專利名稱：光學(xué)測量系統(tǒng)的光學(xué)校準(zhǔn)元件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于校準(zhǔn)光學(xué)測量系統(tǒng)的元件以備利用它們進(jìn)行測量操作的方法和裝置。
已知類型的光學(xué)測量系統(tǒng)由兩個或多個外罩組成，其中至少一個外罩固定到機(jī)床的床身，而另一個外罩由機(jī)床的支架或主軸承載。機(jī)床床身和機(jī)床主軸二者或其中任一可移動。其中一個外罩包含一個或多個光源及探測器，以下將稱作“源室”，另一個外罩包含反射體，以下將稱作“反射體室”。通常源室保持在機(jī)床床身上的一個固定位置，反射體室安裝在機(jī)床上相對于機(jī)床床身可移動的部位、如主軸上。
校準(zhǔn)光學(xué)元件通常是一件耗時的過程，首先包括源室的校準(zhǔn)，使得光束或產(chǎn)生的光束被沿著或平行于機(jī)床的X、Y和Z軸中的一個或多個指向。然后，不得不校準(zhǔn)反射體與一束或多束光束，使得反射光束被指回到探測器上。根據(jù)使用的探測器類型，必須將校準(zhǔn)精確到幾弧秒之內(nèi)。
本發(fā)明的第一方面提供了一種用于校準(zhǔn)機(jī)床的測量系統(tǒng)，測量系統(tǒng)包括可連接到機(jī)床表面的基座；可安裝到基座上的外罩；其中基座的至少一個表面和外罩的至少一個表面均配置有安裝裝置的互補(bǔ)部分，使得當(dāng)把安裝裝置的兩個部分連接到一起時，外罩可以在多個預(yù)定方向中的任何一個方向上對齊。
優(yōu)選測量系統(tǒng)至少有兩個外罩，包括可連接到機(jī)床第一表面上的基座，其中在機(jī)床的第一表面上可以安裝第一外罩；可連接到機(jī)床第二表面上的第二外罩，機(jī)床的所述第一和第二表面可彼此相對運動；所述第一和第二外罩均配置有第一安裝裝置的互補(bǔ)部分，使得當(dāng)?shù)谝话惭b裝置的兩個部分連接到一起時，外罩互相對齊；其中基座的至少一個表面和第一外罩的至少一個表面均配置有第二安裝裝置的互補(bǔ)部分，使得當(dāng)?shù)诙惭b裝置的兩個部分連接到一起時，第一和第二外罩可以在多個預(yù)定方向中的任一方向?qū)R。
第二安裝裝置的互補(bǔ)部分可以包括基座和第一外罩上的一組配合元件。用于在第一方向上對齊第一外罩的配合元件分組，還可以形成用于在第二方向?qū)R第一外罩的配合元件分組。
優(yōu)選第二外罩通過連接裝置安裝在機(jī)床的第二表面上，并且第二外罩上的多個表面和連接裝置上的至少一個表面均配置有第三裝置裝置的互補(bǔ)部分，使得當(dāng)?shù)诙庹衷诙鄠€預(yù)定方向中的任一方向取向時可以連接到連接裝置。
第三安裝裝置的互補(bǔ)部分可以布置成一旦第一和第二外罩利用第一安裝裝置對齊，并且第一外罩和基座利用第二安裝裝置對齊，第二外罩和連接裝置就可以不需要重新對齊第一和第二外罩進(jìn)行連接。
優(yōu)選第一和第二外罩以及連接裝置的幾何組合使得第一和第二外罩沿其可以對齊的軸在公共點交叉。這可以使得無論第一和第二外罩的取向如何，安裝在機(jī)床活動部分上的外罩都起始于X、Y和Z上的同一位置。或者，可以使得無論第一和第二外罩的取向如何，安裝在機(jī)床活動部分上的外罩都經(jīng)過交叉的公共點移動。
電纜導(dǎo)向第一外罩，并且該電纜可以配置有電纜安裝裝置，并且電纜安裝裝置上的至少一個表面和基座上的多個表面均配置有第四安裝裝置的互補(bǔ)部分，使得電纜安裝裝置可以安裝在基座上的不同位置，以致于在第一外罩的每個取向上電纜都對外罩傳遞同等的力。電纜安裝裝置可以配置有多個有角度的面，其中電纜安裝裝置的兩個或多個面配置有第四安裝裝置的所述互補(bǔ)部分，使得電纜安裝裝置的不同面可以連接到基座用于第一外罩的不同取向，并使得電纜對該外罩傳遞同等的力以用于外罩的各個取向。
本發(fā)明的第二方面提供了一個支撐外罩的平臺，該外罩和平臺配置有安裝裝置的互補(bǔ)部分，當(dāng)安裝到平臺上時限定外罩的位置，包括平臺的固定表面，外罩可以支撐在其上，部分所述安裝裝置也位于其上；提升機(jī)構(gòu)，可在較高和較低位置之間相對于所述固定表面活動；由此在其較低位置，提升機(jī)構(gòu)允許外罩和固定表面的安裝裝置的互補(bǔ)部分彼此接觸，并且在其較高位置，提升機(jī)構(gòu)導(dǎo)致外罩和固定表面的安裝裝置的互補(bǔ)部分至少部分地破壞彼此的接觸。
優(yōu)選提升機(jī)構(gòu)包括平臺的可以升降的活動表面；由此當(dāng)外罩置于平臺的活動表面上時，可以降低活動表面以將外罩置于固定表面上，使得連接安裝裝置的互補(bǔ)部分，或使活動表面升高以使安裝裝置的互補(bǔ)部分?jǐn)嚅_。
活動表面和外罩可以配置有第二安裝裝置的互補(bǔ)部分，使得外罩上第一安裝裝置的互補(bǔ)部分和固定表面由此預(yù)對齊。
在第一實施例中，活動表面在第一方向上的轉(zhuǎn)動導(dǎo)致所述活動表面升高，并且活動表面在第二相反方向上的轉(zhuǎn)動導(dǎo)致所述活動表面降低。
在第二實施例中，活動表面安裝在彈簧上，由此凸輪的轉(zhuǎn)動升高或降低彈簧以及活動表面。
本發(fā)明的第三方面提供了一種安裝在表面上用于調(diào)節(jié)物體繞軸線的角度的裝置，包括物體安裝在其上的上板以及反之安裝在表面上的下板；位于上下板其中之一的內(nèi)表面上的軌道；位于上下板之間的球體，球體與上下板中的至少一條軌道接觸；其中軌道布置成當(dāng)球體在第一方向上運動時降低，導(dǎo)致板移動分開，并當(dāng)球在第二相反的方向上運動時降低，導(dǎo)致板移到一起。
所述的軌道可以包括一對非平行輥?；蛘撸壍揽梢园ㄒ粚ζ叫休?，輥定位成與上板或下板所在的平面成一角度，或是包括一對輥，其中該對輥中的每個輥逐漸變細(xì)。
優(yōu)選上、下板的另一個配置有至少一個與球體接觸的元件。至少一個元件可以包括一對平行輥?；蛘咧辽僖粋€元件可以包括一個平面表面。
優(yōu)選上板中至少一個元件和軌道其中之一是對于物體的安裝部分，下板中軌道和至少一個元件的另一個是對于表面的安裝部分，由此形成從物體經(jīng)軌道、球體和元件到表面的直接路徑。
在優(yōu)選實施例中，設(shè)置幾組球體和軌道，使得可以調(diào)節(jié)上板繞幾個軸的角度。另外，可以在上下板的相鄰垂直表面之間設(shè)置軌道和球體，使得上板可以繞垂直于下板平面的軸線轉(zhuǎn)動。
優(yōu)選本裝置配置有至少兩個軌道和球體以調(diào)節(jié)上板相對于下板平面的角度，并配置一條軌道和球體以調(diào)節(jié)上板繞垂直于下板平面的軸線的角度，其中用于調(diào)節(jié)上板相對于下板平面的角度的軌道位于下板中，使得在上板轉(zhuǎn)動期間，上板中的元件可以在球體之上滑動或轉(zhuǎn)動，并且由此允許上板獨立于上板相對于下板平面的角度調(diào)節(jié)而轉(zhuǎn)動。
可以設(shè)置兩組軌道和輥以及樞軸，以便能夠進(jìn)行上板相對于下板平面的角度調(diào)節(jié)。另外，可以設(shè)置第三組軌道和輥，以提供上板繞垂直于下板平面的軸線的轉(zhuǎn)動。
可以設(shè)置三組軌道和輥，以便能夠調(diào)節(jié)上板相對于下板平面的角度，并且此外還能夠調(diào)節(jié)上板相對于下板的高度。還可以設(shè)置第四組軌道和輥，以便提供上板繞垂直于下板平面的軸線的轉(zhuǎn)動。
通過下面參考附圖的實例描述本發(fā)明，其中

圖1是現(xiàn)有光學(xué)測量系統(tǒng)的元件的立視圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明的可調(diào)節(jié)連接器的側(cè)視圖；圖3A-3E是沿X、Y、-X、-Y和Z軸方向?qū)R的源室和反射體室的視圖；圖4A和4B表示沿Y和Z軸方向?qū)R的源室和反射體室的幾何組合；圖4C和4D表示外罩的不同取向的軸交叉；圖4E表示沿圖4D中X方向的誤差；圖5A是沿Z軸對齊的光學(xué)測量系統(tǒng)的平面圖；圖5B是沿Z軸對齊的光學(xué)測量系統(tǒng)的側(cè)視圖；圖5C是沿X軸對齊的光學(xué)測量系統(tǒng)的平面圖；圖5D是沿X軸對齊的光學(xué)測量系統(tǒng)的側(cè)視圖；圖6A和6B表示受控下降平臺的第一實施例的平面圖及側(cè)視圖；圖6C和6D表示受控下降平臺的第二實施例的平面圖及側(cè)視圖；圖6E-6G表示受控下降平臺的第三實施例的平面圖、側(cè)視圖及透視圖；圖6H表示受控下降平臺的側(cè)視圖；圖7-9表示基板的平面圖、側(cè)視圖及透視圖；圖10是第一傾角調(diào)節(jié)裝置的截面圖；圖11是第二傾角調(diào)節(jié)裝置的截面圖12是第三位置的截面圖；圖13是轉(zhuǎn)動調(diào)節(jié)裝置的截面圖；圖14是基板上板的相對運動示意圖；圖15是非平行輥的平面圖和側(cè)視圖；圖16是平行的有角度輥的平面圖和側(cè)視圖；圖17是錐形輥的平面圖和側(cè)視圖；圖18是用在圖7-9所示基板中的偏壓彈簧的平面圖；圖19是圖18所示偏壓彈簧的側(cè)視圖；圖20是圖18所示偏壓彈簧的透視圖；和圖21是現(xiàn)有基板中動態(tài)元件的布局示意圖。
參考附圖，圖1如2001年7月11日提交的共同待定申請PCT/GB01/03096中所述的用于在機(jī)床上安裝的光學(xué)測量系統(tǒng)的現(xiàn)有光學(xué)測量系統(tǒng)的實施例。
光學(xué)測量系統(tǒng)包括基板10、源室20和反射體室22，所有的這些組件都需要恰當(dāng)?shù)嘏c一個或多個機(jī)床軸線對齊?；?0通過螺釘12、14連接到機(jī)床床身。
源室20可以包含由光源24、分束器26、準(zhǔn)直透鏡28和探測器30形成的光學(xué)序列的自動準(zhǔn)直器，其中準(zhǔn)直光束經(jīng)準(zhǔn)直透鏡28從外罩中穿出，探測器30接收經(jīng)分束器26從反射體室22中的反射體32返回的光束。
源室20還包括三對協(xié)同工作的陰陽元件形式的動態(tài)座，例如適當(dāng)間隔并分布成三角形陣列、如間隔120°的球體和V形槽16。底座元件16與基板上的三個V形槽(未示出)協(xié)同作用，形成常規(guī)的動態(tài)座，用于可將外罩重復(fù)定位在基板上。
源室在其正面(即，與光束方向正交的面)上還有一個動態(tài)座18，反射體室可以坐放在其上。在制造階段對齊光源和反射體，以確保當(dāng)反射體室坐放在外罩正面上的動態(tài)座18中時，光束和反射體恰當(dāng)?shù)貙R。
因此可以看出，一旦源室20正確地排列以指引光束沿機(jī)床的一條軸線、如X軸時，反射體室22可以坐放在源室20正面的動態(tài)座18上，并且將自動地與來自光源24的光束對齊?？梢杂么朋w33將兩個室20、22在動態(tài)座18處推壓在一起。
為了在機(jī)床主軸34和反射體室22連接到一起時處理二者之間的任何位置失配，通過利用一個可調(diào)節(jié)的連接器給反射體室22配置有限量的順應(yīng)性，室22通過可調(diào)節(jié)連接器可以連接到機(jī)床的主軸34?？烧{(diào)節(jié)連接器有一個被坐放在機(jī)床主軸上的承窩38中的球體36。球體36可調(diào)節(jié)地支撐在保持裝置40中，而保持裝置40通過適當(dāng)?shù)姆绞竭B接到反射體室22。
下面將參考圖2描述可調(diào)節(jié)連接器的優(yōu)選實施例。機(jī)床主軸的承窩38包括一個安放可調(diào)節(jié)連接器的球體36的柱狀孔。保持裝置40也包括柱狀孔42并優(yōu)選由動態(tài)安裝件52安裝在反射體室22上。
可調(diào)節(jié)連接器的球體36通過心柱46連接到位于保持裝置40的孔42內(nèi)側(cè)的另一個球體48。
可調(diào)節(jié)連接器的球體36和48可以在球體與柱狀孔的表面接觸的部分只有部分球面。
球體36可以通過有限的角度調(diào)節(jié)，使得其能夠與機(jī)床主軸的承窩38接合。球體以公知的方式通過在球體36、承窩38等中設(shè)置磁體(未示出)而被保持在承窩38中。
兩狹縫54、56從可調(diào)節(jié)連接器的相反端沿其縱向軸線延伸到接近其中心，剩下一個很小的橋接部分57把兩個可調(diào)節(jié)連接器半體連接到一起。在機(jī)床主軸的承窩38中設(shè)置鎖緊螺釘58，當(dāng)鎖緊螺釘58緊緊地推向球體36時，將球體36固定在承窩38中，并還將兩個半球體36推到一起?？烧{(diào)節(jié)連接器的橋接部分57用作鉸鏈，當(dāng)兩個半球體48被推開并對著柱狀孔42的側(cè)邊時，將其固定在適當(dāng)?shù)奈恢谩?br> 因而該連接器具有一次促動鎖緊兩個球體的優(yōu)點。
一旦源室20與機(jī)床的軸線對齊，連接到機(jī)床主軸的反射體室22可以轉(zhuǎn)接到源室20。利用松開的鎖緊螺釘，可調(diào)節(jié)連接器將足夠自由地旋轉(zhuǎn)，以致于反射體室22將坐放在動態(tài)座18中。通過這種方式可以確保源室20和反射體室22的自動對準(zhǔn)。一旦坐放在動態(tài)座18中，擰緊鎖緊螺釘以保持室22的取向。
還希望對齊源室20與其它的機(jī)床軸線。在上述實例中，在源室安裝在基板上的地方，源室可以在其下表面上或者在其其它一個垂直面上有其它組的動態(tài)元件。通過這種方式可以在不同的平面中轉(zhuǎn)動90°，并且可以以不同的取向重新座放在基板上的動態(tài)座上，來自光源的光束被沿不同的機(jī)床軸線導(dǎo)向。反射體室將繼續(xù)座放在源室上的同一動態(tài)座18中，使得其也將與不同的軸線對齊。
圖3A-D表示基板10上的源室20和反射體室22的平面圖。圖3a表示與X軸對齊的光束，圖3b表示與Y軸對齊的光束，圖3c表示與-X軸對齊的光束，圖3d表示與-Y軸對齊的光束。圖3e表示與Z軸對齊的光束的側(cè)視圖。
在基板和源室上設(shè)置一組動態(tài)元件以限定X、Y、Z、-X、-Y方向。每組動態(tài)元件不必須獨立，一組中的球體和輥或V形槽也形成另一組的一部分。
或者，可以用立方體或長方體形式的塊體代替基板。此塊體將在其不同的正交面上設(shè)置動態(tài)座，使得通過利用源室上的動態(tài)座，可以通過使其動態(tài)座與塊體上的任一面接合而在不同的方向取向。另外，在此情況下反射體室將繼續(xù)利用源室上的同一動態(tài)座。
對于源室和反射體室20、22每一個的取向，反射體室22必須安裝在可調(diào)節(jié)連接器的保持裝置40上的不同位置中。反射體室22在保持裝置40上關(guān)于每個取向的位置由各個動態(tài)座限定。因此對于反射體室的每種取向，將不同的動態(tài)元件組設(shè)置在反射體室22和保持裝置40之間。如前所述，每組動態(tài)元件可以與其它組共享元件。這使得能夠不用調(diào)節(jié)機(jī)床主軸中的可調(diào)節(jié)連接器就能改變反射體室22的取向。
一旦源室20和反射體室22利用動態(tài)座18與第一軸線對齊，源室20和基板10之間以及反射體室22和保持裝置40之間動態(tài)元件的取向?qū)罄m(xù)軸線就意味著不需要重新對準(zhǔn)動態(tài)座18上的源室20和反射體室22。
為了校準(zhǔn)大的機(jī)床，希望從機(jī)床中間的源室20開始，并且首先沿一個軸線(如X軸)移動反射體室22，并再轉(zhuǎn)動源室20和反射體室22 180°，沿相反方向(例如-X軸)上的軸線移動反射體室。因而對于源室20和基板10希望有限定-X和-Y方向的動態(tài)元件。
在源室20和基板10以及反射體室22和保持裝置40之間有五組限定X、Y、Z、-X和-Y方向的動態(tài)元件，盡管每組不必與其它組相互獨立。
如圖4A和4B所示，源室20和反射體室22的幾何組合能夠在初始設(shè)置之后以相同的坐標(biāo)起始位置校準(zhǔn)X、Y、Z軸。
圖4A表示沿Y軸對齊的源室20，圖4B表示沿Z軸對齊的源室20。在兩種情況下，套管34和反射體室22之間的距離相同。因而當(dāng)在不同的取向(即，沿X、Y或Z軸)上校準(zhǔn)時起始點總是相同。
如圖4C所示，源室20和反射體室22的幾何組合使得源室和反射體室沿其對齊的軸(X，Y，Z)有交叉。優(yōu)選坐標(biāo)起始位置處于該交點O(如上所述)。但是，對于每種取向也可以有非公共的起始位置a1，b1，c1，只要有軸的交叉并且已知每個起始點a1，b1，c1之間的距離xa，xb，xc以及交點O(雖然這些距離不必精確地知道)。在此情況下，優(yōu)選起始點位于交叉點遠(yuǎn)離行進(jìn)方向的一側(cè)，如圖4C所示，因為這樣在反射體室的運動期間不造成信息損失。如圖4D所示，如果起始位置a2，b2，c2位于交點O的另一側(cè)，將不是這樣的情況，因為在交點和起始位置a2，b2，c2之間將沒有數(shù)據(jù)，這將產(chǎn)生誤差。圖4E表示沿圖4D所示布局的X軸的測量數(shù)據(jù)。在原點O和起始點a2之間沒有信息。
光源可以遠(yuǎn)離源室放置，主要因為光源產(chǎn)生的熱量會造成外罩變形。因而可用光纖作為從光源到源室的光通道。
源室配置有安置光纖、電信號和電源的供電電纜。如圖5A-D所示。圖5A和5B分別表示與Z軸對齊的源室20的平面圖和側(cè)視圖。圖5C和5D分別表示與X軸對齊的源室的平面圖和側(cè)視圖。供電電纜60由于其彎曲而將力傳遞到源室20，這會造成源室不能方方正正地坐放在動態(tài)座16上。因此希望將由于電纜60的彎曲所致的力降到最小。
供電電纜60配置有可以連接到基板10的電纜安裝塊62。安裝塊可以依據(jù)源室20的取向夾在基板10上的各種位置中。電纜安裝塊62在基板上的位置由定位座限定，定位座可以是動態(tài)的，并且由磁體(未示出)保持在適當(dāng)?shù)奈恢谩?br> 電纜安裝塊62有多個有角度的面，使得在源室20的不同取向上，電纜安裝塊的不同面可以通過各個座、如該面上的動態(tài)座夾到基板10上。
定位座的位置和電纜安裝塊62的面的角度確保對于源室的每種取向，從電纜發(fā)出的最小的同等的力傳遞到源室。
在本實施例中，基板配置有受控的下降平臺，使得源塊以受控的方式降低到動態(tài)元件中。受控下降平臺的使用的優(yōu)點在于源室平穩(wěn)地降低到動態(tài)元件上，確保精確地重復(fù)定位。也將對動態(tài)元件的損害減到最小。
圖6A表示受控的下降平臺的第一實施例。設(shè)置一個提升平臺64，源室20可以放置其上。通過轉(zhuǎn)動盤66與基板分開。球軸承68位于盤66和基板10之間以及盤66和提升平臺64之間以允許盤66轉(zhuǎn)動。盤66的表面設(shè)置有錐形凹槽，球軸承68坐放于其中。當(dāng)球軸承位于凹槽的寬部時，提升平臺64位于其下降位置。但是當(dāng)盤66轉(zhuǎn)動時，凹槽對球軸承68顯現(xiàn)出較窄的部分，導(dǎo)致提升平臺64上升。通過在相反方向移動盤66，提升平臺64可以平穩(wěn)地下降。
設(shè)置阻尼器70以使提升平臺64的運動平穩(wěn)。阻尼器70可以設(shè)置在用于轉(zhuǎn)動盤66的桿72上?；蛘撸枘崞?0可以位于基板10和提升平臺64之間，如圖6B所示。
受控下降平臺的第二實施例示于圖6C和6D。在此實施例中，提升平臺64配置有下垂柱體74，該柱體具有帶螺紋的外表面。中心盤由帶螺紋內(nèi)表面的環(huán)76代替。環(huán)76利用桿72的轉(zhuǎn)動將導(dǎo)致提升平臺64通過在一個方向轉(zhuǎn)動而被升高，并且提升平臺在相反方向被降低。
如前述實施例，阻尼器70可以設(shè)置在圖6C所示的桿72上或基板10和提升平臺64之間，如圖6D所示。
受控下降平臺的第三實施例示于圖6E、6F和6G。在此實施例中，提升平臺64由一對平行彈簧80、82支撐。兩彈簧80、82在其外表面上的點84、86、88處連接到平臺(未示出)的固定部分，并在其內(nèi)表面處連接到活動平臺64。
連桿88在其鄰接上彈簧80的一端配置有凸輪94，在其另一端配置有桿96。連桿88在平臺(未示出)的固定表面中繞軸承90、92轉(zhuǎn)動。桿96的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)致連桿88和凸輪94轉(zhuǎn)動。當(dāng)凸輪94抵靠上彈簧80時，其在轉(zhuǎn)動時升高或降低上彈簧80的內(nèi)表面，由此也升高或降低連接到彈簧80內(nèi)表面的提升平臺64。
一對平行彈簧80、82的使用導(dǎo)致提升平臺64的平行運動，使得即使時凸輪位于彈簧80的一側(cè)，提升平臺64也沒有傾斜地上升或下降。
在所有的三個實施例中，無論提升平臺是轉(zhuǎn)動還是線性運動，該機(jī)構(gòu)都使得提升平臺的運動能夠高度地重復(fù)，以致于每次源室下降到動態(tài)元件上，都精確地降到同樣的位置。
受控下降平臺的提升平臺也可以配置一組定位元件97以及在源室20上的對應(yīng)的一組定位元件98，如圖6H所示。這些定位元件97、98用于正確地定位提升平臺64上源室20的位置，使得當(dāng)平臺64降低時，源室20上的動態(tài)元件93與基板10上的動態(tài)元件95預(yù)對齊，并且源室20因此可以正確降低到基板的動態(tài)元件上。提升平臺94和源室20上的這些定位元件97、98的精度可以低于源室20和基板10之間的定位動態(tài)元件93、95。源室和提升平臺上的定位元件97、98由此接收大部分的磨損并由此保護(hù)源室20和基板10上的動態(tài)元件93、95。
如上所述，源室安裝在基板上，而基板安置在機(jī)床平臺上?；灞仨毰cX-Y平面對齊，這通常通過將其安置在精確的水平機(jī)床床身上來實現(xiàn)。但是，如果機(jī)床床身不是精確地水平，則需要調(diào)節(jié)基板。
圖7～20是配置有調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的基板示圖，其中調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)允許繞X和Y軸的傾斜調(diào)節(jié)以及繞Z軸的轉(zhuǎn)動。下面參考附圖更詳細(xì)地描述可調(diào)節(jié)基板。
圖7、8和9分別表示基板10的頂視圖、側(cè)視圖和透視圖?；灏ㄏ掳?10和可相對于下板運動的上板112。上板和下板通過可在其間相對運動的裝置(未示出)、如磁性或彈性裝置而連接。
在基板上設(shè)置第一和第二傾角調(diào)節(jié)器100、102，使得能夠分別調(diào)節(jié)上板繞X和Y軸的傾角。圖10表示第一傾角調(diào)節(jié)器100的截面。在上板12中設(shè)置一對輥114、116，并在下板110中設(shè)置一對輥118、120。球體122位于上板和下板之間并與兩對輥接觸。位于上板112中的一對輥114、116彼此平行。但位于下板110中的一對輥118、120不平行。如果球體122沿輥118、120向窄端移動，則球體122將被向上推，并且依次將上板112向上推。如果球體122在朝向?qū)挾说姆捶较蛞苿?，則球體122將被降低并依次將降低上板112。如圖7和9所示，設(shè)置調(diào)節(jié)螺釘124以更改第一調(diào)節(jié)裝置100內(nèi)的球體122的位置。
如圖10所示，上板112中的一對輥114、116對源室20的動態(tài)元件128提供動態(tài)座，并且元件130定位在相對于下板110中的一對輥118、120固定的位置并與其接觸，以與機(jī)床平臺11連接。
圖11表示第二傾角調(diào)節(jié)器102的截面。如前所述，每個上板112和下板110都配置有一對輥214、216和218、220，它們分別使動態(tài)元件228和230與源室20和機(jī)床平臺11接觸。如前所述，元件230處于一個相對于輥218、220固定的位置并與其接觸。但是，第二傾角調(diào)節(jié)器102與第一傾角調(diào)節(jié)器100的不同之處在于板232設(shè)置在上板112中的一對平行輥214、216之下。上板和下板112、110之間的球體222由此與其下方的一對輥218、220以及其之上的板232接觸。如前所述，球體222利用調(diào)節(jié)螺釘126的位置調(diào)節(jié)升高或降低了在其正上方的上板112。
在第三位置104處，另一球體322設(shè)置在上板和下板112、110之間，夾置在成對的上下輥之間。圖12表示此配置的截面。如前所述，上板和下板110、112分別配置有一對輥314、316和318、320，球體322與兩對輥接觸。球體322相對于輥314、316處于固定位置，球體220相對于輥318、320處于固定位置。在此情況下，兩對輥平行，并且球體322不配置調(diào)節(jié)螺釘。
要調(diào)節(jié)基板10繞X軸的傾角，轉(zhuǎn)動第一傾角調(diào)節(jié)器100的調(diào)節(jié)螺釘124。這將根據(jù)其轉(zhuǎn)動的方向向上或向下推動球體122、繼而推動上板112。當(dāng)?shù)谝粌A角調(diào)節(jié)器100的調(diào)節(jié)螺釘124轉(zhuǎn)動時，上板112將繞第二傾角調(diào)節(jié)器102的球體222以及第三位置104處的球體322旋轉(zhuǎn)。
要調(diào)節(jié)基板10繞Y軸的傾角，轉(zhuǎn)動第二傾角調(diào)節(jié)器102的調(diào)節(jié)螺釘126。如上所述，這樣將向上或向下推動球體122、繼而推動上板110。當(dāng)?shù)诙A角調(diào)節(jié)器102的調(diào)節(jié)螺釘126轉(zhuǎn)動時，上板110將繞第一傾角調(diào)節(jié)器100的球體122以及第三位置104處的球體322旋轉(zhuǎn)。
基板10還能夠使其上板112繞Z軸轉(zhuǎn)動。為此目的設(shè)置轉(zhuǎn)動調(diào)節(jié)裝置106。轉(zhuǎn)動調(diào)節(jié)裝置106的橫截面示于圖13。
在轉(zhuǎn)動調(diào)節(jié)裝置106處，上板112配置有切口140，下板110的一部分142向上延伸到由切口140提供的空間中。通過這種方式，上下板112、110配置有相鄰的基本垂直的壁144、146。如圖13所示，下板110基本垂直的壁144配置有一對輥150、152。上板112基本垂直的壁146配置有板154。球體156與該對輥150、152和板154接觸。如同在第一和第二傾角調(diào)節(jié)器100、102中一樣，輥150、152不平行。如果球體156沿輥150、152向窄端移動，則球體156將被推離下板110的壁144，并且繼而將推離上板112的壁146。上板112由此相對于下板110轉(zhuǎn)動。通過在反方向上、即朝向?qū)挾艘苿忧蝮w156，上板112將相對于下板110在反方向上轉(zhuǎn)動。如前所述，調(diào)節(jié)螺釘127用于改變球體156在輥150、152上的位置。
當(dāng)上板112轉(zhuǎn)動時，其將按照下面的方式與第一及第二傾角調(diào)節(jié)裝置100、102以及第三位置104中的球體和輥相互作用。在第一傾角調(diào)節(jié)裝置100處，上板112中的平行輥114、116可在輥的標(biāo)定中心線方向上滑過球體122，或者可以繞球體122轉(zhuǎn)動。在第二傾角調(diào)節(jié)裝置102處，上板112的板232滑過球體222并因此不限制上板112的轉(zhuǎn)動。在第三位置104，上板中的平行輥314、316在輥的標(biāo)定中心線方向上滑過球體322，或者輥繞球體322轉(zhuǎn)動。圖14表示上板112在轉(zhuǎn)動期間繞第一及第二傾角調(diào)節(jié)裝置100、102以及第三位置104的每個球體122、222、322的轉(zhuǎn)動。
當(dāng)?shù)谝缓偷诙A角調(diào)節(jié)裝置100、102的球體122、222相對于下板110中的輥118、120、218、220保持靜止、并且第三位置104處的球體322相對于上板112中的輥314、316保持靜止時，上板112的轉(zhuǎn)動對上板的傾角調(diào)節(jié)沒有影響。
在上述實施例中，第一和第二傾角調(diào)節(jié)裝置100、102的下板110中的輥118、120以及轉(zhuǎn)動調(diào)節(jié)裝置106的輥150、152不平行，使得每對輥的一端比另一端更接近到一起。這造成球體在沿輥移動時，在接近相互靠近的端部時升高，并在接近相互遠(yuǎn)離的端部時降低。
通過改變輥繞其標(biāo)定中心線的轉(zhuǎn)動角度，可以對于沿輥穿行的給定距離改變球體的高度提升量。因此具有可以通過改變輥的角度調(diào)節(jié)基板靈敏度的優(yōu)點。
圖15表示非平行輥118、120的平面圖。此效果可以通過另外的裝置、如圖16所示的例子實現(xiàn)，平行輥160、162設(shè)置成與下板110呈一角度，使得球體164在沿輥移動時以一斜率向上和向下移動。圖17表示一對錐形平行輥164、166，每個輥的一端比另一端寬。
在本發(fā)明的另一實施例中，位于第三位置104處的球體322和成對的平行輥314、316、318、320用附加的與第一傾角調(diào)節(jié)裝置同等類型的傾角調(diào)節(jié)裝置代替。這樣能夠改變上板112沿Z軸的高度，可以對于所有的三個傾角調(diào)節(jié)點單獨地調(diào)節(jié)高度。
在每個傾角調(diào)節(jié)裝置和轉(zhuǎn)動調(diào)節(jié)裝置中，球體偏向調(diào)節(jié)裝置。圖18、19和20分別表示用于將球體向調(diào)節(jié)裝置偏置的彈簧的平面圖、端視圖和透視圖。彈簧170包括位于上板和下板112、110之間的滑塊172。設(shè)置一個限定滑塊172運動邊界的圍板174。圍板連接到上板112的底部。滑塊172和圍板174可以由同樣的確保厚度相同的片經(jīng)過化學(xué)蝕刻過程制成。這樣確保良好的滑動機(jī)構(gòu)具有良好的容限。
滑塊174的一端配置有三個舌片176、178、180。其中一個舌片180從滑塊174端部的中間向上伸出并鄰接調(diào)節(jié)裝置的球體182。其余的兩個舌片176、178從滑塊174的端部每一側(cè)向下伸出并鄰接位于上板112中通道188、190中的彈簧184、186。彈簧184、186在通道188、190的一端和突出舌片176、178之間延伸，并由此發(fā)出將滑塊172偏向調(diào)節(jié)裝置192的力。當(dāng)滑塊172被彈簧184、186推向調(diào)節(jié)裝置192時，舌片180將球體182推向調(diào)節(jié)裝置192。
本發(fā)明可調(diào)節(jié)基板的優(yōu)點在于球體和輥在平臺、基板和源室之間處于一條線上，即有一條穿過動態(tài)元件的直接路徑。例如，如圖10所示，第一傾角調(diào)節(jié)裝置100有一條從源室20經(jīng)動態(tài)元件128、輥114、116、球體112、輥118、120、元件130到平臺11的直接路徑。如圖11所示，第二傾角調(diào)節(jié)裝置102有一條從源室20經(jīng)動態(tài)元件228、輥214、216、板232、球體222、輥218、220、元件230到平臺11的直接路徑。圖21表示每個部位之間的動態(tài)元件被偏置的現(xiàn)有布局。其缺點在于基板的任何變形、如由于熱拱彎所致的變形都將會造成對外罩的杠桿作用。在具有經(jīng)球體和輥的直接路徑的本發(fā)明中，板的變形對外罩的位置沒有影響。球體和輥由硬質(zhì)材料、如鋼和碳化鎢制成。
權(quán)利要求
1.一種用于校準(zhǔn)機(jī)床的測量系統(tǒng)，測量系統(tǒng)包括可連接到機(jī)床表面的基座；可安裝到基座上的外罩；其中基座的至少一個表面和外罩的至少一個表面均配置有安裝裝置的互補(bǔ)部分，使得當(dāng)把安裝裝置的兩個部分連接到一起時，外罩可以在多個預(yù)定方向中的任何一個方向上對齊。
2.如權(quán)利要求1所述的用于校準(zhǔn)機(jī)床的測量系統(tǒng)，該測量系統(tǒng)至少有兩個外罩，包括可連接到機(jī)床上第一表面的基座，其中在機(jī)床的第一表面上可以安裝第一外罩；可連接到機(jī)床上第二表面的第二外罩，機(jī)床的所述第一和第二表面可彼此相對運動；所述第一和第二外罩均配置有第一安裝裝置的互補(bǔ)部分，使得當(dāng)?shù)谝话惭b裝置的兩個部分連接到一起時，外罩互相對齊；其中基座的至少一個表面和第一外罩的至少一個表面均配置有第二安裝裝置的互補(bǔ)部分，使得當(dāng)?shù)诙惭b裝置的兩個部分連接到一起時，第一和第二外罩可以在多個預(yù)定方向中的任一方向?qū)R。
3.如權(quán)利要求1或2所述的用于機(jī)床的測量系統(tǒng)，其特征在于第二安裝裝置的互補(bǔ)部分包括基座和第一外罩上的一組配合元件，并且用于在第一方向上對齊第一外罩的配合元件分組還可以形成用于在第二方向?qū)R第一外罩的配合元件分組。
4.如前述任一權(quán)利要求所述的用于機(jī)床的測量系統(tǒng)，其特征在于第二外罩通過連接裝置安裝在機(jī)床的第二表面上，并且第二外罩上的多個表面和連接裝置上的至少一個表面均配置有第三安裝裝置的互補(bǔ)部分，使得當(dāng)?shù)诙庹衷诙鄠€預(yù)定方向中的任一方向取向時可以連接到連接裝置。
5.如權(quán)利要求4所述的測量系統(tǒng)，其中第三安裝裝置的互補(bǔ)部分布置成一旦第一和第二外罩利用第一安裝裝置對齊，并且第一外罩和基座利用第二安裝裝置對齊，第二外罩和連接裝置就可以不需要重新相互對齊第一和第二外罩而連接。
6.如權(quán)利要求4或5所述的測量系統(tǒng)，其中第一和第二外罩以及連接裝置的幾何組合使得第一和第二外罩沿其可以對齊的軸在公共點交叉。
7.如權(quán)利要求6所述的測量系統(tǒng)，其中無論第一和第二外罩的取向如何，第一和第二外罩的幾何組合使得安裝在機(jī)床活動部分上的外罩都起始于X、Y和Z上的同一位置。
8.如權(quán)利要求6所述的測量系統(tǒng)，其中無論第一和第二外罩的取向如何，第一和第二外罩的幾何組合使得安裝在機(jī)床活動部分上的外罩都經(jīng)過交叉的公共點移動。
9.如前述任一權(quán)利要求所述的測量系統(tǒng)，其特征在于電纜配置有電纜安裝裝置，并且電纜安裝裝置上的至少一個表面和基座上的多個表面均配置有第四安裝裝置的互補(bǔ)部分，使得電纜安裝裝置可以安裝在基座上的不同位置，以致于在第一外罩的每個取向上電纜都對外罩傳遞同等的力。
10.如權(quán)利要求9所述的測量系統(tǒng)，其特征在于電纜安裝裝置配置有多個有角度的面，其中電纜安裝裝置的兩個或多個面配置有第四安裝裝置的所述互補(bǔ)部分，使得電纜安裝裝置的不同面可以連接到基座以進(jìn)行第一外罩的不同取向，并使得電纜對該外罩傳遞同等的力以用于外罩的各個取向。
11.如前述任一權(quán)利要求所述的測量系統(tǒng)，其特征在于基座的角度是可以調(diào)節(jié)的。
12.一種支撐外罩的平臺，該外罩和平臺配置有安裝裝置的互補(bǔ)部分，當(dāng)安裝到平臺上時限定外罩的位置，該平臺包括平臺的固定表面，外罩可以支撐在其上，部分所述安裝裝置也位于其上；提升機(jī)構(gòu)，可在較高和較低位置之間相對于所述固定表面活動；由此在其較低位置，提升機(jī)構(gòu)允許外罩和固定表面的安裝裝置的互補(bǔ)部分彼此接觸，并且在其較高位置，提升機(jī)構(gòu)導(dǎo)致外罩和固定表面的安裝裝置的互補(bǔ)部分至少部分地破壞彼此的接觸。
13.如權(quán)利要求12所述的平臺，其特征在于提升機(jī)構(gòu)包括平臺的可以升降的活動表面；由此當(dāng)外罩置于平臺的活動表面上時，可以降低活動表面以將外罩置于固定表面上，使得連接安裝裝置的互補(bǔ)部分，或使活動表面升高以使安裝裝置的互補(bǔ)部分?jǐn)嚅_。
14.如權(quán)利要求13所述的平臺，其特征在于活動表面和外罩配置有第二安裝裝置的互補(bǔ)部分，使得外罩上第一安裝裝置的互補(bǔ)部分和固定表面由此預(yù)對齊。
15.如權(quán)利要求12～14任一所述的平臺，其特征在于活動表面在第一方向上的轉(zhuǎn)動導(dǎo)致所述活動表面升高，并且活動表面在第二相反方向上的轉(zhuǎn)動導(dǎo)致活動表面降低。
16.如權(quán)利要求12～14任一所述的平臺，其特征在于活動表面安裝在平行的彈簧上，由此使得凸輪的轉(zhuǎn)動升高或降低彈簧以及活動表面。
17.一種安裝在表面上用于調(diào)節(jié)物體繞軸線的角度的裝置，包括物體安裝在其上的上板以及安裝在表面上的下板；位于上下板其中之一的內(nèi)表面上的軌道；位于上下板之間的球體，球體與上下板中的至少一條軌道接觸；其中軌道布置成當(dāng)球體在第一方向上運動時升高，導(dǎo)致板移動分開，并當(dāng)球體在第二相反的方向上運動時降低，導(dǎo)致板移到一起。
18.如權(quán)利要求17所述的調(diào)節(jié)物體角度的裝置，其特征在于軌道包括一對非平行輥。
19.如權(quán)利要求17所述的調(diào)節(jié)物體角度的裝置，其特征在于軌道包括一對平行輥，輥定位成與上板或下板所在的平面成一角度。
20.如權(quán)利要求17所述的調(diào)節(jié)物體角度的裝置，其特征在于軌道包括一對平行輥，該對輥中的每個輥為逐漸變細(xì)。
21.如權(quán)利要求17～20任一所述的調(diào)節(jié)物體角度的裝置，其特征在于上下板中的另一個配置有至少一個與球體接觸的元件。
22.如權(quán)利要求21所述的調(diào)節(jié)物體角度的裝置，其特征在于至少一個元件包括一對平行輥。
23.如權(quán)利要求21所述的調(diào)節(jié)物體角度的裝置，其特征在于至少一個元件包括一個平面表面。
24.如權(quán)利要求21所述的調(diào)節(jié)物體角度的裝置，其特征在于上板中至少一個元件和軌道其中之一是對于物體的安裝部分，下板中軌道和至少一個元件中的另一個是對于表面的安裝部分，由此形成從物體經(jīng)軌道、球體和元件到表面的直接路徑。
25.如權(quán)利要求17～24任一所述的調(diào)節(jié)物體角度的裝置，其特征在于設(shè)置幾組球體和軌道，使得可以調(diào)節(jié)上板繞幾個軸線的角度。
26.如權(quán)利要求17～25任一所述的調(diào)節(jié)物體角度的裝置，其特征在于在上下板的相鄰垂直表面之間設(shè)置軌道和球體，使得上板可以繞垂直于下板平面的軸線轉(zhuǎn)動。
27.如權(quán)利要求26所述的調(diào)節(jié)物體角度的裝置，其特征在于本裝置配置有至少兩個軌道和球體以調(diào)節(jié)上板相對于下板平面的角度，并配置一條軌道和球體以調(diào)節(jié)上板繞垂直于下板平面的軸線的角度，其中用于調(diào)節(jié)上板相對于下板平面的角度的軌道位于下板中，使得在上板轉(zhuǎn)動期間，上板中的元件可以在球體之上滑動或轉(zhuǎn)動，并且由此允許上板獨立于上板相對于下板平面的角度調(diào)節(jié)而轉(zhuǎn)動。
28.如權(quán)利要求25所述的調(diào)節(jié)物體角度的裝置，其特征在于設(shè)置兩組軌道和輥以及一個樞軸，以便能夠進(jìn)行上板相對于下板平面的角度調(diào)節(jié)。
29.如權(quán)利要求28所述的調(diào)節(jié)物體角度的裝置，其特征在于設(shè)置第三組軌道和輥，以提供上板繞垂直于下板平面的軸線的轉(zhuǎn)動。
30.如權(quán)利要求25所述的調(diào)節(jié)物體角度的裝置，其特征在于設(shè)置三組軌道和輥，以便能夠調(diào)節(jié)上板相對于下板平面的角度，并且此外還能夠調(diào)節(jié)上板相對于下板的高度。
31.如權(quán)利要求30所述的調(diào)節(jié)物體角度的裝置，其特征在于設(shè)置第四組軌道和輥，以便提供上板繞垂直于下板平面的軸線的轉(zhuǎn)動。
全文摘要
一種用于校準(zhǔn)機(jī)床的測量系統(tǒng)，測量系統(tǒng)包括可連接到機(jī)床表面的基座(10)；和可安裝到基座上的外罩(20)；其中基座的至少一個表面和外罩的至少一個表面均配置有安裝裝置的互補(bǔ)部分，使得當(dāng)把安裝裝置的兩個部分連接到一起時，外罩可以在多個預(yù)定方向中的任何一個方向上對齊。基座包括提升機(jī)構(gòu)(64)，當(dāng)其降低時能夠使外罩(20)和基座(10)的安裝裝置(93，95)的互補(bǔ)部分接觸，并當(dāng)其升高時導(dǎo)致至少部分地破壞彼此的接觸。可以利用球體和錐形輥調(diào)節(jié)基座(10)的水平。
文檔編號F16M11/14GK1618006SQ03802346
公開日2005年5月18日 申請日期2003年1月16日 優(yōu)先權(quán)日2002年1月16日
發(fā)明者史蒂芬·馬克·安古德, 戴維·羅伯茨·姆克莫特瑞 申請人:瑞尼斯豪公司