支承布置的制作方法

本发明涉及一种支承布置，具体地涉及一种用于比如坐标测量机(cmm)等定位设备的支承布置。

定位设备(比如cmm)可以包括用于使比如检查装置等工具相对于工件/制品进行定位的、可相对于彼此移动的一个或多个构件。例如，传统上cmm包括多个可动构件、例如串联布置的线性可动构件。通常，定位设备被配置为利于工具和/或物体在至少两个或三个相互正交的维度(例如，x、y和z)上相对运动。此类定位设备通常被称为“笛卡尔(cartesian)”定位设备(或笛卡尔cmm)。典型的笛卡尔坐标定位设备包括桥式、门式、悬臂式、水平臂式和门式机器。

通过支承布置、例如通过空气支承件和/或机械支承件而利于cmm的可动构件之间的相对运动。通常，支承件包括轨道或导轨，比如空气支承垫片或滚珠支承组件等支承构件可以沿该轨道或导轨行进。us5388342描述了用于cmm的示例性空气支承布置。

本发明涉及一种用于定位设备、尤其是用于比如坐标测量机(cmm)等坐标定位设备的改进的支承配置。

本申请描述了一种定位设备，该定位设备包括可动构件，该可动构件可在第一自由度上沿(例如第一)支承导轨移动。该可动构件至少包括第一支承构件和第二支承构件，该第一支承构件和该第二支承构件抵靠该支承导轨(例如，该支承导轨的相对应的第一支承表面和第二支承表面)被预加载(换句话说，偏置)。该设备被配置为使得第一支承构件和第二支承构件上的对于预加载的反作用合力(例如，反作用合力的方向)会聚。换句话说，该设备被配置为使得在与第一维度垂直的(名义上的)二维坐标系中(换句话说，当投影到与第一维度垂直的二维坐标系中时)，第一支承构件上的对于预加载的反作用合力与第二支承构件上的对于预加载的反作用合力相交。例如，该设备被配置为使得第一支承构件上的对于预加载的反作用合力与第二支承构件上的对于预加载的反作用合力基本上彼此相交或与公共线相交，该公共线平行于第一自由度延伸(可以被称为“第一支承组件的公共线”或“第一公共线”)。如以下更详细地描述的，第一支承构件上的对于预加载的反作用合力可以与第二支承构件上的对于预加载的反作用合力在三维坐标系中基本上相交。例如，可以通过提供第一空气支承构件和第二空气支承构件来实现上述任一项，该第一空气支承构件和该第二空气支承构件抵靠基本上呈平面的支承表面，这些支承表面在支承导轨上形成内部(换句话说，“凹形”)角特征。

根据本发明的第一方面，提供了一种定位设备，该定位设备包括可动构件，该可动构件可在第一维度上沿(例如第一)支承导轨移动，该可动构件在其第一端至少包括抵靠支承导轨(例如，该支承导轨的相对应的第一支承表面和第二支承表面)被预加载(偏置)的第一和第二(例如基准)支承构件，该设备被配置为使得在(名义上的)二维坐标系、例如在与第一维度垂直的二维笛卡尔坐标系中(换句话说：“在与第一维度垂直的第二维度和第三维度中”或“当投影到与第一维度垂直的二维坐标系中时”)，第一支承构件上的对于预加载的反作用合力与第二支承构件上的对于预加载的反作用合力相交。换句话说，该设备被配置为使得在与第一维度垂直的二维坐标系中，第一支承构件上的对于预加载的反作用合力线与第二支承构件上的对于预加载的反作用合力线相交。

以这种方式对支承进行配置可以利于定位设备的许多改进，例如可以有助于提高可动构件的载荷支承效率。例如，如以下更详细地解释的，这种构造可以利于可动构件和/或支承组件的刚度与质量/重量的比率的改善。还可以有助于避免将力矩施加到可动构件的计量回路/结构中。

将会理解，第一支承构件/第二支承构件上的反作用合力(例如反作用合力线)可以是施加到可动构件中的第一支承构件/第二支承构件上的反作用合力(线)。将会理解，反作用合力(线)具有方向(该方向将背离相对应的支承构件所支承抵靠的表面)。因此，可以说第一支承构件和第二支承构件上的反作用合力的方向(例如，基本上彼此或与公共线)会聚/相交。因此，将会理解，反作用合力在二维坐标系中相交(换句话说，基本上彼此相交或与公共线相交)的点将位于支承导轨的与第一支承构件和第二支承构件相同的一侧。

将会理解，第一支承构件和第二支承构件可以是支承组件的一部分、例如基准支承组件的一部分。可动构件可以包括位于可动构件的第一端的多个支承组件(例如，至少第一支承组件和第二支承组件)。因此，至少第一支承构件和第二支承构件可以是第一(例如基准)支承组件的一部分。第一支承组件和第二支承组件可以沿第一维度位于空间上分开的位置。例如，第一支承组件可以朝向可动构件的第一侧(例如前侧)定位，并且第二支承组件可以朝向可动构件的第二侧(例如后侧)定位。

第一支承构件和第二支承构件可以被安装于可动构件，使得它们不会例如围绕与第一维度垂直的轴线和/或围绕与第一维度平行的轴线在可动构件上施加实质上的弯矩。例如，它们可以基本上沿第一维度共同定位，以便不会在可动构件上施加实质上的弯矩。例如，第一支承构件和第二支承构件可以沿第一维度定位，使得两者的至少一部分/全部被包含在垂直于第一维度延伸的平面内。可选地，第一支承构件和第二支承构件可以沿第一维度定位，使得在每个单独的支承构件(例如，第一支承构件和第二支承构件)上的反作用合力(线)基本上沿第一维度共同定位，例如使得支承构件的反作用合力(线)与公共线交叉，沿第一维度测量彼此远离不大于50mm，例如不大于25mm，例如不大于10mm，可选地不大于5mm，可选地不大于2mm。

支承构件可以包括空气支承件。在这种情况下，支承构件可以包括至少一个空气支承垫片，该空气支承垫片与支承导轨上的支承表面接合。可选地，空气支承垫片包括基本上呈平面的支承表面。可选地，第一支承构件和第二支承构件均包括至少一个空气支承垫片。可选地，第一支承构件和/或第二支承构件的至少一个空气支承垫片在支承导轨上抵靠相对应的第一空气支承表面和/或第二空气支承表面(例如，呈平面的空气支承表面)被预加载。将会理解，支承构件可以包括通过公共安装件安装到可动构件上的多个支承元件(例如多个空气支承垫片)。

将会理解，除了/替代空气支承件，可以使用其他类型的支承构件。例如，可以使用机械支承件，例如滚柱支承件、平面/滑动支承件和/或滚珠支承件。

将会理解，第一维度可以是线性维度。

将会理解，第一支承构件和第二支承构件可以与支承导轨的不同支承表面(例如第一支承表面和第二支承表面)配合/抵靠。

可选地，该设备被配置为使得第一支承构件和第二支承构件上的反作用合力(至少在二维坐标系中)基本上彼此正交地延伸。换句话说，支承构件上的反作用合力线(例如方向/矢量)(例如第一支承构件上的反作用合力线和第二支承构件上的反作用合力线)可以(至少在二维坐标系中)基本上彼此正交地延伸。

可选地，该设备被配置为使得第一支承构件和第二支承构件上的反作用合力基本上垂直于第一维度(例如垂直于公共线)延伸。支承构件上的反作用合力线(例如方向/矢量)(例如第一支承构件上的反作用合力线和第二支承构件上的反作用合力线)可以基本上垂直于第一维度(例如垂直于公共线)延伸。

可选地，该设备被配置为使得预加载(例如，提供预加载的(多个)预加载力)主要(并且可选地基本上)由位于可动构件的第一端的(多个)支承组件的至少第一支承构件和/或第二支承构件(例如第一支承组件和/或第二支承组件)进行反作用。

将会理解，该设备可以包括提供预加载合力的至少一个预加载作用构件。预加载作用构件可以包括支承构件(换句话说，预加载作用构件可以是“预加载支承构件”)。例如，预加载作用构件可以包括空气支承构件，该空气支承构件可以包括至少一个空气支承垫片。可以将预加载作用构件安装到可动构件。预加载作用构件可以与定位设备的一部分、例如(第一)支承导轨配合和/或抵靠其偏置。例如，可选地，预加载作用构件包括抵靠(第一)支承导轨的第三表面而偏置的支承构件。

可以为支承组件中的每个支承组件提供至少一个预加载作用构件。例如，第一支承组件可以包括至少一个预加载作用构件，并且第二支承组件可以包括至少一个预加载作用构件。换句话说，该设备可以包括至少一个第一预加载作用构件和至少一个第二预加载作用构件，该至少一个第一预加载作用构件提供用于对第一支承构件和第二支承构件(换句话说，第一支承组件的第一支承构件和第二支承构件)进行预加载的预加载合力，并且该至少一个第二预加载作用构件提供用于对第三支承构件和第四支承构件(换句话说，第二支承组件的第一支承构件和第二支承构件)进行预加载的预加载合力。可选地，可以提供在多个支承组件之间共享的至少一个预加载作用构件。例如，至少一个预加载作用构件可以部分地位于第一支承组件与第二支承组件之间。不管预加载作用构件沿第一维度的位置如何，优选的是，预加载力基本上在第一支承构件和/或第二支承构件沿第一维度的位置处施加到第一支承构件和/或第二支承构件，例如施加在远离第一支承构件和/或第二支承构件的反作用合力的位置沿第一维度测量不大于10mm、可选地不大于5mm、可选地不大于2mm的点处。

可选地，施加预加载合力，使得其不会在可动构件和/或支承构件中施加任何实质上的弯矩。

可选地，至少在二维坐标系中，预加载合力线与第一支承构件和第二支承构件的反作用合力不平行地延伸。换句话说，预加载合力线可以与第一支承构件和第二支承构件的反作用合力相交。

可选地，至少在二维坐标系中，预加载合力线可以基本上延伸穿过第一支承构件和第二支承构件的反作用合力相交的点，例如使得预加载力可以主要地直接分解到第一支承构件和第二支承构件的反作用合力线中并沿其分解。这样可以使得预加载力不会在可动构件和/或支承构件中施加任何实质上的弯矩。换句话说，可以将预加载施加(到可动构件)，使得该预加载主要(并且可选地基本上)由位于可动构件的第一端的(至少第一支承组件的)支承构件(至少是第一支承构件和第二支承构件)进行反作用。

可选地，在第一支承构件和第二支承构件上提供预加载的预加载合力线可以延伸接近或穿过第一支承构件和第二支承构件的反作用合力相交的点和/或可以延伸接近或穿过公共线。在第一支承构件和第二支承构件上提供预加载的预加载合力线可以与第一支承构件和第二支承构件上的反作用合力线不平行地延伸。预加载合力线可能会交叉靠近或穿过公共线、例如基本上垂直于公共线。可选地，预加载合力线穿过区域，该区域以第一支承构件和第二支承构件上的反作用合力相交的点为中心，并且该区域的半径等于该点与第一支承构件和第二支承构件的最远支承表面上的最近点之间的距离。

第一支承表面、第二支承表面和/或第三支承表面可以是基本上呈平面的表面。第一支承表面、第二支承表面和/或第三支承表面可以是基本上呈平面的空气支承表面。第一支承表面、第二支承表面和/或第三支承表面的平面可以是不平行的。可选地，第一支承表面和第二支承表面的平面基本上彼此垂直地延伸。例如，第一支承表面的平面可以基本上水平地延伸，并且第二支承表面的平面可以基本上竖直地延伸。可选地，第三支承表面的平面与第一表面和第二表面都成一定角度地延伸。可选地，第三支承表面的平面的锐角相对于水平面在25°至85°之间，例如相对于水平面在35°至65°之间。例如，可选地，第三支承表面的平面的锐角相对于水平面成至少45°。

可选地，第一支承构件和第二支承构件的反作用合力(例如在二维坐标系中)相交的点可以基本上与可动构件的结构的角特征重合，例如使得反作用合力可以分解到可动构件的侧面中。换句话说，公共线可以基本上与可动构件的结构的角重合，例如使得反作用合力可以分解到可动构件的侧面中。可选地，预加载合力可以被配置为指向该角。预加载合力线可以被配置为基本上在该角处与第一支承构件和第二支承构件的反作用合力交叉。预加载作用构件可以被配置为使得其安装到角特征的两侧。该角可以由(邻接的)平面载荷支承构件例如在其交接处/相交处限定。

该设备可以被配置为使得第一支承构件和第二支承构件上的反作用合力以及预加载合力线被引导为朝向公共区域或点会聚，以便例如在基本上相同的点处彼此相交。可选地，该设备可以被配置为使得在三个维度上(例如在(名义上的)三维坐标系中)第一支承构件和第二支承构件上的反作用合力以及预加载合力线被引导为朝向公共区域或点会聚，以便例如在基本上相同的点处彼此相交。

可动构件可以包括被配置为提供可动构件的载荷支承结构的一个或多个片材或板材(例如片材/板材载荷支承结构)。因此，载荷支承结构可以至少包括(例如邻接的)第一平面载荷支承构件/面和第二平面载荷支承构件/面。至少第一平面载荷支承构件/面和第二平面载荷支承构件/面可以是不平行的、例如基本上正交。该设备可以被配置为使得在第一支承构件和第二支承构件上(对预加载力)的反作用合力主要沿(例如邻接的第一平面载荷支承构件和第二平面载荷支承构件各自的)片材或板材的(多个)(例如剪切)平面承载(carried)。第一支承构件和第二支承构件可以端部对接地安装到平面载荷支承构件。可选地，支承构件(例如第一支承构件和/或第二支承构件)的反作用合力(例如反作用合力线)基本上平行于(其安装到的)其相应的平面载荷支承构件的平面。可选地，支承构件(例如第一支承构件和/或第二支承构件)的反作用合力(例如反作用合力线)基本上平行于其安装到的片/板的平面(例如，基本上平行于其相应的平面载荷支承构件的平面)。可选地，支承构件的反作用合力线基本上被包含在由(其安装到的)其相应的平面载荷支承构件的主平面表面所限定的体积内。可选地，支承构件的反作用合力线基本上被包含在由其安装到的片材或板材(例如限定平面载荷支承构件)的主平面表面所限定的体积内。

至少一块片材或板材可以被布置为形成箱式载荷支承结构、例如基本上封闭的箱式载荷支承结构。将会理解，封闭的箱式载荷支承结构的平面载荷支承构件不必一定是实心片/板。例如，它们可以在其中包括开口/孔。例如，封闭箱的侧面可以包括平面格子结构和/或被布置为提供平面载荷支承构造的多个片材条或板材条。因此，封闭的箱式载荷支承结构可以包括载荷支承结构，该载荷支承结构包括多个平面载荷支承构件，该平面载荷支承构件被布置为使得在载荷支承结构的每一侧有至少一个平面载荷支承构件。

可选地，至少第一平面载荷支承构件和第二平面载荷支承构件主要(可选地基本上)包括实心片材/板材。可选地，封闭的箱式载荷支承结构的所有侧面主要(可选地基本上)包括实心片材/板材。

该设备可以被配置为使得第一支承构件和第二支承构件的反作用合力(例如在二维坐标系中)相交的点基本上位于可动构件的角(例如由一块或多块片材或板材所限定的角)处或之内。例如，该设备可以被配置为使得公共线可以基本上位于可动构件的角(例如由一块或多块片材或板材所限定的角)处或之内。

换句话说，该设备可以被配置为使得第一支承构件和第二支承构件的反作用合力例如在二维坐标系中相交的点(或使得公共线)基本上位于第一平面载荷支承构件和第二平面载荷支承构件的相交处/交接处或之内(例如，以第一平面载荷支承构件和第二平面载荷支承构件的相交处/交接处为中心的50mm半径之内，可选地在25mm半径内，例如在10mm半径内，例如在5mm半径内，比如在2mm半径内)。例如，可选地，第一支承构件和第二支承构件的反作用合力例如在二维坐标系中相交的点(或公共线)基本上位于由包含第一平面载荷支承构件的前表面和后表面的第一对平面与包含第二平面载荷支承构件的前表面和后表面的第二对平面的相交处所限定的名义面积/长形体积内。可选地，第一支承构件和第二支承构件的反作用合力例如在二维坐标系中相交的点(或公共线)位于较大名义面积/长形体积内，该较大名义面积/长形体积以该名义面积/长形体积为中心、但是其高度和宽度高达(在二维坐标系中/与第一维度垂直的第二维度和第三维度中获取的)名义面积/长形体积的五倍(优选地高达三倍)。可选地，第一支承构件和第二支承构件的反作用合力例如在二维坐标系中相交的点(或公共线)位于较大的名义面积/长形体积内，该较大名义面积/长形体积以名义面积/长形体积为中心、但是其(例如截面)面积高达名义面积/长形体积的2500％(优选地高达900％)。

同样地，该设备可以被配置为使得预加载合力线基本上延伸穿过第一平面载荷支承构件和第二平面载荷支承构件的相交处/交接处(例如，在以第一平面载荷支承构件和第二平面载荷支承构件的相交处/交接处为中心的区域内，并且半径不大于50mm，例如不大于25mm，可选地不大于10mm，例如不大于5mm，比如不大于2mm)。例如，可选地，预加载合力线穿过名义面积/长形体积。可选地，预加载合力线穿过较大名义面积/长形体积。

可以将预加载作用构件(例如通过比如臂/支架等安装构件)安装到第一平面载荷支承构件和/或第二平面载荷支承构件。预加载作用构件可以安装在第一平面载荷支承构件和第二平面载荷支承构件的角/相交处/交接处/界面的近侧或基本上安装于该角/相交处/交接处/界面。换句话说，预加载支承构件可以通过固定至第一平面载荷支承构件和第二平面载荷支承构件两者的载荷分布器构件进行安装。载荷分布器构件可以固定至第一平面载荷支承构件和第二平面载荷支承构件的面(例如内面)(例如，在第一平面载荷支承构件和第二平面载荷支承构件的表面的区域上，例如在第一平面载荷支承构件和第二平面载荷支承构件中的每一者的至少1cm²、例如至少5cm²、例如至少10cm²、可选地至少25cm²上)。

定位设备可以被配置为使得预加载力基本上不向可动构件和支承构件施加弯矩。换句话说，定位设备可以配置为使得通过预加载力施加到可动构件和支承构件中的主要力是压缩。

可动构件可以包括梁、例如基本上水平延伸的梁。

可选地，可动构件(例如梁)承载托架，该托架可在第二维度上(例如，垂直于第一维度)沿梁移动。可选地，托架承载套筒轴(或柱)，该套筒轴可在第三维度上(例如，垂直于第一维度和第二维度)相对于托架移动。

定位设备可以包括坐标定位设备，例如坐标测量机(cmm)。

将会理解，支承构件可以包括与(例如，轨条、轨道、导轨的)相对应的支承表面配合的支承部(例如空气支承垫片)以及将支承部安装到可动构件的安装部。安装部可以包括沿支承部与将其安装到可动构件的点之间的反作用力线延伸(并居中)的基本上笔直的构件。

将会理解，可以在可动构件的第一端处设置至少第二(例如基准)支承组件，该第二支承组件相对于至少包括第一支承构件和第二支承构件的第一(例如基准)支承组件沿第一维度轴向移位。第二(例如基准)支承组件可以与上述第一支承组件基本上相同或相似。第二(例如基准)支承组件可以至少包括第一支承构件和第二支承构件(其可以被称为“第三支承构件和第四支承构件”)，其抵靠支承导轨(例如，抵靠相同的(多个)支承表面)被预加载，第一支承组件的第一支承构件和第二支承构件抵靠这些表面例如与支承导轨的相对应的第一支承表面和第二支承表面配合)。第二支承组件的至少第一支承构件和第二支承构件可以抵靠支承导轨被预加载，使得在与第一维度垂直的二维坐标系中，(第二支承组件的)第一支承构件上的反作用合力与(第二支承组件的)第二支承构件上的反作用合力相交。换句话说，该设备可以被配置为使得(第二支承组件的)第一支承构件上的反作用合力与(第二支承组件的)第二支承构件上的反作用合力会聚和/或基本上彼此相交和/或与公共线(可以称为“第二支承组件的公共线”或“第二公共线”)相交，该公共线在支承导轨外部平行于第一维度延伸。将会理解，二维坐标系中第一支承组件的支承构件的反作用合力相交的点不必与二维坐标系中第二支承组件的支承构件的反作用合力相交的点相同，但是在某些情况下，优选地是它们基本上相同(例如，使得第二支承组件的支承构件的相交处落在以第一支承组件的支承构件的相交处为中心并且半径为50mm、例如25mm、例如10mm、可选地5mm、比如2mm的名义区域内)。因此，将会理解，第一公共线和第二公共线(即第一支承组件的公共线和第二支承组件的公共线)不必一定是相同的线，例如它们不必一定是重合/同轴的。可选地，第一公共线和第二公共线基本上相同，例如可选地它们基本上是重合/同轴的。

将会理解，可动构件可以在远离第一端的第二端处包括至少一个另外的支承构件。至少一个另外的支承构件可以被配置为抵靠另一导轨/第二导轨的支承表面而支承。可动构件的第二端处的至少一个另外的支承构件可以包括例如空气支承件和/或机械支承件。

第一支承组件的支承构件(例如第一支承构件和第二支承构件)与支承导轨的配合可以约束可动构件在与第一维度垂直的维度上的横向位置。第二支承组件的支承构件(例如第一支承构件和第二支承构件)与支承导轨的配合可以约束可动构件围绕至少两个轴线(例如，围绕与第一维度垂直的轴线)的旋转位置。在可动构件的第二端处的至少一个另外的支承构件与第二导轨的配合可以约束可动构件围绕至少一个轴线(例如，围绕与第一维度平行的轴线，例如围绕公共线)的旋转位置。

根据本发明的第二方面，提供了一种定位设备，包括可动构件，该可动构件可在第一维度上沿(例如第一)支承导轨移动，该可动构件在其第一端至少包括第一支承构件和第二支承构件，该第一支承构件和该第二支承构件抵靠支承导轨的凹角特征的相对应的第一侧和第二侧被预加载。

根据本发明的第三方面，提供了一种定位设备，包括可动构件，该可动构件可在第一维度上沿支承导轨移动，该可动构件在其第一端至少包括第一支承构件和第二支承构件，该第一支承构件和该第二支承构件抵靠该支承导轨的相对应的第一支承表面和第二支承表面被预加载，该设备被配置为使得第一支承构件上的对于预加载的反作用合力与第二支承构件上的对于预加载的反作用合力会聚。

定位设备可以是坐标定位设备，例如坐标测量机(cmm)，例如笛卡尔cmm。

现在将参考以下附图，仅通过举例来描述本发明的实施例，在附图中：

图1是根据本发明的门式cmm的前部的示意性等距视图；

图2是图1的cmm的后部的示意性等距视图；

图3是图1的cmm的横梁的示意性等距视图；

图4是图1的cmm的桥部的支承组件的示意性等距视图；

图5是图1的cmm的端部的示意性正视图；

图6是图5所示的区域a的详细截面视图；

图7是图6的示意性表示，展示了支承反作用合力和预加载力的相互作用；

图8是根据本发明的替代性实施例的支承布置的示意性表示；并且

图9是根据本发明的另一替代性实施例的支承布置的示意性表示。

以下将描述如何实施本发明的示例性实施例的概述。在这个实例中，本发明被实施为cmm100的一部分。图1示出了cmm100，其保护外壳/盖(例如“主”盖/“硬”盖)被移除而可以看到cmm100的相关元件。

如图所示，可以将工具(例如用于对工件进行检查的检查装置，比如探针102)安装在cmm100上。在所示的实施例中，探针102是接触式探针、尤其是接触式模拟扫描探针，以用于通过探针的触针与工件接触来对工件进行测量。然而，如将理解的，如果需要，cmm100可以承载任何种类的检查装置，包括触摸触发式探针、非接触式(例如光学)探针或其他类型的仪器(若需要)。

在所示的实施例中，cmm100是门式笛卡尔cmm并且包括平台101和运动系统，在该平台上可以放置待检查制品，该运动系统提供对探针102在三个正交的维度x、y和z上相对于平台101的位置的可重复且精确的控制。

特别地，运动系统包括横梁106、托架108以及套筒轴110。横梁106在第一凸起导轨/轨道构件112与第二凸起导轨/轨道构件114之间延伸，并且被配置为通过以下更详细地描述的支承布置(在本实施例中为空气支承布置)在第一维度上(在这种情况下沿y轴)沿导轨/轨道移动。托架108坐落于横梁106上并由该横梁承载，并且可以通过支承布置(在本实施例中为空气支承布置)在第二维度上(在这种情况下沿x轴)沿横梁移动。套筒轴110由托架108保持并且可通过支承布置(同样在本实施例中通过空气支承布置)在第三维度上(在这种情况下沿z轴)相对于托架108移动。

可以理解，可以设置马达(未示出)、例如直接驱动马达(比如线性马达)，以用于实现多个不同的构件沿其轴线的相对运动。而且，可以设置位置编码器(未示出)以用于报告横梁106、托架108和/或套筒轴110的位置。

在所示的特定实例中，在套筒轴110的下部自由端上设置铰接头116以用于承载探针102。在这种情况下，铰接头116包括两个正交的旋转轴线。因此，除了三个正交的线性维度x、y和z，探针102还可以绕两个正交的旋转轴线(例如a轴和b轴)移动。配置有这种铰接头的机器通常被称为五轴机器。

用于工具和检查装置的铰接头是众所周知的，并且例如在wo2007/093789中进行描述。如将理解的，不一定需要设置铰接头，并且例如探针102可以通过不提供任何旋转自由度的固定头而安装到套筒轴组件110。可选地，探针本身可以包括铰接构件以利于绕至少一个轴线旋转。

对于测量设备而言标准的是，可以设置控制器118，该控制器与cmm的马达和位置编码器(未示出)、铰接头116(如果存在)和探针102进行通信，以便向它们发送信号和/或从它们接收信号以便控制可相对移动的构件的运动并接收反馈和测量数据。可以设置与控制器118通信的计算机120(例如可以与控制器118分离或集成的个人计算机)。计算机120可以为操作者提供用户友好界面以例如编程和启动测量例程。合适的计算机及相关的控制/编程软件可广泛使用并且是众所周知的。此外，可以设置操纵杆121或其他合适的输入装置，其使操作者能够手动控制探针102的运动。同样，这种操纵杆是众所周知的并且可广泛使用。

将参考图3更详细地描述横梁106的结构。如图所示，在本实施例中，横梁106包括箱形梁。箱形梁106具有模块化构造，并且在本实施例中包括三个长形角构件120、122、124以及三块片材126、128、130，每块片材形成平面载荷支承构件，并且每块片材在三个长形角构件中的一对之间延伸。在所描述的实施例中，三个长形角构件120、122、124被挤压。在所描述的实施例中，三块片材126、128、130的厚度不超过3mm。它们由金属材料制成，在本实施例中由铝制成，但是可以理解，可以使用比如不锈钢等其他金属材料或者可以使用比如碳纤维或陶瓷等非金属材料。为了减少体积和重量，可以优选的是，箱形梁的平面载荷支承构件由厚度不超过5mm的片材形成(超过该厚度，它们通常并且在任何情况下均出于本文档的目的将被描述为“板”，而不是“片”)。在所描述的实施例中，三个长形角构件120、122、124和三块片材126、128、130由相同的材料类型(例如铝)形成。

在所描述的实施例中，第一长形角构件120和第二长形角构件122提供了支承表面，托架的空气支承件(例如，图1和图2所示的140、142)可以抵靠这些支承表面。如图所示，在所描述的实施例中，设置隔板180以辅助横梁106的角构件120、122、124和片材126、128、130的组装。隔板180还可以为横梁106提供一些额外的强度。在所描述的实施例中，隔板被“端部对接”地空心铆接/盲孔铆接至第一片材126、第二片材128和第三片材130(例如，与隔板上的折叠翼片相反)。这样确保了正交地定向到第一片材126、第二片材128和第三片材130中的载荷主要沿隔板180的剪切平面承载，从而使得这些片材可以由更薄的片材制成(从而减少了重量)。

如图1和图2(而非图3)所示，横梁106还包括第一端板103和第二端板105以及底板107，每个板均提供平面载荷支承构件。第一端板103和第二端板105以及底板107具有15mm的厚度，并且因此比第一片材126、第二片材128和第三片材130要厚得多。如以下更详细地描述的，在本实施例中，横梁的空气支承件安装到这些板/平面载荷支承构件103、105、107。

在所描述的实施例中，使用粘合剂将梁106的多个不同的部分胶接在一起。例如，将第一长形角构件120、第二长形角件122和第三长形角件124胶接到第一片材126、第二片材128和第三件材130(例如，通过适当的粘合剂，比如单组分、热固化、环氧树脂，例如可从permabondengineeringadhesiveslimited获得的es569)。而且，可以(例如使用相同的粘合剂)将隔板180胶接到第一片材126、第二片材128和第三片材130。此外，可以(例如使用相同的粘合剂)将第一端板103和第二端板105胶接到第一片材126、第二片材128和第三片材130以及第一长形角构件120、第二长形角构件122和第三长形角构件124。而且，可以(例如使用相同的粘合剂)将底板107胶接到第三片材130。将会理解，除了胶接之外或替代胶接，可以使用其他技术(例如焊接和/或使用机械紧固件)将横梁的部件固定在一起。

现在将更详细地描述横梁106的支承布置。特别参考图5至图9，其示出了设备在与第一维度(y)垂直的两个维度(x，z)的端视图和截面视图。换句话说，图5至图9描绘了如在与第一维度垂直的(名义)二维坐标系中所观察到/如投影到该二维坐标系的设备以及y轴支承布置的相关力。

如图所示，在图1、图2和图4至图7中，在横梁106的第一端，横梁106包括第一基准支承组件210和第二基准支承组件220。第一支承组件210和第二支承组件220沿第一维度位于分开的位置。例如，第一支承组件210朝向横梁106的第一侧(例如前侧)定位，并且第二支承组件220朝向横梁的第二侧(例如后侧)定位。

每个基准支承组件210、220包括抵靠第一导轨/轨道112的多个支承构件。在所描述的实施例中，每个支承组件210、220包括一对基准支承构件，每个基准支承构件包括空气支承垫片以及用于将空气支承垫片安装到横梁106的安装件。此外，在本实施例中，提供至少一个预加载(偏置)支承构件，以用于抵靠第一凸起导轨/轨道112而将基准支承构件预加载(换句话说，“偏置”)，如以下更详细地解释的。将会理解，这种预加载/偏置可以通过另外的或其他方式(包括依靠重力和/或磁力)来提供。

参考图1、图5和图6，第一支承组件210包括第一基准空气支承垫片212、第二基准空气支承垫片214。如图6和图7所示，第一基准空气支承垫片212和第二基准空气垫214抵靠第一导轨/轨道112的凹角特征的相对应的第一平面空气支承表面232和第二平面空气支承表面234。同样如图6和图7所示，第一支承组件210包括分别用于第一基准空气支承垫片212和第二基准空气支承垫片214的第一安装构件213和第二安装构件215。在本实施例中，每个基准支承组件210、220包括相对应的预加载支承构件。因此，如图所示，对于第一支承组件210，提供了第三空气支承垫片216以及相对应的第三安装构件217，该第三空气支承垫片抵靠设置在第一导轨/轨道112上的第三平面空气支承表面236。

在本实施例中，第一安装构件213、第二安装构件215和第三安装构件217中的每一者在与其各自的空气支承垫片的界面处包括球形接头，使得空气支承垫片相对于安装件自由旋转(例如，以便适应空气支承表面的任何偏差)。

第一空气支承垫片212通过其安装构件213安装到第一端板/平面载荷支承构件103，使得其相对于第一端板/平面载荷支承构件103(即，在x、y和z维度上)线性地固定。第二空气支承垫片214通过其安装构件215安装到底板/平面载荷支承构件107，使得其相对于第一端板/平面载荷支承构件107(即，在x、y和z维度上)线性地固定。

第三空气支承垫片216通过臂/支架230在其界面处安装到第一端板/平面载荷支承构件103和底板/平面载荷支承构件107。臂/支架230的第一端231在第一端板/平面载荷支承构件103与底板/平面载荷支承构件107的界面处安装到横梁106，并且在第二端233处安装到第三安装构件217。特别地，第三空气支承垫片216通过载荷分布器229安装到横梁106，该载荷分布器连接到第一端板/平面载荷支承构件103和底板/平面载荷支承构件107两者的内表面。此外，第三安装构件217包括弹簧240，该弹簧被配置为将第三空气支承垫片216推入第三支承表面236，以便通过(在第一基准空气支承件与第二基准空气支承件之间共享的)约500n的力将第一基准空气支承件212和第二基准空气支承件214预加载到其各自的第一空气支承表面232和第二空气支承表面234中。因此，第三空气支承垫片216可以被称为“预加载”空气支承垫片。

如图所示，(尤其是在图7中)支承布置(例如第一表面232和第二表面234以及第一空气支承件212和第二空气支承件214)被配置为使得如图5至图9所示在与第一维度垂直的名义二维坐标系中，第一支承构件212上的反作用合力线r1与第二支承构件214上的反作用合力线r2会聚，并且尤其是(在导轨112的与第一空气支承件212和第二空气支承件214的同一侧)在第一导轨/轨道112外侧的点250处彼此相交。将会理解，如果第一空气支承件212和第二空气支承件214沿第一维度偏移，则第一支承构件212上的反作用合力线r1和第二支承构件214上的反作用合力线r2将会(在导轨112的与第一空气支承件212和第二空气支承件214的同一侧)与第一导轨/轨道112外侧的公共线250’相交，该公共线平行于横梁106移动的方向(即平行于y轴)延伸。此外，在本实施例中，第三表面236和第三空气支承垫片216被配置为使得在名义二维坐标系中，第一支承构件212上的反作用合力线r1、第二支承构件214上的反作用合力线r2和反作用合力线p在公共点250处会聚和相交(在这种情况下，该点是在第一端板/平面载荷支承构件103与底板/平面载荷支承构件107的交接处内)。如果预加载力沿y轴偏移，则预加载合力线p将与公共线250’相交。此外，臂230在位于预加载力的线p上的点处连接至横梁106。通过所示的布置，预加载力基本上不向横梁106或第一支承组件210的任何部分施加弯矩或旋转力矩。特别地，预加载力p可以直接沿反作用合力线r1、r2分解，并且由于预加载力而仅在第一端板103、底板107以及第一安装构件213和第二安装构件215中施加压缩力。

如上所述，预加载合力p在公共点250处与第一支承构件的反作用合力r1和第二支承构件的反作用合力r2相交。然而，将会理解，并不一定是这种情况，并且即使它们并非在同一点彼此完全相交，它们也可以朝着公共点会聚。实际上，图7中如虚线p’所示，预加载合力p’可以倾斜为与第一支承构件的反作用合力r1和第二支承构件的反作用合力r2二者不平行。在这种情况下，该系统被配置为使得如果预加载合力p’延伸穿过以第一支承构件上的反作用合力r1与第二支承构件上的反作用合力r2相交的点250为中心的区域则是足够的，并且该区域的半径等于点250与第一支承构件和第二支承构件(在这种情况下为第一支承构件212和第一支承表面232)的最远支承表面上的最近点之间的距离。这样的区域由图7中的虚线圆圈“b”示意性地标识。

第二支承组件220与第一支承组件210相同，并且如图1、图2和图4所示例如包括安装到横梁106的第一空气支承垫片222、第二空气支承垫片224和第三空气支承垫片226。

如图2和图5所示，在横梁106的另一端上设有单个空气支承垫片260，该空气支承垫片安装到第二端板105并且抵靠设置在第二凸起导轨/轨道114上的平面空气支承表面。

第一支承组件210和第二支承组件220的第一空气支承件212、222和第二空气支承件214、224在本文中被名义地称为“基准”空气支承件，因为这些空气支承件与第一导轨的配合控制横梁106的横向位置。相反，抵靠第二凸起轨道114的空气支承件260仅控制/约束横梁106围绕第一凸起轨道112的旋转位置。因此，抵靠第二凸起轨道114的空气支承件260在名义上可以被称为“外伸”支承构件。

在上述实施例中，第一基准空气支承组件210和第二基准空气支承组件220中的每一者包括单个相对应的预加载支承垫片(216，226)，其相对于其相对应的第一基准空气支承垫片(212，222)和第二基准空气支承垫片(214，224)沿y轴共同定位。然而，将会理解，不必一定是这种情况。例如，可以将(例如，沿y轴间隔开的)两个或更多个预加载空气支承垫片安装到臂/支架230。

可选地，可以为第一基准空气支承组件210和第二基准空气支承组件220仅提供共享(例如单个)预加载空气支承垫片。例如，可以提供单个预加载空气支承垫片，其沿y轴在第一基准支承组件210与第二基准支承组件220之间的点处抵靠第三平面空气支承表面236。如果要使弯矩最小/避免被引入横梁106中，则可以沿y轴在安装第一基准支承组件210和第二基准支承组件220的点处将共享/单个预加载空气支承垫片安装在第一端板103和底板107的界面处。例如，可以提供如图5和图6所示的单个臂/支架230，并且杆可以沿y轴延伸，并且在安装第一基准支承组件210和第二基准支承组件220的点处沿y轴在第一端板103和底板107的界面处固定到第一端板103和底板107。

在上述实施例中，每个基准支承组件仅包括与第一平面空气支承表面232配合的一个空气支承垫片以及仅包括与第二平面空气支承表面234配合的一个空气支承垫片。然而，如将理解，不必一定是这种情况，并且例如，基准支承组件可以包括与第一平面空气支承表面212接合的两个或更多个空气支承垫片和/或可以包括与第二平面空气支承表面234接合的两个或更多个空气支承垫片。在这种情况下，两个或更多个空气支承垫片可以共享用于安装到横梁106的公共安装构件。

图8示出了支承组件的替代性实施例，其与以上结合图7描述的实施例相似，并且相似的部件共享相似的附图标记。然而，在本实施例中，除了以上所述的第一空气支承垫片212、第二空气支承垫片214和第三空气支承垫片216之外，还提供了第四空气支承垫片216’。第三空气支承垫片216和第四空气支承垫片216’通过臂230在第一端板103和底板107的界面处安装到第一端板103和底板107，该臂在第一端231处在第一端板103的界面处安装到横梁106。如同图7的实施例，第三空气支承垫片216通过包括弹簧240的第三安装构件217安装到臂。在本实施例中，第四空气支承垫片216’通过还包括弹簧240’的第四安装构件217’安装到臂。第三安装构件217和第四安装构件217’的弹簧240、240’被配置为将第三空气支承垫片216和第四空气支承垫片216’推入第三支承表面236和第四支承表面236’中，从而将第一空气支承件212和第二空气支承件214预加载到其各自的形成导轨112的凹角特征的第一空气支承表面232和第二空气支承表面234中。

图8还展示了形成导轨112的凹角特征的表面232、234不需要交汇；如图所示，比如台阶233等中间特征可以位于它们之间。对于其他所描述的实施例也是如此情况，而不仅针对图8的实施例。

在图8的实施例中，第三空气支承垫片216和第四空气支承垫片216’通过公共臂/支架230连接到横梁106。然而，将会理解，不必一定是这种情况；例如，它们可以通过公共臂/支架230通过分开的臂连接到横梁106。此外，第一空气支承件212和第二空气支承件214不需要基本上沿y轴共同定位。然而，在这种情况下，为了使引入到可动构件中的弯矩最小化，可以优选的是将第一空气支承件212及其相对应的预加载空气支承件(即第四空气支承件216’)基本上沿y轴共同定位，并且还将第二空气支承件214及其相对应的预加载空气支承件(即第三空气支承件216)沿y轴共同定位。

在所描述的实施例中，支承组件包括空气支承件。然而，将会理解，本发明还可应用于非空气支承组件。例如，可以使用机械支承件，比如轮支承件或滚珠座圈支承件。图9示意性地展示了与以上结合图1至图8描述的实施例基本上相同的实施例，但是其中第一空气支承垫片212和第二空气支承垫片214已经被各自包括轮203、205的第一轮支承件212’和第二轮支承件214’代替。此外，第一圆柱形支承杆232’和第二圆柱形支承杆234’安装在第一导轨112上，第一轮支承件212’和第二轮支承件214’通过(可以用与上述结合图1至图8披露的方式相同的方式进行设置的)预加载力p抵靠第一导轨被预加载。如图所示，有两个直接反作用力f1和f2预加载到每个轮上。然而，如图所示，这些直接反作用力引起了与图1至图8的实施例相同的反作用合力r1和r2。

图9还示出了如何在优选地使反作用合力r1、r2和对全部的预加载力p穿过名义面积/长形体积300(该名义面积/长形体积由第一对平面与第二对平面相交所限定，该第一对平面包含了限定第一平面载荷支承构件103的板材的前表面和后表面，该第二对平面包含了限定第二平面载荷支承构件107的片材或板材的前表面和后表面)的同时，针对反作用合力r1、r2和对全部的预加载力p基本上全部穿过第一平面载荷支承构件103和第二平面载荷支承构件107的相交处/交接处是足够了，例如，其中名义较大面积/长形体积302(其以名义面积/长形体积300为中心、但其高度和宽度高达名义面积/长形体积300的五倍)。同样，如图8所示，尽管反作用合力r1、r2和预加载力p在公共点处都没有全部交汇或相交，但它们确实都基本上朝向公共点/区域(第一平面载荷支承构件103与第二平面载荷支承构件107的交接处)会聚。对于其他所描述的实施例也是如此情况，而不仅针对图9的实施例。

将会理解，本发明及其设计原理也适用于cmm100的其他部件(例如套筒轴110)，并且还适用于其他类型的cmm，包括桥式、立柱式、水平臂式和悬臂式cmm(非详尽的列表)。本发明也不限于cmm，而是可应用于包括机床的其他定位设备。