倾斜的。

可替代地，上平台2可以是固定的而下平台4是可移动的，其中探针安装到下平台4的下表面而工件安装到固定结构的一部分而位于下平台下方，使得机器的工作容积(或操作容积)在下平台4下方而非在上平台2与下平台4之间。

在WO 91/03145、WO 95/14905、WO 95/20747、WO 92/17313、WO 03/006837、WO2004/063579、WO 2007/144603、WO 2007/144573、WO 2007/144585、WO 2007/144602和WO2007/144587中更详细描述了各种类型的非笛卡尔坐标定位机器。

例如，WO 91/03145描述了六足机床，其包括通过六个液压型可延伸支腿附接到基座上的可移动上平台，原理上类似于上文描述的图1中所展示的平台。这些可延伸支腿通过球接头附接到基座和可移动平台上。这些可延伸支腿是液压型，且包括可在圆筒内移动的活塞杆。通过将磁性标尺安装到圆筒上并将合适的读头安装在活塞杆上测量支腿延伸的量。支腿的延伸因此引起标尺移动经过读头，由此允许测量支腿的长度。计算机控制器采取行动来设定每个支腿的长度以提供所需的平台移动。

就任何计量装置而言，位置精度和可重复性是重要的，并且先前已提议了各种方案以便改进非笛卡尔坐标定位机器的位置精度和可重复性。

例如，WO 2007/144573认识到，使用期间出现在装置中的载荷力可能将畸变引入到装置的计量元件中，由此导致位置不准确。因此，WO 2007/144573描述了对WO 91/03145的改进，其中位置测量装置具备与推力框架分离的计量框架。可出现在载荷支承结构中的任何载荷力由此并未传递到计量结构，因此防止计量框架发生任何实质性畸变并由此确保测量精度不降低。载荷支承结构与计量结构的分离适用于六个可延伸支腿中的每一个，其中每个支腿具备载荷支承外结构和计量内结构，其中这些支腿的计量结构与载荷支承结构机械地隔离。这从WO 2007/144573的图3中尤为明显。

WO 95/14905描述了上述六足装置的变型，其中每个可延伸支腿的长度用干涉测量测得。

根据本发明的第一方面，提供了一种非笛卡尔坐标定位机器，其包括：可延伸支腿组件，其用于将部件定位在机器的工作容积内；以及约束构件，其与该可延伸支腿组件相关联，用于针对部件在该工作容积中的相同位置向该可延伸支腿组件的预定部分提供相对于重力基本上相同的取向。

该部件可包括计量部件或计量仪器，诸如测量探针。该预定部分可以包括计量元件，诸如用于测量可延伸支腿组件的末端之间的间隔或与可延伸支腿组件相关联的某一其他长度的计量元件。

计量元件的一个此类实例是编码器标尺。在计量元件是编码器标尺的情况下，可以使用本发明的实施例来防止或至少减少可延伸支腿组件的移动，可延伸支腿组件的移动可能导致编码器标尺承受应力和应变，应力和应变很可能影响使用编码器标尺进行的计量测量。

现将更详细地描述本发明的有关编码器标尺的具体实例的益处。

在上文进一步描述的类型的现有技术六足装置中，可延伸支腿通常包括采取行动来根据需要延伸和缩回每个支腿的活塞或电子驱动马达。通常，每个支腿还包括用于测量支腿延伸的量的某种装置。例如，如上文所提到的，WO 91/03145描述了液压型可延伸支腿，该液压型可延伸支腿包括可在圆筒内移动的活塞杆。通过将磁性标尺安装到圆筒上并将合适的读头安装在活塞杆上测量支腿延伸的量。支腿的延伸或收缩因此导致标尺移动经过读头，由此允许确定支腿的长度。

本申请人已了解WO 91/03145中所描述的类型的布置的关键性缺点。由于标尺附贴到圆筒的外表面，所以由于重力造成的圆筒弯曲很可能导致标尺畸变。此外，标尺畸变的量和类型将取决于标尺确切地被附贴在哪里以及处于什么取向。

在附图的图2和图3中展示了这个问题。如果标尺10安装到可延伸支腿6的上表面(如图2A中所展示)，那么由于重力造成的弯曲将导致上表面(和标尺)收缩(如图2B中所展示)。结果，标尺标记的间距将更加紧密，从而导致在长度的测量中有错误(将会测得可延伸支腿的伸缩区段之间的相对移动量比实际情况更高)。

如果标尺10改为安装到可延伸支腿6的下表面(如图3A中所展示)，那么由于重力造成的弯曲将导致下表面(和标尺)伸展(如图3B中所展示)。结果，标尺标记的间距将更宽，从而导致在长度的测量中有错误(将会测得可延伸支腿的伸缩区段之间的相对移动量比实际情况更小)。

更糟糕的是，编码器标尺10的取向将随着可延伸支腿6被调节成在工作容积周围移动一个或两个平台2、4及由此部件(例如，探针14)而改变。

虽然WO 95/14905中所描述的方案通过在构件的中心(中性轴线)下提供测量来减少一些重力效应，且WO 2007/144573通过使载荷支承结构与计量结构隔离来实现此目的，但是此类布置实施起来复杂又昂贵。

相比之下，实施本发明的可延伸支腿组件通过使用约束构件约束或控制编码器标尺的取向来提供对以上问题的相对直接又廉价的解决方案。约束构件可以用来针对部件在工作容积内的所有位置向编码器标尺(或由编码器标尺限定的平面)提供相对于重力基本上相同的取向。具体地，约束构件可以被布置成当在工作容积周围移动部件时保持编码器标尺在垂直平面上。这样做时，克服或至少显著地减少了由可延伸支腿的弯曲所造成的问题。这是因为面向侧面(side-facing)的表面将在顶部发生一些收缩而在底部发生一些伸展，其中中性轴线基本上未受影响。编码器标尺可以沿中性轴线布置。虽然编码器标尺具有有限的区域并且将受到影响偏离中性轴线，但整体影响是中性的。这克服了参考图3所描述的问题。

在上述情况中，约束构件被布置成向预定部分(编码器标尺或编码器标尺的平面)提供相对于重力基本上恒定的取向。然而，在本发明的其他实施例中，预定部分无需针对部件在工作容积中的所有位置必定具有相对于重力相同的(或固定的或恒定的)取向；只是要求预定部分针对相同的位置具有相对于重力相同的取向。

在这方面，相对于重力变化的(但可重复)取向是有益的，例如，在坐标定位机器用作比较器而非用作坐标测量机的情况下。就比较器而言，将某一部分的测量值与在工作容积中处于相同位置和取向的参考部分的测量值相比较。通过确保预定部分针对相同位置具有相对于重力相同的取向，上文参考图3所描述的重力效应对于探针在工作容积内的每个位置将是相同的，并且将在进行比较(或区分)时有效地抵消。

因此，对于比较器而言，重要的是：编码器标尺相对于重力的取向是可重复的，而非编码器标尺相对于重力的取向是固定的。另一方面，在坐标定位机器是坐标测量机的情况下，重要的是预定部分(例如，编码器标尺)相对于重力的取向是固定的(例如，与重力对准)，因为绝对测量精度是重要的。被固定时，取向也被限定为可重复的。

因此，在本发明的实施例中使用约束构件确保：当部件在工作容积周围从一个位置移动到另一个位置移动时，可延伸支腿组件的预定部分(例如，编码器标尺)将相对于重力具有针对每个位置可重复的取向。换言之，如果部件从第一位置移动到第二位置、然后返回到第一位置，那么预定部分将在移动到第二位置之前和之后的第一位置上具有相对于重力基本上相同的取向。因此，约束构件确保了当部件在工作容积周围移动时，预定部分针对部件在不同时刻的相同位置具有相对于重力基本上相同的取向。

取向可以是由预定部分限定的平面(例如，预定部分的平坦或平面状的表面)的取向。平面的取向可以方便地由平面的法线来限定。在这方面，平面可以由点(其设定平面的位置)和法线向量(其设定平面的取向)来限定。因此，平面与重力对准在本文中的表述相当于以下表述：平面的法线垂直于重力的方向，或平面以与重力成直角来定向(平面的法线向量与重力成直角指向)。

将了解，即使在相对于重力的取向并未确切地被固定或并未确切地可重复的情况下，本发明仍将提供某种益处。针对部件不同次访问相同位置，可允许取向方面有一些差异，其中对于所关注的应用(例如，所需的测量精度)而言那些差异是可接受的或可容许的。换言之，约束方面的某种‘间隙’或公差一般是可接受的。优选的是：针对相同位置的相对于重力的取向在彼此的10％内(最大值减去最小值除以最小值，以百分数表示)，更优选地在彼此的5％内，更优选地在彼此的2％内，更优选地在彼此的1％内；什么值是可接受的将取决于应用和所需的精度。

将了解，在使预定部分相对于除重力之外的参考方向(例如，由机器的预定特征而非由外重力场限定的参考方向)具有基本上相同的取向的情况下，本发明也是适用的。例如，机器的预定特征可以是在使用中将被定向成基本上垂直的预定特征，诸如支撑件或框架构件。或者，在存在作用于系统上的另一个力的情况下，参考方向可以是该力的方向。例如，可能存在本发明的一个应用，在该应用中参考方向基本上为水平的。

预定部分可以包括测量设备(诸如测长设备)或至少其一部分。预定部分可以在测量位置处与机器的另外的部分相互作用(或合作)，以提供关于可延伸支腿组件的测量或至少是可从中导出此类测量的信号。预定部分和另外的部分可以一同形成传感器。测量值可以是可延伸支腿组件的长度，或可与可延伸支腿组件相关联。此类测量值可以用来确定部件在工作容积中的位置。预定部分可包括标尺，其中另外的部分包括标尺读取器。另外的部分可以是可延伸支腿组件的一部分。

可延伸支腿组件可包括第一和第二构件，当可延伸支腿组件改变长度时，该第一和第二构件相对于彼此移动。例如，第一和第二构件可以滑动覆盖彼此或滑过彼此(例如，伸缩地)。第一和第二构件可以一同形成可延伸支腿组件的细长构件。可延伸支腿组件的预定部分可提供在第一构件上(或由第一构件提供，或形成第一构件的一部分)，其中另外的部分提供在第二构件上(或由第二构件提供，或形成第二构件的一部分)。

可延伸支腿组件可以在机器中由至少一个支撑件来支撑(或固持)，诸如在可延伸支腿组件的一端(或接头)处。可延伸支腿组件可以设置在机器的第一和第二平台之间，其中第一和第二平台相对于彼此由可延伸支腿组件定位。部件可以附接到第一和第二平台中的一个上。第一和第二平台中的一者可以是固定(静止)的，其中部件附接到第一和第二平台中的另一个上。移动平台的重量可以至少部分地(且优选地基本上完全)由平衡布置来支撑。术语“平台”是用于描述任何类型的结构的广义术语，且并非旨在暗示关于外形和形状的任何限制。

测量位置可以与该支撑件或每个支撑件间隔或隔开。通过此类布置，可延伸支腿组件至少在某种程度上在测量位置处不受支撑(或自支撑)，且因此至少在某种程度上在测量位置处发生重力引起的弯曲(且在没有本发明的情况下易受上文参考图3所描述类型的技术问题的影响，这是由于因细长构件的弯曲(由于重力)产生的应力)。当部件在工作容积周围移动时(且当可延伸支腿组件的长度变化时)，测量位置与至少一个支撑件中的至少一个之间的间距可能变化。

可延伸支腿组件可以分别在第一和第二位置处(例如，在可延伸支腿组件的第一和第二端处)由第一和第二支撑件来支撑(例如，固持)。测量位置可以布置在第一与第二位置之间。测量位置可以与第一和第二位置两者隔开。当部件在工作容积周围移动时(且当可延伸支腿组件的长度变化时)，测量位置与第一和第二位置中的至少一个之间的间距可能变化。

针对部件在工作容积中的至少一个位置(或针对可延伸支腿组件的至少一种延伸情况或长度，诸如完全延伸)，测量位置可以与至少一个支撑件中的至少最靠近的一个隔开(例如，与第一和第二位置中的一者或两者隔开)一距离，该距离是细长构件(该预定部分被设置在该细长构件上，或由该细长构件提供)的宽度(或直径)的至少五倍，或至少那个宽度的10倍，或至少那个宽度的25倍，或至少那个宽度的50倍。针对部件在工作容积中的至少一个位置(或针对可延伸支腿组件的至少一种延伸情况或长度，诸如完全延伸)，测量位置可以针对部件在工作容积中的那个位置与至少一个支撑件中的至少最靠近的一者隔开(例如，与第一和第二位置中的一者或两者隔开)一距离，该距离是可延伸构件(或可延伸支腿组件)总长度的至少10％，或总长度的至少四分之一，或总长度的至少三分之一，或总长度的大约(例如，在10％内)一半。

例如，可延伸支腿组件的细长构件(预定部分被设置在该细长构件上，或由该细长构件提供)的宽度或直径可以大约为8mm。细长构件可封闭在外壳中，该外壳的外径可以大约为35mm。当部件在工作容积周围移动时，可延伸支腿组件的长度可以在大约500mm长与大约850mm之间变化。将理解，这些值纯粹是举例说明，而并非是以任何方式限制本发明。

将了解，在本文中描述部件被移动到工作容积中的特定位置的情况下，这可以通过由坐标定位机器提供的驱动装置(例如，作为可延伸支腿组件自身的一部分，或至少与可延伸支腿组件自身相关联)来实现，或这可以通过某种外部影响(例如，由操作者手动定位部件)来实现。

并且，在描述可延伸支腿组件用于将部件定位在工作容积内的情况下，这将被理解为意指将部件的位置设定在工作容积内(通过将部件主动地移动到那个位置)，抑或意指确定部件在工作容积内的位置(部件已通过无论任何装置被移动到那个位置)，或这些情况的组合。在任一情况下，将部件定位在工作容积内与在工作容积周围移动部件相关联，且并不旨在仅仅涵盖确定放置在工作容积内的静态部件(例如，工件)的位置。

部件可以直接或间接地附接到可延伸支腿组件的末端和/或与可延伸支腿组件的末端一起移动，使得可以通过可延伸支腿组件的操作使部件在工作容积周围移动。部件可以是测量探针或其一部分(诸如触针或触针针尖)。部件可以是工具或其一部分，诸如通常在用于成形或机加工金属或其他刚性材料的机床中出现的工具。部件甚至可以被认为是可延伸支腿组件自身的一部分(例如，可移动端)，例如由那端处的球接头限定。

部件在工作容积内的相同位置意指：部件具有基本上相同的位置和取向(由全部六个自由度限定)。在相同位置上，部件将占据基本上相同的体积。

此外，术语‘工作容积’旨在仅仅意指工作容积中本发明对其具有影响的那一部分。例如，所描述的约束可能不在全部容积(在该整个容积中，部件物理上能够通过可延伸支腿组件移动)内起作用，而是可能只在其一部分内运行起作用(或可以有效地起作用)。术语‘工作容积’将相应地作出解释，且在适当情况下应被当作为“工作容积的至少一部分”。

当可延伸支腿组件布置在机器中时，约束构件可以被适配成约束预定部分相对于由约束构件限定的平面的旋转。

可延伸支腿组件可以包括可延伸的细长构件，其中预定部分可与可延伸的细长构件一起移动。预定部分可以附接到细长构件(或附贴到细长构件上，或形成为细长构件的一部分，或由细长构件限定)。预定部分可以附接在细长构件的表面的中心处或附近，或沿着该表面的中间向下延伸的线附接。

约束构件可以附接到细长构件和坐标定位机器的另外的构件上，其中当约束构件附接到细长构件和另外的构件上时，约束构件被适配成用于约束预定部分相对于由约束构件限定的平面的旋转。

当约束构件附接到细长构件和另外的构件上时，约束构件可以被适配成约束细长构件相对于由约束构件限定的平面的运动。

预定部分可以是受到细长构件相对于由约束构件限定的平面的取向的影响的类型。细长构件的表面(元件附接到该表面上)可以被布置成平行于由约束构件限定的平面。如果约束构件被布置在坐标定位机器中使得由约束构件限定的平面基本上垂直(或基本上与重力对准)，并且如果细长构件的表面(元件附贴到该表面)被布置成平行于该平面，那么约束构件将采取行动来将编码器标尺保持在垂直平面中。

除了上文描述的克服参考图3所描述的技术问题的益处之外，提供根据本发明的实施例提供的约束在其他方面也可能是有益的。例如，可以存在附接到可延伸支腿组件(或附贴到可延伸支腿组件，或形成为可延伸支腿组件的一部分，或由可延伸支腿组件限定)的元件，其中，那个元件对可延伸支腿组件(或形成可延伸支腿组件的一部分的细长构件)关于纵向轴线和/或相对于平面的取向可能具有影响。

例如，元件可以包括机械元件，诸如用于改变细长构件的末端之间的间隔或与可延伸支腿组件相关联的长度的驱动元件。驱动元件可以是用于延伸和缩回可延伸支腿组件的马达。

此类机械元件可能相对较重，并且如果位于细长构件的纵向轴线之外(这是通常情况)，那么其将趋向于导致细长构件关于其纵向轴线旋转。此类旋转会导致出现问题，特别是在相邻的支腿组件之间共用接头使得支腿组件在接头处极为贴近的情况下；在这种情形下，细长构件围绕其纵向轴线的任何旋转可能导致相邻的支腿组件彼此相碰撞，这进而会导致支腿组件略微抬离接头。这很可能导致测量错误，或可能甚至导致支腿组件完全脱离接头。

因此，在此类情形下将约束构件用作抗旋转设备是有益的，因为约束构件将防止围绕纵向轴线的此类旋转，或至少将此类旋转减少到足够的程度以至于不再有相邻的支腿组件的末端碰撞的重大风险。

在此类情形下，约束构件可以布置在机器中，其中由约束构件限定的平面基本上与由细长构件和相邻的细长构件限定的平面对准(例如，平行或重合)。

细长构件围绕细长构件的纵向轴线的旋转可以被认为是细长构件的第一旋转自由度。这个自由度是受约束的。约束构件还可以被适配成用于约束细长构件在平面外的旋转。这可以被认为是细长构件的第二旋转自由度。约束构件还可以被适配成允许细长构件在平面内的旋转。这可以被认为是细长构件的第三旋转自由度。

可以认为，约束构件被适配成用于约束向量相对于由约束构件限定的平面的旋转，该向量横向于(例如，垂直于)细长构件的纵向轴线。

约束构件可以被适配成用于维持由约束构件限定的平面与横向于细长构件的纵向轴线的向量之间的基本上恒定角。该向量相对于细长构件是固定的(并因此与细长构件一起移动和旋转)。此类约束有效地防止(或至少减少)细长构件围绕细长构件的纵向轴线的旋转(上文提到的第一自由度)。

横向向量还可以横向于由约束构件限定的平面(以及横向于细长构件的纵向轴线)。在此类情况下，约束也有效地达到防止(或至少减少)细长构件在上文所提到的第二自由度中的旋转。

然而，此类约束允许细长构件在第三自由度中的旋转，因为这样做时平面与横向向量之间的角将保持恒定。

约束构件可以被适配成允许平面围绕由附接特征限定的附接轴线的旋转，该附接特征用来将约束构件附接到另外的构件上。附接轴线可以位于由约束构件限定的平面中或平行于由约束构件限定的平面。附接轴线可以在使用中被布置成与重力对准或平行。

应注意，如果第一方向与第二方向之间存在非零角，那么第一方向被认为横向于第二方向。特定的情况是第一方向垂直于第二方向。

此外，‘约束旋转’意指：通过约束构件的动作来基本上防止或至少减少此类旋转。

约束构件可以被适配成允许平面围绕由附接特征限定的附接轴线的旋转，该附接特征用来将约束构件附接到另外的构件上。附接轴线可以位于该平面中或平行于该平面。附接轴线可以在使用中被布置成与重力对准或平行。

约束构件可以附接到细长构件上，或其可与细长构件分开设置，例如在准备好附接到细长构件上的一套零件中。

类似地，约束构件可以附接到另外的构件上，或其可与另外的构件分开设置，例如在准备好附接到另外的构件上的一套零件中。

约束构件可以被适配成可容易地和轻松地附接到细长构件和另外的构件中的一个或两个上，和可容易地和轻松地从细长构件和另外的构件中的一个或两个上拆卸下来。

细长构件可以以一种方式被支撑在机器内，该方式在缺少约束构件的情况下将允许细长构件围绕其纵向轴线旋转。

细长构件可以在一端或两端处由枢轴接头(诸如球接头)支撑。

细长构件的纵向轴线将通常被认为位于在细长构件的任一端处的接头之间。

针对本发明的实施例中所使用的枢轴接头，可以在细长构件的第一端处提供支承布置，其中该支承布置提供三个接触点或基本上点状接触表面，以用于抵靠设置在机器上的至少部分球形支承表面而支承，其中由这些接触点或区域限定的平面基本上垂直于细长构件的纵向轴线。支承布置由此提供细长构件与机器之间的运动或至少伪动态(pseudo-kinematic)联接。至少部分球形支承表面可以由相对于机器被固定的球或其一部分提供。此类支承布置可以提供在细长构件的两端。三个接触点或区域可由三个至少部分球形表面提供(诸如，三个球)，该至少部分球形表面中的每一个可以小于与机器相关联的至少部分球形表面(或球)。

根据本发明的另外的方面，提供了适合于在根据本发明的第一方面的坐标定位机器中使用的可延伸支腿组件和关联的约束构件。

根据本发明的另外的方面，提供了一种用于非笛卡尔坐标定位机器的约束构件，该非笛卡尔坐标定位机器具有用于将部件定位在该机器的工作容积内的可延伸支腿组件，其中，该约束构件被适配成用于针对该部件在该工作容积内的相同位置向该可延伸支腿组件的预定部分提供相对于重力基本上相同的取向。

根据本发明的另外的方面，提供了一种用于非笛卡尔坐标定位机器的可延伸支腿组件，该可延伸支腿组件包括此类约束构件。

根据本发明的另外的方面，提供了一种用于约束可延伸支腿组件在非笛卡尔坐标定位机器中的移动的约束构件，其中，该约束构件能附接到该可延伸支腿组件的细长构件和该坐标定位机器的另外的构件上，并且其中，该约束构件限定平面且被适配成用于当该约束构件附接到该细长构件和该另外的构件上时约束该细长构件相对于那个平面的旋转。上文结合本发明的第一方面中的约束构件提到的所有辅助特征也适用于此方面。

根据本发明的另外的方面，提供了一种用于非笛卡尔坐标定位机器的可延伸支腿组件，该可延伸支腿组件包括细长构件和约束构件，该约束构件能附接到该细长构件和该坐标定位机器的另外的构件上，其中，该约束构件被适配成用于当该约束构件附接到该细长构件和另外的构件上时约束该细长构件围绕该细长构件的纵向轴线的旋转。该约束构件可以被适配成用于当该约束构件附接到该细长构件和该另外的构件上时约束该细长构件相对于由该约束构件限定的平面的旋转。上文结合本发明的第一方面提到的所有辅助特征也适用于此方面。

根据本发明的另外的方面，提供了一种用于非笛卡尔坐标定位机器的可延伸支腿组件，该可延伸支腿组件包括细长构件和约束构件，该约束构件能附接到该细长构件和该坐标定位机器的另外的构件上，其中，该约束构件被适配成用于当该约束构件附接到该细长构件和该另外的构件上时约束该细长构件相对于由该约束构件限定的轴线和/或平面的旋转。上文结合本发明的第一方面提到的所有辅助特征也适用于此方面。

根据本发明的另外的方面，提供了一种用于非笛卡尔坐标定位机器的可延伸支腿组件，该可延伸支腿组件包括细长构件，该细长构件具有提供在其第一端处的支承布置，其中，该支承布置提供三个接触点或基本上点状接触表面，以用于抵靠设置在机器上的至少部分球形支承表面而支承，其中，由该接触点或区域限定的平面基本上垂直于该细长构件的纵向轴线。上文关于本发明的第一方面提到了支承布置的优选特征。

根据本发明的另外的方面，提供了一种非笛卡尔坐标定位机器，包括：可延伸支腿组件，其用于将部件定位在该机器的工作容积内；以及约束构件，其与该可延伸支腿组件相关联、用于针对该可延伸支腿组件在该机器内的相同位置向该可延伸支腿组件的预定部分提供相对于重力基本上相同的取向。

根据本发明的另外的方面，提供了一种非笛卡尔坐标定位机器，包括：可延伸支腿组件，其用于将可移动部件定位在该机器的工作容积内；以及约束构件，其与该可延伸支腿组件相关联、用于针对该可延伸支腿组件的末端的相同的相对定位向该可延伸支腿组件的预定部分提供相对于重力基本上相同的取向。

根据本发明的另外的方面，提供了一种用于非笛卡尔坐标定位机器的可延伸支腿组件，该可延伸支腿组件包括细长构件和约束构件，其中，当该约束构件被适配成用于当该可延伸支腿组件布置在该机器中时约束该细长构件相对于由该约束构件限定的平面的旋转。

根据本发明的另外的方面，提供了一种用于非笛卡尔坐标定位机器的可延伸支腿组件，该可延伸支腿组件包括细长构件和约束构件，该约束构件用于使该细长构件的预定部分或表面在使用中保持与重力基本上对准。

现将通过实例来参考附图，在附图中：

上文中论述的图1是具有六个可延伸支腿的六足非笛卡尔坐标定位机器的示意性展示；

图2A和图2B展示了与具有编码器标尺相关联的问题，该编码器标尺附贴到图1的非笛卡尔坐标定位机器的可延伸支腿的上表面上；

图3A和图3B展示了与具有编码器标尺相关联的问题，该编码器标尺附贴到图1的非笛卡尔坐标定位机器的可延伸支腿的下表面上；

图4是根据本发明的实施例的非笛卡尔坐标定位机器的整体视图，该非笛卡尔坐标定位机器包括可延伸支腿组件；

图5是图4的机器的一部分的特写视图，更详细地示出了可延伸支腿组件与机器的下平台之间的连接；

图6是图4的机器的一部分的特写视图，示出了可延伸支腿组件与机器的上平台之间的连接，具体地示出了与可延伸支腿组件中的两个相关联的约束构件；

图7更详细地示出了根据本发明的实施例的约束构件；

图8A到图8D从各种不同角度示出了根据本发明的实施例的约束构件；

图9A到图9D从各种不同角度示出了根据本发明的实施例的可延伸支腿组件，具体地展示了约束构件与编码器标尺之间的相对位置和关系，该编码器标尺附贴到可延伸支腿组件的细长构件上；

图10更详细地展示了约束构件与编码器标尺之间的相对位置和关系、以及约束构件约束细长构件的运动的方式，该编码器标尺附贴到可延伸支腿组件的细长构件上；

图11与图10类似，但是从不同的角度观察的；

图12A到图12C是可延伸支腿组件的细长构件的示意性展示，更详细地示出了标尺如何与标尺读取器相互作用；

图13展示了适合于在本发明的实施例中使用的另一种类型的约束构件；

图14展示了约束构件在本发明的另一个实施例中的使用，其中约束构件设置在非笛卡尔坐标定位机器的两个可延伸支腿之间；

图15是图14的约束构件的特写视图；

图16A和图16B展示了图14的约束构件的替代方案，其中图16A示出了斜视图，而图16B示出了俯视图；并且

图17A和图17B展示了图14的约束构件的替代方案，其中图17A示出了斜视图，而图17B示出了俯视图。

图4提供了实施本发明的非笛卡尔坐标定位机器100的整体视图。非笛卡尔坐标定位机器100原理上类似于上文参考图1所描述的非笛卡尔坐标定位机器。然而，关键性的差异是：在非笛卡尔坐标定位机器100中使用约束构件50来解决与已知的非笛卡尔坐标定位机器相关联的上述技术问题。

图4中所展示的非笛卡尔坐标定位机器100包括布置在上平台20与下平台40之间的六个可延伸支腿组件60，该可延伸支腿组件一般具有相同的构造。六个可延伸支腿组件60中的每一个包括上管62和下管64，其中上管62在下管64内伸缩地滑动。

就图4中所展示的具体实例而言，上平台20是固定的，而下平台40可通过操作六个可延伸支腿组件60而相对于上平台移动，其中探针14安装到下平台40的下表面。在这个配置中，工件(未展示)将安装到机器100的固定结构的一部分上、位于下平台40的下方，使得机器100的工作容积是在下平台40的下方而非在上平台20与下平台40之间。下(移动)平台40的重量将通常至少部分地由平衡布置(未示出)支撑。

和图1的机器一样，可延伸支腿组件60用于将部件(在图4中所展示的实例中，部件是探针14，或至少部分地是探针14的特定部分，诸如探针14的针尖)定位在机器的工作容积内。分别与可延伸支腿组件60相关联的约束构件50用于针对部件在工作容积内的相同位置而向可延伸支腿组件的预定部分(在这个实例中，是下文待进一步描述的编码器标尺)提供相对于重力基本上相同的取向。

每个可延伸支腿组件60的上端和下端通过单独球接头80分别连接到上平台20和下平台40。图4中仅可看见用于可延伸支腿组件60中的最前面两个可延伸支腿组件的下球接头80，且图5中更详细地示出了该下球接头。

下球接头80由下平台40的支撑块42支撑，而上平台20通过上平台20的支撑块22被支撑在上球接头80上；图6中更详细地展示了上平台20与可延伸支腿组件60之间的连接。

每个可延伸支腿组件60的上管62和下管64封闭细长构件66，在图4的其中一个可延伸支腿组件中用虚线轮廓线示出，其中编码器标尺10附贴到细长构件66上。细长构件66自身是可延伸的，例如通过伸缩布置。每个细长构件66从其上接头80延伸到其下接头80，并且正是细长构件66的相应长度确定下平台40(及因此探针14)的精确定位和取向。因此，在对工件进行测量或扫描操作期间必须精确测量的正是细长构件66的长度，以便在触针针尖接触工件表面时确定触针针尖的精确位置。下文参考图12更详细地描述了可延伸的细长构件66的操作。

在上端，每个可延伸支腿组件60具备约束构件50(或与其相关联)，该约束构件附接到可延伸支腿组件60的细长构件66上以及附接到设置在上平台20上的另外的构件(支撑块22)上。约束构件50有效地将细长构件66‘系结’到上平台20上，以便防止(或至少减少)细长构件66围绕其纵向轴线的不期望的旋转。下文将参考图6到图11来更详细地描述约束构件50的构造和操作。

图5是特写视图，更详细地示出了可延伸支腿组件60与下平台40之间的连接。如在图5的底部以缩放视图具体所示，三个球84以三角形布置设置在细长构件66的下端，其中该三角形布置的平面基本上垂直于细长构件66的纵向轴线。支撑块42具备更大、固定的球82，该球采取行动来将三个球84支撑在细长构件66的末端上，其中更大的球82安置在这些更小的球84内。

三个球84的使用意指联接本质上是运动的或至少是伪动态的，其具有三个接触点(或接近三个接触点的至少三个小接触区域)。在三个球84上方的元件的重量将自然地迫使细长构件66相对于球82进入可重复位置上，没有过约束(over constraint)，且由此形成特别适合于计量仪器(其中可重复性是重要的)的接头。使用球84不是必须的，而是替代地可以使用支承布置，该支承布置提供有效地形成运动杯状物或锥状物的三个接触点(或小接触区域)。还将了解，在使用球的情况下，它们无需完全为完整的球，而是只需要在将被用作支承表面的区域中为至少部分的球形。

图5中所示的球接头布置具有优于其他已知球接头布置的某些优点。在其他布置中，单个球设置在细长构件的末端，并且由固定锥状物或杯状物布置支撑。可替代地，具有三个接触点的环与固定球接合，但是从侧面接合的。如本申请中所示的布置的优点是：细长构件66以更宽的角度范围被牢牢地固持在球82上，从而提供使细长构件66围绕球82的宽角运动范围。就其他已知的球接头布置而言，运动可能更加受限制和/不大稳固，其中细长构件潜在地更易于与接头脱离。

图5的枢轴接头布置与本发明的一个方面有关，该方面独立于与约束构件50的使用有关的方面，并且应强调：结合约束构件50来使用不同类型的接头优选地是可行的。

现将参考图6到图8来更详细地描述约束构件50。图6是特写视图，更详细地示出了可延伸支腿组件60与机器100的上平台20之间的连接，具体地更详细地示出了与图4的可延伸支腿组件60中的两个相关联的约束构件50。图7示出了在从支撑块22拆卸下来时约束构件50中的一个，而图8A到图8D从各个角度示出了约束构件50(再次，从支撑块22拆卸下来)。具体地，图8A示出了约束构件50的前视图，其中球接头82、84在视野范围内，图8B示出了后视图，图8C示出了透视图，而图8D示出了侧视图。

一般可以将约束构件50描述为多部分或多区段铰链。所展示的实例包括四个部分或区段52、54、56和58，该部分或区段通过具有基本上平行的旋转轴线的旋转接头或关节53、55和57相连接。接头53、55和57可以具有标准销和轴承构造，并且可以使用球轴承以便减少摩擦效应。

在如所展示的四个部分52、54、56和58通过具有基本上平行的旋转轴线的接头53、55和57相连接的情况下，部分52、54、56和58相对于一个的移动被限制为在平面中的移动，其中该平面垂直于接头53、55和57的旋转轴线。以这种方式，约束构件50限定了平面，下文将参考图10和图11来更详细地描述。

最上部分58通过具有旋转轴线59A(见图7)的旋转接头59连接到支撑块22，该旋转轴线被定向成基本上垂直于旋转接头53、55、57的旋转轴线(例如，接头55的旋转轴线在图7中被标记为55A)。这在约束构件50连接到上平台20时允许约束构件50围绕接头59的轴线59A旋转，并由此允许围绕由约束构件50限定的平面的轴线59A旋转。

图9A到图9D分别示出了约束构件50的与图8A到图8D中所展示的视图相同的四个视图，但在图9A到图9D中，视图被放宽以包括细长构件66向下到相反端。图9A到图9D还展示了可延伸支腿组件60部分地“敞开”以示出细长构件66，且具体地示出可延伸支腿组件60的预定部分的定位，该预定部分相对于重力的取向将受到控制或约束。预定部分是编码器标尺10，该编码器标尺用于结合标尺读取器或读头(未示出)来测量细长构件66相对于约束构件50的长度。下文参考图12来更详细地描述标尺10和标尺读取器。

图10和图11更详细地展示了编码器标尺10和约束构件50的相对定位。图10是对应于图9D的侧视图的侧视图，而图11是对应于图9C的透视图的透视图。如上文所提到的，约束构件50限定平面51，如图10中所展示的，其中该平面51的多个部分(或平行于平面51的平面)标记在51A(在约束构件50附近)和51B处(在编码器标尺50附近)。

在这个实施例中，细长构件66的横截面一般为方形，并且相对于约束构件50布置使得其四个侧面中的两个基本上与平面51平行，且另外两个侧面基本上垂直于平面51。编码器标尺10附贴到平行于平面51的表面上。因此，在如图9A中所示的约束构件50的前视图中，编码器标尺10附贴到细长构件66的侧表面上，而在如图9D和图10中所示的侧视图中，编码器标尺10附贴到细长构件66的前表面上。此外，平面51被布置成使得其平行于重力方向99(即，使得方向99位于平面51中)。旋转接头59的旋转轴线59A也被布置成平行于重力方向99。编码器标尺10在方向90、92A上间隔远离细长构件66的纵向轴线94，该方向90、92A垂直于由约束构件50限定的平面51、51B。

在本发明的这个实施例的操作中，约束构件50被适配成用于当约束构件50附接到细长构件66和坐标定位机器100的另外的构件(在这个实施例中，该另外的构件呈支撑块22的形式)时约束细长构件66相对于由约束构件50限定的平面51的运动。这样做时，约束构件50能够防止编码器标尺10旋转远离所期望的(与重力平行的)取向，同时仍允许细长构件66与上下平台20、40之间的角度发生变化，需要这些变化以允许下平台40相对于上平台20移动。

约束构件50通过保持以下两者之间的基本上恒定的角度来操作：由约束构件50限定的平面51和向量92A、92B，该向量横向于伸行构件66的纵向轴线94(并且该向量与细长构件66一起移动)。例如，向量92A垂直于纵向轴线94，并且还垂直于细长构件66的表面，编码器标尺10附接到该表面上。由于用于编码器标尺10的附接表面与平面51B平行，所以向量92A也垂直于由约束构件50限定的平面51B。这在图10与图11两者中进行了展示。

现考虑细长构件66的为约束构件50所准许的所有可能移动、以及这些移动对由约束构件50限定的平面51与向量92A之间的角度所造成的影响。约束构件50防止关于第一旋转自由度70的旋转，该旋转是围绕纵向轴线94的旋转。约束构件50还防止关于第二旋转自由度72的旋转，该旋转是细长构件66在平面51外的旋转。另一方面，约束构件50允许关于第三旋转自由度74的旋转，该旋转是细长构件66在平面51内的旋转。

通过将移动约束到第三旋转自由度74(在由约束构件50限定的平面51内或平行于由约束构件50限定的平面51)，平面51与向量92A之间的角得以保持基本上恒定。那个角的任何变化将导致编码器标尺50旋转出平面51B，并且将使编码器标尺发生上文参考图3所描述的不期望类型的畸变。

可以对关于横向于纵向轴线94的其他向量(诸如垂直于细长构件66的相邻表面的向量92B)进行类似的分析；向量92B与平面51之间的角针对细长构件66的所有移动而保持基本上恒定(零)。考虑中的向量无需垂直于纵向轴线94，仅仅横向于纵向轴线94即可，但在所有情况下被选中的向量与平面51之间的角保持基本上恒定。

对横向向量92A、92B相对于由约束构件50限定的平面51的角进行约束有效地锁定了细长构件66以防围绕其纵向轴线94的任何旋转，同时仍允许细长构件66相对于上下平台20、40的角度移动。

在约束构件50通过附接特征(呈旋转接头59的形式)附接到上平台20的情况下，实现平面51围绕由旋转接头59限定的附接轴线59A的旋转。这允许可延伸支腿组件且由此也允许移动(下)平台40有大的移动自由度，同时仍保持平面51(及因此编码器标尺10)与重力99对准。这确保克服上文参考图3所解释的问题。

图12是可延伸支腿组件60的细长构件66的示意性展示，更详细地示出了标尺10如何与标尺读取器相互作用。具体地，图12展示了标尺10如何在测量位置M处与标尺读取器11相互作用(或合作)以提供关于细长构件66(或等同地可延伸支腿组件60)的长度的测量值。在这个实例中使用此类测量值，以确定探针部件14在工作容积中的位置。

细长构件66包括第一和第二细长构件63和65，当可延伸支腿组件60改变长度时，该第一和第二细长构件相对于彼此移动。第一和第二构件63、65使其各自的纵向轴线布置成基本上彼此成一直线，并且当可延伸支腿组件60延伸和缩回时滑动覆盖彼此或滑过彼此。在图12中所示的实例中，第一构件63在第二构件65内部伸缩地滑动。标尺10设置在第一构件63上或由其提供，其中标尺读取器11设置在第二构件65上或由其提供。

可延伸支腿组件60在第一和第二位置P1和P2处受支撑，该第一和第二位置在这个实例中是可延伸支腿组件60的第一和第二端，其中测量位置M是在第一和第二位置P1和P2之间。就这个布置而言，可延伸支腿组件60基本上在测量位置M处不受支撑(或自支撑)，使得结果其在测量位置M处发生重力引起的弯曲(并且若不是有本发明的话，其易于产生上文参考图3所描述的技术问题)。

测量位置M与第一和第二位置P1和P2两者间隔开，这将与在测量位置处或附近提供支撑的坐标定位设备区别开(且因此未发生参考图3所描述的这些类问题)。

当探针部件14在工作容积周围移动时(且当可延伸支腿组件60的长度变化时)，测量位置M与第一和第二位置P1、P2中的至少一个之间的间距发生变化。图12A、图12B和图12C示出了可延伸支腿组件60针对探针部件14在工作容积中的三个对应位置具有三种不同的相应延伸情况。

在图12A中，可延伸支腿组件60完全延伸，或至少在标尺10和标尺读取器11将允许的程度上完全延伸。在这方面，标尺读取器11必须定位在标尺10上面，以便可读取标尺10并进行测量。测量位置M与第一位置P1之间的间距S1约等于测量位置M与第二位置P2之间的间距S2。

在图12B中，可延伸支腿组件60稍微缩回，其中标尺读取器11越过标尺长度的大约一半(或取决于哪一端是可移动的，标尺10在标尺读取器11下面经过；两者可能都是可移动的)。可延伸支腿组件60大约为半延伸的。间距S2未改变，因为测量位置M由标尺读取器11的位置来确定，该标尺读取器附贴到第二构件65上。测量位置M与第二位置P2之间的间距S2已减小。

在图12C中，可延伸支腿组件60进一步缩回到完全缩回状态；不存在可能的进一步行程，同时仍确保标尺10和标尺读取器11能够正确地合作以产生测量值。再次，间距S2未改变，而间距S2已进一步减小。

可以看到，特别是对于图12A的完全延伸配置而言，测量位置M与位置P1和P2中一个或两个之间存在大的间隔。

对于图12A的完全延伸配置而言，测量位置M与第一和第二位置P1和P2两者间隔开大约10倍的细长构件66的宽度‘W’，并且在测量位置M附近没有支撑件导致明显弯曲并且对编码器10、11的计量测量值有显而易见的影响。换言之，测量位置M与第一和第二位置P1和P2两者间隔开大约可延伸支腿组件60的总长度(S1+S2)的一半。当可延伸支腿组件60缩回时，间距S1减小，但即使在图12C的完全缩回配置中，测量位置M仍与第一和第二位置P1和P2两者间隔开至少大约可延伸支腿组件60的总长度(S1+S2)的三分之一(其是较小的间隔S1)。当然将了解，图12的实例纯粹是说明性的，并且移动的范围和相对间距将根据实施例而变化。重要的是，可延伸支腿组件60在测量位置M的附近存在自支撑。

虽然上文描述了编码器标尺10附贴到细长构件66上，但是编码器标尺也可以形成细长构件66的一部分或由其限定，例如直接形成于细长构件66的表面中。

还将了解，本发明的益处并不限于如上文所描述的使用被应用于细长构件66的编码器标尺10。本发明将发现在并入有计量元件的任何应用中的益处，该计量元件潜在地以与上文描述的方式相同的方式受影响。特别有益的是，和编码器标尺一样，计量元件基本上为平面的并且被布置成基本上平行于由约束构件50限定的平面。

此外，坐标定位机器中的所有可延伸支腿组件具备根据本发明的实施例的约束构件(或与其相关联)不是必须的；即使如此提供一个此类可延伸支腿组件，仍将获得某种益处，不过很明显，使一个以上(优选地所有)可延伸支腿组件具备约束构件(或与其相关联)是有益处的。

已描述了当部件在工作容积周围移动时可延伸支腿组件的长度变化，并且正是使用这种长度变化将部件定位在工作容积内(即，测量部件在工作容积内的位置，抑或设定部件在工作容积中的位置，或以上两种情况)。本发明的实施例将与具有固定长臂(其通过固定的测长元件移动，其中编码器标尺设置在固定长臂上以用于提供部件位置的指示)的非笛卡尔定位设备有区别。

此外，虽然上文将预定部分(该预定部分相对于重力的取向在本发明的实施例中被谨慎控制)描述为测长零件，但本发明适用于可能对相对于重力的取向敏感的其他类型的零件。在不同的应用中，因此可设想，可延伸支腿组件的除长度之外的特性由预定部分或使用预定部分测得或以其他方式确定。

还应强调，本发明并不限于约束构件50(以如所展示的多部分铰链的形式)，并且其他可能的布置对于技术人员将是显而易见的。例如，针对约束构件50的另一个选项将是单件塑料，其具有所形成的变薄区段从而产生铰链。并且，就如附图中所展示的类型的约束构件而言，可以提供比所展示的更多或更少的接头。

在上述实施例中，约束构件50附接在细长构件66与坐标定位机器100的支撑块22之间，使得细长构件66相对于坐标定位机器100的移动受约束，其中受约束的运动由约束构件50限定并且其通过旋转接头59附接到支撑块22。支撑块22充当附接特征，并构成坐标定位机器100的‘另外的构件’。约束构件50有效地将细长构件66系结到另外的构件上，以约束细长构件66相对于另外的构件的运动。

应注意，约束构件没有必要设置在可延伸支腿组件60与上平台20之间的连接处，而是可以同等地改为设置在可延伸支腿组件60与下平台40之间的连接处，或设置在以上两个连接处。在可延伸支腿组件60当中可以甚至存在此类布置的混合体。

并且，约束构件无需形成单个组件(诸如上述有铰链的约束构件50)，而是实际上可以由两个或更多个单独的组件组成，该组件各自附接到细长构件66和另外的构件上以便提供所需的约束。

将了解，其他类型的约束构件适合于当部件在工作容积周围移动时，针对部件的相同位置向可延伸支腿组件60的预定部分(例如，编码器标尺10)提供相对于重力基本上相同的取向。例如，图13展示了呈重物501形式的约束构件，该重物附接到上管62的下表面并自其垂下、在方向99上受重力牵拉。重物501到管62的附接点503在基本上平行于细长构件66的表面(编码器标尺10附贴在该表面上)的方向上间隔远离纵向轴线94，且因此重物501将采取行动来保持编码器标尺10处于相对于重力的固定取向(与重力对准)。

图13实施例与先前描述的实施例共享以下特征：约束构件(重物)501限定平面51；以及细长构件66(具有编码器标尺10)相对于平面51的旋转受约束。在这个实施例中，平面51由垂下的重物501的位置和在细长构件66的任一端处的两个球接头限定，或可替代地由重物501、附接点503和细长构件66的任一端限定。约束构件501的操作保持向量92A(垂直于细长构件66的表面，编码器标尺10附接在该表面上)与向量90(垂直于平面51)对准，且因此保持编码器标尺10基本上与重力对准。

图14和图15提供了在本发明的另一个实施例中使用约束构件的示意性展示。这个实施例是有用的，其中绝对精度对于机器而言并非是主要要求，但其中可重复性仍是非常重要的。在这个实施例中，约束构件通过防止支杆围绕其主要(纵向)轴线无约束地旋转来确保可重复性，使得可延伸支腿组件的预定(取向敏感)部分针对部件在工作容积内的相同位置具有相对于重力基本上相同的取向。

和在上述实施例中一样，图14实施例提供了约束构件，该约束构件与可延伸支腿组件相关联、用于针对部件在工作容积的相同位置而向可延伸支腿组件的预定部分提供相对于重力基本上相同的取向。图14的约束构件还被适配成用于当该约束构件附接到细长构件和另外的构件上时约束细长构件相对于由约束构件限定的平面的旋转。

图14中所展示的约束构件510一般为与先前的图中所展示的约束构件50类似的类型，且相似的附图标记指代相似的部分。然而，图14实施例与先前实施例的区别在于：在图14实施例中，‘另外的构件’实际上是另一个可延伸支腿组件的细长构件65。图14的约束构件510有效地用于将第一可延伸支腿组件的细长构件66-1系结到相邻的第二可延伸支腿组件的细长构件66-2上。约束构件510在两个细长构件66-1、66-2之间是共有的或共用的。和先前实施例一样，图14的约束构件510限定平面51，但就图14实施例而言，由约束构件510限定的平面51与由两个细长构件66-1、66-2限定的平面基本上平行，而非与重力对准。应强调：图14到图17中仅示意性地展示了细长构件66-1、66-2，且附图既不旨在展示或暗示用于形成细长构件66-1、66-2的任何特定构造方法或材料，也不旨在展示或暗示任何特定的横截面形状。

除约束构件510在使用中附接在坐标定位机器的两个细长构件66-1、66-2之间之外，图14的约束构件510与先前的图的约束构件50之间的主要区别在于：图14的约束构件510通过固定连接件而非图6到图8的旋转连接59连接到另外的构件66-2上，且因此不允许平面相对于另外的构件66-2旋转，或实际上反之亦然。因此，图14的约束构件510采取行动来防止细长构件66-1、66-2围绕其各自的纵向轴线旋转，同时允许细长构件66-1、66-2之间的角度移动。

图14的实施例提供了约束，其确保可延伸支腿组件的预定部分、具体地编码器标尺具有可重复但变化的取向。虽然图14中未示出，但编码器标尺将相对于细长构件66-1、66-2以与参考图12所描述的方式类似的方式来布置。虽然当可移动部件(例如，探针)在工作容积周围移动时编码器标尺相对于重力的取向将变化，但是针对每次访问到工作容积中的相同位置，取向将是相同的。当将机器用作比较器时，这种变化并不重要，因为当探测参考部分时，针对相同位置将已存在相同的弯曲量和弯曲类型。更重要的是，从探测参考部分到探测实际部分且一般地当在工作容积周围移动时，该弯曲量和弯曲类型是可重复的。

约束构件的存在也是有用的，其中存在附接到细长构件66-1、66-2中的一个或两个的外部的较重部件，诸如用于延伸支腿组件的马达。作用于部件上的重力将往往使细长构件66-1、66-2围绕其纵向轴线(即，相对于由约束构件510限定的平面)旋转。

即使没有计量元件(诸如可能受到此类旋转的影响的编码器标尺)，此类旋转仍会导致问题。例如，在两个支腿组件之间可以共用接头，使得支腿组件在接头处极为贴近；在这种情形下，细长构件围绕其纵向轴线的任何旋转可能导致相邻的支腿组件彼此相碰撞，这进而会导致支腿组件略微抬离接头。这很可能导致测量错误，或可能甚至导致支腿组件完全脱离接头。

在此类情形下使用约束构件510防止围绕纵向轴线发生此类旋转，或至少将此类旋转减少到期望的程度，使得相邻的支腿组件的末端相碰撞的风险最小。

图16A和图16B展示了图14和图15的约束构件的替代方案。图16A和图16B的约束构件520包括第一和第二约束臂522、524以及第一和第二附接件526、528。第一和第二约束臂522、524基本上为L状，并且通过第一和第二附接件526、528(例如，低摩擦套筒)可滑动地连接在一起以形成大体矩形形状。由第一和第二约束臂522、524形成的矩形形状的相对侧分别由细长构件66-1、66-2固持，其中矩形形状仅围绕臂的被固持侧的纵向轴线自由枢转或旋转。

由于第一和第二约束臂522、524之间的可滑动连接，矩形形状可延伸以允许细长构件66-1、66-2之间的角度移动，但矩形形状防范任一细长构件66-1、66-2围绕其各自的纵向轴线旋转。约束构件520被布置成使得由矩形形状(由约束构件520形成)限定的平面基本上垂直于由省长构件66-1、66-2限定的平面。

因此，和图14与图15的约束构件一样，图16A和图16B的约束构件520限定平面51(见图16B)，其中平面51也与由两个细长构件66-1、66-2限定的平面基本上平行。约束构件520的存在引起每个细长构件66-1、66-2相对于由约束构件520限定的平面51的旋转受约束。

图17A和图17B展示了图14和图15的约束构件的另一个替代方案。图17A和图17B的约束构件530包括第一和第二(例如，金属)约束板532、534。第一约束板532固定到第二细长构件66-2的一侧，且被磁性地预加载成与在相对的(第一)细长构件66-1上的第一轴承536相接触。类似地，第二约束板534固定到第一细长构件66-1的另一侧上，且被磁性地预加载成与在相对的(第二)细长构件66-2上的第二轴承538相接触。

因此，这对细长构件66-1、66-2具有两个板532、534和轴承机构536、538，该板和轴承机构一起工作以抵制细长构件66-1、66-2的扭转(围绕其各自的纵向轴线的旋转)并保持它们平行。和图14与图15的约束构件一样，约束构件530限定平面51(见图17B)，该平面与由两个细长构件66-1、66-2限定的平面基本上平行。约束构件530的存在引起每个细长构件66-1、66-2相对于由约束构件530限定的平面51的旋转受约束。

先前已参考了WO 2007/144573，其中坐标定位机器具备与推力框架分离的计量框架。如所提到的，载荷支承结构与计量结构的分离适用于六个可延伸支腿中的每一个，其中每个可延伸支腿具备载荷支承结构和计量结构，并且其中计量结构与载荷支承结构机械地隔离。在此类情况下，为控制计量结构的取向(例如，相对于重力)，如本文中所描述的约束构件只需与每个可延伸支腿组件的计量结构相关联，不过约束构件也可以可选地与每个可延伸支腿组件的载荷支承结构相关联。

虽然附图中所展示的非笛卡尔坐标定位机器具有六个可延伸支腿组件，但是实施本发明的非笛卡尔坐标定位机器当然并不限于具有六个可延伸支腿组件，其中可延伸支腿组件的数目和配置由所关注的应用来确定。

虽然已主要在坐标测量机和比较器的背景下描述了本发明的实施例，但是本发明更一般地适用于任何类型的坐标定位机器，诸如扫描机、机床、机器人、定位设备(例如，用于光学部件)、原型制造机和各种其他用途。

Claims (37)

1.一种非笛卡尔坐标定位机器，包括：可延伸支腿组件，其用于将部件定位在所述机器的工作容积内；以及约束构件，其与所述可延伸支腿组件相关联、用于针对所述部件在所述工作容积内的相同位置向所述可延伸支腿组件的预定部分提供相对于重力基本上相同的取向。

2.如权利要求1所述的机器，其中，所述约束构件被布置成用于向所述预定部分提供相对于重力基本上恒定的取向。

3.如权利要求1或2所述的机器，其中，所述预定部分的取向是由所述预定部分限定的平面的取向。

4.如权利要求3所述的机器，其中，所述约束构件被布置成用于维持所述平面基本上与重力对准，使得所述平面的法线被维持为基本上垂直于重力。

5.如前述权利要求中任一项所述的机器，其中，所述预定部分被布置在所述可延伸支腿组件的细长构件上，并且受到由所述细长构件的弯曲所引起的应力，所述弯曲是由重力造成的。

6.如权利要求5所述的机器，其中，所述约束构件被适配成用于约束所述细长构件围绕其纵向轴线的旋转。

7.如任一项前述权利要求所述的机器，其中，所述预定部分被布置成在测量位置处与所述机器的另外的部分相互作用以提供测量信号。

8.如权利要求7所述的机器，其中，所述可延伸支腿组件由至少一个支撑件支撑，并且其中，所述测量位置与所述支撑件或每个支撑件间隔开。

9.如权利要求8所述的机器，其中，所述可延伸支腿组件例如在所述可延伸支腿组件的第一端和第二端处由第一支撑件和第二支撑件支撑。

10.如权利要求8或9所述的机器，其中，针对所述部件在所述工作容积中的至少一个位置，所述测量位置与所述至少一个支撑件中的至少最近的支撑件间隔开所述可延伸支撑组件的总长度的至少10％。

11.如任一项前述权利要求所述的机器，其中，所述可延伸支腿组件包括第一细长构件和第二细长构件，所述第一细长构件和第二细长构件布置成当所述可延伸支腿组件改变长度时相对于彼此移动。

12.如权利要求11在从属于权利要求7时所述的机器，其中，所述预定部分由所述第一细长构件提供或被设置在所述第一细长构件上，并且所述另外的部分由所述第二细长构件提供或被设置在所述第二细长构件上。

13.如任一项前述权利要求所述的机器，其中，所述预定部分包括计量元件。

14.如权利要求13所述的机器，其中，所述计量元件包括编码器标尺。

15.如权利要求13或14在从属于权利要求2时所述的机器，其中，所述计量元件为基本上平面的，其中，所述计量元件的表面限定所述预定部分的平面。

16.根据任一项前述权利要求所述的机器，其中，所述约束构件被适配成用于约束所述预定部分相对于由所述约束构件限定的平面的旋转。

17.如权利要求16所述的机器，其中，所述约束构件能附接到所述细长构件和所述坐标定位机器的另外的构件上，并且其中，所述约束构件被适配成用于当所述约束构件附接到所述可延伸支腿组件和所述另外的构件时约束所述预定部分相对于由所述约束构件限定的所述平面的旋转。

18.如权利要求17所述的机器，包括第一此类可延伸支腿组件和第二此类可延伸支腿组件，并且其中，用于所述第一支腿组件的所述另外的构件是所述第二支腿组件的所述细长构件，其中，约束构件是共有的。

19.如权利要求17所述的机器，其中，所述另外的构件由所述机器上的附接特征提供。

20.如权利要求19所述的机器，其中，所述约束构件被适配成允许由所述约束构件限定的所述平面围绕由所述附接特征限定的附接轴线的旋转。

21.如权利要求19或20所述的机器，其中，所述附接轴线平行于由所述约束构件限定的所述平面。

22.如权利要求19、20或21所述的机器，其中，所述约束构件被布置在所述机器中，其中，所述附接轴线与重力基本上对准。

23.如权利要求16到22中任一项所述的机器，其中，所述约束构件被布置在所述机器中，其中，由所述约束构件限定的所述平面与重力基本上对准。

24.如权利要求16到23中任一项所述的机器，其中，所述约束构件被适配成用于维持由所述约束构件限定的所述平面与横向于所述可延伸支腿组件的纵向轴线的向量之间的基本上恒定角度。

25.如权利要求16到24中任一项所述的机器，其中，所述预定部分在垂直于由所述约束构件限定的所述平面的方向上间隔远离所述可延伸支腿组件的纵向轴线。

26.如权利要求16到25中任一项所述的机器，其中，所述预定部分被布置成基本上平行于由所述约束构件限定的所述平面。

27.如任一项前述权利要求所述的机器，其中，所述部件包括测量探针。

28.如任一项前述权利要求所述的机器，其中，所述约束构件包括多个有铰链的区段，所述区段具有基本上平行的铰链轴。

29.如任一项前述权利要求所述的机器，包括多个此类可延伸支腿组件和与所述多个支腿组件中的每一个相关联的此类约束。

30.如任一项前述权利要求中任一项所述的机器，所述机器是坐标测量机。

31.如权利要求1到29中任一项所述的机器，所述机器是比较器。

32.一种用于非笛卡尔坐标定位机器的约束构件，所述非笛卡尔坐标定位机器具有用于将部件定位在所述机器的工作容积内的可延伸支腿组件，其中，所述约束构件被适配成用于针对所述部件在所述工作容积内的相同位置向所述可延伸支腿组件的预定部分提供相对于重力基本上相同的取向。

33.一种用于非笛卡尔坐标定位机器的可延伸支腿组件，所述可延伸支腿组件包括如权利要求32所述的约束构件。

34.一种用于非笛卡尔坐标定位机器的可延伸支腿组件，所述可延伸支腿组件包括细长构件，其中，所述细长构件的一端具备支承布置，所述支承布置具有三个接触点或至少基本上点状接触表面，以用于抵靠设置在所述机器上的固定球而支承，其中，由所述接触点或区域限定的平面基本上垂直于所述细长构件的纵向轴线。

35.一种基本上如上文中参考附图的图4到图17所描述的坐标定位机器。

36.一种基本上如上文中参考附图的图4到图17所描述的可延伸支腿组件。

37.一种基本上如上文中参考附图的图4到图17所描述的约束构件。