[发明专利]度量设备

说明书

技术领域

本发明涉及一种度量设备，该度量设备包括至少一个摩擦轴承，更具体地说，本发明涉及这样一种度量设备，该度量设备呈现用于坐标定位设备的铰接探头的形式，该铰接探头包括用于减轻由所述摩擦轴承承载的载荷的至少一个磁体。

背景技术

在许多不同的度量应用中，都需要精确地控制两个结构的相对运动。例如，公知的是利用铰接探头将测量探针安装至坐标测量机器（CMM）的主轴上，所述铰接探头能够使所述测量探针相对于所述主轴围绕两个旋转轴线旋转。以前已经提出了铰接探头，该铰接探头包括用于限定具有所需精度水平的旋转轴线的各种不同类型的轴承。例如，在WO2008/001069中描述了在铰接探头中使用高精度空气轴承。尽管这种空气轴承装置能够提供必须的精度，但是需要将这种轴承的各个部件制成紧密公差，由此导致这种轴承相对较大且昂贵。以前在EP1307710中还描述了用于在铰接探头中使用的更便宜、更紧凑的摩擦轴承装置的各种示例。然而，本发明的发明人已经发现，使用这种摩擦轴承能够获得的性能可能是不可接受的，特别是在高载荷下。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供了一种度量设备，该度量设备包括通过轴承装置可旋转地连接至第二结构的第一结构，该轴承装置包括至少第一摩擦轴承，所述第一摩擦轴承包括在所述第一结构相对于所述第二结构的旋转期间滑动接触的部件，其特征在于，所述设备包括减轻所述第一摩擦轴承上的载荷的至少一个磁体。

因而，本发明提供了一种度量设备，其中，通过包括一个或更多个磁体来减轻由连接两个结构的第一摩擦轴承承载的机械载荷。换言之，磁性（非接触）力与所述第一摩擦轴承平行地提供，以承载在所述第一结构和第二结构之间传输的载荷中的至少一些载荷。这样，由所述第一摩擦轴承承载的载荷相对于在没有所述至少一个磁体的情况下承载的载荷得以减少。

由定义可知，摩擦轴承包括在彼此物理接触的同时滑动的部件。已经发现，根据本发明，使用至少一个磁体减轻由这种摩擦轴承承载的载荷具有许多优点。首先，已经发现，本发明克服了在需要对两个结构的相对运动进行非常精确的控制的度量应用中试图使用摩擦轴承时存在的问题。具体地说，本发明的发明人已经发现，在这种度量设备中通过摩擦轴承传输相对较高载荷会引起有害的度量误差。例如，当通过摩擦轴承传递高载荷时，在轴承部件之间发生顺畅滑动运动之前必须克服初始或起始的摩擦量（“静摩擦”）。已经发现，这种作用降低了精确控制通过摩擦轴承相连的结构的相对运动的能力，由此在通过轴承联接的两个结构的相对运动中引入了动态和静态不确定性。已经发现，根据本发明减轻第一摩擦轴承的一些机械载荷将减轻这些运动控制问题，由此提高利用度量设备能够获得的测量精度。

在本发明的度量设备中产生的减小的摩擦还减小了第一摩擦轴承的接触部件随着时间而产生的机械磨损量。因而相对于其中没有这种磁体的轴承组件增加了本发明的轴承组件的度量寿命，并且/或者可以减小提供具有一定操作寿命的轴承所需的材料的硬度。另外，将克服的摩擦较低，这减小了使第一结构和第二结构相对于彼此旋转所需的功。如果所述设备包括用于驱动这种旋转的电马达，则该马达的尺寸和功耗还可以降低。降低这种马达的功耗还将减少由该马达产生的热量，由此降低了任何热引起的度量效应（例如由于热膨胀）。

可以利用磁性吸引或排斥来减轻所述第一摩擦轴承上的载荷。有利地，所述至少一个磁体包括减轻所述第一摩擦轴承上的载荷的以排斥排列布置的多个磁体。例如，所述至少一个磁体可以包括一个或更多个第一磁体和一个或更多个第二磁体。所述一个或更多个第一磁体可以固定于所述第一结构或者设置为所述第一结构的一部分。所述一个或更多个第二磁体可以固定于所述第二结构或设置为所述第二结构的一部分。所述第一和第二磁体可以被布置成排斥彼此，由此减轻所述第一摩擦轴承上的载荷。换言之，所述第一和第二磁体的相同极可以相对地放置以产生所需的磁性排斥力。

除了磁性排斥之外，所述至少一个磁体还可以通过磁性吸引来减轻所述第一摩擦轴承上的载荷。例如，一个或更多个磁体可以固定于所述第一结构和所述第二结构中的至少一个或形成为所述第一结构和所述第二结构中的至少一个的一部分。所述一个或更多个磁体可以被吸引向磁性材料（例如钢）或者另一个磁体的相反极。所述一个或更多个磁体于是可以被布置成在所述第一结构和第二结构之间施加减轻所述第一摩擦轴承上的载荷的磁性吸引力。

所述度量设备的所述至少一个磁体可以包括至少一个电磁体。有利地，所述至少一个磁体包括至少一个永磁体。由于永磁体不需要电源，因此永磁体是优选的。优选地，所述磁体包括稀土磁体。