BRPI1008570B1 - Máquina de medição de coordenada para determinação de pelo menos uma coordenada espacial, método de compensação de erros em uma máquina de medição de coordenada e método de determinação de pelo menos uma coordenada espacial de um ponto de medição de coordenada - Google Patents

Abstract

máquina de medição de coordenada para determinação de pelo menos uma coordenada espacial, método de compensação de erros em uma máquina de medição de coordenada e método de determinação de pelo menos uma coordenada espacial de um ponto de medição de coordenada a presente invenção refere-se a uma máquina de medição de coordenada (1) compreendendo uma base fixa (3), uma cabeça de sonda (6), pelo menos um mecanismo de acionamento linear (2x, 2y, 2z) para mover, em uma primeira direção, o mecanismo de acionamento linear (2x, 2y, 2z) tendo um guia linear (4x, 4y) e um membro móvel (5x, 5y) sendo suportados para movimento ao longo do guia pelos rolamentos (71x, 72x, 73x, 74x, 71y, 72y, 73y, 74y). o mecanismo de acionamento linear (2x, 2y, 2z) compreende adicionalmente pelo menos um primeiro pacote-sensor integral pré-calibrado (101x,102x, 101y, 102y) tendo pelo menos dois sensores de deslocamento (91x, 92x, 93x, 94x, 95x, 91y, 92y, 93y, 94y, 95y), sendo cada um para medir uma distância a partir do membro móvel (5x, 5y) ao guia (4x, 4y) em uma direção não paralela com relação à primeira direção (x, y, z), em que as distâncias percebidas indicam um deslocamento de translação do membro móvel (5x, 5y) a partir de um posição de rolamento habitual em uma direção perpendicular à primeira direção (x, y, z) e um deslocamento de rotação do membro móvel (5x, 5y).

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para MÁQUINA DE MEDIÇÃO DE COORDENADA PARA DETERMINAÇÃO DE PELO MENOS UMA COORDENADA ESPACIAL, MÉTODO DE COMPENSAÇÃO DE ERROS EM UMA MÁQUINA DE MEDIÇÃO DE COORDENADA E MÉTODO DE DETERMINAÇÃO DE PELO MENOS UMA COORDENADA ESPACIAL DE UM PONTO DE MEDIÇÃO DE COORDENADA.

[001] A presente invenção refere-se em geral a uma máquina de medição de coordenada (CMM) para determinação de pelo menos um espaço coordenado de um ponto de medição e a um método de compensação de erros em uma máquina de medição de coordenada (CMM).

[002] É uma prática habitual, após a produção das peças de trabalho, inspecioná-las em um aparelho de posicionamento de coordenada, como por exemplo, a máquina de medição de coordenada (CMM) tendo uma cabeça de sonda móvel dentro de um volume de operação da máquina.

[003] Em uma máquina de medição tridimensional convencional, a cabeça de sonda é suportada para se mover ao longo de três eixos geométricos perpendiculares (nas direções X, Y e Z).

[004] Em uma forma simples da máquina, um transdutor adequado montado paralelo a cada eixo geométrico é capaz de determinar a posição da cabeça de sonda com relação a uma base da máquina, e, portanto, determinar as coordenadas de um ponto de medição sobre um objeto sendo aproximado pela sonda.

[005] Se tal técnica for empregada, há várias fontes possíveis de erro. A falta de retidão no movimento e de ortogonalidade dos eixos geométricos é uma causa principal de tais erros. Uma causa adicional é a rotação angular dos carros ao redor dos eixos geométricos perpendiculares às suas direções de movimento. Tais erros, frequente

Petição 870190064339, de 09/07/2019, pág. 13/51

2/31 mente referidos como erros Abbé, dependem não apenas da rotação, como também de um deslocamento lateral nos mecanismos de acionamento linear.

[006] Particularmente, podem ocorrer os seguintes fatores de erro:

• erros de escala nos eixos geométricos, • erros de retidão horizontal nos eixos geométricos, • erros de retidão vertical nos eixos geométricos, • erros de arfagem nos eixos geométricos, • erros de guinada nos eixos geométricos, • erros de rolamento nos eixos geométricos, • erros angulares nos eixos geométricos, [007] Foram feitas muitas tentativas para corrigir as várias fontes de erro referidas. Por exemplo, é conhecida a introdução de um erro deliberado e conhecido nos transdutores por vários meios. Contudo, tais correções são aplicáveis apenas para um determinado local no volume de medição. Uma técnica alternativa é calibrar a máquina, medir os erros existentes em vários pontos e armazenar os mesmos de maneira que possam ser aplicados quando a máquina for realmente usada. Como se pode imaginar, tal processo de calibragem é prolongado, especialmente para uma máquina grande. Contudo, qualquer assentamento da máquina durante o uso invalidaria as calibragens. Outro inconveniente com os métodos de calibragem é que os mesmos irão cuidar apenas dos erros inteiramente repetitivos. É também necessário calibrar a sonda durante as mesmas condições do estado de funcionamento da máquina. Isso significa que se a máquina funcionar com 100 mm/s, o procedimento de calibragem também deveria ser realizado com essa velocidade, e se, por alguma razão, for necessária uma alteração na velocidade de funcionamento, será requerida uma recalibragem da máquina com essa nova velocidade.

Petição 870190064339, de 09/07/2019, pág. 14/51

3/31 [008] Outro aspecto a ser considerado é que as acelerações da sondam ocasionam deflexões dinâmicas da máquina de medição de coordenada que sucessivamente leva a erros de medição. Esses erros de medição podem ser reduzidos tomando as medições em acelerações baixas. Contudo, a produtividade demanda um aumento de produção, bem como um aumento de velocidade de inspeção. Consequentemente, a sonda sofre acelerações mais altas durante as medições e deflexões estruturais dinâmicas maiores do resultado do sistema. Isso leva a relatos imprecisos da posição geométrica X, Y, Z da sonda.

[009] Especificamente, algumas máquinas de medição de coordenada exibem vibração de acionamento significativa em velocidade alta. A fonte principal de erro que ocasiona a vibração é o sistema de acionamento mecânico da máquina. Os erros ocasionados por essas vibrações (tipicamente acima de 5Hz) não são adequados para métodos de cálculo da compensação dos erros dinâmicos descritos acima, porque a vibração ocasiona comportamento não repetitivo em velocidade alta que ocasiona os erros de medição.

[0010] Além disso, é empregada uma variedade de sondas em uma máquina de medição de coordenada para medição dentro do sistema de coordenada de escala, que inclui escalas de referência dispostas ao longo dos eixos geométricos que configuram o espaço de medição tridimensional. Para prover a máquina de medição de coordenada com uma precisão de medição aperfeiçoada, é requerida que uma estrutura da mesma tenha firmeza estática alta. Além disso, a introdução de tecnologia de correção de precisão espacial de software pode reduzir erros geométricos o mais baixo possível para suportar precisão mais alta.

[0011] Como exemplo, o documento EP 559 990 descreve uma máquina de medição de coordenada e método de correção de coorde

Petição 870190064339, de 09/07/2019, pág. 15/51

4/31 nadas medidas em uma máquina de medição de coordenada. Por meio disso, os erros geométricos são medidos enquanto trabalhos com vários pesos são montados na máquina de medição de coordenada. Os parâmetros de compensação são derivados dos resultados de medição por um peso de um trabalho e armazenados. Um parâmetro de compensação para um peso de um trabalho a ser medido é apropriadamente lido para corrigir as coordenadas medidas do trabalho a ser medido.

[0012] Como um exemplo adicional, o documento EP 1 687 589 descreve um método de compensação de erro em uma máquina de medição de coordenada com uma cabeça de sonda de articulação tendo um dispositivo de detecção de superfície. O dispositivo de detecção de superfície é girado em torno de pelo menos um eixo geométrico da cabeça de sonda de articulação durante a medição. O método compreende as etapas de: determinar a firmeza de todo ou de parte do aparelho, determinar um ou mais fatores que se refiram à carga aplicada pela cabeça de sonda de articulação em qualquer ocorrência específica, e determinar o erro de medição do dispositivo de percepção de superfície ocasionado pela carga.

[0013] Além disso, o documento GB 2 042 719 descreve um aparelho de medição tendo três eixos geométricos mutuamente perpendiculares, em que os erros, devido às rotações em torno dos vários eixos geométricos, são corrigidos.

[0014] Outra abordagem para correção de erro de medições de peça de trabalho com uma máquina de medição de coordenada (CMM) está descrita no documento GB 2 425 840. Por meio deste, as medições de posição são tomadas com uma sonda de percepção de peça de trabalho, na qual são fornecidos meios de aceleração de medição. As medições são corrigidas tanto para os erros de frequência alta (não repetitivos) como, por exemplo, aqueles devido à vibração,

Petição 870190064339, de 09/07/2019, pág. 16/51

5/31 quanto para os erros de frequência baixa (repetitivos) como, por exemplo, aqueles devido às forças centrífugas na sonda. O método de correção compreende medir a peça de trabalho, determinar os erros de medição repetitivos a partir de uma função de erro predeterminada, mapa de erro ou tabela de consulta de erro, medir aceleração e calcular erros de medição não repetitivos, combinar o primeiro e segundo erros para determinar os erros totais e corrigir as medições da peça de trabalho usando os erros totais. O mapa de erro predeterminado é calculado usando um artefato de dimensões conhecidas.

[0015] É também conhecido o uso de acelerômetros ajustados na sonda (ou coluna z) da máquina e na tabela de base (para uma medição diferencial). As medições e os erros de posição da sonda são medidos com integração dupla, e, a partir daí, será possível ajustar a leitura com a diferença entre o sinal integrado duplo e as escalas.

[0016] Contudo, ao usar os acelerômetros, os mesmos usualmente se tornarão ruidosos quando a frequência for relativamente baixa. Isso pode fornecer um sinal ruim para a proporção de ruído. Além disso, pode ser apenas possível medir as diferenças durante a aceleração, o que significa que - em geral - pode ser necessário calcular a aceleração a partir da posição de escala e comparar a mesma com a aceleração medida, e integrar duplamente a diferença. Contudo, isso pode não ser informação suficiente para calcular precisamente a posição exata da sonda. O uso de tal método também não permite a medição de alterações estáticas (isto é, fricção em combinação com alterações dinâmicas não será considerada).

[0017] Portanto, é um objetivo da presente invenção fornecer uma máquina de medição de coordenada CMM aperfeiçoada e método, em que os erros ocasionados por efeitos dinâmicos (isto é, quando funcionando em um exame de velocidade alta), bem como os erros ocasionados por estruturas fracas ou alterações estáticas (por exemplo, alte

Petição 870190064339, de 09/07/2019, pág. 17/51

6/31 rações introduzidas por atrito) podem ser compensados de uma maneira aperfeiçoada.

[0018] Especificamente, os erros de deslocamento em cada mecanismo de acionamento linear (nas direções X, Y, Z) da CMM deveriam ser precisamente reconhecidos.

[0019] Esse objetivo é alcançado pela realização das características da invenção. As características que também desenvolvem a invenção em uma maneira alternativa ou vantajosa estão descritas nas concretizações.

[0020] A presente invenção refere-se a uma máquina de medição de coordenada (CMM) para determinação de pelo menos uma coordenada espacial de um ponto de medição em um objeto a ser medido. A CMM compreende pelo menos uma base fixa (especificamente uma mesa de medição para suportar o objeto a ser medido), uma cabeça de sonda sendo móvel com relação à base e pelo menos um mecanismo de acionamento linear para prover mobilidade à cabeça de sonda com relação à base em uma primeira direção.

[0021] Por meio disso, o mecanismo de acionamento linear tem um guia linear na primeira direção, um membro móvel sendo suportado para se movimentar ao longo do guia por rolamentos e um instrumento de medição linear para determinação de uma primeira posição de acionamento do membro móvel na primeira direção.

[0022] Uma unidade de cálculo determina o espaço coordenado do ponto de medição como uma função pelo menos da primeira posição de acionamento do membro móvel do mecanismo de acionamento.

[0023] De acordo com a invenção, o mecanismo de acionamento linear também compreende pelo menos um pacote-sensor integral précalibrado tendo pelo menos dois sensores de deslocamento, cada sensor sendo construído para medir uma distância de um membro

Petição 870190064339, de 09/07/2019, pág. 18/51

7/31 móvel para o guia, em uma direção não sendo paralela com relação à primeira direção. As distâncias percebidas podem ser especificamente as distâncias dos rolamentos entre as superfícies voltadas uma para a outra do membro móvel e o guia. Os sensores de deslocamento do pacote são projetados e dispostos de maneira que as distâncias percebidas indiquem um deslocamento de translação do membro móvel de uma posição de rolamento habitual em uma direção perpendicular para a primeira direção e um deslocamento rotacional do membro móvel.

[0024] Nesse ponto, a coordenada espacial do ponto de medição é determinada também dependente dos deslocamentos indicados.

[0025] Isso significa que os deslocamentos de translação e de rotação são também usados pela unidade de cálculo para determinar a coordenada espacial do ponto de medição. Especificamente, a coordenada espacial é corrigida de acordo com os respectivos deslocamentos percebidos no pelo menos um mecanismo de acionamento.

[0026] De acordo coma técnica genérica das CMMs, preferivelmente pode existir três mecanismos de acionamento linear para provimento de mobilidade da cabeça de sonda com relação à base nas três direções mutuamente perpendiculares, a saber, uma primeira, uma segunda e uma terceira direção (X, Y, Z).

[0027] Cada mecanismo de acionamento linear pode compreender um guia linear na respectiva direção (X, Y, Z), um membro móvel sendo suportado para se mover ao longo do guia respectivo pelos rolamentos e um instrumento de medição linear para determinação da primeira, segunda e terceira posição de acionamento do membro móvel na primeira, segunda e terceira direção (X, Y, Z) respectivamente. [0028] Por exemplo, a CMM tem uma base, na qual é disposto um portal - sendo suportado pelos rolamentos - de maneira que possa ser movido na direção longitudinal (direção Y). O portal pode ter duas

Petição 870190064339, de 09/07/2019, pág. 19/51

8/31 pernas/pés de portal, que são conectadas por uma ponte em suas extremidades superiores, a ponte formando o eixo geométrico x. Um carro x, que pode ser acionado ao longo da ponte na direção x, pode ser disposto na mesma. Um aríete ou coluna z pode ser deslocado em uma terceira direção de espaço (direção z). A coluna z pode ser suportada para se mover na direção z pelos rolamentos, que podem ser inteiriços com o carro x.

[0029] De acordo com a invenção, o pacote-sensor inteiriço pode compreender um alojamento sendo habitual para os sensores de distância específicos e prender os sensores de distância específicos juntos com relação posicional e espacial precisamente conhecida com relação um ao outro. Portanto, cada sensor de distância específico pode ser montado no ou integrado no alojamento habitual, formando, assim, o pacote-sensor inteiriço.

[0030] Especificamente, o pacote-sensor é construído de forma modular e forma um componente coerente de maneira que possa ser montado e removido da máquina de medição de coordenada em bloco (que significa como um todo). Isso permite uma abordagem modular, que significa que o pacote-sensor pode ser construído de maneira que possa ser facilmente instalado e desinstalado do rolamento da CMM. Como exemplo, os rolamentos CMM (por exemplo, o carro no lado de sua superfície de rolamento) podem compreender um receptáculo/soquete especialmente formado para receber o pacote-sensor. Por exemplo, o pacote-sensor e o soquete podem ser projetados para serem conectados por meio de conector de encaixe. Portanto, o pacotesensor, que pode ser também considerado um módulo-sensor, pode ser facilmente instalado, trocado e mantido clicando um módulo-sensor gasto, descalibrado ou quebrado que tenha perdido sua utilidade, e clicando em um módulo-sensor novo, recalibrado ou consertado.

[0031] O alojamento do pacote-sensor, que prende e une os sen

Petição 870190064339, de 09/07/2019, pág. 20/51

9/31 sores do pacote rigidamente juntos com relação posicionai precisamente conhecida com relação um ao outro, pode ser projetado de um material sendo altamente resistente à deformação ocasionada pela ação da temperatura, pressão, umidade ou fatores similares. Nesse caso, o alojamento pode compreender uma estrutura de armação construída de suportes de apoio de sustentação para interconectar os elementos de sensor específicos com alta estabilidade geométrica. Como exemplo, todo alojamento do pacote-sensor ou da estrutura de armação pode consistir em ou compreender material de invar ou de fibra de carbono.

[0032] A vantagem dos pacotes-sensores tendo dois ou três elementos sensor de deslocamento é que os mesmos podem ser consideravelmente menos sensíveis à fragilidade no próprio carro (isto é, quase independente da fragilidade no próprio carro) e a montagem e a calibragem dos pacotes-sensores - comparadas à montagem dos sensores de deslocamento individuais - podem demandar menos esforço. Além disso, a calibragem dos elementos de sensor individuais particularmente com relação a uma relação posicional com relação um ao outro - pode até ser realizada antes da montagem do pacotesensor inteiriço na CMM.

[0033] Especificamente, no caso de um arranjo separado de vários sensores de distância (não um pacote-sensor de interconexão), onde cada sensor individual é fixado no carro em posições/locais diferentes, não é possível distinguir entre uma deformação (por exemplo, torção ou inclinação) na estrutura do carro e um deslocamento de todo carro com relação ao guia (por exemplo, deslocamento de translação, corte ou ondulação da perna CMM com relação à mesa CMM). Portanto, poderia ser o caso em que uma deformação (por exemplo, torção ou inclinação) do próprio carro seria falsamente interpretada (com base em uma alteração de distância percebida por um dos sensores inde

Petição 870190064339, de 09/07/2019, pág. 21/51

10/31 pendentes instalados) como deslocamento do carro da posição de rolamento habitual, o que iria resultar em uma compensação errônea na determinação da posição da ponta da sonda.

[0034] De modo contrário, a presente invenção permite - por exemplo, pela escolha de material firme e geometricamente estável para a estrutura/alojamento do pacote - que os sensores possam ser ligados juntos pela estrutura/alojamento do pacote com alta estabilidade posicional e geométrica, de modo a possibilitar uma relação posicional precisamente conhecida e estável dos sensores com relação um ao outro, mesmo que haja uma deformação na estrutura do próprio carro. Portanto, uma alteração na saída dos sensores de distância indica apropriadamente o deslocamento do carro de sua posição de rolamento habitual que é considerada para determinar as coordenadas da cabeça de sonda; e uma simples deformação na estrutura do próprio carro - pelo menos até certo ponto - não leva à falsa interpretação de um deslocamento, porque - a despeito da deformação - a leitura relativa dos sensores de distância não se altera.

[0035] Especificamente, o pacote-sensor pode ser vantajosamente fixado no membro móvel (isto é, o carro) naquele local onde agem as forças principais responsáveis pelos deslocamentos. Por exemplo, com relação ao carro de acionamento x sendo parte do pé da CMM na extremidade da perna da CMM (que é móvel com relação à mesa de medição), o pacote-sensor pode ser montado no lado inferior do carro no local estando diretamente abaixo ou quase abaixo do centro da massa da perna da CMM.

[0036] Como uma vantagem adicional, o material do carro pode ser escolhido de maneira diferente do material do alojamento do pacote-sensor. Como exemplo, o material da estrutura do carro pode ser otimizado com relação às suas propriedades para deslizar/escorregar ao longo do guia e não com relação à sua estabilidade geométrica.

Petição 870190064339, de 09/07/2019, pág. 22/51

11/31

Portanto, é possível escolher apenas material caro e de alta qualidade (isto é, referente à firmeza e estabilidade geométrica) para a armação do pacote-sensor, enquanto para a própria estrutura do carro pode ser escolhido um material apresentável espaçoso e mais barato, (por exemplo, sendo otimizado com relação às suas propriedades de deslizamento).

[0037] A invenção dos sensores rigidamente conectados dentro de um pacote tem vários efeitos e vantagens técnicas em comparação a um arranjo separado de vários sensores de distância independentes:

• quase independente de fragilidade na própria estrutura do carro;

• os sensores podem ser calibrados em um estágio desmontado do pacote-sensor, por exemplo, os sensores do pacote podem ser pré-calibrados antes da montagem na CMM, bem como recalibrados com menos esforço pela remoção do pacote, calibrando os sensores no estágio desmontado e clicando facilmente o pacote de volta no receptáculo;

• a montagem na CMM é fácil e requer pouco esforço porque dois ou três sensores (sendo parte de um módulo-sensor) podem ser habitualmente instalados em uma etapa;

• modularidade e adaptabilidade, de acordo com as exigências reais e custos almejados, de maneira que um pacote-sensor compreendendo dois sensores possa ser facilmente trocado por outro pacote-sensor compreendendo, por exemplo, três elementos de sensor ou, como outro exemplo, de maneira que um pacote-sensor compreendendo vários sensores óticos possa ser facilmente substituído por um pacote-sensor compreendendo vários sensores capacitivos;

• o material da estrutura do carro pode ser otimizado com referência às suas propriedades de deslizamento/escorregamento (possibilitando escorregamento apropriado ao longo do guia) e não

Petição 870190064339, de 09/07/2019, pág. 23/51

12/31 com relação à sua estabilidade geométrica, que também permite uma produção menos extensa (e mais barata) da CMM;

• possibilita otimizar o ajuste entre a preocupação de que os sensores possam ser colocados no carro o mais distante possível um do outro para aumentar a precisão para perceber os deslocamentos do carro e a preocupação de que os sensores deveriam ser colocados o mais próximo possível um do outro de maneira a permitir melhor estabilidade geométrica entre os elementos do sensor (isto é, de maneira a estar precisamente informado da relação espacial dos sensores com relação um ao outro).

[0038] De acordo com uma modalidade específica da presente invenção, todos os mecanismos de acionamento da CMM compreendem pelo menos um pacote-sensor com pelo menos dois sensores de deslocamento para indicar os deslocamentos no respectivo mecanismo de acionamento, isto é, um deslocamento do membro móvel de uma posição de rolamento habitual.

[0039] Consequentemente, no caso dos três mecanismos de acionamento, a unidade de cálculo pode ser projetada para determinar as três coordenadas espaciais da cabeça de sonda como uma função da primeira, da segunda e da terceira posição de acionamento, bem como dependente dos deslocamentos percebidos de cada membro móvel. Os deslocamentos percebidos são usados, por exemplo, para compensar erros ocasionados pelos efeitos dinâmicos (isto é, quando funcionando em um exame de velocidade alta), bem como os erros ocasionados por estruturas fracas ou alterações estáticas (por exemplo, alterações introduzidas por atrito).

[0040] Especificamente, o guia linear de cada mecanismo de acionamento pode compreender uma primeira e uma segunda superfície construindo uma borda sendo paralela com a direção guia. Além disso, o membro móvel - isto é, o carro - tem primeira e segunda superfí

Petição 870190064339, de 09/07/2019, pág. 24/51

13/31 cies, as quais estão voltadas mutuamente uma para a outra em direção às duas superfícies do guia linear. O membro móvel pode ser suportado para se mover ao longo do guia por rolamentos a ar, de maneira que haja uma almofada de ar entre as primeiras superfícies voltadas uma para a outra mutuamente e as segundas superfícies voltadas uma para a outra mutuamente. Da maneira acima descrita, o membro móvel pode ser fornecido para mobilidade guiada linearmente.

[0041] Em modalidades específicas da invenção, dois, três, quatro ou cinco sensores de deslocamento sendo integrados em um ou dois pacotes-sensores podem ser dispostos no e usados para cada mecanismo de acionamento.

[0042] Usando as saídas de dois sensores de deslocamento em cada mecanismo de acionamento, pode ser detectado não apenas um deslocamento lateral (isto é, uma distância de rolamento), mas também um deslocamento rotacional (isto é, ondulação, arfagem ou guinada) ou alternativamente um segundo deslocamento lateral - dependente das posições onde os sensores de deslocamento estejam dispostos - pode ser percebido e usado para compensação de erro ao determinar as coordenadas espaciais. Por exemplo, dois sensores de deslocamento (sendo parte de um pacote-sensor) podem ser colocados afastados um do outro na primeira superfície do carro voltada em direção a uma superfície guia do guia. Nesse caso, pode ser determinado um deslocamento rotacional pela avaliação de uma diferença entre os valores medidos pelos sensores de deslocamento. Alternativamente, pela combinação das saídas de um sensor de deslocamento disposto em uma primeira superfície e de outro sensor de deslocamento disposto em uma segunda superfície do carro, em que as superfícies estão voltadas em direção às duas superfícies guias do guia, podem ser determinados um erro de retidão horizontal do carro perpen

Petição 870190064339, de 09/07/2019, pág. 25/51

14/31 dicular à direção guia e também um erro de retidão vertical (dois deslocamentos de translação).

[0043] Usando as saídas dos sensores de deslocamento, um deslocamento de translação e dois de rotação ou um de rotação e dois de translação - dependendo das posições onde estejam dispostos os sensores de deslocamento - podem ser percebidos e usados para compensar erros ocasionados pelos respectivos deslocamentos da posição de rolamento habitual do carro.

[0044] Similarmente, o uso das saídas de quatro sensores de deslocamento pode fornecer medição para um deslocamento lateral e todos os três deslocamentos rotacionais ou dois laterais e dois rotacionais - dependendo das posições onde estejam dispostos os sensores de deslocamento.

[0045] O uso das saídas de cinco sensores de deslocamento, três dos mesmos integrados no primeiro pacote-sensor estando disposto na primeira superfície do carro, e dois dos mesmos integrados em um segundo pacote-sensor estando disposto na segunda superfície do carro, pode fornecer percepção de um erro de retidão horizontal do carro perpendicular à direção guia, um erro de retidão vertical, um erro de arfagem, um erro de guinada e um erro de rolamento. Consequentemente, com a adição do instrumento de medição linear já existente para perceber a posição de acionamento do carro na direção do movimento linear, pode ser determinada a posição espacial e a orientação do carro - com seis graus de liberdade. Os deslocamentos determinados do carro da posição de rolamento habitual podem ser usados para corrigir diretamente a posição de acionamento do instrumento de medição linear, e/ou podem ser usados para corrigir as coordenadas espaciais do ponto de medição aproximado.

[0046] Portanto, de acordo com a invenção, firmeza baixa no guia, no carro e/ou nas junções pode ser compensada pelas medições de

Petição 870190064339, de 09/07/2019, pág. 26/51

15/31 deslocamento adicionais e, portanto, não irá impactar a precisão e sempre será possível calcular a verdadeira posição usando os 6 graus de informação de liberdade dos sensores de deslocamento. [0047] Além da fragilidade nas junções, dos desvios ou de uma falta de retidão no movimento, outra causa exemplificativa para deslocamentos do carro pode ser uma variação da força magnética dos motores de acionamento linear quando usados para acionar o carro ao longo dos guias.

[0048] Em suma, pela medição das distâncias entre o carro e o guia de acordo com a ideia da invenção, os deslocamentos - isto é, translação e rotação - do membro rolante (carro) podem ser facilmente percebidos e determinados. Como vantagem com relação ao estado da técnica, o método pode ser usado para compensar alterações estáticas (alterações introduzidas por atrito, etc) bem como efeitos dinâmicos.

[0049] Ademais, os erros com relação à posição de rolamento do membro rolante podem ser percebidos com muita precisão e podem ser aplicados para compensação sem avaliação complicada e processos de cálculo.

[0050] Os sensores de deslocamento podem ser especificamente projetados como sensores sem contato (por exemplo, ótico, capacitivo ou indutivo), uma vez que os mesmos não irão danificar as superfícies guia.

[0051] A invenção será agora explicada mais detalhadamente abaixo com referência aos exemplos de possíveis modalidades ilustradas esquematicamente nos desenhos, nos quais:

[0052] A figura 1 ilustra uma máquina de medição de coordenada

- tipo ponte exemplificativa - de acordo com a invenção;

[0053] A figura ilustra esquematicamente um mecanismo de acionamento linear (acionamento x) compreendendo - de acordo com a

Petição 870190064339, de 09/07/2019, pág. 27/51

16/31 invenção - um pacote-sensor com dois sensores de deslocamento, em que o pacote é disposto no carro x sendo linearmente móvel com relação à ponte que serve como guia;

[0054] A figura 3 ilustra esquematicamente outro mecanismo de acionamento linear (acionamento Y) compreendendo - de acordo com a invenção - um pacote-sensor com três sensores de deslocamento, em que o pacote é disposto no carro y do pé da ponte, o carro y senso suportado para movimento linear com relação à mesa de medição servido como guia;

[0055] A figura 4 ilustra uma vista lateral de um mecanismo de acionamento X com uma estrutura de suporte retangular da ponte servindo como guia, onde os sensores de deslocamento como partes dos pacotes-sensores são dispostos no carro X sendo linearmente móvel com relação à ponte;

[0056] A figura 5 ilustra uma vista frontal do mecanismo de acionamento linear X da figura 4;

[0057] A figura 6 ilustra - similarmente à figura 5 - outra vista frontal de um mecanismo de acionamento X com uma modalidade alternativa para o pacote-sensor;

[0058] A figura 7 ilustra - similarmente à figura 5 - outra vista frontal de um mecanismo de acionamento X com uma modalidade alternativa para o pacote-sensor;

[0059] A figura 8 ilustra - similarmente à figura 5 - outra vista frontal de um mecanismo de acionamento X com uma modalidade alternativa para o pacote-sensor;

[0060] A figura 9 ilustra uma vista lateral de uma CMM do tipo ponte, de acordo com a invenção, tendo vários pacotes-sensores instalados nos mecanismos de acionamento linear;

[0061] A figura 10 ilustra uma vista lateral de uma CMM do tipo ponte de sinalização, de acordo com a invenção, com pacotesPetição 870190064339, de 09/07/2019, pág. 28/51

17/31 sensores no mecanismo de acionamento linear; e [0062] A figura 11 ilustra uma vista frontal da CMM do tipo ponte de sinalização da figura 10.

[0063] Na figura 1, é descrita uma modalidade exemplificativa da máquina de medição de coordenada 1 de acordo com a invenção.

[0064] A máquina de medição de coordenada 1 tem uma base 3, na qual um portal 14 - sendo suportado por rolamentos - é disposto de maneira que possa ser movido na direção longitudinal (direção Y). O portal 14 tem duas pernas de portal 16, 18, que são conectadas por uma ponte 20 em suas extremidades superiores.

[0065] Um carro X 22, que pode ser acionado ao longo da ponte, isto é, em uma direção de espaço que conecta as duas pernas de portal 16, 18 (direção X), é colocado na ponte 20. Uma coluna aríete ou Z 24 pode ser deslocada em uma terceira direção de espaço (direção Z). Portanto, a coluna Z 24 é suportada para se mover na direção Z pelos rolamentos, por exemplo, rolamentos a ar, que são inteiriços com o carro X. As três direções de espaço A, Y e Z são preferivelmente ortogonais uma à outra, apesar disso não ser necessário para a presente invenção.

[0066] Em suma, a máquina de medição de coordenada 1 é construída para determinação de três coordenadas espaciais de um ponto de medição 13 em um objeto 12 a ser medido e, portanto, compreende três mecanismos de acionamento linear para provimento de mobilidade para a cabeça de sonda 6 relativa à base 3 na primeira, segunda e terceira direções (direção X, Y e Z).

[0067] Cada mecanismo de acionamento linear tem um guia linear, um na primeira, um na segunda e um na terceira direção (direção X, Y e Z), respectivamente. Especificamente, o guia linear do mecanismo de acionamento de direção Y é formado por duas superfícies de construção de borda da base 3, o guia linear o mecanismo de acionamento

Petição 870190064339, de 09/07/2019, pág. 29/51

18/31 de direção X é formado por duas ou três superfícies da ponte 20 e o guia linear do mecanismo de acionamento de direção Z é formado por um furo cúbico no membro do carro X.

[0068] Além disso, cada mecanismo de acionamento linear compreende um membro móvel sendo suportado para se mover ao longo do guia pelos rolamentos. Especificamente, o membro móvel do mecanismo de acionamento de direção X é incorporado como o carro Y 28 tendo superfícies que estão voltadas mutuamente com relação às superfícies guia acima mencionadas da base 3. O membro móvel do mecanismo de acionamento de direção X é incorporado como carro X 22 tendo superfícies voltadas mutuamente com relação às duas ou três superfícies guia acima mencionadas da ponte 20. E o membro móvel do mecanismo de acionamento de direção Z é formado pela coluna Z 24 tendo superfícies que estão voltadas mutuamente com relação às superfícies internas do furo cúbico do carro X 22.

[0069] Além disso, cada mecanismo de acionamento linear compreende um instrumento de medição linear para determinação de uma primeira, uma segunda ou uma terceira posição de acionamento, respectivamente, de cada membro móvel na primeira, na segunda ou na terceira direção (X, Y e Z), respectivamente.

[0070] Uma cabeça de sonda 6, na qual é disposto um estilo exemplificativo, é presa na extremidade livre inferior da coluna Z 24. O estilo é usado em uma maneira conhecida per se tocando o objeto 12 a ser medido. Contudo, a presente invenção não se restringe à máquina de medição de coordenada tátil e pode, do mesmo modo, ser usada para as máquinas de medição de coordenada, nas quais um ponto de medição é aproximado em uma maneira sem contato, isto é, por exemplo, uma máquina de medição de coordenada com uma cabeça de exame ótico. Especificamente, a cabeça de sonda 6 pode ser projetada para dispor uma sonda de contato, por exemplo, uma sonda de

Petição 870190064339, de 09/07/2019, pág. 30/51

19/31 varredura ou de apalpamento, ou uma sonda sem contato, particularmente uma sonda ótica, de capacitância ou indutância.

[0071] Além disso, a invenção não se restringe a uma máquina de medição de coordenada no projeto de ponte de portal, conforme aqui ilustrado. Pode ser igualmente usada para máquinas de medição de coordenada em projeto de ponte de sinalização, conforme descrito nas figuras 8 e 9, nas quais apenas a ponte 20 com dois suportes, funcionando como pés muito curtos, pode percorrer ao longo de dois trilhos fixos altamente colocados. Além disso, a invenção pode ser geralmente usada para todas as máquinas de medição de coordenada, por exemplo, do tipo ponte, tipo ponte L, tipo braço horizontal, tipo cantiléver, tipo ponte de sinalização, etc.

[0072] Nessa modalidade exemplificativa da figura 1, as pernas do portal 16, 18 têm um carro Y móvel 28 que permite o movimento do portal 14 - incluindo a ponte 20 - na direção Y.

[0073] Uma escala de medição 30Y sendo parte do instrumento de medição Y é representada esquematicamente no lado longo da base 3, em que a escala 30Y se estende paralela à direção Y. A escala pode ser uma escala de medição de vidro, por exemplo, tendo codificação com incremento ou absoluta, com a qual pode ser determinada uma posição de acionamento na direção Y do carro Y 28. Deve ser compreendido que o instrumento de medição pode, além disso, conter sensores adequados para ler a escala de medição 30Y, apesar de que, para simplicidade, os mesmos não são aqui representados. Contudo, deve ser salientado que a invenção não se restringe ao uso de escalas de medição de vidro, e, portanto, pode também usada com outros instrumentos de medição para registrar as posições de acionamento/rolamento dos membros móveis dos mecanismos de acionamento.

[0074] Outra escala de medição 30X é disposta paralela à direção

Petição 870190064339, de 09/07/2019, pág. 31/51

20/31

X na ponte 20. Finalmente, outra escala de medição 30z é também disposta paralela à direção Z no aríete Z 24. Por meio das escalas de medição 30X, 30Z como parte dos instrumentos de medição linear, é possível registrar as presentes posições de acionamento do carro X 22 na direção X e da coluna z 24 na direção Z metrologicamente em uma maneira que é conhecida per se.

[0075] Na modalidade ilustrada, a base 3 compreende uma mesa com uma placa de superfície de granito para suportar um objeto 12 a ser medido, na qual se pretende determinar as coordenadas espaciais do ponto de medição 13 são intencionadas.

[0076] Também está ilustrado uma unidade de controle e de cálculo 11, que é projetada para acionar os acionamentos da máquina de medição de coordenada 1, de maneira que a cabeça de sonda 6 percorra para o ponto de medição 13. Para operação manual, a unidade de controle 11 pode ser conectada a um console de usuário 32. Também é possível para a unidade de controle 11 abordar e medir automaticamente inteiramente os pontos de medição 13 do objeto 12 a ser medido.

[0077] A unidade de controle e de cálculo 11 contém um processador 34 e uma pluralidade de memórias 36, 38. Especificamente, a unidade de controle e de cálculo 11 é projetada para determinar as três coordenadas espaciais do ponto de medição 13 no objeto 12 como uma função pelo menos da primeira, da segunda e da terceira posição de acionamento dos três mecanismos de acionamento.

[0078] De acordo com a invenção, conforme ilustrado mais detalhadamente nas figuras que se seguem, pelo menos um mecanismo de acionamento linear também compreende pelo menos um pacotesensor, tendo pelo menos dois sensores de deslocamento para medir as distâncias do membro móvel para o guia em uma direção não paralela com relação à direção de acionamento, especificamente as dis

Petição 870190064339, de 09/07/2019, pág. 32/51

21/31 tâncias entre as superfícies voltadas uma para outra do membro móvel e o guia. Por meio disso, as distâncias percebidas indicam deslocamentos de translação e/ou de rotação do membro móvel de uma posição de rolamento habitual. Os deslocamentos podem ser, a saber, erros de retidão horizontal nos eixos geométricos (isto é um deslocamento em uma direção perpendicular à direção de percurso do carro), erros de retidão vertical nos eixos geométricos, erros de arfagem nos eixos geométricos, ou erros de guinada nos eixos geométricos e/ou erros de rolamento nos eixos geométricos.

[0079] Consequentemente, o deslocamento ou deslocamentos percebidos dessa maneira podem ser também usados, por exemplo, para • compensar diretamente erros de escala com relação à determinação das posições de percurso pelos instrumentos de medição linear e/ou • compensar os erros de retidão horizontal percebidos, os erros de arfagem, os erros de guinada e/ou os erros de rolamento dos membros móveis com relação ao cálculo da posição da cabeça de sonda pela unidade de controle e de cálculo 11 (isto é, ao derivar a coordenada espacial do ponto de medição no objeto a ser medido). [0080] Como o projeto das máquinas de medição de coordenada do tipo genérico, bem como o projeto dos diferentes guias lineares e dos diferentes instrumentos de medição linear são bem conhecidos daqueles versados na técnica, deve ser compreendido que podem ser feitas várias modificações e combinações das diferentes características. Todas essas modificações se encontram no escopo da invenção. [0081] A figura 2 ilustra um mecanismo de acionamento linear 2X na direção X, de acordo com a invenção, em que um pacote-sensor 10X compreendendo os sensores de deslocamento 91X, 92X, 93X é disposto no carro X (como o membro móvel 5X do mecanismo de aciPetição 870190064339, de 09/07/2019, pág. 33/51

22/31 onamento X 2X). O carro X é suportado para movimento linear com relação à ponte - que serve como guia linear 4X - pelos rolamentos. [0082] No mecanismo de acionamento X linear 2X, o pacotesensor 10X com seus sensores de deslocamento 91X, 92X, 93X é formado e disposto de maneira que possa ser percebida a distância de rolamento entre o carro X e a ponte (formando o suporte X ou a coluna X). Considerando as distâncias percebidas por dois sensores de deslocamento 91X, 92X entre o carro X e a superfície guia 4S1X da ponte, é possível medir uma translação de erro (isto é um deslocamento de translação) na direção Z, mas também será possível medir a alteração no ângulo (isto é, um deslocamento rotacional, que pode ser um erro de arfagem) entre o carro X e o suporte X, tomando a diferença entre as duas saídas de sensor. Se for considerada a saída do terceiro sensor 93X, será possível medir um deslocamento de translação e dois ângulos (por exemplo, um erro de arfagem e um de guinada). Se além dos três sensores acima mencionados - forem adicionados mais dois sensores de deslocamento na direção Y, será possível medir o movimento 6-DOF (seis graus de liberdade) completo do carro X em direção ao suporte X.

[0083] A disposição acima descrita de sensores de deslocamento no mecanismo de acionamento X pode ser também alternativa ou adicionalmente aplicada para outros mecanismos de acionamento da CMM, a saber, o mecanismo de acionamento Y (conforme ilustrado exemplificativamente na figura 3) e/ou o mecanismo de acionamento Z.

[0084] Referindo, especificamente, ao mecanismo de acionamento

Z, os sensores de deslocamento podem ser preferivelmente ajustados no guia do mecanismo de acionamento Z, em que o guia Z pode ser formado por um furo cúbico no membro do carro X, através do qual a coluna Z pode ser movida ao longo do eixo geométrico Z. Especifica

Petição 870190064339, de 09/07/2019, pág. 34/51

23/31 mente, os sensores de deslocamento podem ser ajustados na superfície interna guia do furo cúbico, de tal maneira que possam ser percebidas as distâncias (isto é, as distâncias de rolamento) para as superfícies mútuas voltadas uma para a outra da coluna Z (como o membro móvel).

[0085] A figura 3 ilustra outro mecanismo de acionamento linear

2Y na direção Y - de acordo com a invenção - com pacote-sensor 10Y e seus sensores de deslocamento integrados 91Y, 92Y dispostos no carro Y como o membro móvel 5Y do mecanismo de acionamento 2Y, em que o carro Y usualmente é parte, por exemplo, de um pé de portal. O carro Y é suportado para movimento linear com relação à mesa de medição pelos rolamentos a ar, em que a mesa de medição isto é, duas superfícies da mesa - serve como um guia 4Y para o carro Y. Os rolamentos a ar podem ser construídos em uma maneira conhecida per se, isto é, de maneira que seja gerada uma almofada de ar entre as superfícies voltadas uma para a outra mutuamente da mesa e do carro, em que a almofada de ar suporta o carro para mobilidade.

[0086] De acordo com a invenção, os sensores de deslocamento

91Y, 92Y podem ser ajustados no carro y de maneira similar à disposição dos sensores de deslocamento do mecanismo de acionamento X no carro X, conforme explicado acima com relação à figura 2.

[0087] No caso ilustrado, os sensores de deslocamento 91Y, 92Y são projetados para medir a distância entre o carro Y (por exemplo, pé do portal) e o guia do eixo geométrico Y formado por uma parte da mesa de medição (incluído uma borda da mesa).

[0088] Ajustando os cinco sensores (por exemplo, sendo integrados em dois pacotes-sensores) da mesma maneira, conforme explicado com relação à figura 2, será possível medir os seis movimentos DOF entre o carro Y e o eixo geométrico Y.

Petição 870190064339, de 09/07/2019, pág. 35/51

24/31 [0089] A figura 4 ilustra uma vista lateral do mecanismo de acionamento X linear 2X com uma estrutura de suporte retangular da ponte (ou suporte X) servindo como guia 4X, onde um primeiro pacotesensor 101X compreendendo os sensores de deslocamento 91X, 92X, 93X, 94X (onde 93X, 94X não estão descritos devido à perspectiva) e um segundo pacote-sensor 102X compreendendo os sensores de deslocamento 95X, 96X, estão dispostos no carro X (como o membro móvel 5X), sendo suportados para mobilidade linear com relação à ponte pelos rolamentos a ar 71X, 72X, 73X 74X.

[0090] Também esquematicamente ilustrado está um instrumento de medição linear 8X para determinação da posição de acionamento/percurso no carro X na direção X. Portanto, uma escala codificada e legível - como parte do instrumento de medição linear 8X - se estende paralela à direção X ao longo da ponte.

[0091] De acordo com a invenção, o primeiro pacote-sensor 101X é montado em uma primeira superfície interna 5S1X do carro X e o segundo pacote-sensor 102X é ajustado em uma segunda superfície interna 5S2X do carro X. A primeira e a segunda superfícies 5S1X, 5S2X do carro X estão voltadas para as superfícies externas 4S1X, 4S2X da estrutura de suporte retangular da ponte. Consequentemente, as superfícies externas 4S1X, 4S2X do suporte X servem como guia 4X para o carro X, em que os rolamentos a ar 71X, 72X, 73X 74X geram uma almofada de ar entre as superfície que estão voltadas uma para a outra mutuamente 4S1X, 4S2X, 5S1X, 5S2X para fornecer mobilidade guiada linearmente do carro X.

[0092] Cada sensor de deslocamento 91X, 92X, 93X, 94X, 95X,

96X é construído para medir uma distância do carro X para a superfície respectiva do suporte X, em uma direção sendo perpendicular à direção de percurso (direção X).

[0093] As distâncias percebidas indicam deslocamentos do carro

Petição 870190064339, de 09/07/2019, pág. 36/51

25/31 da posição de rolamento habitual. Em detalhes, os deslocamentos de translação nas direções Y e Z (isto é, os erros de retidão horizontal e vertical nas junções) e os deslocamentos rotacionais (isto é erros de arfagem, de guinada e de rolamento) podem ser indicados, determinados e compensados com relação ao cálculo das coordenadas espaciais do ponto de medição.

[0094] Apesar da figura 4 ilustrar exemplificativamente um mecanismo de acionamento linear com uma estrutura de suporte retangular da ponte, podem ser também aplicadas outros tipos alternativos de estruturas. Por exemplo, os eixos geométricos/suportes do mecanismo de acionamento podem ser alternativamente triangulares, cilíndricos ou de qualquer outro formato que permita mobilidade guiada linearmente, conforme conhecido daquele versado na técnica.

[0095] Na figura 5, é representada uma vista frontal do mecanismo de acionamento X linear 2X da figura 4.

[0096] Os quatro sensores de deslocamento descritos circularmente 91X, 92X, 93X, 94X são parte do primeiro pacote-sensor 101X e são fixados nas distâncias de medição do carro X na direção Y entre o carro X e a superfície da estrutura de suporte retangular se estendendo no plano XZ. A distância indica um deslocamento do carro na direção Y (erro de retidão horizontal), bem como ângulos de deslocamento entre o carro X e o plano XZ.

[0097] Os dois sensores de deslocamento 95X, 96X (onde é apenas visível um sensor 95X na figura 5) sendo parte do segundo pacote-sensor 102X e sendo colocado no topo do carro X (descrito com linhas tracejadas) medem as distâncias entre o carro X e a superfície superior da estrutura de suporte retangular que se estende no plano XY. As distâncias são medidas na direção Z e indicam um deslocamento do carro na direção Z (erro de retidão vertical), bem como um ângulo de deslocamento entre o carro X e o plano XY.

Petição 870190064339, de 09/07/2019, pág. 37/51

26/31 [0098] Usualmente, o carro X pode ser feito de alumínio ou aço/ferro e tem uma espessura de parede e firmeza adaptadas para a carga. Um material habitual do suporte X (ponte) pode ser alumínio, granito, cerâmica ou aço/ferro.

[0099] Os dois tipos mais comuns de rolamentos entre os membros móveis e os guias são os rolamentos a ar ou rolamentos mecânicos (por exemplo, circulação linear mais trilhos). Os rolamentos a ar fornecem a vantagem da ausência de atrito no movimento (que pode introduzir tipo diferente de erros, como erros de ângulo ou histerese). A desvantagem dos rolamentos a ar é que a firmeza é normalmente mais baixa do que nos rolamentos mecânicos, de maneira que possam ocorrer particularmente os erros dinâmicos. Nos tipos mecânicos, a firmeza no sistema de rolamento é normalmente mais alta, mas há atrito e as forças de atrito podem introduzir erros. Contudo, a invenção pode ser aplicada em ambos os tipos de rolamentos.

[00100] Se o sistema for ajustado com rolamentos a ar, os rolamentos podem ser particularmente colocados aproximadamente onde os sensores de deslocamento estão colocados na figura 5. Isso significa, em termos práticos, que os rolamentos deveriam ser espalhados tanto quanto possível, de maneira que a linha de base entre os rolamentos seja o mais longo possível. Tal arranjo dos rolamentos e dos sensores de deslocamento pode maximizar a firmeza para uma determinada pegada.

[00101] Portanto, uma maneira fácil de dispor os pacotes-sensores pode ser ajustando os mesmos no carro próximo aos rolamentos a ar (ou - no caso de rolamentos mecânicos - próximo às esferas de circulação).

[00102] Quando o carro X está se movendo ao longo do suporte X, o movimento 6-DOF completo do carro X pode assim ser medido. Especificamente,

Petição 870190064339, de 09/07/2019, pág. 38/51

27/31 • a escala 30X do instrumento de medição linear 2X é usada para medir a posição de percurso na direção X, • os dois sensores de deslocamento 95X, 96X no topo do carro X indica a retidão vertical (deslocamento na direção Z) e o passo X (ângulos entre o carro X e o plano XY), • os quatro sensores de deslocamento 9iX, 92X, 93X, 94X indicam a retidão horizontal (deslocamento na direção Y) e a guinada X (ângulo entre o carro e o plano XZ) e • uma combinação dos cinco sensores de deslocamento 9iX, 92X, 93X, 94X, 95X indica o rolo X (rotação ao redor do eixo geométrico x).

[00103] A disposição acima descrita dos sensores de deslocamento está ilustrada exemplificativamente referindo-se ao mecanismo de acionamento X da CMM. Contudo, pode ser também ou alternativamente aplicada em outros tipos de mecanismos de acionamento, a saber, mecanismo de acionamento Y e/ou mecanismo de acionamento Z.

[00104] A aplicação de tal ajuste - de acordo com a invenção permite compensação aperfeiçoada da fragilidade nos rolamentos/junções da CMM.

[00105] As figuras 6 e 7 ilustram - similarmente à figura 5 - vistas frontais adicionais de um mecanismo de acionamento X linear 2X com uma modalidade alternativa e projeto do pacote-sensor.

[00106] Na figura 6, o alojamento do pacote-sensor 101X interconecta rigidamente os três sensores de deslocamento 91X, 92X, 93X por uma estrutura de armação construída de três suportes de apoio de sustentação convergente do tipo raio. Os suportes de apoio podem consistir em ou compreender material invar ou fibra de carbono, de modo a permitir estabilidade geométrica alta e relação espacial constante dos sensores de deslocamento 91X, 92X, 93X com relação um ao outro.

Petição 870190064339, de 09/07/2019, pág. 39/51

28/31 [00107] A modalidade do pacote-sensor 101X ilustrada na figura 7 é muito similar à modalidade da figura 6, exceto pelo fato de que o alojamento é projetado ligeiramente diferente. As modalidades ilustradas nas figuras 6 e 7 possibilitam a otimização do ajuste entre a preocupação de que os sensores deveriam ser colocados no carro o mais afastado possível um do outro para aumentar a precisão para perceber os deslocamentos do carro e a preocupação de que os sensores deveriam ser colocados o mais próximo possível um do outro de modo a permitir melhor estabilidade geométrica entre os elementos de sensor (isto é, de modo a estar precisamente ciente da relação espacial dos sensores com relação um ao outro).

[00108] A figura 8 ilustra - similarmente à figura 5 - outra vista frontal de um mecanismo de acionamento X linear 2X com uma modalidade alternativa e maneira de arranjo dos sensores de deslocamento 91X, 92X, 93X. No caso ilustrado acima, os sensores de deslocamento descrito circularmente 91X, 92X, 93X são novamente integralmente construídos como um componente/pacote-sensor pré-calibrado 10X com três elementos de sensor 91X, 92X, 93X. Similarmente, também os sensores de deslocamento no topo co carro X são integralmente projetados como um pacote com dois elementos de sensor. Os elementos de sensor são projetados exemplificativamente como elementos de sensor capacitivo ou ótico. Tais elementos de sensor podem permitir o fácil alcance de uma percepção e precisão altas [00109] Conforme explicado mais detalhadamente acima, as vantagens com os pacotes-sensores integrais pré-calibrados 10 tendo dois ou três elementos de sensor de deslocamento são - dentre outros que os mesmos podem ser menos sensíveis à fragilidade no próprio carro e a montagem e calibragem dos pacotes-sensores - comparado à montagem dos sensores de deslocamento individuais - podem demandar menos esforço.

Petição 870190064339, de 09/07/2019, pág. 40/51

29/31 [00110] Uma solução prática para alcançar um desempenho dinâmico aperfeiçoado está descrito como se segue.

[00111] Para executar um mapeamento de erro (isto é uma calibragem com referência aos erros geométricos), conforme conhecido no estado da técnica, pode ser ajustado na máquina um equipamento de medição de calibragem especial para medir os movimentos DOF 6. Então a máquina é guiada para medir uma série de posições ao longo de cada eixo geométrico, em que para cada ponto de medição será realizada uma detecção de retidão linear (em duas direções ortogonais em direção a direção de movimento), arfagem, guinada e rolamento. Esse procedimento será feito para cada eixo geométrico, e também uma medição da ortogonalidade entre os eixos geométricos.

[00112] Adicionalmente, de acordo com a invenção, para cada posição de calibragem, os valores de medição dos sensores de deslocamento serão adicionados a uma tabela de calibragem.

[00113] Consequentemente, em um uso posterior da CMM, os componentes de erro alcançados observando a diferença entre os valores do sensor de deslocamento calibrado e os valores do sensor de deslocamento real serão empregados para compensar os erros geométricos reais (que podem, isto é, ser erros não repetitivos).

[00114] A figura 9 ilustra uma vista lateral de uma CMM tipo ponte 1 de acordo com a invenção.

[00115] Conforme explicado mais detalhadamente acima, os mecanismos de acionamento Y e X 2X, 2Y compreendem dois pacotessensores 101X, 102X, 101Y, 101Y com vários sensores de deslocamento, em que os pacotes-sensores de acionamento x 101X, 102X são colocados rentes aos rolamentos a ar 71Y, 72Y, 73Y, 74Y.

[00116] As saídas dos sensores de deslocamento no mecanismo de acionamento Y 2Y são usadas para indicar e determinar os deslocamentos de translação e de rotação ao redor do eixo geométrico Y. No

Petição 870190064339, de 09/07/2019, pág. 41/51

30/31 exemplo ilustrado, há três sensores de deslocamento que medem as distâncias entre o pé do portal e a superfície XY da mesa de medição. Ademais, há dois sensores de deslocamento medindo as distâncias entre o pé da superfície YZ da mesa de medição. Contudo, alternativamente ao projeto e à disposição dos pacotes-sensores ilustrados na figura 9, os pacotes-sensores do mecanismo de acionamento Y 2Y podem ser também projetados similarmente a um dos projetos ilustrados e explicados nas figuras de 5 a 8.

[00117] A figura 10 ilustra uma vista lateral e a figura 11 uma vista frontal de uma CMM do tipo ponte de sinalização 1 de acordo com a invenção, em que os sensores de deslocamento são dispostos exemplificativamente pelo menos no mecanismo de acionamento X linear.

[00118] Conforme ilustrado, uma CMM do tipo ponte de sinalização não tem pernas/pés móveis entre o Y/W - e o eixo geométrico (ou pelo menos as mesmas são muito curtas). O suporte X 60 é diretamente (isto é, sem ou apenas com pés muito curtos) suportado para movimento pelos rolamentos 71Y, 72Y na direção Y ao longo dos suportes Y e W 50, 62 que são transportados por quatro pilares 54, 56, 58. Os pilares são rigidamente montados em uma mesa de medição 62, conhecidos per se daquele versado na técnica. Ademais, há instrumentos de medição linear 8X, 8Y nos mecanismos de acionamento X, Y/W e Z (por simplicidade, apenas ilustrados nos mecanismos de acionamento Y/W).

[00119] De acordo com a ideia da invenção, a medição e a compensação para os erros de movimentos dinâmicos/geométricos entre os membros móveis e os guias dos acionamentos X, Y/W e Z podem também ser realizadas usando os sensores de deslocamento, conforme descrito acima com relação à CMM tipo ponte.

[00120] Apesar de a invenção ser ilustrada acima, parcialmente com referência a algumas modalidades preferidas, deve ser compre

Petição 870190064339, de 09/07/2019, pág. 42/51

31/31 endido que podem ser feitas várias modificações e combinações das diferentes características das modalidades. Todas essas modificações se encontram no escopo das concretizações em anexo.

Claims (12)

REIVINDICAÇÕES

1. Máquina de medição de coordenada (1) para determinação de pelo menos uma coordenada espacial de um ponto de medição (13) sobre um objeto (12) a ser medido, compreendendo:

• uma base fixa (3), • uma cabeça de sonda (6) sendo móvel com relação à base (3) • pelo menos um mecanismo de acionamento linear (2X, 2Y, 2Z) para provimento de mobilidade da cabeça de sonda (6) com relação à base (3) em uma primeira direção (X, Y, Z), o mecanismo de acionamento linear (2X, 2Y, 2Z) tendo • um guia linear (4X, 4Y) na primeira direção (X, Y, Z), • um membro móvel (5X, 5Y) sendo suportado para movimento ao longo do guia (4X, 4Y) por rolamentos (7iX, 72X, 7sX, 74X, 71Y, 72Y, 73Y, 74Y), e • um instrumento de medição linear (8X, 8Y) para determinação de uma primeira posição de acionamento do membro móvel (5X, 5Y) na primeira direção (X, Y, Z), e • uma unidade de cálculo (11) para determinação da coordenada espacial como uma função pelo menos da primeira posição de acionamento, caracterizada pelo fato de que • o mecanismo de acionamento linear (2X, 2Y, 2Z) também compreende pelo menos um primeiro pacote-sensor integral précalibrado (10iX, 102X, 10iY, 102Y) tendo pelo menos dois sensores de deslocamento (9iX, 92X, 9sX, 94X, 9õX, 9iY, 92Y, 9sY, 94Y, 9õY), cada um sendo construído para medir uma distância a partir do membro móvel (5X, 5Y) para o guia (4X, 4Y) em uma direção não paralela com relação à primeira direção (X, Y, Z), especificamente distâncias do rolamento entre superfícies que estão voltadas uma para a outra (4SiX,

Petição 870190064339, de 09/07/2019, pág. 44/51

2. Máquina de medição de coordenada (1), de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que os sensores de deslocamento (9iX, 92X, 93X, 94X, 9õX, 9iY, 92Y, 93Y, 94Y, 9õY) são construídos como sensor de distância óptico, capacitivo ou indutivo.

2/7

4S2X, 5SiX, 5S2X) do membro móvel (5X, 5Y) e o guia (4X, 4Y), sendo que o primeiro pacote-sensor integral (10iX, 102X, 10iY, 102Y) ◦ compreende um alojamento comum para unir de modo rigidamente os sensores de deslocamento (91X, 92X, 93X, 94X, 95X, 91Y, 92Y, 93Y, 94Y, 95Y) com uma relação espacial e geométrica precisamente conhecida dos sensores de deslocamento (9iX, 92X, 9sX, 94X, 95X, 9iY, 92Y, 93Y, 94Y, 95Y) com relação um ao outro, e ◦ é construído modular e forma um componente coerente, de tal maneira que possa ser montado e removido da máquina de medição de coordenada (1) em bloco, sendo que as distâncias percebidas indicam ◦ um deslocamento de translação do membro móvel (5X, 5Y) a partir de uma posição de rolamento habitual em uma direção perpendicular à primeira direção (X, Y, Z) e ◦ um deslocamento rotacional do membro móvel (5X, 5Y), e • a coordenada espacial é determinada pela unidade de cálculo (11) também dependente dos deslocamentos indicados.

3/7 meira e segunda superfícies (5SiX, 5S2X) voltadas uma para a outra mutuamente em direção às duas superfícies (4SiX, 4S2X) do guia linear (4X, 4Y), particularmente sendo que uma almofada de ar está entre as superfícies voltadas uma para a outra mutuamente (4SiX, 5SiX) e as segundas superfícies voltadas uma para a outra mutuamente (4S2X, 5S2X).

3. Máquina de medição de coordenada (1), de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizada pelo fato de que os rolamentos (7iX, 72X, 73X, 74X, 71Y, 72Y, 73Y, 74Y) são construídos como rolamentos a ar.

4/7 paralelo à primeira direção, um eixo geométrico é perpendicular à primeira superfície e um eixo geométrico é perpendicular à segunda superfície do membro móvel (5X, 5Y), • sendo que a coordenada espacial é determinada também dependente dos dois deslocamentos de translação e dos três deslocamentos de rotação.

4. Máquina de medição de coordenada (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizada pelo fato de que o guia linear (4X, 4Y) compreende uma primeira e uma segunda superfície (4SiX, 4S2X) construindo uma borda paralela com a primeira direção (X, Y, Z), sendo que o membro móvel (5X, 5Y) tem pri

Petição 870190064339, de 09/07/2019, pág. 45/51

5/7 acionamento, respectivamente, do membro móvel (5X, 5Y) na primeira, na segunda ou na terceira direção (X, Y, Z), respectivamente, e ◦ pelo menos um pacote-sensor integral pré-calibrado (10iX, 102X, 10iY, 102Y) compreendendo pelo menos dois sensores de deslocamento (9iX, 92X, 93X, 94X, 95X, 9iY, 92Y, 93Y, 94Y, 95Y), para indicar pelo menos um deslocamento de translação e um de rotação, em particular dois deslocamentos de translação e três de rotação do membro móvel (5X, 5Y) a partir de uma posição de rolamento habitual, • sendo que a unidade de cálculo é projetada para determinar as três coordenadas espaciais como uma função da primeira, da segunda e da terceira posição de acionamento e os deslocamentos percebidos de cada membro móvel (5X, 5Y).

5. Máquina de medição de coordenada (1), de acordo com a reivindicação 4, caracterizada pelo fato de que o primeiro pacotesensor integral (101X, 102X), compreende três sensores de deslocamento (91X, 92X, 93X, 91Y, 92Y, 93Y) e está disposto sobre a primeira superfície (5S1X) do membro móvel (5X, 5Y) para medir as três distâncias a partir da primeira superfície (5S1X) do membro móvel (5X, 5Y) à primeira superfície (4S1X) do guia (4X, 4Y).

6/7 perfície de granito para suportar o objeto a ser medido.

6. Máquina de medição de coordenada (1), de acordo com a reivindicação 5, caracterizada pelo fato de que • o segundo pacote-sensor integral (101Y, 102Y), compreendendo pelo menos dois sensores de deslocamento (94X, 95X, 94Y, 95Y) está disposto sobre a segunda superfície (5S2X) do membro móvel (5X, 5Y) para medir duas distâncias a partir da segunda superfície (5S2X) do membro móvel (5X, 5Y) à segunda superfície (4S2X) do guia (4X, 4Y), • sendo que as distâncias percebidas pelos sensores de deslocamento do primeiro e do segundo pacotes-sensores integrais (101X, 102X, 101Y, 102Y) indicam ◦ dois deslocamentos de translação do membro móvel (5X, 5Y) a partir de uma posição de rolamento habitual nas duas direções, das quais uma é perpendicular à primeira e a outra é perpendicular à segunda superfície do membro móvel (5X, 5Y) e ◦ três deslocamentos rotacionais do membro móvel (5X, 5Y) ao redor de três eixos geométricos, dos quais um eixo geométrico é

Petição 870190064339, de 09/07/2019, pág. 46/51

7/7 dição de coordenada (1) em bloco, as duas distâncias particularmente sendo distâncias de rolamento entre superfícies voltadas uma para a outra do membro móvel (5X, 5Y) e do guia (4X, 4Y), sendo que as distâncias percebidas indicam pelo menos um deslocamento de translação real do membro móvel (5X, 5Y) a partir de uma posição de rolamento habitual em uma direção perpendicular à primeira direção (X, Y, Z), bem como um deslocamento de rotação do membro móvel (5X, 5Y), e • compensa os erros, particularmente fragilidades nos rolamentos, pelo uso de pelo menos os deslocamentos reais determinados do membro móvel (5X, 5Y).

7. Máquina de medição de coordenada (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizada pelo fato de que o alojamento do pacote-sensor (10iX, 102X, 10iY, 102Y) compreende uma estrutura de armação construída a partir de suportes de apoio, particularmente sendo que o alojamento ou a estrutura de armação pode consistir em ou compreender material de invar ou de fibra de carbono, para permitir estabilidade geométrica alta e relação espacial constante dos sensores de deslocamento com relação um ao outro.

8. Máquina de medição de coordenada (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizada pelo fato de que a máquina de medição de coordenada (1) é construída para determinação de três coordenadas espaciais do ponto de medição (13) e compreende • três mecanismos de acionamento linear (2X, 2Y, 2Z) para provimento de mobilidade da cabeça de sonda (6) com relação à base (3) na primeira, em uma segunda e em uma terceira direção (X, Y, Z), cada mecanismo de acionamento linear (2X, 2Y, 2Z) tendo ◦ um guia linear (4X, 4Y) na primeira, na segunda, respectivamente, na terceira direção (X, Y, Z), ◦ um membro móvel (5X, 5Y) sendo suportado para movimento ao longo do guia (4X, 4Y) por rolamentos, ◦ um instrumento de medição linear (8X, 8Y) para determinação da primeira, de uma segunda ou de uma terceira posição de

Petição 870190064339, de 09/07/2019, pág. 47/51

9. Máquina de medição de coordenada (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizada pelo fato de que a máquina de medição de coordenada (1) é projetada de acordo com um dos seguintes estilos:

• tipo ponte, • tipo ponte em L, • tipo de braço horizontal, • tipo cantiléver, • tipo ponte de sinalização.

10. Máquina de medição de coordenada (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizada pelo fato de que • uma sonda de contato, particularmente uma sonda de apalpamento ou uma sonda de varredura particularmente uma sonda ótica, de capacitância ou de indução, é disposta na cabeça de sonda (6) e/ou • a base (3) compreende uma mesa com uma placa de su-

Petição 870190064339, de 09/07/2019, pág. 48/51

11. Método de compensação de erros em uma máquina de medição de coordenada (1), como definida em qualquer uma das reivindicações 1 a 10, que determina pelo menos uma coordenada espacial de um ponto de medição (13) em um objeto (12) a ser medido, a máquina de medição de coordenada (1) tendo • pelo menos um mecanismo de acionamento linear (2X, 2Y, 2Z) para provimento de mobilidade de uma cabeça de sonda (6) em uma primeira direção (X, Y,Z), com ◦ um guia linear (4X, 4Y) na primeira direção (X, Y, Z), ◦ um membro móvel (5X, 5Y) sendo suportado para movimento ao longo do guia (4X, 4Y) por rolamentos e ◦ um instrumento de medição linear (8X, 8Y) para determinar uma primeira posição de acionamento do membro móvel na primeira direção (X, Y, Z), caracterizado pelo fato de que • mede pelo menos duas distâncias a partir do membro móvel (5X, 5Y) para o guia (4X, 4Y) em uma direção não paralela com relação à primeira direção (X) pelo uso de pelo menos um pacotesensor integral pré-calibrado (10iX, 102X, 10iY, 102Y) tendo pelo menos dois sensores de deslocamento (9iX, 92X, 9sX, 94X, 9õX, 9iY, 92Y, 9sY, 94Y, 9õY), sendo que o primeiro pacote-sensor integral (10iX, 1O2X, 10iY, 1O2Y) ◦ compreende um alojamento comum para unir de modo rigidamente os sensores de deslocamento (91X, 92X, 93X, 94X, 95X, 91Y, 92Y, 93Y, 94Y, 95Y) com uma relação espacial e geométrica precisamente conhecida dos sensores de deslocamento (9iX, 92X, 9sX, 94X, 9õX, 9iY, 92Y, 9sY, 94Y, 9õY) com relação um ao outro, e ◦ é construído modular e forma um componente coerente, de tal maneira que possa ser montado e removido da máquina de me-

Petição 870190064339, de 09/07/2019, pág. 49/51

12. Método de determinação de pelo menos uma coordenada espacial de um ponto de medição (13) sobre um objeto (12) a ser medido usando uma máquina de medição de coordenada (1) tendo • pelo menos um mecanismo de acionamento linear (2X, 2Y, 2Z) para provimento de mobilidade de uma cabeça de sonda (6) em uma primeira direção (X, Y, Z), com ◦ um guia linear (4X, 4Y) na primeira direção (X, Y, Z), ◦ um membro móvel (5X, 5Y) sendo suportado para movimento ao longo do guia (4X, 4Y) por rolamentos e ◦ um instrumento de medição linear (8X, 8Y) para determinação de uma primeira posição de acionamento do membro móvel na primeira direção (X, Y, Z), sendo que a coordenada espacial é determinada como uma função pelo menos da primeira posição de acionamento e sendo que erros são compensados pelo método, como definido na reivindicação 11.