轻且热性能稳定的坐标定位仪的度量仪器及其制造方法技术

一种度量仪器，例如探针、探头、触针或者触针支臂，用于安装在坐标定位仪上。所述度量仪器至少部分地由至少一个具有较低热膨胀系数的热性能稳定的金属材料板制成，折叠所述至少一个金属材料板，从而形成三维结构。所述至少一个热性能稳定的材料板用在所述度量仪器的度量回路中。以这种方式，可以构造出轻且热性能稳定的度量仪器。（*该技术在2024年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及度量仪器，本专利技术特别涉及重量轻且热性能稳定的度量仪器。词汇“度量仪器”包括探头、探针、触针和非笛卡尔度量框架。
技术介绍
公知的是，已经提供了用于物品表面扫描、以便再现物品或者确保精确制造物品的探测装置。希望的是，提高扫描物品的速度，以便减少该过程所耗费的时间。然而，为了在以较高速度工作时还保持精确性并且保持在公差范围内，就必须使在测量过程中探测装置经受的加速作用力的影响最小。这就需要触针和探针的结构轻且刚性好，以便减少在运动中的弯曲。另外，为了使得分辨率维持在较高速度，这样表面轮廓的任何细微细节都不会丢失，所述度量仪器必须具有高的频率响应。因为频率是和 成正比的，而k是刚度且m是质量，所以希望的是，具有一种具有刚度高和质量轻的度量仪器，从而能获得高的频率响应。另一个问题是所述测量的可再现性。影响这个的一个参数是周围温度。所有材料在温度改变时都会改变尺寸，然而每种材料所受的影响不同。与尺寸改变的速度同时，材料达到均衡所耗费的时间也是很重要的。探针结构的任何膨胀/收缩都会在测量过程中引入误差。因此，整个探针结构的热性能稳定性也是很重要的。
技术实现思路
本专利技术提供一种用于安装在坐标定位仪上的度量仪器，所述度量仪器至少部分地由至少一个热性能稳定的金属材料板制成，折叠上述至少一个热性能稳定的金属材料板以便形成三维结构，所述至少一个热性能稳定的材料板用于所述度量仪器的度量回路中。词汇“坐标定位仪”包括坐标测量仪(CMMs)、机床、检验机器人和手动机器。使用这样的由材料板制成的三维结构能够使得所需刚度的度量仪器可以由较薄材料板制成，从而使得重量降低，因此使得物品的惯性降低。优选的是，所述至少一个折叠板结合起来。所述接合方法可以包括下面技术中的一种或多种“接片和开槽”；折叠接片和开槽；胶粘；焊接；连接到另一框架。这还增加了由所述至少一个材料板形成的结构的刚性。热性能稳定的材料是这样的材料，该材料的热膨胀系数≤15ppm/℃。优选的是，所述热性能稳定材料具有的热膨胀系数≤6ppm/℃。更优选的是，所述热性能稳定材料具有的热膨胀系数≤2ppm/℃。所述三维结构可以包括至少一个由壁构成的腔。所述由壁构成的腔可以用质量轻的填充物填充。优选的是，所述至少一个板的厚度≤1.5mm。所述至少一个板的厚度可以在0.05-0.9mm之间。更优选的是，所述至少一个板的厚度可以在0.1-0.5mm之间。所述度量仪器可以包括例如测量探针、触针支臂或者探头。对于探头，所述至少一个材料板可以位于所述探头的固定表面和所述坐标定位仪的支臂之间。所述至少一个材料板可以使得它至少部分地围住所述探头的固定结构。本专利技术的第二方面提供了一种制造度量仪器的方法，包括由热性能稳定的材料板提供至少一个所述度量仪器的模板；折叠所述至少一个模板，以便形成所述度量仪器。优选的是，所述材料板由热性能稳定的材料制成。可以通过沿着所述材料板的希望的折叠线形成一系列穿孔，来确定所述折叠的位置。可以通过在所述材料板里形成部分厚度的折叠线，来确定所述折叠的位置。所述折叠材料板部分可以通过浸焊(dip soldering)结合在一起。所述模板可以由刻蚀工艺形成。所述模板可以通过激光由材料板切割而成。所述激光可以和喷水相结合。优选的是，所述材料板由热性能稳定的金属材料制成。在本实施例中，所述至少一个模板优选通过将多余材料从所述材料板除去而制成。可以通过以下方式除去所述多余材料激光加工、冲压、光化学加工(例如光蚀和化学加工)或者任何其他合适技术。所使用的技术将取决于所述板的材料性能。本专利技术的第三方面提供了一种用于安装在坐标定位仪上的探头，其中，包括至少一个热性能稳定的材料板的结构位于在所述探头的固定表面和所述坐标定位仪的支臂之间的度量回路内。所述至少一个材料板的结构可以使得它至少部分地围住所述探头的固定结构。可以通过折叠所述至少一个材料板而形成所述结构。附图说明现在将参考附图，并通过例子来描述本专利技术，其中图1a和1b显示了模板和对应折叠结构；图2显示了根据本专利技术的折叠结构的等轴投影视图；图3显示了根据本专利技术的探针；图4显示了根据本专利技术的度量仪器；图5a显示了图2的折叠结构的侧视图；图5b是通过图5a的侧视图的A-A的剖视图；以及图6a和6b显示了根据本专利技术的触针支臂。具体实施例方式图1a显示了包括四个矩形部分12和两个方形部分14的模板10。所述每个方形部分14都具有一个中央切口的圆形区域(central cut-outcircular region)16。每个部分都通过接缝18结合到至少一个其他部分上。所述模板的不同部分的布置由要形成的结构的最终形状来决定。在这里的情况下，所述最终结构是一个盒子11(图1b)，该盒子11具有闭合侧壁12和在形成穿过盒子11的开口管道的每个端部处的圆形开口16。通过在每个接缝18处折叠所述模板，将所述模板10转变为最终结构。所述模板由金属板形成。所述金属板可以是任何形状，例如包括带形。它通过多种标准技术(例如激光加工、冲压、光化学加工)中的任一种形成为需要的形状。具体地，所述模板的形状可以通过刻蚀来生产。湿式蚀刻(wet etching)特别适合于例如镍铁合金(Invar)这样的材料，这是因为它不影响所述材料的性能。所述模板也可以使用激光进行切割。一种将激光和喷水结合起来的公知技术特别适合。这种方法具有的优点是，当切割模板时，所述工件通过所述喷水进行冷却并且除去碎片，因此产生了最小的热影响区域，使得能够产生光滑整齐边缘。通过合适的夹具(jigging)，或者通过整个或部分地厚度化学或激光加工，可以精确地确定所述折叠位置。如果使用了整个厚度加工，那么沿着形成更易于弯曲的薄弱区的折叠线加工出一系列穿孔。所述穿孔可以包括一系列开槽。如果优选采用了部分厚度加工工艺，那么在需要形成折叠的点处的材料被部分地加工，以便形成又使得所述材料薄弱的接缝。部分加工是这样的周知方法，通过仔细设定所述过程的时间，使得在两面上都暴露在所述加工化学品或激光中的板部分在所述过程中受到全部加工，因此其仅一面暴露的板部分则只被部分加工。形成折叠线的优点有三个第一，这使得所述材料更容易弯曲成形；第二，增加部件的可重现性；以及第三，可以避免对相关夹具的需要。相对于使用多个单独板结合在一起而言，折叠所述材料板的优点在于容易制造。一旦所述板已经被折叠起来，那么它就能够通过许多公知技术固定在合适位置里。图2显示了已经使用开槽24和对应接片26固定起来的两个折叠结构20、22。所述接片26插过开槽24，然后弯曲基本90°(未示出)。在生产所述模板的相同过程中优选地精确生产所述接片和开槽，使得所述结构的制造不需要使用夹具。如果所述结合点被焊接起来以便防止所述接片从所述开槽离开，那么所述结构本身可以照原来样子焊接，而不需要焊接夹具。折叠和固定所述模板形成了一个三维结构，如果合适的话，所述三维结构在所述整体结构内具有由壁构成的腔28，以便提供刚性好的结构，所述坚硬的结构在所述整个结构的重量下或在使用中都不会明显弯曲。通过具有由壁构成的腔，所使用的板的厚度可以减小，这使得所述结构的重量减小，而对应的刚度没有减小。所述模板可以包括一系列部分穿透厚度的加工切口，所述切口选择性地使得所述本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种安装在坐标定位仪上的度量仪器，所述度量仪器至少部分地由至少一个热性能稳定的金属材料板制成，折叠上述至少一个热性能稳定的金属材料板以便形成三维结构，所述至少一个热性能稳定的材料板用在所述度量仪器的度量回路中。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：史蒂文保罗亨特，雨果乔治戴瑞克，戴维罗伯特麦克默特里，
申请(专利权)人：瑞尼斯豪公司，
类型：发明
国别省市：GB[英国]