專利名稱：樞轉接頭組件的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及樞轉接頭，特別涉及用在非笛卡爾測量設備諸如六足坐標測
量設備(CMM)等中的高精度樞轉接頭。
背景技術：
已知存在各種非笛卡爾設備。例如，在US5028180和US5604593中描 述了各種六足裝置。具體來說，US5028180描述了一種六足機床的各種實施 方式，該機床包括上部移動平臺，其通過6條液壓伸展腿連接到基座。在 US5028180所述的第一實施方式中，參照圖1和2，伸展腿通過球體和球窩 接頭連接到基座和移動平臺。在US5028180中參照圖3-5所述的第二替代實 施方式中，伸展腿經(jīng)由所謂的耳軸式萬向接頭或萬向節(jié)接頭連接到基座和移 動平臺。在兩個所述實施方式中，伸展腿為液壓式的，包括在缸體內(nèi)移動的 活塞桿。通過在缸體上安裝磁性量尺和在活塞桿上安裝適當讀取頭來測量腿 的延伸量。設置計算機控制器來設定每條腿的長度，以提供所需的平臺運動。 US5604593描述了上述六足裝置的變體，其中伸展腿通過球形接頭連接到平 臺，且用干涉法測量每條伸展腿的長度。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明第一方面，樞轉接頭組件包括多軸回轉接頭部分，其提供 圍繞兩個或更多個回轉軸線的旋轉運動，所述兩個或更多個回轉軸線基本上 相交于交點；和球形接頭部分，其包括位于所述交點附近的球體。
因此，本發(fā)明提供由球形接頭部分和多軸回轉接頭部分形成的樞轉接 頭。所述多軸回轉接頭部分(可以包括耳軸式萬向接頭、萬向節(jié)接頭等)允 許圍繞多條回轉軸線旋轉，所述多條回轉軸線至少大約相交于交點。球形接 頭部分的球體具有優(yōu)勢地定位成盡可能靠近所述多軸回轉接頭的交點，以使 該球體和回轉接頭提供(至少大約)圍繞空間中相同點的旋轉運動。優(yōu)選地，球體中心基本上與該交點重合，以使多軸回轉接頭部分和球形接頭部分的旋 轉中心位置的差異最小。
因此，本發(fā)明的樞轉接頭允許兩個或更多個機械分離的部件利用樞轉接 頭部分和回轉接頭部分圍繞共同的樞轉點(即，交點)旋轉。例如，并且如
以下更為詳細地說明， 一個或多個度量構件可以設置成與球形接頭部分的球 體滑動接觸，而一個或多個承載構件可以耦接到多軸回轉接頭部分。度量構 件可以與承載構件機械隔離，從而允許載荷經(jīng)由多軸回轉接頭部分傳遞，而 基本上不影響經(jīng)由球形接頭部分的度量路徑。因此，本發(fā)明的樞轉接頭可以 提供與球形接頭相關的測量精度優(yōu)勢，而不會使球形接頭部分承受顯著的機 械載荷。相反，機械載荷經(jīng)由多軸回轉接頭部分單獨傳遞，該多軸回轉接頭 部分提供低摩擦樞轉耦接器，比球形接頭更耐磨。
重要的是要注意，上述現(xiàn)有技術(例如US5028180 )僅描述了提供耳軸 式萬向接頭和球形接頭作為將伸展腿連接到平臺的替代方案。因此，在生產(chǎn) 六足設備時，技術人員傳統(tǒng)上選擇球形接頭或耳軸式萬向接頭。因此，在本 發(fā)明之前，如果在測量裝置中選擇這種樞轉接頭，則必須權衡精度和承載能 力。與此相對照，本發(fā)明的樞轉接頭緩解了與球形接頭和多軸回轉接頭相關 的缺陷，并提供了 一種可以提供度量所需的高精度同時允許在不顯著磨損接 頭的情況成承受機械載荷的樞轉接頭。
所述多軸回轉接頭部分可以允許連接到其上的一個構件旋轉，或者可以 允許多個這種構件獨立旋轉。為了提供這種旋轉運動，多軸回轉接頭部分可 以包括借助多個(例如，2個)接頭彼此連接的多個(例如，3個)部件， 每個接頭允許圍繞一條軸線旋轉。具有優(yōu)勢的是，多軸回轉接頭部分至少包 括第一部件、第二部件和第三部件。便于使用的是，第一部件可以相對于第 二部件圍繞第一回轉軸線旋轉。具有優(yōu)勢的是，第二部件可以相對于第三部 件圍繞至少一條第二回轉軸線旋轉，其中第一回轉軸線和第二回轉軸線基本 上相交于所述交點。
第一部件方便地連接到承載平臺，并可以包括支撐或承載結構，例如第 一部件可以包括與第 一回轉軸線同軸的中央支撐柱或中央承載結構?？梢赃x 擇的是，第一部件可以包括多條位于第一回轉軸線周圍的腿。為了簡化，第 一部件還可以認為是固定部件，第二和第三部件相對于其旋轉。
5第二部件方便地包括至少第 一托架和第二托架，它們旋轉安裝到第 一部 件。優(yōu)選地，至少第一托架和第二托架中的每一個基本上可圍繞第一回轉軸 線單獨旋轉。例如，第一和第二托架可以經(jīng)由一個或多個軸承旋轉安裝到第 一部件的中央支撐柱?？梢赃x擇的是，第二部件可以包括樞轉安裝到第一部 件的成對支撐腿上的環(huán)圈或類似結構。
第三部件可以包括至少一個承載構件的端部，或者可以連接到至少一個 承載構件的端部。因此，第三部件可以方便地包括一個或多個耦接到第二部 件的承載構件。具有優(yōu)勢的是，第三部件包括旋轉安裝到第二部件的第一托 架上的第一承載構件的端部。便于使用的是，第三部件還包括旋轉安裝到第 二部件的第二托架上的第二承載構件的端部。具有優(yōu)勢的是，至少第一承載 構件和第二承載構件經(jīng)由 一個或多個軸承旋轉安裝到第 一托架和第二托架 上。第一承載構件和第二承載構件的第二回轉軸線相對于第一托架和第二托 架優(yōu)選布置成基本上相交于所述交點。如果第二部件包括如上所述的環(huán)圈或 類似結構，則承載構件可以樞轉安裝到該環(huán)圈。
樞轉接頭的球形接頭部分優(yōu)選包括高精度的、基本上為球形的球體。例 如，球體可以為以研磨過程形成的滾珠軸承。球形接頭部分還可以包括連接 到球體的立桿。例如，球體可以包括螺紋凹部，立桿端部上的互補的螺紋凸 起可以連接到所述螺紋凹部。可以選擇的是，球體可以通過膠粘、焊接等方 式連接到立桿。球體可以連接到度量平臺。例如，球體可以借助立桿連接到 這種度量平臺。具有優(yōu)勢的是，設置一個或多個度量構件，與該球體滑動接 觸。度量構件可以受到偏壓而與球體接觸，或者它們可以包括球窩來接合或
騎坐(ride over)在球體表面上?？梢赃x擇的是，球窩可以連接到度量平臺， 且球體設置在度量構件的端部。在各種情況下，都優(yōu)選球體位于由多軸回轉 接頭限定的交點附近，以使承載構件和度量構件的旋轉運動基本上以相同的 點為中心。
如上所述，多軸回轉接頭部分的部件可以連接到承載平臺。例如，多軸 回轉接頭的第一部件可以包括附加到承載平臺上的支撐結構。這種承載平臺 可以基本上與球形接頭的球體(或球窩)所連接的度量平臺機械隔離，以使 承載平臺變形時，不會引起度量平臺變形。例如，多軸回轉接頭的中央支撐 結構或承載結構可以包括中央開口，用來保持球體的立桿從該開口穿過。度量平臺還可以利用支架連接到承載平臺，所述支架防止變形從承載平臺傳遞 到度量平臺。
因此，本發(fā)明的樞轉接頭能提供具有承載框架和單獨的度量框架的測量 設備(例如，六足儀)。具體來說，球形接頭部分可以基本上與多軸回轉接 頭部分機械隔離。然后，度量框架不會受到承載框架中產(chǎn)生的任何變形的影 響，因此確保了度量保持精確。提供分開的承載框架和度量框架在申請人共
同待審的國際(PCT)專利申請中有更為詳細的描述，該國際申請要求英國
專利申請0612914.2 (代理人文檔號695 )的優(yōu)先;f又。
雖然樞轉接頭可以提供與如上所述的分開的度量框架和承載框架的獨立
的耦接，但是多軸回轉接頭部分和球形接頭部分可以替代地在一個或多個接頭 處才/U戒連接。多軸回轉接頭部分和球形接頭部分因此便于連接到共同的承載和 度量平臺。例如，多軸回轉接頭部分的第一部件可以帶有立桿，球形接頭的球 體可以連接到該立桿。這樣，度量構件和承載構件可以分別經(jīng)由球形接頭部分 和多軸回轉接頭部分連接到樞轉接頭的共用部件。這種布置還可以看作提供了 通過多軸回轉接頭部分傳遞載荷的優(yōu)勢，同時度量利用了球形接頭。
優(yōu)選地，樞轉接頭耦接到至少一個腿組件。每個腿組件可以包括度量構 件和承載構件。具有優(yōu)勢的是，樞轉接頭可以耦接到多個這種腿組件，例如， 兩個腿組件的端部可以終止于單個樞轉接頭。腿組件可以具有第一端和第二 端和測量第一端和第二端之間的分開距離的度量裝置。度量裝置可以包括至 少一個細長的度量構件，該至少一個細長的度量構件的熱膨脹系數(shù)較低。腿 組件的度量結構可以基本上與穿過腿組件的承載路徑機械隔離。設置具有分 開的承載結構和度量結構的伸縮式腿組件在申請人共同待審的國際(PCT) 專利申請中有更為詳細的描述，該國際專利申請要求英國專利申請 0611985.3 (代理人文檔號693 )的優(yōu)先權。
如上所述，多軸回轉接頭部分布置成使球形接頭部分的球體可以位于交 點附近。優(yōu)選，該交點位于該球體所占據(jù)的體積之內(nèi)，而更為優(yōu)選地，該交 點基本上與球體的中心重合。因此，多軸回轉接頭部分優(yōu)選包圍或封閉球形 接頭的球體。這樣，兩個接頭都提供旋轉運動自由度，允許必要的樞轉運動。
文中所述的樞轉接頭可以用于任何場合，但是特別適合用在測量設備 中。具有優(yōu)勢的是，測量設備可以設置成包括至少一個平臺和至少一條伸展腿，所述至少一條伸展腿借助上述樞轉接頭組件連接到所述至少一個平臺。 測量設備方便地包括六足儀布置，其具有連接兩個平臺的六條腿。具體來說,
樞轉接頭可以包含在可達性得到改善的六足CMM中，該CMM在申請人共 同待審的國際(PCT)專利申請中有描述，該國際專利申請要求英國專利申 請0611979.6 (代理人文檔號691 )的優(yōu)先權。
根據(jù)本發(fā)明第二方面，用于測量設備的組合接頭包括萬向節(jié)接頭部分和 球形接頭部分。具有優(yōu)勢的是，球形接頭部分的中心基本上與萬向節(jié)接頭的 回轉軸線重合。
根據(jù)本發(fā)明的第三方面， 一種設備包括成可相對移動的平臺，多條動力 伸展腿和多條可伸展測量腿在所述平臺之間延伸，所述動力伸展腿借助多軸 回轉接頭(例如，萬向節(jié)接頭)連接到所述平臺，而可伸展測量腿借助球形 接頭連接到所述平臺。因此，多軸回轉接頭可以承載由動力腿施加的載荷， 而球形接頭可以為度量結構的測量腿提供更高的精度。因此，設備，例如六 足儀，可以設置成具有分開的測量腿和動力腿。測量腿可以布置成基本上與 動力腿平行?？梢赃x擇的是，測量腿和動力腿可以設置成不同構造?？梢栽O 置計算機或其他控制器以控制動力伸展腿并從可伸展測量腿接收測量值。


參照附圖，現(xiàn)在僅通過實施例來描述本發(fā)明，其中 圖1示出了包含本發(fā)明樞轉接頭的六足CMM的側視圖； 圖2示出了圖1所示六足儀的俯視圖3更為詳細地示出了圖1和圖2中所示類型的動力伸展腿；
圖4示出了本發(fā)明具有分開的承載路徑和度量路徑的第一樞轉接頭;
圖5示出了本發(fā)明具有分開的承載路徑和度量路徑的第二樞轉接頭;
圖6示出了本發(fā)明的第三樞轉接頭；
圖7示出了本發(fā)明的第四樞轉接頭；和
圖8示出了如何為CMM設置分開的度量接頭和承載接頭。
具體實施例方式
參照圖l和圖2，示出了六足坐標測量設備2。特別是，圖l和2分別
8示出了六足CMM2的側視圖和俯視圖。六足CMM2包括被6條伸展腿8隔 開的下部基座部分4和上部移動平臺部分6。
基座部分4包括下部承載平臺10,諸如花崗石板，經(jīng)由多條支撐腿12 接地。包括INVAR支桿15的三角框架的下部度量平臺14借助支架(mount) 16安裝在下部承載平臺IO的下方。每個支架16包括磁體和運動定位裝置。 支架16布置成確保下部度量平臺14相對于下部承載平臺IO保持在良好限 定的可重復的位置，使得不會有力或載荷從下部承載平臺IO傳遞到下部度 量平臺14。還設置有三個樞轉接頭18，以單獨將下部承載平臺IO和下部度 量平臺14耦接到伸展腿8。
移動平臺部分6包括上部承載平臺20和上部度量平臺22。上部度量平 臺22包括INVAR支桿23的三角框架，并借助支架30連接到上部承載平臺 20。支架30相對于上部度量平臺22定位上部承載平臺20,但是布置成使得 沒有載荷從上部承載平臺20傳遞到上部度量平臺22。還設置有3個樞轉接 頭32,以單獨將承載平臺20和度量平臺22耦接到伸展腿8。在本例中，支 架30和樞轉接頭32與基座部分的支架16和樞轉接頭18的類型相同。
主軸24連接到上部承載平臺20的下方，并布置成保持帶有觸針28的 測量探頭26,觸針28具有球形觸針末梢。測量探頭可以是接觸觸發(fā)式探頭 或者任何已知類型的探頭。
連接下部基座部分4和上部移動平臺部分6的六條伸展腿8中的每一條 均具有承載結構(以虛線32表示)和度量結構(以實線34表示)。腿的度 量結構34與承載結構32機械隔離。伸展腿8還包括驅(qū)動裝置(例如，馬達) 以伸展/收縮所述腿。腿8的度量結構34由INVAR形成，還包括測量腿長 的裝置(例如，光學編碼器)。伸展腿8的結構以下將參照圖3更為詳細地 描述。
基座部分4的接頭18和移動平臺部分6的接頭32允許下部承載平臺10 經(jīng)由伸展腿的承載結構32連接到上部承載平臺20。相同的接頭18還允許下 部度量平臺14經(jīng)由腿的度量結構34連接到上部度量平臺22。接頭和腿的布 置提供了單獨的承載和度量框架，從而確保了承載部件的任何變形不會導致 度量框架變形。此外，度量框架(即，下部度量平臺14,上部度量平臺22 和伸展腿的度量結構34)全都由INVAR (TM)形成。INVAR熱膨脹系數(shù)較低，且度量框架因此基本上不會受到熱學環(huán)境的任何改變的影響。度量框
架和承載框架之間的運動支架16和30也保證了裝置承載部件的熱膨脹不會
引發(fā)度量框架發(fā)生任何變形。
使用中，待測量物體(例如，工件)置于承載基座10上。每條伸展腿8 的長度由相關聯(lián)的計算機控制器25控制。改變各條腿的長度允許移動平臺 部分6以及主軸24相對于基座移動。這種布置允許測量物體的形狀。
參照圖3，示出了上述六足儀的伸展腿8。伸展腿8包括外管狀部分40 和內(nèi)管狀部分42。內(nèi)管狀部分42可以在外管狀部分40內(nèi)滑動，從而形成伸 縮式伸展腿。驅(qū)動裝置44允許腿根據(jù)需要伸展和收縮。圖3中示意性地示 出了驅(qū)動裝置44,該裝置可以包括任何在內(nèi)管狀部分和外管狀部分之間引入 軸向相對運動的布置。例如，驅(qū)動裝置可以是液壓活塞、螺旋起重器，或者 可以包括電子驅(qū)動布置。在使用中，驅(qū)動裝置44導致伸展腿伸展和收縮， 從而根據(jù)需要促使下部基座部分4和移動平臺部分6分開，或者將它們拉在 一起。經(jīng)由管狀部分傳遞載荷通過伸展腿8。
除了管狀(承載)部分40和42之外，伸展腿8還包括單獨的度量結構。 度量結構包括第一度量構件46和第二度量構件48。第一度量構件46是細長 構件，其上形成光學刻度(scale )。第一度量構件46的第一端沿著腿8軸線 的運動僅限制在接頭32附近。第一度量構件46的第二端自由縱向運動，但 是其可以受到周圍內(nèi)管狀部分42的支撐，從而阻止橫向運動。第二度量構 件48也可以是細長構件形式。第二度量構件48的第一端沿著腿8軸線的運 動僅限制在接頭18附近。第二度量構件48的第二端因此縱向自由移動，但 是其可以被周圍外管狀部分40支撐，從而阻止徑向運動。第二度量構件48 的第二端攜帶光學讀取頭43，該光學讀取頭適合讀取第一度量構件46上的 光學刻度。這樣，可以測量第一構件和第二構件之間的任何相對運動。雖然 在圖3中示出了光學刻度和讀取頭布置，但是應該注意，也可以替換地使用 非光學式位置編碼器(例如，磁性或電容式系統(tǒng))。
第一度量構件46和第二度量構件48由INVAR制造，如上所述，這是 一種熱膨脹系數(shù)較低的材料。而且，應該記得，第一度量構件46和第二度 量構件48并不受到腿的內(nèi)管狀部分40和外管狀部分42的軸向約束。因此， 內(nèi)管狀部分40和外管狀部分42的任何熱膨脹或變形都不會傳遞到第 一度量
10構件46和第二度量構件48。
每條伸展腿8因此具有集成的度量裝置來測量長度，該裝置不會受到腿 的承載結構的任何熱膨脹或收縮的影響。因此，這種布置提供了一種不傳遞 載荷的度量結構。換句話說，伸展腿8可以說是包括了獨立于度量結構(即， 度量構件46和48)的承載結構(即，管狀部分40和42)。有關這種伸展腿 的更多細節(jié)可見于本申請人共同待審的國際(PCT)專利申請，該申請要求 英國專利申請0611985.3 (代理人文檔號693 )的優(yōu)先權。
現(xiàn)在參照圖4，更為詳細地示出了上述六足儀的接頭32。如上所述，接 頭32允許兩條伸展腿8a和8b的承載結構和度量結構分別耦接到承載平臺 20和度量平臺22。接頭32布置成容納第一承載端構件60a,該構件位于伸 展腿8a的內(nèi)管狀部分42的端部。腿8a的度量構件46a也被接頭32容納。 第二承載端構件60b和度量構件46b也被第二伸展腿8b容納。
接頭32包括中央承載結構64,其錨定到承載平臺20。第一托架66經(jīng) 由軸承68安裝到中央承載結構64,以使第一托架66可以圍繞第一旋轉軸線 A轉動。第一承載端構件60a帶有凸起，該凸起允許該第一承載端構件經(jīng)由 軸承70安裝到第一托架66,以使該第一承載端構件可以圍繞第二旋轉軸線 B轉動。軸線A和B基本上相交于C點，接頭32因此允許第一承載端構件 60a圍繞交點或中點C以兩個旋轉自由度旋轉。
第二托架80也經(jīng)由軸承82安裝到中央承載結構64，以使第二托架80 可以圍繞基本上與第一旋轉軸線A重合的軸線轉動。第二承載端構件60b 帶有凸起，以使第二承載端構件60b可以經(jīng)由軸承84旋轉安裝到第二托架 80,從而使第二承載端構件60b可以圍繞基本上也相交于中點C的另外的旋 轉軸線D轉動。這樣，接頭32允許第二承載端構件基本上圍繞中心C以兩 個旋轉自由度旋轉。
中央承載結構64具有孔，立桿或細長構件卯由該孔通過。細長構件90 一端連接到度量平臺22,而另一端帶有球體92。球體92中心布置成基本上 與中心C重合。兩條伸展腿的度量構件46a和46b與球體92直接接觸?？?以設置適當?shù)那蚋C(未示出)來保持度量構件46a和46b的端部與球體92 接觸，或者可以偏壓度量構件(例如，以彈簧加載)來提供這種接觸。雖然 細長構件90穿過中央結構64的孔，但是應該注意，其可以穿過接頭結構的任何適當?shù)牟糠帧?br> 接頭32允許以上參照圖3所述的兩條伸展腿連接到承載平臺和度量平 臺。外部萬向節(jié)式接頭布置提供了承載耦接，同時經(jīng)由球形接頭提供了度量 路徑。應該注意，在本例中，基座部分4的接頭18的結構類似于移動平臺 部分6的接頭32的結構，接頭18提供與下部承載平臺IO和下部度量平臺 14的單獨的耦接。
參照圖5，示出了參照圖4所述的接頭的變體。圖5所示的接頭100適 合將單條伸展腿連接到承載平臺和度量平臺。在實施參照圖1至4所述的六 足儀方案的變形方案時，可能需要這樣做，例如，在申請人的國際(PCT) 專利申請中描述的那種六足儀中，該國際專利申請要求英國專利申請 0611979,6 (代理人文檔691)的優(yōu)先權。
接頭100包括托架102,該托架經(jīng)由軸承106安裝到中央承載結構104， 以使其可以圍繞第一旋轉軸線A轉動。承載結構104安裝到承載平臺105。 伸展腿的承載端構件108帶有凸起，以使其可以經(jīng)由軸承IIO旋轉安裝到托 架102，從而可以圍繞第二旋轉軸線B轉動，軸線A和B基本上相交于C 點。這樣，接頭100允許承載端構件108圍繞中心C以兩個旋轉自由度旋轉。
中央承載結構104具有孔，細長構件112穿過該孔。細長構件112—端 連接到相關聯(lián)的度量平臺114,而另一端帶有球體116。球體116中心布置 成基本上與中心C重合。伸展腿的度量構件46可以直接接觸球體116?？?以設置適當?shù)那蚋C(未示出)，以保持度量構件46的端部與球體116接觸， 或者可以將度量構件以彈簧加載，以提供這種接觸。
雖然本發(fā)明的樞轉接頭可以用于如上所述的兩個平臺(即，承載平臺和 度量平臺)，但是也可以將承載路徑和度量路徑分別耦接到共用平臺。
參照圖6,示出了將單獨的度量路徑和承載路徑耦接到平臺的共用表面 的樞轉接頭120。具體來說，圖6a示出了接頭120的側視圖，而圖6b和6c 分別示出了沿著圖6a中的線I-I和II-II的橫截面圖。
樞轉接頭120包括成對平行腿122,其從平臺124表面伸出。所述成對 的腿122樞轉安裝到環(huán)圏126上徑向相對的位置。Y形承載構件128也樞轉 安裝到環(huán)圏126上兩個徑向相對的點。這樣提供了所謂的萬向節(jié)接頭，其具 有兩條基本上相交的回轉軸線，這兩條回轉軸線允許圍繞旋轉中心130樞轉。
12萬向節(jié)接頭將機械載荷從承載構件128傳遞到平臺124。
接頭120還包括球體132，其連接到平臺124并布置成使其中心基本上 與萬向節(jié)接頭回轉軸線的交點重合。度量構件130與承載構件128的軸同軸 延伸。度量構件130端部與球體132直接接觸。因此球形接頭的設置單純用 于度量目的，即不通過球形接頭傳遞載荷。
接頭120因此允許伸展腿的承載結構和度量構件通過不同的路徑耦接到 平臺。具體來說，接頭120提供萬向節(jié)接頭，用于將載荷從腿耦接到平臺， 這利用了所述接頭摩擦較小且承載能力較高的特點。接頭120還包括球形接 頭，該球形接頭固有地比萬向節(jié)接頭更為精確，從而將度量構件耦接到平臺。 接頭120因此結合了萬向節(jié)接頭的優(yōu)勢(即，低摩擦和高承載能力)與球形 接頭的度量優(yōu)勢(即，高精度)。因此，圖6所示的接頭120允許上述類型 的單一伸展腿連接到單一平臺。
參照圖7，示出了另外的接頭150，用于將兩條伸展腿連接到單個(共 用)平臺160。接頭150布置成容納第一伸展腿的第一承載構件152和第一 度量構件154。第二承載構件156和第二度量構件158也被第二伸展腿容納。 該接頭還包括錨定到平臺160的中央結構159。
第一托架162經(jīng)由軸承164安裝到中央結構159,以使第一托架162可 以圍繞第一旋轉軸線A轉動。第一承載構件152端部帶有凸起，以允許第一 承載構件152可以經(jīng)由軸承166旋轉安裝到第一托架162，從而使第一承載 構件152可以圍繞第二旋轉軸線B轉動。這樣，接頭150允許第一承載構件 基本上圍繞中心C以兩個旋轉自由度旋轉。
第二托架170也經(jīng)由軸承172安裝到中央結構159，以使第二托架170 可以圍繞基本上與第一旋轉軸線A同軸的軸線旋轉。第二承載構件156端部 帶有凸起，以允許第二承載構件156經(jīng)由軸承174旋轉安裝到第二托架170, 從而使第二承載構件156可以圍繞同樣基本上相交于中點C的軸線D旋轉。 接頭150因此允許第二承載構件基本上圍繞中心C以兩個旋轉自由度旋轉。
中央結構159也帶有位于立桿上的球體176，該球體的中心定位地基本 上與中心C重合。第一度量構件154和第二度量構件158與球體176直接接 觸?？梢栽O置適當?shù)那蚋C(未示出)以保持度量構件154和158的端部與球 體17接觸，或者它們可以被偏壓以接觸該球體，以使在正常操作條件下保
13持這種球形接觸。
接頭150因此允許上述這種兩條伸展腿的端部連接到共用平臺。多軸回 轉接頭布置因此允許提供承載耦接，同時經(jīng)由球形接頭提供度量路徑。雖然 示出了兩條伸展腿，但是應該理解，根據(jù)需要可以設置多于兩條腿。
雖然以上敘述了組合接頭，但是應該注意，可以設置單獨(即，空間上 分開)的多軸回轉接頭和球形接頭來實現(xiàn)類似的效果，但是結構不太緊湊。
圖8示出了與第二移動平臺202分開的第一 (例如，基座)平臺200。 動力伸展腿204和度量腿206連接到第 一平臺和第二平臺。動力伸展腿204 包括驅(qū)動裝置(未示出)，以使其可以根據(jù)需要伸展或收縮。度量腿206不 包括這種驅(qū)動裝置，但是包括測量其長度的裝置。度量腿可以包括上述那種 包含在(非動力)伸縮式管狀殼體內(nèi)的第一度量構件和第二度量構件?？梢?設置 一條或多條聯(lián)桿208來保持動力腿204和度量腿206在操作中彼此平行。
動力伸展腿204經(jīng)由萬向節(jié)接頭210連接到兩個平臺，同時度量腿206 經(jīng)由球形接頭212連接到所述平臺。這種布置允許與球形接頭相關聯(lián)的度量 益處與萬向節(jié)接頭的低摩擦(低磨損)優(yōu)勢相結合。應該注意，CMM通常 包括多條動力伸展腿和多條度量腿。例如，六足布置可以設置有六條動力 伸展腿和六條度量腿。雖然每條度量腿都可以與動力腿相鄰和/或與之平行， 但是這并不是嚴格必要的，因為動力腿和度量腿可以任意布置。
1權利要求
1. 一種樞轉接頭組件，包括多軸回轉接頭部分，其提供圍繞兩個或更多個回轉軸線的旋轉運動，所述兩個或更多個回轉軸線基本上相交于交點；和球形接頭部分，其包括位于所述交點附近的球體。
2. 如權利要求1所述的樞轉接頭組件，其特征在于，所述球體的中心 基本上與所述交點重合。
3. 如前述權利要求任一項所述的樞轉接頭組件，其特征在于，所述多 軸回轉接頭部分至少包括第一部件、第二部件和第三部件，第一部件可以相 對于第二部件圍繞第一回轉軸線旋轉，第二部件可以相對于第三部件圍繞至 少一條第二回轉軸線旋轉，其中第一回轉軸線和第二回轉軸線基本上相交于 所述交點。
4. 如權利要求3所述的樞轉接頭組件，其特征在于，第一部件包括連 接到承載平臺的支撐結構。
5. 如權利要求3或4所述的樞轉接頭組件，其特征在于，第三部件包 括至少一個承載構件的端部，或者可以連接到至少一個承載構件的端部。
6. 如權利要求3至5任一項所述的樞轉接頭組件，其特征在于，第二 部件包括旋轉安裝到第 一部件上的至少第 一托架和第二托架，至少第 一托架 和第二托架中的每一個基本上圍繞第一回轉軸線單獨旋轉。
7. 如權利要求6所述的樞轉接頭組件，其特征在于，至少第一托架和 第二托架經(jīng)由軸承旋轉安裝到第 一部件上。
8. 如權利要求6或7所述的樞轉接頭組件，其特征在于，第三部件包括旋轉安裝到第一托架上的第一承載構件的端部和旋轉安裝到第二托架上 的第二承載構件的端部，其中第一承載構件和第二承載構件的第二回轉軸線相對于第 一托架和第二托架基本上相交于所述交點。
9. 如權利要求8所述的樞轉接頭組件，其特征在于，至少第一承載構 件和第二承載構件經(jīng)由軸承旋轉安裝到第 一托架和第二托架上。
10. 如前述權利要求任一項所述的樞轉接頭組件，其特征在于， 一個或 多個度量構件與球形接頭部分的球體滑動接觸。
11. 如前述權利要求任一項所述的樞轉接頭組件，其特征在于，球形接 頭部分包括立桿，球體借助立桿連接到度量平臺。
12. 如權利要求11所述的樞轉接頭組件，其特征在于，多軸回轉接頭部分連接到基本上與度量平臺機械隔離的承載平臺，以使承載平臺的變形不 會引起度量平臺變形。
13. 如權利要求12所述的樞轉接頭組件，其特征在于，度量平臺還利 用支架連接到承載平臺，所述支架防止變形從承載平臺傳遞到度量平臺。
14. 如前述權利要求任一項所述的樞轉接頭組件，其特征在于，所述球 形接頭部分基本上與所述多軸回轉接頭部分機械隔離。
15. 如權利要求1至11任一項所述的樞轉接頭組件，其特征在于，所 述多軸回轉接頭部分和所述球形接頭部分連接到共用的承載和度量平臺。
16. 如前述權利要求任一項所述的樞轉接頭組件，其特征在于，所述樞 轉接頭組件耦接到至少一個腿組件，每個腿組件包括度量構件和承載構件。
17. 如權利要求16所述的樞轉接頭組件，其特征在于，所述樞轉接頭 組件耦接到多個腿組件。
18. 如前述權利要求任一項所述的樞轉接頭組件，其特征在于，所述多 軸回轉接頭部分包圍所述球形接頭的球體。
19， 一種測量設備，包括至少一個平臺和至少一條伸展腿，所述至少一 條伸展腿借助前述權利要求任一項所述的樞轉接頭組件連接到所述至少一 個平臺。
20. —種用于測量設備的組合接頭，包括萬向節(jié)接頭部分和球形接頭部分。
21. 如權利要求21所述的接頭，其特征在于，球形接頭的中心基本上 與萬向節(jié)接頭的回轉軸線重合。
22. —種設備，包括成對可相對移動的平臺，其中多條動力伸展腿和多 條可伸展測量腿在所述平臺之間延伸，所述動力伸展腿借助多軸回轉接頭連 接到所述平臺，而可伸展測量腿借助球形接頭連接到所述平臺。
全文摘要
描述了一種樞轉接頭組件(18、32、100、120、150)，包括多軸回轉接頭部分和球形接頭部分。所述多軸回轉接頭部分提供圍繞兩個或更多個回轉軸線(A、B、D)的旋轉運動，所述兩個或更多個回轉軸線基本上相交于交點(C、130)。所述球形接頭部分包括位于所述交點附近的球體(92、116、132、176)。所述樞轉接頭組件允許承載構件(60、108、128、156)和度量構件(46、154、158)單獨耦接到一個或多個平臺。還描述了一種包括這種樞轉接頭組件的六足坐標測量設備(2)。
文檔編號G01B21/04GK101473190SQ200780022481
公開日2009年7月1日 申請日期2007年6月8日 優(yōu)先權日2006年6月16日
發(fā)明者大衛(wèi)·羅伯茨·麥克默特里, 芬利·喬納森·埃文斯 申請人:瑞尼斯豪公司