JPH03503799A

JPH03503799A - 機械の検出手段の温度補正装置

Info

Publication number: JPH03503799A
Application number: JP63509123A
Authority: JP
Inventors: マッケーブ，ウィリアム・ジェイ; ペシコヴ，ヴィタリー・アイ
Original assignee: ブラウン・アンド・シャープ・マニュファクチャリング・カンパニー
Priority date: 1987-10-09
Filing date: 1988-09-30
Publication date: 1991-08-22
Also published as: EP0381703A1; US4815213A; BR8807732A; EP0381703A4; WO1989003506A1

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】機械の検出手段の温度補正装置発明の分野本発明は全体として、座標測定機械における温度変化を補正する装置、特に、機械構造体の異なる部品の熱膨張係数の差を補正する装置に関する。

発明の背景座標測定機械は機械部品のような被加工物の寸法検査のために頻繁に使用されている。被加工物はテーブルに固着され、測定プローブが可動ラムに固着される。

加工物上のある一点を測定するためには、プローブはその点に接触され、機械のＸ１Ｙ及びＺ測定スケールを読み取る。典型的には、このプローブは水平面内にても可動である重置方向に可動の２−レールに取り付けられる。このため、グローブは三次元的に動かして、測定しようとする被加工物に接触させる。典型的Ｉ；は、Ｘ％Ｙ及び２軸座標は各々、関係するスケール、及び十字線を有するエンコーダを使用して測定される。エンコーダ又はスケールの何れか一方は関係するレール上に直接取り付けることが出来る一方、その他方のエンコーダ及びスケールは隣接する支持体に取り付けられる。

多くの従来技術の座標測定機械は制御された一定温度の環境下にて使用するために設計されており、そのため、その温度にて一亘較正されたならば、温度ｊこ起因する誤差は問題されない。しかし、これらの機械の使用は厳しく制約されているため、これら機械を制御された環境にて使用する。二とが常に可能であるとは限らない。座標測定機械が温度の異なる非制御環境下にて使用するために設計されている場合、その機械が一つの温度環境下にてのみ使用し得るように較正されたならば、異なる温度環境下にてその機械を使用したとき、測定値に制御されない誤差が生じる。２座標読取り値の誤差が最も一般的である。誤差の程度は温度の変化に比例する。Ｚ−座標の読取り値におけるこれらの誤差は各被加工物支持体、グローブ及びＺ−レール支持体を製造するのに使用される異なる材料に起因する。材料が異なるため、これら構成要素の各々は異なる熱膨張係数を有し、そのため、温度変化ｌ；よりこれら各構ｔ、要素に異なる程度の膨張を生じさせる。その結果、かかる温度変化により、プローブが被加工物支持体（即ち原点）に接触しているとき、「零シフト」という現象である２−座標読取り値の変化が生じる。原点のかかる変化により被加工物の一点のみ、又は測定しようとする距離の一端を任意の一時点にて測定しようとするとき、全ての２−座標の測定値に対応する誤差が生じる。エンコーダ又はスケールを使用する場合、この変化はスケール及びエンコーダが相互ｌこ動くことｌ二より生ずる。

「零シフト」を補正することは、特に温度が不断に変化する場合に極めて困難である。部品の原点はマイクロプロセッサ制御装置ｆｌこより、機械的に又は自動的に各温度変動毎に連続的に再設定し直さなければならない。しかし、こうした解決手段の結果、不必要に著しい遅延が生じ、実際の測定過程中に生じる温度の変化を直ちに補正することが出来ない。

原点を連続的に再設定し直しする必要がなく、通常の温度環境の範囲内の任意の温度にて使用し得る座標測定機械を提供することが望ましい。又、測定過程中に生じるいかなる温度変化をもそれ自体にて自動的に補正する座標測定機械を提供することも望ましい。又、周囲温度に関係なく、高度に正確であるＺ−座標測定値を提供する座標測定機械を提供することが望ましい。

本発明の目的は周囲温度に関係なく、極めて正確な読なＺ−ＩＬ！標測標値定値供し得る座標測定機械を提供することである。

本発明のさらに別の目的は周囲温度の変化を自動的に補正する座標測定機械を提供することである。

本発明のさらに別の目的は測定装置に対する座標測定ＩＩＩｖｃの基準面の温度に起因する変化を補正する装置を提供することである。

本発明のさらに具体的な目的はｚ−ｉ標測定のため、エンコーダ及びスケールがその上メ；取り付けられた座標測定機械の異なる部品の熱膨張係数の差を補正する装置を提供することである。

光１Ｆと１夏− 上記及びその他の目的に従って、本発明は全体として、機械構造体の異なる構成要素が異なる熱膨張係数を宵する材料にて形成される、座標測定機械における「零シフト」を回避するため、周囲温度の変化を自動的に補正する装置に関する。

これら及びその他の目的並びｊ二利点は、Ｚ軸を含む、読み取ろうとする座標軸の測定スケールと共に、構造体を形成する構成要素の材料よりもはるかに大きいか又ははるかに小さいかの何れかである熱膨張係数を有するマウントを機械構造体内に使用し、機械構造体の異なる構成要素の膨張及び収縮がある温度領域にｉっ゛Ｃ均〜化されるようにすること！こより達成される。かかる構造体は測定せんとする軸の「零シフト」を回避する。

マウントの正確な性質、マウントの長さ、及びマウントを形成するための材料はそのマウントが使用される座標測定機械の特別の構造体いかんによって決まる。

好適な実施例において、２−１７−ルの２−座標測定は十字線及びスケールと共にエンコー・ダを使用して行われる。エンコーダ又はスケールの一方は２−レールに直接固層することが出来る一方、その他方は架橋構造体、特に、２−レールを支持するハウジング上に取り付けられる。典型的に、スケールは２−レールに直接取り付けられる一方、エンコーダは架橋構造体上に取り付けられる。

このマウントはスケール又はエンコーダの何れか一方と共に使用することが出来る。本発明のマウントはアルミニウム製架橋構造体の熱膨張係数と、グラナイト系鋼製構成要素及びその他各種の部品の熱膨張係数との差を補正する。鋼製構成要素は基部支持体の各種の部分、エンコーダの支持ワイヤー、グローブ、及び空気支承構成要素を含む。−冥施例Ｉ：おいて、マウントはアルミニウム製架橋構造体の熱膨張係数よりもはるかに小さい熱膨張係数を有する、インバーのような材料から成る。インバー製マウントは架橋構造体上のエンコーダ、又は２−レール上のスケール、Ｚ−レール上のエンコーダ、又は架橋ｔＲ？ｉ体上のスケールの何れかと共に使用することが出来る。マウントの正確な高さ又は長さはエンコーダと関係する架橋構造体の高さ、及び熱膨張係数及びＺ−レール、グローブ、グラナイト系及びその他上述の鋼製構成要素を含む、スケールと協働する機械の各構成要素の熱膨張係数から決定することが出来る。

本発明の別の実施例において、アルミニウムよりもはるかに大きい熱膨張係数を有する、亜鉛合金のような材料がマウントに使用される。この実施例において、マウントは架橋構造体から下方に垂下し、エンコーダは下端から懸垂している。

最後に、第３の冥施例において、より大きい熱膨張係数を有する材料及びより小さい熱膨張係数を有する材料の双方が使用される。この９１施例の結果、よりコンパクトな構造となる。マウントは架橋構造体に固定され、架橋体の上のキャリッジに直接取り付けられた熱膨張係数の小さいアームと、この熱膨張係数の小さいアームに結合され、下方の末梢端からエンコーダを支持する熱膨張係数の大きいアームという２つのアームを有している。

同一の思想を利用して、Ｘ％ＹＭ座原を決定するのに使用された関係するエンコーダ及びスケールＪ：対する「零シフト」を防止する。

本発明の座標測定機械は温度変化を自動的に補正するものであり、従って、Ｘ、Ｙ及び２座標読取り値は測定を行う温度に関係なく、約Ｏｃｃ乃至約４０　ｃＣの領域内の温度にてテーブルの高さにおいて常に極めて正確である。原点は測定前又は測定中の河れにおいてもいかなる温度変化に対しても再設定し直しする必要はない。

図面の説明本発明の目的、利点及び特徴は添付図面を参照しながら、以下の詳細な説明を読むことにより、より一層明確に理解されよう。

第１図は本発明を利用する座標測定機械を示す説明図的な斜視図、第２図は第１図の線２−２に沿った本発明の座標測定機械の部分断面図、ｖｇ３図はＭ２図の方向３−３に向けた本発明のスケール及びエンコーダの正面図、第４図は本発明の一実施例を示す第１図の座標測定機械の断面略側面図、第５図は２−レール組立体、及び第４図の２−レール支持組立体の略図、第６図は本発明の別の実施例を示す第１図の座標測定機械の断面略側面図、募７図は本発明の第３の実施例を示す第１図の座標測定機械の断面略側面図、第８図は本発明の第４の実施例を示す第１１１ｉｆｆｌの座標測定機械の断面側面図、落９図は本発明の第５の実施例を示す座標測定機械の断面略側面図、第１０図は第１図の線１０−１０に沿った部分断面図、第１１図は第１図の線１１−１１に沿つｌ二部分断面図である。

好適実施例の詳細な説明次ｌ：図面、特に、第１図乃至第３図を参照しながら、本発明の温度補正マウントを内蔵する座標測定機械について説明する。機械１０は基部組立体１２と、架橋体１４と、及びキャリッジ１６とを備えている。キャリッジ１６はＸ〜レール２０上の案内路に沿って水平方向に、又はＸ方向に可動である。Ｘ−レール２０は垂直方向支持部材２２．２４により担持され、これら支持部材２２．２４はＸ −レール２０と共に、底部組立体１２上に取り付けられたＹ−レール２６．２８に沿ってＹ方向に可動である架橋体１４を形成する。Ｚ−レール３０はキャリッジ１６上に支持され架橋体１４の正面側１９上のキャリッジ１６内の軸受けを介して垂直方向、又は２一方向に動く。典型的には、つり合い重なり（図示せず）が２−レール３００重量を支持し、該レール３０の自由な垂直方向への動きを許容する。Ｚ−レール３０はその下方末梢端にプローブ１８を担持する。プローブ１８は被加工物２３の表面上の点と接触し、機械によるこれら点の座標の測定を許容する。好適な９！施例において、基部組立体１２はＹ−レール２６．２８を担持する下方支持基部３２と、及び及び断熱状態にて支持基部３２上に取り付けられたグラナイト製ブロック３４とを備えている。全体の機械が支持基部３２の下側に取り付けられｔ；足部３３（第４図）により支持されている。

スケールは各運動方向と関係し、被加工物上の選択された点の座標を求める。スケール３６は２方向の動きと関係される一方、スケール１２０はＸ方向の動きと関係し、スケール１３０はＸ方向の動きと関係する。各スケールの読取り値は異なる熱膨張係数を有する機械の異なる構成要素に起因し、温度変化の結果、異なる速度にて及び異なる程度だけ異なる構成要素を膨張させ、又は収縮させる機械の歪みを含む各種の原因に基づく誤差を生じさせる。誤差の一つの特別の原因はキャリッジ１６のＸ−レール２０に対する２−レール３０の変位を測定することにより２−座標の測定中に発見される。

例えば、第１図に示すような典型的な座標測定機械において、支持部材２２．２４、レール２０．２６．２８及び３０、下方基部３２、及びプローブ１８は異なる熱膨張係数を有する異なる材料にて形成される。支持部材２２．２４、Ｘ−レール２０、Ｙ−レール２６．２８、支持基部３２、及びＺ−レール３０は全て典型的にはアルミニウムから成る。このアルミニウムは約＋３Ｘ　１０−’インチ／インチ／１１Ｆの熱膨張係数を有している。プローブ１８は典型的に約８．３インチ／インチ／’Ｆの熱膨張係数を有する鋼にて形成される。基部３４は典型的に約３．７ＸＩＯ−・インチ／インチ／″Ｆの熱膨張係数を宵するグラナイトにて形成される。２−座標測定装置を支持する機械の構成要素の材料と２−座標の実際の測定に関係する機械の構成要素との間に熱膨張係数の不適合が生じる。

所定の温度変化の結果、プローブ１８が基部３４上に着座するならば、「零シフト」として公知のＺ−スケール読取り値に変動が生じ、これが適正に補正されなかったならば、全ての２−座標測定値に誤差が生じる。この問題点は垂ｌ又は２一方向の座標測定機械を備える幾つかの異なる材料が存在することにより、Ｚ− 軸において特に顕著である。Ｘ又はＹ方向に対しては、この特別の機械の構成要素は均一な成分から成るため、これらの方向に対してこの問題点はそれ程大きくない。膨張の差がほとんど、又は全く生じない場合、温度に起因する誤差は最小となる。

座標測定機械においてＺ座標を測定する典型的な装置が第２図、第３図及び第４図に図示されている。Ｚ−レール３０はその外面上に取り付けられたスケール３６を担持している。キャリッジ１６に固着された支持体４２に取り付けられたマウント４０によりエンコーダ３８がスケール３６と直接対向する、該スケール３６と離間して対面状に配設されている。＠２ｒ！Ａ、第３図及び第４図において、スケール３６はＺ−レール３０上に取り付けられて図示されている一方、エンコーダ３８はキャリッジ１６上に取り付けて図示されているが、これら２つの構成要素の位置は逆にし、スケール３６はキャリッジ１６に対して固定状態に取り付ける一方、エンコーダ３８はＺ−レール３０に固着することが出来る。第２図、第３図及び第４図に示した実施例において、スケール３６は架橋体１４の正面側部に対面する２−レール３０の片側に配設される。一方、マウント４０はハウジング１７の内面に固着される。しかし、スケール３６及びエンコーダ３８は又、図示するように、第１図１；て架橋体１４の正面側部１９に対面する２−レール３０の左側又は右側部河れかにて、又は架橋体１４の正面側から反対方向ヲ向いたＺ−レール３０の側部番こて整合させることが出来る。ワイヤー５０がエンコーダ３８から従来のマイクロセ／す回路まで伸長する。典型的には、スケール３６はガラススケールであり、エンコーダ３８は十字線を有する反射型エンコーダである。

好適な実施例において、マウント４ｏは第２図及び第３図！：図示するように、典型的に、柱４４、柱４４から横方向外方に伸長するアーム４６、及びアーム４６がら下方に垂下するロッド４８を備えている。エンコーダ３８はロッド４Ｂの下端又は末梢端に固着される。柱４４は約室温、即ち、２０’（！にてアルミニウムの熱膨張係数よりもはるかに小さい熱膨張係数を有する材料にて形成される。Ｍ５図に略図で示すようｌ；、第２図乃至第４図に図示した形態にて、機械を支持する２−レール３０の構成要素、即ち、部材２２．２４、Ｘ−レール２０及びＹ−レール２６．２８の主たる材料はアルミニウムである。

機械の２座標測定構成要素、即ち、ブロック３４、プローグ１８．及び２−レール３０の主たる材料はそれぞれ、グラナイト、鋼及びアルミニウムである。アルミニウムの黙ｗｇｋ係数は鋼及びグラナイト各々の熱膨張係数よりも大きいため、キャリッジ１８上の柱４４は構成要素を支持する２−レール３０のより大きい膨張速度及び程度を補正することが必要である。アーム４６は十分な強度及び剛性を有する任意の材料！こて形成することが出来、典型的には、鋼にてＮＩ成される。ロッド４Ｂも又、典型的には、鋼にて形成される。

スケール３６は２−レール３０１：固着される。スケール３６の上端３７はｌｉ！Ｉｆ性な接着剤４１により一２レール３０の表面３９に直接取り付けられる。

その下方部分は発泡裏当て材５２上に取り付けることが望ましく、該材料５２はＺ−レール３０上に取り付ける。材料５２はスケール３６をＺ−レール３０から熱的に絶縁し、スケール３６の幾分独立的な膨張及び収縮を許容する。スケール３６はその上端にて２−レール３０への取り付は箇所から膨張し収縮する。好適な実施例において、材料５２はスケール３６が被加工物と同一の速度にて膨張し収縮するよ−）ｌ：選択される。被加工物が鋼製である場合、スケール３６はガラスにて形成し、材料５２はアクリル系接着剤を使用する連続気泡ポリエチレン発泡体とすることが出来る。発泡体の肉厚はスケール３６が鋼製の被加工物と同一の膨張速度を付与されるように選択する。このよう！ニして、被加工物における温度変化の影響が自動的に補正される。

柱４４の長さ、又は垂鷹方向高さは幾つかの変数により決まり、本発明が採用される各特別の座標測定機械に対して決定されなければならない。柱４４のこの長さの計算については関係する思想をグラフで示す第４図及び第５図に関して説明する。Ｍ５図には、エンコーダ３８を支持する機械の垂直方向柱５４の構成要素が図示されている。理解されるように、柱５４はＹ−レール２６、支持部材２２、Ｘ−レール２０．柱４４、及びロッド４８を備えている。Ｙ−レール２６、支持部材２２、及びＸ−レール２０は全てアルミニラムノこで形成され、第５図に図示するように、柱５４のアルミニウム製の構成要素として形成される。柱４４はアルミニウムの熱膨張係数よりも著しく小さい熱膨張係数を有する材料から成り、柱５４の別の構成要素として図示されている。鋼製ロッド４８はアーム４６から垂下するため、柱４４とは反対方向に膨張し又は収縮し、ロッド４８は柱５４の他の構成要素に対して偏心される。スケール３６は第５図の柱５６により支持される。柱５６はブロック３４、プローグ１８、及び２−レール３０を備えている。ブロック３４は典型的には、グラナイトから成り、プローグ１８は典型的には鋼から成る一方、２−レール３０はアルミニウムにて形成される。

柱４４の長さは以下に示すように計算することが出来る。プローグはブロック３４上に着座する状態にて２−レール３０がその零位置にあるとき、エンコーダ３８はスケール３６に対する位置が相対的に変化することが望ましいため、所定の温度変化Δ、に対して、柱３６の高さの全変化が柱５６の高さの全変化に等しいようにする必要がある。故に、Δ、、にて示した柱５４の高さの変化は次式から求めることが出来る。

Δ＄４””Ａ”−Δ’−１−Ｌ、、ｏｃ、４Δ−Ｌ、Ｏｅ、Δ“ここで、ｃｃ４．は柱４４の熱膨張係数であり、ＬＡは柱５４のアルミニウム製構成要素の長さに等しい一方、Ｌ、は柱５４の鋼製構成要素の長さに等しく、ズ４、ズ８、及びへ４．はそれぞれアルミニウム、鋼、及び柱４４の熱膨張係数を示す。同様にして、柱５６に対して、Δ１．は次のように求めることが出来る。

Δ、、ｗＬ、ｅ＋ｅ、Δ”十”、ｃｘ−Δ”１ｍ”Ａｅｃ、Δ１ここで、Ｌｌは柱５６のグラナイト構成要素の高さを示し、ＱＣ，はグラナイトの熱膨張係数を示す。プライム符号は柱５６のアルミニウム及び鋼の長さを示す。２つの柱の高さの変化は「零シフト」無しの場合と等しくなければならないから、Δ３．はΔ ３．に等しく、次式が成立することを要する。

ＬＡ閃＾＋Ｌ４４“４番−−“、　ｍ　’ｇ工、十”、“、十”＾“＾この等式は柱４４の長さに対して解くことが出来る。

好適な実施例において、第１図乃至第４図の柱４４はインバー合金にて形成される。好適な合金はカーベンターテクノロジーコーポレーシオン（Ｃ１ｒｐｅｎｔｅｒ　Ｔｅｃｈｎａｌ。

Ｂ　Ｃｏｒｐｏｒｘｊｉｏｎ）から購入することの出来るインバー３６である。

好適なインバー合金は０．７ＸＩＯ−’インチ／インチ７６Ｆの熱膨張係数を有している。柱４４用の別の許容し得る材料はスコツトオプティカルグラスカンパニー（Ｓｅｏｔｔ　０ｐｔｉｃａｌ　Ｇｌａｓｓ　Ｃｏ＋ａｐｕ＋ｙ）から購入出来る２ＥＲＯＤＵＲなる商標で販売されているシリカガラス材料である。このＺＥＲＯＤ［ｌＲは０．２ｘｌＯ−’インチ／イ／チ／’Ｆ（７）熱膨張係数を有している。柱４４用の別の許容し得る材料は０．３ｘｌＯ−’インチ／インチ／″Ｆの熱膨張係数を有するシリカガラス材料である。グラファイトも又柱４４用に許容可能な材料であり、これは０．０６ｘｌＧ−’インチ／インチ／’Ｆの熱膨張係数を有する。柱４４用の別の許容し得る材料は４．３ｘｌＯ弓インチ／インチ／″Ｆの熱膨張係数を有するアルミナセラミックである。上述の熱膨張係数は全て約２０’Ｏの温度にて測定したものである。

第１図の座標測定機械の一実施例において、２−レール３０はプローブ１８からエンコーダ３８まで約６３０ｍｍの長さを有している。プローブ１８の長さくポールを含む）は約３インチであり、グローブ１８の端部におけるポールの直径は約１／２インチである。かかる機械の場合、柱４４はそれぞれの材料について経験的に求めた次の長さを有している。インバー３６−１１０ｍｍ；　２ＥＲＯＤＵＲ−７６，６ｍ＋ａ：ンリカガラスー７７．３ｆｆｉｍ：　グラファイト−７５，７ａｚ：及びアルミナセラミックー１１７．４＋ａｍ。

アルミニュムの熱膨張係数よりも著しく小さい熱膨張係数を有する材料から成るマウント４０の別の形態が第６図及びｇ７ｃ！：ｉに図示されている。該当する場合、同様の部品は同様の参照符号にて表示した。表示した以外の場所においては、第６図及び第７図に図示した構成要素の全ては第１図及び第５図に図示したものと同一である。

第６Ｉｌｉｉｆｆに関しては、マウント６０はキャリッジ１６のハウジング１７の支持体４２に固着された略水平方向に伸長するアーム６２を備えている。アーム６２は鋼のような適当な任意の丈夫な材料にて形成することが出来る。

アルミニュムの熱膨張係数よりも著しく小さい熱膨張係数を有する材料から成る柱６４がアーム６２から上方に伸長している。鋼のような丈夫で剛性な材料から成るロッド６５が柱６４から上方に伸長している。エンコーダ３８がａラド６５の上端又は末梢端ｊ二固着されている。柱６４は柱４４に対すると同一の材料にて形成することが出来、柱６４の長さは柱４４の長さと同一の方法にて決定することが出来る。その他全ての点において、第６図の寅Ｎ例は第１図乃至第５図の実施例と同一である。

比較的小さい熱膨張係数を有する材料を使用する別の実施例が第７図に図示されている。この実施例において、マウント７０は水平方向に伸長するアーム７４、及びアーム７４から垂下する垂直ロッド７６を有している。エンコーダ３８がロンドア６の下端に固着されている。アーム７４及びロッド７６は各々、鋼のような適当な丈夫な材料にて形成される。２−レール３０は略水平方向に伸長するショルダ部８０と、及び該ショルダ部８０の下面に固着されたブラケット８２とを備えている。ブラケット８２はアルミニュムの熱膨張係数よりも著しく小さい熱膨張係数を有する材料から形成される。スケール３６がブラケット８２の下方端縁に固着されている。第７図に図示した実施例において、「零シフト」はスケール３６をブラケット８２に固着することにより補正され、これにより、温度が増大する間、スケール３６を２−レール３０に対して上方に動かし、スケール３６及びエンコーダ３８の相対的な位置を一定の関係に維持する。ブラケット８２は柱４４と同一の材料にて形成することが出来、ブラケット８２の長さは柱４４の長さを計算するときと同一の考慮事項を利用して計算することが出来る。

スケール３６には、発泡裏当て８４が設けられているが、裏当て８４はスケール３６が２−レール３０に対して動、くのを許容する。これとは逆に、温度の増大する間、ブラケット８２はスケール３６が２−レールに対して下方に動くのを許容し、同様に、スケール３６とエンコーダ３８間に所望の一定の関係を維持する。その他全ての点にて、第７図の実施例は第１図乃至第５図の実施例と同一である。

アルミニュムの熱膨張係数よりも著しく大きい熱膨張係数を有する材料を利用する本発明の実施例について、以下に説明する。マウントの形状を除き、第８図の実施例はその他全ての点にて、第１図乃至第５図と同一である。該当する場合、同様の部品は同様の参照符号にて表示する。第８図のマウント９０は略水平方向に伸長するアーム９４と、及び下方に垂下するアーム９６．９７とを備えている。アーム９６はアーム９４から下方に伸長する一方、アーム９７はアーム９６から垂下する。エンコーダ３８がアーム９７の下端又は末梢端に固着されている。

アーム９７は鋼のような丈夫で剛性な材料から形成されている。アーム９６はアルミニュムの熱膨張係数よりも著しく大きい熱膨張係数を有する材料にて形成される。アーム９６は温度の上昇に伴って下方に伸長し、温度の低下に伴って上方に収縮し、これにより、Ｚ−レール座標を測定する機械の構成要素と比較したとき、エンコーダ３８を支持する機械の構成要素の略全部のアルミニュム要素によりエンコーダ付与される比較的大きい垂直方向への増大を補正する。上述のように、Ｚ座標を測定する機械の構成要素は共にアルミニュムの熱膨張係数よりも小さい熱膨張係数を有する、グラファイト製基部及び鋼製プローブを備えている。

これとは逆に、温度が低下する閾は、アーム９６は、エンコーダ３８を支持する機械の構成要素の略全部のアルミニュム要素よりも速く収縮し、これにより、２座標を測定する機械の構成要素よりも大きいその構成要素の収縮を補正する。このようにして、スケール３６に対するエンコーダ３８の相対的な位置は略一定の関係に維持される。その他全ての点におσ・ては、冨８図の実施例は第１図乃至第５図の実施例と同一である。

アルミニュムの熱膨張係数よりも著しく大きい熱膨張係数を有する、アーム９６の形成に使用することの出来る典型的な材料は典型的にＩｇｘｌＧ−’インチ／インチ／″Ｆの熱膨張係数を有する亜鉛合金である。別の例は典型的に２３１１Ｇ−’インチ／インチ／’Ｆの熱膨張係数を有するフェノール系材料である。アーム９６の必要な長さは柱４４の長さを決定しＩ；ときに前に使用しｌ；と同一の考慮事項に基づいて計算することが出来る。機械の測定構成要素の等式は第５図の柱５６に対して前に設定したものと同一である。エンコーダ３８を支持する機械の垂直方向の構成要素の長さの変化を示す等式は以下に掲げる通りである。

Δ−ＬＡｃｘ：ＡΔ５−Ｌ１．ｃｃ９．Δｔ−Ｌ、−Δ′これらの等式は上述のように、アーム９６の長さ、即ち°、Ｌｓａを前と同様に、相互シニ等しく設定することｌこより解くことが出来る。プローブ１８の頂部からエンコーダ３８までの２レールの長さが６３０＋＊ｍであるような座標測定機械の場合、プローブ１８の長さが３インチ、プローブ１８の一端におけるポールの直径が１７２インチ、及びグラナイトブロックの肉厚が約３インチである場合、アーム９６は以下の長さを有する。亜鉛合金の場合−１５０゜７ｍ１ｌ；及びフェノール系の場合 −Ｎ、２ｍ＋ｅ。

本発明の別の実施例が第９図に図示されている。この＃１９ｒ！ｌＪの実施例はアルミニュムの熱膨張係数よりも著しく大きい熱膨張係数、及びアルミニコムの熱膨張係数よりも著しく小さい熱膨張係数を有する、材料の使用を図示している。マウント１００はキャリッジ１６のハウジング１７の支持体４２かも伸長するアーム１０２を備えている。柱１０４がアーム１０２から上方に伸長している。

別のアーム１０６が柱１０４の頂部から水平方向に伸長し、ロッド１０９及び別の柱１０８が柱１０４に対して離間しＩ；状態にてアーム１０６から下方に垂下している。エンコーダ３８がロッド１０９の下端又は末梢端に固着されている。

ロッド１０９は鋼のような丈夫で剛性な材料から形成されている。この実施例において、柱１０４はアルミニコムの熱膨張係数よりも著しく小さい熱膨張係数を有する材料にて形成される一方、柱１０Ｂはびアルミニコムの熱膨張係数よりも著しく大きい熱膨張係数を有する材料にて形成される。エンコーダ３８を支持する機械の構成要素における長さの変化Δ８は次式から求めることが出来る。

Δ、−ＬＡｏ：ＡΔ’　＋　’　＋　６４１：Ｘ：　＋　６４Δ“−’＋ｏｓ’ ＋ａｓΔ＋−Ｌ、ｓＳΔ０一方、Ｚレール柱の長さの変化（Δ２）は次式から求めることが出来る。

Δ、ｆｉＬ、ＱＣΔ’−１−’、ｏｃ、Δ’＋”Ａ６ｅ４Ａ’下付き数１０４．１０８はそれぞれ柱１０４．１０ｇを示す。柱１０４の長さ又は柱１０８の長さの何れか一方を固定することにより、２つの等式を相互に等しく設定した場合、その一方の長さを求めることが出来る。

第１図乃至第９図に図示する全ての実施例において、エンコーダ３８及びスケール３６の位置は任意の時点にて相互Ｃ′：交換することが出来るが、スケール３６はＺレール３０に固着する一方、エンコーダ３Ｂはキャリッジ１６に関係させることが望ましい。

本発明はＺ軸測定について説明したが、本発明は又、Ｘ及びＹ軸測定スケールと共に適用し、Ｘ及びＹ軸座標測定ｌ；使用されるスケール及びエンコーダに対する零シフトを防止することも出来る。本発明は基部３２又はブロック３４が異なる材料から成り、又は組成が均一でない場合に必要とされる。又、本発明はブロック３４がその中心の周囲にて膨張せず、又は、スケールの原点がその一端にある場合に、必要とされる。

以下、第１図及び第１０図を参照しながら、Ｙ軸に対する本発明の適用について説明する。第１図に図示するように、スケール１２０はＹレールの頂部の切り込み部内にて該レール上に配設されている。エンコーダ１２２は支持部材２２の基部のハウジング１２４上に取り付けられている。柱１２６がハウジング１２４に固着されている。ロッド１２２が柱１２６から伸長する一方、エンコーダ１２２がロッド１２８の端部に配設されている。

エンコーダ２２及びスケール１２０は共に、Ｙ座標の読み取り値を表示するものである。Ｚ座標について前述したように、柱１２６はアルミニコムの熱膨張係数よりも著しく大きい熱膨張係数を有する材料か、又は、アルミニコムの熱膨張係数よりも著しく小さい熱膨張係数を有する材料にて形成し、スケールに対するエンコーダの零シフトを補正することが出来る。第２図乃至第９図の実施例１二適用する原理はこの場合ミニも適用し、同一型式の等式を利用して柱１２６の長さを求めることが出来る。

柱１２６はインバー合金のような、柱４４′の材料と同一の材料にて形成するか、又は、アーム９６を形成する材料のような材料にて形成することも出来る。

同様にして、同一の考えを適用して、ＸＭ７二沿った零シフトを阻止することが出来る。特に、８１図及び第１１図を参照しながら、以下、この実施例について説明する。第１図に図示するように、Ｘ軸のスケール１３０は側部１９のその凹所内にてＸレール２０の略中心に配設されている。エンコーダ１３２がスケール１３０Ｊこ対して密な間隔にて対向する関係に配設され、被加工物の選択された点のＸ座標測定値を表示する。Ｍｌ　１Ｂに図示するように、柱１３４はハウジング１７の一部分に取り付けられ、ロッド１２８が柱１２６から伸長する。ユン３４はアルミニコムの熱膨張係数よりも著しく大きい熱膨張係数を有する材料か、又は、アルミニコムの熱Ｗ張係数よりも著しく小さい熱膨張係数を有する材料にて形成することが出来る。上述のように、ロッド１２８は典型的に、鋼にて形成される。柱１３４は柱９６のように、インバーのような材料にて形成するか、又は、亜鉛合金のようなアーム９６と同一の材料にて成形することが出来る。第２図乃至第９図に関して上述したのと同一の形状を柱１３４に採用することが可能であり、柱４４の長さを決定する等式に対すると同一の考慮事項に基づいて、柱１３４の長さを決定することが出来る。

アルミニコムの熱膨張係数よりも著しく大きいか又は著しく小さい熱膨張係数を有する材料の何れかを使用することにより、測定過程中の温度変化に起因する「零シフト」によるＺ座標測定値の誤差は、温度が約０℃乃至約４０℃の領域内にある限り、簡単ではあるが、極めて効果的な方法にて、自動的に解消することが出来る。機械の各種の位置にて温度を連続的に測定したり、温度変化に対して、測定された座標を自動的に調節する複雑なン７トウェアを使用する必要もない。

このｔ；め、この座標測定機械は温度に起因する誤差の心配なく、０°Ｃ乃至４０℃の領域の通常の運転温度である各種の用途に適用することが出来る。さらに、この技術が簡便であるため、測定値は覆めて正確である。

上述の説明１：＠みると、当業者には、本発明の範囲内ｌこで変形側及び応用例が可能であるこが明らかである。

このため、上述の説明は単に一例であり、本発明の範囲は特許請求の範囲の記載及びその均等物により判断されるべきである。

国際調査報告

Claims

【特許請求の範囲】

１．被加工物上における点の選択された座標を測定する機械であって、被加工物を支持するワークテーブルにして、第１の熱膨張係数を有しかつ機械の基部に取り付けられた前記ワークテーブルと、被加工物に対して所定の方向に可動でおり、その座標を測定しようとする被加工物上の点に接触するプローブと、前記機械上に着座し、前記レールを支持する手段にして、第２の熱膨張係数を有する前記支持手段と、所定の方向に向けて前記支持手段に対する前記プローブの位置を検出する手段にして、関係する零位置を有する前記検出手段と、及び前記プローブの少なくとも１つ及び前記支持手段と関係し、温度変化により、前記ワークテーブル及び前記支持手段を収縮させかつ膨張させ、前記検出手段の前記零位置がある温度領域に亙って一定に維持されるようにする温度補正手段と、を備えることを特徴とする機械。
２．前記温度補正手段が前記第１及び第２の熱膨張係数の大きい方と著しく異なる選択された熱膨張係数を有する、選択した長さの構成要素を備えることを特徴とする請求の範囲第１項記載の機械。
３．前記温度補正手段が前記第２の熱膨張係数より著しく小さい熱膨張係数を有する構成要素を備えることを特徴とする請求の範囲第２項記載の機械。
４．前記温度補正手段が前記支持柱内にインバー合金を備えることを特徴とする請求の範囲第３項記載の機械。
５．前記温度補正手段が前記第２の熱膨張係数より著しく大きい選択された熱膨張係数を有する、選択した長さの構成要素を備えることを特徴とする請求の範囲第２項記載の機械。
６．被加工物上における点のＺ方向の座標を測定する機械であって、被加工物を支持するワークテーブルにして、第１の熱膨張係数を有しかつ機械の基部に取り付けられた前記ワークテーブルと、被加工物上の点に接触するプローブを有する、被加工物に対してＺ方向に可動であるＺ−レールと、前記機械の基部上に着座し、前記Ｚレールを支持する支持柱にして、前記第１の熱膨張係数より著しく大きい第２の熱膨張係数を有する前記支持柱と、前記Ｚ方向に沿って前記柱に対する前記Ｚ−レールの位置を検出する手段にして、関係するＺ−レール零位置を有する前記検出手段と、前記柱と関係し、温度変化により、前記ワークテーブルを収縮させかつ膨張させ、前記零位置を温度領域に亙って一定に維持する温度補正手段と、を備えることを特徴とする機械。
７．前記検出手段がスケール及びエンコーダを備え、前記スケールが前記Ｚ−レール内に取り付けられる一方、前記エンコーダが前記柱に関係する手段上に取り付けられ、前記Ｚ−レールを支持することを特徴とする請求の範囲第６項記載の機械。
８．前記温度補正手段が前記Ｚ−方向に向けて前記Ｚ−レールに対する前記支持手段から上方に伸長し、前記エンコーダがそこに取り付けられる第２の柱を備えることを特徴とする請求の範囲第７項記載の機械。
９．前記第２の柱が前記第２の熱膨張係数より著しく小さい第２の熱膨張係数を有する材料にて形成されることを特徴とする請求の範囲第８項記載の機械。
１０．前記第２の柱がインバー合金を備えることを特徴とする請求の範囲第９項記載の機械。
１１．前記エンコーダがロッドの下方末梢端に取り付けられ、前記ロッドが前記第２の柱の一端である上端に取り付けられることを特徴とする請求の範囲第８項記載の機械。
１２．被加工物上における点のＺ方向の座標を測定する機械であって、被加工物を支持するワークテーブルにして、第１の熱膨張係数を有しかつ機械の基部に取り付けられた前記ワークテーブルと、被加工物上の点に接触するプローブを有する、被加工物に対して所定のＺ方向に可動であるＺ−レールと、前記機械の基部上に着座し、前記Ｚレールを支持する支持柱にして、前記第１の熱膨張係数より著しく大きい第２の熱膨張係数を有する前記支持柱と、前記所定のＺ方向に沿って前記柱に対する前記Ｚ−レールの位置を検出する手段と、を備え、前記検出手段が、前記所定のＺ方向に伸長しかつ前記支持柱により支持されたハウジング上に取り付けられた、前記第２の熱膨張係数より著しく小さい熱膨張係数を有する材料にて形成される第２の柱と、前記第２の柱から前記Ｚ−レールに向けて伸長する第１のアームと、前記Ｚ−レールと略平行な方向に向けて前記第１のアームから下方に垂下する第２のアームと、前記第２のアームに固着されかつ前記Ｚ−レールに対面するエンコーダと、前記エンコーダに対して離間されかつ対面する関係にて前記Ｚ−レールに取り付けられたスケールと、を備え、前記第２の柱が所定の長さを有し、前記エンコーダ及び前記スケールの相対的な位置がある温度領域に互って前記Ｚ−レールの一定の位置に対して不変であるようにしたことを特徴とする請求とする機械。
１３．前記柱がインバー合金から成ることを特徴とする請求の範囲第１２項記載の機械。
１４．彼加工物上における点のＺ方向の座標を測定する機械であって、被加工物を支持するワークテーブルにして、第１の熱膨張係数を有しかつ機械の基部に取り付けられた前記ワークテーブルと、彼加工物上の点に接触するプローブを有する、被加工物に対して所定のＺ方向に可動であるＺ−レールと、前記機械の基部上に着座し、前記Ｚレールを支持する支持柱にして、前記第１の熱膨張係数より大きい第２の熱膨張係数を有する前記支持柱と、前記所定のＺ方向に沿って前記柱に対する前記Ｚ−レールの位置を検出する手段と、を備え、前記検出手段が、前記柱上に取り付けられかつ略前記Ｚ−レール方向に伸長する支持アームと、前記支持アームから垂下し、かつ前記Ｚ−レールと略平行な方向に伸長前記第１のアームから下方に垂下した、前記第２の熱膨張係数より著しく大きい熱膨張係数を有する材料にて形成される第２のアームと、前記Ｚ−レールの表面に対して離間されかつ対面する関係にて前記ロッドに取り付けられたエンコーダと、前記エンコーダに対して離間されかつ対面する関係にて前記Ｚ−レールに取り付けられたスケールと、を備え、前記第２のアームが所定の長さを有し、前記ワークテーブル及び前記柱の膨張及び収縮を均一にし、前記エンコーダ及び前記スケールの相対的な位置がある温度領域に亙って前記Ｚ−レールの所定の位置に対して一定に維持されるようにしたこと特徴とする機械。