具有高精度3d打印功能的坐标测量机的制作方法_4

文档序号:8410283阅读:来源:国知局
成构建过程中,可以对已经制造出的形状和尺寸进行评价。这优选在单个中间步骤中进行,即在物体25被制造成限定等级时进行,然后利用传感器22进行物体25的测量,并且随后根据测量数据和目标数据的对比进一步构建物体和/或在已经至少部分制造出的物体25上进行校正(例如,通过由改进工具进行材料铣削或额外施放)。
[0102]通过对物体25的这种测量,能够不断地监测并提高生成物体25的尺寸精度。
[0103]根据替代实施方式(这里未示出),作为对触感传感器22的替代或补充,打印头20具有以非接触方式测量的光学传感器,借助于该光学传感器可以进行物体的测量。例如,干涉测量传感器,线性扫描仪,或者三角测量传感器都可以作为光学传感器。
[0104]代表物体的点云能够尤其通过对物体表面的扫描接触而较快地产生,由此物体的结构、形状和尺寸可以以非常准确确定的方式提供。因此,还可以由光学传感器来检验关于物体构建的过程。
[0105]此外,借助于对物体的精确光学探测,可以通过测量数据来生成被扫描物体的数字模型(例如CAD模型),并且可以根据该数字模型打印出相应的物体。因此,根据本发明具有这样功能的坐标测量机10可以使得物体探测、生成数字模型以及根据数字模型制成相应物体整合为一体,并且因此该坐标测量机可用作任意物体的3D拷贝机。例如,可以将要拷贝的物体放置在基座12的第一区域中,并且可以在基座的第二区域中构建物体,该物体尤其是在形状和尺寸方面相对应。为此,首先对所提供的(要拷贝的)物体进行光学扫描,并且随后在另一位置通过施放材料进行构建。
[0106]物体拷贝能够尤其利用备选的比例进行制备,即大于或小于原始物体。为此,数字模型能够以所期望的倍数进行缩放。
[0107]此外,在制备3D拷贝件之前,可以进行模型数据的修改,借此也可以制造匹配的物体3D拷贝件。
[0108]图4是示出了用于根据本发明坐标测量机的打印头20的实施方式。该打印头20设置在CMM的仪器支架19上,该打印头能够通过电机驱动而相对于仪器支架绕轴线A进行枢转。
[0109]打印头20具有三个工具,即第一打印单元21a、第二打印单元21b和测量探头22。根据替代实施方式,打印头20还可以以这样的方式设计,使得其可以承载两个或多于三个的工具。此外,打印头20的工具设置在工具载体23上,工具载体23连接到打印头基部24。工具载体23的这种设置使得其可以围绕轴线B相对于打印头基部24进行枢转。
[0110]利用这样的打印头20,可以通过工具载体23的适当枢转,分别将工具移动到使用位置上,该工具用于待执行的处理步骤(例如,物体构建或物体测量)。例如,在示出的工具载体23的对准中,通过利用第一打印单元21a进行材料施放可以进行物体构建。将工具载体23围绕轴线B (逆时针)旋转120°,则测量探头22可以移动到使用位置,并且可以进行物体的测量。
[0111]针对向两个打印单元21a和21b供应材料,打印头20以这样的方式被实施,使得材料可以在打印头壳体内部被引导至打印单元21a和21b,尤其是通过软管通道,软管通道在示出的安装状态下连接到仪器支架19并且也连接到打印单元21a和21b。
[0112]图5示出了根据本发明坐标测量机40 (CMM)的另一个实施方式。其中,CMM 40具有基座42和用于提供测量头19 (=仪器支架19)相对于基座42的移动的结构部件44、46、48。为此,结构部件44、46、48可以借助于驱动单元(未示出)相对于彼此进行移动,驱动单元连接到结构部件44、46、48。
[0113]打印头20设置在仪器支架19上,其中这里是刚性连接,但是根据替代实施方式,可以实施为以可枢转的方式设置在仪器支架19上的布置或者实施为可枢转打印头(参照图2至图4以及图6)。打印头20具有喷嘴,通过该喷嘴进行物体构建的材料施放。在此情况下,物体25可以根据已有的三维模型,例如CAD模型进行打印。例如物体数据存在于CMM 10的存储单元中。在此情况下,逐层施放材料以制造物体25,从而通过产生的层的整体来表示形成的物体25。
[0114]通过喷嘴施放的制造材料(例如,被预处理用于物体制造的液态塑料或塑料颗粒),已经保持在CMM 40底座44内的合适容器中,并且借助于内部输送系统经由其它结构部件46、48到达仪器支架19。为此,输送系统尤其具有柔性软管连接和至少一个压力生成器,例如泵。
[0115]此外,CMM 40具有参照物27,在测量空间内的参照物27的位置以及其形状和尺寸精确已知,并且尤其被存储在CMM 40的存储单元中。通过测量该参照物27,可以例如在测量之前或测量过程中来校正或补偿CMM 10的测量误差和测量头19 (仪器支架)的位置。测量传感器替代地设置在打印头20的测量头19上,或者附加地设置在打印头20上,以用于这样的参考测量。为此,测量传感器被实施为例如测量探头或非接触式测量的(光学)传感器。
[0116]参照物27尤其是可以以这样的方式连接到CMM 40 (或者也可以设置为与CMM40结构上分离),从而提供参照物27相对于CMM坐标系统的稳定的相对位置,其中尤其是以温度不变的方式定位和/或构造。参照物27和/或其固定件(容纳单元),还有尤其是CMM40的至少部分基座42,可以例如由微晶玻璃(在特定温度范围内不随温度变化的材料)来制造。如果由于材料施放在CMM 40上可能产生热效应,那么这样的设置还提供稳定的参照物。
[0117]此外,上述参照步骤可以在物体25的制造步骤之前和/或过程中进行,其中尤其是中断逐层构建并且在特定时间间隔内对参照物27进行测量,使得形成的物体25的质量特性不会由于构建操作的中断而被不利地影响。
[0118]借助于参照物27的测量,引导轴和测量头19 (=仪器支架)的位置参考,尤其在机器部件44、46、48的热产生和与其相关的温度变化方面是有利的。液态材料或金属(液态材料或金属通常在相对于周围温度显著提高的温度条件下被提供和施放)的施放可以导致部件44、46、48和/或测量头19的显著的温度提高,并且因此引起至少一个部件的热膨胀,并且因而引起定位误差。例如可在相关部件上设置温度传感器,以用于测量和监控CMM40上的温度。
[0119]根据本发明的特定实施方式,在一定的施放时间或特定的机器操作时间后,可以进行参照物27的测量(尤其是自动地),其中得到参照物27的测量数据并且将这些数据与仪器支架19或仪器支架19上的测量传感器的目标定位进行比较,根据该比较,对机器部件44、46、48相互之间的相对位置进行再次校准或定位。因此,能够补偿热测量误差。相应地也能够提供物体制造的精度。
[0120]作为在特定时间之后进行的这种方式的备选,还可以根据由温度传感器提供的信息进行校准。例如,如果超过临界温度值(例如,针对精确引导或针对机器部件形状的临界温度值),因此可以自动对参照物27进行测量和相应地系统定位。
[0121]图6示出了根据本发明的坐标测量机50的另一个实施方式,该坐标测量机具有Delta机器人51,作为移动仪器支架19(=测量头)的单元(“Delta测量机”,deItaMM 50)。
[0122]Delta机器人51具有承载机器人底盘54 (也是固定的)的固定框架53,和三个臂56,也称为运动链。框架53通常实施为实体结构,而为了更好的可视化在这里仅示意性示出。
[0123]Delta机器人51的每个臂56都具有两个部分58、59,一方面,这两个部分通过接合部60相互连接,并且它们还通过每个接合部附加地连接到固定底盘54和仪器支架19上。
[0124]例如通过设置在机器人底盘54上的电机可以实现仪器支架19的移动,连接到仪器支架19上的电缆长度是可以借助于该电机进行调节和改变的。为此,典型地为每个臂56提供相应的电机和仪器支架19的电缆连接。替代地,可以借助于液压系统以限定的方式移动仪器支架19。
[0125]具有Delta机器人的坐标测量机的其它通常已知的实施方式例如,由欧洲专利申请号EP 12183806.4(2012年9月11日提交申请)中可知。
[0126]仪器支架19被实施为承载测量传感器,打印单元,或如这里所示具有测量传感器22和打印单元21的打印头20。此外,仪器支架19被实施为这样的方式,使得测量传感器、打印头,或其它工具可进行能够模块化替换。根据上面的实施方式,设置在打印头20上的传感器和/或工具可以被实施为围绕多个轴枢转。
[0127]通过柔性中空管线55在这里确保从机器人底盘54朝着打印头20向仪器支架19引导材料。根据替代的实施方式,沿着一个或多个臂53,借助于相应地提供的管线和接合点或者每个机器接合点60上的柔性管线连接片,进行材料输送。借助相应的中空管线还能够实现在机器人底盘54处的材料供给。
[0128]此外,Delta测量机50具有控制和处理单元,用于控制物体的构建操作(=物体25的逐层打印)或测量操作,以及例如用于处理物体测量过程中探测到的数据。在物体构建模式中,因此打印头20通过控制和处理单元的控制的方式沿着预定路径被引导(例如,该路径可根据物体25的数学模型导出)。在这种情况下,为制造物体25提供的具有限定厚度的层被打印出来(优选地为此施放在工作台上-未示出)。在施放的材料被固化后通常结束物体25的主要制造步骤。例如,可以在特定持续时间之后在常规室温条件下结束该固化(材料与室内空气的化学反应)。替代地或可附加地,打印的物体25可以调温用于特定持续时间的最优固化,例如在炉内限定的温度和/或在限定的空气。
[0129]输送工具(未示出),尤其是抓取工具,被固定到仪器支架19,以用于移动物体25和/或输送该物体。打印的物体25可以借此被抓取或例如放置在炉具(未示出)内进行固化。借助于这种抓取件,例如,通常任意的物体25 (无论是否为复制的样品),利用Delta测量机50测量该样品,或者通过打印制造该物体25 (例如,样品的拷贝)-可以在测量空间内从第一位置和取向移动到第二位置和取向。
【主权项】
1.一种借助于坐标测量机(10、40、50)构建物体(25)的方法,其中 ?所述坐标测量机(10、40、50)具有至少一个控制单元和一个驱动单元,以用于控制仪器支架(19)相对于基座(12、42)的移动,并且 ?所述仪器支架(19)被
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