專利名稱：位置測(cè)量系統(tǒng)和裝配方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種根據(jù)權(quán)利要求1的前序部分的位置測(cè)量系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在WO 02/40947 Al中記載了這種位置測(cè)量系統(tǒng)。其具有測(cè)量分度器的支架，用于在位置測(cè)量時(shí)無(wú)接觸地被探測(cè)頭掃描。測(cè)量位置時(shí)，需要將測(cè)量分度器的支架在預(yù)定的位置相對(duì)于探測(cè)頭固定在要測(cè)量的機(jī)器部件上。為此使用裝配輔助機(jī)構(gòu)，其在預(yù)定的裝配位置將支架固定在探測(cè)頭上。為了實(shí)現(xiàn)這種裝配位置，根據(jù)WO 02/40947 Al的建議，在將探測(cè)頭固定在支架上之前，在一個(gè)單獨(dú)的過(guò)程中調(diào)節(jié)探測(cè)頭相對(duì)于支架的位置。對(duì)測(cè)量精度的要求越來(lái)越高。測(cè)量精度受探測(cè)頭與測(cè)量分度器的配設(shè)情況影響。 已表明，采用公知的位置測(cè)量系統(tǒng)很難實(shí)現(xiàn)對(duì)于精確的位置測(cè)量所需要的在探測(cè)頭與測(cè)量分度器支架之間的配設(shè)情況。兩級(jí)的做法即調(diào)節(jié)和位置固定僅能繁瑣地在所要求的裝配位置實(shí)現(xiàn)精確的配設(shè)。

發(fā)明內(nèi)容
因此本發(fā)明的目的在于，提出一種開頭部分所述類型的位置測(cè)量系統(tǒng)，借此能實(shí)現(xiàn)精確的位置測(cè)量。該目的通過(guò)具有權(quán)利要求1的特征的位置測(cè)量系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明的目的還在于，提出一種方法，以便特別簡(jiǎn)單地在所要求的裝配位置將位置測(cè)量系統(tǒng)裝配到要測(cè)量的機(jī)器部件上，以便得到位置測(cè)量系統(tǒng)的高的測(cè)量精度。該目的通過(guò)一種具有權(quán)利要求9的特征的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明的有利設(shè)計(jì)可由從屬權(quán)利要求得到。


本發(fā)明的其它有利的特征和優(yōu)點(diǎn)將在下面借助附圖對(duì)實(shí)施例的說(shuō)明中予以闡述。附圖示出
圖1為按照本發(fā)明設(shè)計(jì)的帶有裝配輔助機(jī)構(gòu)的位置測(cè)量系統(tǒng)的立體圖； 圖2為根據(jù)圖1的位置測(cè)量系統(tǒng)的A向視圖； 圖3為根據(jù)圖1的位置測(cè)量系統(tǒng)的B向視圖4示出根據(jù)圖1的位置測(cè)量系統(tǒng)的測(cè)量分度器(Messteilimg)的探測(cè)頭和支架； 圖5示出處于接裝狀態(tài)下的位置測(cè)量系統(tǒng)；和圖6為根據(jù)圖1的位置測(cè)量系統(tǒng)的視圖，其帶有背離的裝配輔助機(jī)構(gòu)。
具體實(shí)施例方式將借助于圖1至5詳細(xì)闡述本發(fā)明的第一實(shí)施例。示范性地示出的位置測(cè)量系統(tǒng)用于沿著測(cè)量方向W測(cè)量在測(cè)量分度器1與對(duì)該測(cè)量分度器1進(jìn)行掃描的探測(cè)頭2之間的角度。為此，測(cè)量分度器1可相對(duì)于探測(cè)頭2圍繞旋轉(zhuǎn)軸線D沿著測(cè)量方向W擺動(dòng)。如圖4中詳細(xì)地示出，在進(jìn)行位置測(cè)量時(shí)被探測(cè)頭2掃描的測(cè)量分度器1徑向地間隔于旋轉(zhuǎn)軸線D，且被構(gòu)造成徑向分度器，其由一系列分度線(Teilstrich)構(gòu)成，這些分度線可無(wú)接觸地被探測(cè)頭2光學(xué)掃描。在所示范例中，測(cè)量分度器1由一系列反射的和不反射的分度線構(gòu)成，其中探測(cè)頭2以公知的方式含有光源和探測(cè)器。光源的光被測(cè)量分度器 1與位置相關(guān)地調(diào)制，并通過(guò)反射到達(dá)探測(cè)器，這些探測(cè)器產(chǎn)生多個(gè)彼此相移的與位置相關(guān)的電的探測(cè)信號(hào)。該位置測(cè)量系統(tǒng)是所謂的可模塊化的系統(tǒng)，其中探測(cè)頭2并非由測(cè)量分度器1的支架11沿著測(cè)量方向W導(dǎo)向，而是在圖5所示的有待測(cè)量的機(jī)器部件8和9的接裝狀態(tài)下才實(shí)現(xiàn)這種導(dǎo)向。為明了起見，圖5中僅示出有待測(cè)量的機(jī)器部件8和9，為了便于接裝到所述機(jī)器部件上，在裝配位置將測(cè)量分度器1的支架11位置固定地牢固地配設(shè)給探測(cè)頭2， 更確切地說(shuō)，測(cè)量分度器1的支架11可與探測(cè)頭2 —起作為共同的單元來(lái)操作。這種配設(shè)通過(guò)裝配輔助機(jī)構(gòu)3來(lái)進(jìn)行，利用該裝配輔助機(jī)構(gòu)將測(cè)量分度器1的支架11固定在探測(cè)頭2上。這種固定經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)，使得支架11在裝配到有待測(cè)量的機(jī)器部件 8和9上期間位置固定地配設(shè)給探測(cè)頭2，但在對(duì)支架11以及探測(cè)頭2進(jìn)行裝配之后可松開，從而可取下裝配輔助機(jī)構(gòu)3。在真正進(jìn)行位置測(cè)量時(shí)，使得裝配輔助機(jī)構(gòu)3從支架11和探測(cè)頭2松開并取下，如圖5中所示。裝配輔助機(jī)構(gòu)3具有第一區(qū)段31，該第一區(qū)段在裝配時(shí)位置固定地，而在進(jìn)行裝配之后可松開地固定在測(cè)量分度器1的支架11上。這種固定通過(guò)螺栓32來(lái)進(jìn)行。裝配輔助機(jī)構(gòu)3還具有第二區(qū)段33，該第二區(qū)段在裝配時(shí)位置固定地，而在進(jìn)行裝配之后可松開地固定在探測(cè)頭2上。這種固定也通過(guò)螺栓34來(lái)進(jìn)行。裝配輔助機(jī)構(gòu)3還在第一區(qū)段31與第二區(qū)段33之間具有至少一個(gè)調(diào)節(jié)裝置4、5， 所述調(diào)節(jié)裝置經(jīng)過(guò)構(gòu)造，使得測(cè)量分度器1的支架11相對(duì)于探測(cè)頭2的裝配位置能在至少一個(gè)自由度上調(diào)整，其中該可調(diào)整的自由度不同于測(cè)量方向W。通過(guò)對(duì)測(cè)量分度器1相對(duì)于探測(cè)頭2的相對(duì)位置的調(diào)節(jié)，由此可以優(yōu)化兩個(gè)部件1、2的配設(shè)情況，從而探測(cè)信號(hào)具有優(yōu)化的參數(shù)，如幅度和/或相位。裝配輔助機(jī)構(gòu)3為此經(jīng)過(guò)優(yōu)選的構(gòu)造，使得在調(diào)節(jié)期間可由探測(cè)頭2來(lái)探測(cè)測(cè)量分度器1，從而可以借助當(dāng)前產(chǎn)生的探測(cè)信號(hào)來(lái)調(diào)節(jié)配設(shè)情況。有利的是，至少一個(gè)調(diào)節(jié)裝置4、5能實(shí)現(xiàn)直線的位移運(yùn)動(dòng)，特別是沿著徑向X和/ 或方向Y，該方向Y與測(cè)量分度器1的圓周方向相切，即，與測(cè)量方向W相切。如果需要在多個(gè)自由度X、Y上進(jìn)行調(diào)節(jié)，則在第一區(qū)段31與第二區(qū)段33之間設(shè)置多個(gè)調(diào)節(jié)裝置4、5。利用這些調(diào)節(jié)裝置4、5，能在多個(gè)自由度X、Y上相互獨(dú)立地調(diào)節(jié)測(cè)量分度器1相對(duì)于探測(cè)頭2的裝配位置。為此，多個(gè)調(diào)節(jié)裝置4、5串行地相繼設(shè)置。在所示實(shí)例中，串行地設(shè)置兩個(gè)調(diào)節(jié)裝置4、5的實(shí)現(xiàn)方式為，將基體6設(shè)置為中間部件，一方面，第一區(qū)段31可在自由度Y上相對(duì)于該中間部件調(diào)整，另一方面，第二區(qū)段33 可在另一自由度X上相對(duì)于該中間部件調(diào)整。亦即，從測(cè)量分度器1的支架11起，裝配輔助機(jī)構(gòu)3的第一區(qū)段31位置固定地設(shè)置在支架11上，隨后設(shè)置有調(diào)節(jié)裝置5，隨后又設(shè)置有基體6，隨后設(shè)置有調(diào)節(jié)裝置4，隨后設(shè)置有第二區(qū)段33，該第二區(qū)段位置固定地固定在探測(cè)頭2上。通過(guò)這種串行設(shè)置，可實(shí)現(xiàn)在所述自由度X和Y上進(jìn)行相互獨(dú)立的調(diào)節(jié)，由此可以優(yōu)化地將測(cè)量分度器1配設(shè)給探測(cè)頭2，在這種配設(shè)情況下，即使在以后的測(cè)量工作中，探測(cè)信號(hào)也具有所需要的參數(shù)。在已利用裝配輔助機(jī)構(gòu)3的調(diào)節(jié)裝置4、5，借助探測(cè)信號(hào)相對(duì)于探測(cè)頭2優(yōu)化地為測(cè)量分度器1定向之后，將測(cè)量分度器1的支架11接裝到機(jī)器部件8上，并將探測(cè)頭2 接裝到機(jī)器部件9上。通過(guò)這種接裝，優(yōu)化地調(diào)整的在測(cè)量分度器1與探測(cè)頭2之間的配設(shè)情況轉(zhuǎn)用(Ubertragen)到機(jī)器部件8、9上，使得在后續(xù)測(cè)量工作期間可以進(jìn)行高精度的精確的位置測(cè)量。在與機(jī)器部件8和9進(jìn)行接裝之后，才將裝配輔助機(jī)構(gòu)3從測(cè)量分度器 1的支架11和探測(cè)頭2松開，并取下裝配輔助機(jī)構(gòu)3。調(diào)節(jié)裝置4和5整合到裝配輔助機(jī)構(gòu)3中，取下該裝配輔助機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是，后續(xù)的測(cè)量工作不會(huì)受到干擾。在測(cè)量工作中，在彼此相對(duì)移動(dòng)的機(jī)器部件8和9上不存在不需要的部件，從而不會(huì)干擾動(dòng)態(tài)特性，且能實(shí)現(xiàn)高的測(cè)量精度。下面將借助圖1至3詳細(xì)地闡述調(diào)節(jié)裝置4和5的有利的設(shè)計(jì)。調(diào)節(jié)裝置4和5 中的每一個(gè)都由直線引導(dǎo)機(jī)構(gòu)和用于引起移調(diào)的移調(diào)部件41或51構(gòu)成。在所示實(shí)例中， 總是優(yōu)選帶有細(xì)螺紋的螺栓用作移調(diào)部件41、51。調(diào)節(jié)裝置4設(shè)置在基體6與裝配輔助機(jī)構(gòu)3的第二區(qū)段33之間。直線引導(dǎo)機(jī)構(gòu)由轉(zhuǎn)向器42至45的空間上的總成(Anordrumg)形成，這些轉(zhuǎn)向器使得第二區(qū)段33僅僅在直線的自由度X上與基體6耦接，而在所有其它自由度上阻止基體6與第二區(qū)段33之間的相對(duì)移動(dòng)?？赊D(zhuǎn)向的轉(zhuǎn)向器42至45的空間上的總成形成平行的引導(dǎo)機(jī)構(gòu)。為此，轉(zhuǎn)向器42 至45相對(duì)于轉(zhuǎn)動(dòng)方向X鏡像對(duì)稱地布置，其中在一側(cè)總是設(shè)置有轉(zhuǎn)向器42至45中的至少兩個(gè)。在沿X方向移調(diào)運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的力由此相對(duì)于運(yùn)動(dòng)軸線X對(duì)稱。轉(zhuǎn)向器42至45優(yōu)選與基體6和第二區(qū)段33 —體地構(gòu)造。在這種情況下，轉(zhuǎn)向器 42至45 —方面在與基體6的連接部位，另一方面在與第二區(qū)段33的連接部位，均具有固體活節(jié)。調(diào)節(jié)裝置5設(shè)置在基體6與裝配輔助機(jī)構(gòu)3的第一區(qū)段31之間。該直線引導(dǎo)機(jī)構(gòu)由轉(zhuǎn)向器52至55的空間上的總成形成，這些轉(zhuǎn)向器使得第一區(qū)段31僅僅在直線的自由度Y上與基體6耦接，而在所有其它自由度上阻止基體6與第一區(qū)段31之間的相對(duì)移動(dòng)?？赊D(zhuǎn)向的轉(zhuǎn)向器52至55的空間上的總成形成平行的引導(dǎo)機(jī)構(gòu)。為此，轉(zhuǎn)向器52 至55相對(duì)于轉(zhuǎn)動(dòng)方向Y鏡像對(duì)稱地布置，其中在一側(cè)總是設(shè)置有轉(zhuǎn)向器52至55中的至少兩個(gè)。在沿Y方向移調(diào)運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的力由此相對(duì)于運(yùn)動(dòng)軸線Y對(duì)稱。轉(zhuǎn)向器52至55優(yōu)選與基體6和第一區(qū)段31 —體地構(gòu)造。在這種情況下，轉(zhuǎn)向器 52至55 —方面在與基體6的連接部位，另一方面在與第一區(qū)段31的連接部位，均具有固體活節(jié)。優(yōu)選轉(zhuǎn)向器42至45適當(dāng)?shù)卦谶\(yùn)動(dòng)方向X上預(yù)夾緊，使得移調(diào)部件41和第二區(qū)段 33在全部必需的移調(diào)路徑上沿兩個(gè)方向+X以及-X相互擠壓。在移調(diào)部件52與第一區(qū)段31之間沿著Y方向也規(guī)定有這種預(yù)夾緊。調(diào)節(jié)裝置4、5經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)，使得它們能實(shí)現(xiàn)少數(shù)幾個(gè)mm數(shù)量級(jí)的所要求的移調(diào)運(yùn)動(dòng)。在圖6中借助調(diào)節(jié)裝置4示出了轉(zhuǎn)向器46至49的另一種布置方案。均布置在運(yùn)動(dòng)方向X的一側(cè)的轉(zhuǎn)向器46至49在此并非相互平行地布置，而是相互間有夾角。
本發(fā)明不僅可應(yīng)用于進(jìn)行角度測(cè)量的位置測(cè)量系統(tǒng)，而且本發(fā)明也可以用于直線測(cè)量系統(tǒng)。
權(quán)利要求
1.一種位置測(cè)量系統(tǒng)，用于沿著測(cè)量方向(W)測(cè)量第一機(jī)器部件(8)相對(duì)于第二機(jī)器部件(9)的相對(duì)位置，具有-測(cè)量分度器(1)的支架(11)，該支架可裝配在第一機(jī)器部件(8 )上；-用于掃描測(cè)量分度器(1)的探測(cè)頭(2)，該探測(cè)頭可裝配在第二機(jī)器部件(9)上；-裝配輔助機(jī)構(gòu)(3)，利用該裝配輔助機(jī)構(gòu)將測(cè)量分度器(1)的支架(11)在裝配位置固定在探測(cè)頭(2)上，從而測(cè)量分度器(1)的支架(11)和探測(cè)頭(2)可作為共同的單元來(lái)操作，且可在這種配設(shè)情況下裝配在機(jī)器部件(8、9)上；其特征在于，裝配輔助機(jī)構(gòu)(3)具有-第一區(qū)段(31)，該第一區(qū)段在裝置時(shí)位置固定地，而在進(jìn)行裝配之后則可松開地固定在測(cè)量分度器(1)的支架(11)上；和-第二區(qū)段(33)，該第二區(qū)段在裝置時(shí)位置固定地，而在進(jìn)行裝配之后則可松開地固定在探測(cè)頭(2)上；和-在第一區(qū)段(31)與第二區(qū)段(33)之間的至少一個(gè)調(diào)節(jié)裝置(4、5)，所述調(diào)節(jié)裝置經(jīng)過(guò)構(gòu)造，使得可在至少一個(gè)自由度(X、Y)上調(diào)整測(cè)量分度器(1)的支架(11)相對(duì)于探測(cè)頭(2)的裝配位置，所述自由度不同于測(cè)量方向(W)。
2.如權(quán)利要求1所述的位置測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于，至少一個(gè)調(diào)節(jié)裝置(4、5)經(jīng)過(guò)構(gòu)造，使得能進(jìn)行直線的移調(diào)運(yùn)動(dòng)(X、Y)。
3.如權(quán)利要求2所述的位置測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于，至少一個(gè)調(diào)節(jié)裝置(4、5)具有由多個(gè)可轉(zhuǎn)向的轉(zhuǎn)向器(42 45、52 55、46 49)構(gòu)成的總成和移調(diào)部件(41、51)。
4.如權(quán)利要求3所述的位置測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于，轉(zhuǎn)向器(42 45、52 55、46 49)相對(duì)于直線的移調(diào)運(yùn)動(dòng)(X、Y)的方向鏡像對(duì)稱地布置，其中設(shè)置至少四個(gè)轉(zhuǎn)向器(42 45、 52 55、46 49)。
5.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的位置測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于，在第一區(qū)段(31)與第二區(qū)段(33)之間設(shè)置有多個(gè)調(diào)節(jié)裝置(4、5)，從而可在多個(gè)自由度(X、Y)上相互獨(dú)立地調(diào)整測(cè)量分度器(1)的支架(11)相對(duì)于探測(cè)頭(2)的裝配位置。
6.如權(quán)利要求5所述的位置測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于，一個(gè)調(diào)節(jié)裝置(5)設(shè)置在第一區(qū)段 (31)與裝配輔助機(jī)構(gòu)(3)的基體(6)之間，用于在一個(gè)自由度(Y)上進(jìn)行調(diào)整，另一個(gè)調(diào)節(jié)裝置(4)設(shè)置在裝配輔助機(jī)構(gòu)(3)的基體(6)與第二區(qū)段(33)之間，用于在第二自由度(X) 上進(jìn)行調(diào)整。
7.如權(quán)利要求6所述的位置測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于，利用一個(gè)調(diào)節(jié)裝置(5)，第一區(qū)段 (31)在第一直線的自由度(Y)上可調(diào)整地與基體(6)連接，利用另一個(gè)調(diào)節(jié)裝置(4)，第二區(qū)段(33)在另一直線的自由度(X)上可調(diào)整地與基體(6)連接。
8.如前述權(quán)利要求5至7中任一項(xiàng)所述的位置測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于，測(cè)量分度器(1) 是用于在旋轉(zhuǎn)的測(cè)量方向(W)上圍繞旋轉(zhuǎn)軸線(D)進(jìn)行位置測(cè)量的徑向分度器，利用一個(gè)調(diào)節(jié)裝置(4)來(lái)實(shí)現(xiàn)在徑向上進(jìn)行直線的移調(diào)運(yùn)動(dòng)(X)，利用另一個(gè)調(diào)節(jié)裝置(5)來(lái)實(shí)現(xiàn)與測(cè)量方向(W)相切地進(jìn)行直線的移調(diào)運(yùn)動(dòng)(Y)。
9.一種用于將測(cè)量分度器(1)的支架(11)和位置測(cè)量系統(tǒng)的探測(cè)頭(2)裝配在兩個(gè)機(jī)器部件(8、9)上的方法，可在測(cè)量方向(W)上測(cè)量所述兩個(gè)機(jī)器部件的相對(duì)位置，其中在裝配時(shí)使得測(cè)量分度器(1)的支架(11)在裝配位置配屬于探測(cè)頭(2)，其特征在于如下方法步驟-將測(cè)量分度器(1)的支架(11)位置固定地固定在裝配輔助機(jī)構(gòu)(3)的第一區(qū)段(31) 上，且將探測(cè)頭(2)位置固定地固定在裝配輔助機(jī)構(gòu)(3)的第二區(qū)段(33)上；-利用至少一個(gè)整合在裝配輔助機(jī)構(gòu)(3)中的調(diào)節(jié)裝置(4、5)，在不同于測(cè)量方向(W) 的至少一個(gè)自由度(X、Y)上，相對(duì)于第二區(qū)段(33)移調(diào)第一區(qū)段(31)的位置，由此調(diào)整裝配位置；-在裝配位置，將測(cè)量分度器(1)的支架(11)位置固定地固定在一個(gè)機(jī)器部件(8)上， 且將探測(cè)頭(2 )位置固定地固定在另一個(gè)機(jī)器部件(9 )上；-從裝配輔助機(jī)構(gòu)(3)的第一區(qū)段(31)松開對(duì)測(cè)量分度器(1)的支架(11)的固定，并裝配輔助機(jī)構(gòu)(3)的第二區(qū)段(33)松開對(duì)探測(cè)頭(8)的固定，由此取下裝配輔助機(jī)構(gòu)(3)。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，利用裝配輔助機(jī)構(gòu)(3)的多個(gè)調(diào)節(jié)裝置(4、 5)來(lái)調(diào)整裝配輔助機(jī)構(gòu)(3)的第一區(qū)段(31)相對(duì)于裝配輔助機(jī)構(gòu)(3)的第二區(qū)段(33)的位置，其中利用一個(gè)調(diào)節(jié)裝置(4)在第一自由度(X)上進(jìn)行調(diào)整，與此無(wú)關(guān)地，利用另一個(gè)調(diào)節(jié)裝置(5)在第二自由度(Y)上進(jìn)行調(diào)整。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種位置測(cè)量系統(tǒng)，其由測(cè)量分度器(1)的支架(11)和對(duì)該測(cè)量分度器(1)進(jìn)行掃描的探測(cè)頭(2)構(gòu)成。該位置測(cè)量系統(tǒng)具有裝配輔助機(jī)構(gòu)(3)，利用該裝配輔助機(jī)構(gòu)可相對(duì)于測(cè)量分度器(1)的支架(11)來(lái)調(diào)節(jié)探測(cè)頭(2)，可利用裝配輔助機(jī)構(gòu)(3)在調(diào)節(jié)好的裝配位置將測(cè)量分度器的支架(11)以及探測(cè)頭(2)接裝在機(jī)器部件上。
文檔編號(hào)G01B11/00GK102313528SQ201110186200
公開日2012年1月11日 申請(qǐng)日期2011年7月5日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月5日
發(fā)明者屈勒 M., 普歇爾 W. 申請(qǐng)人:約翰尼斯海登海恩博士股份有限公司