-
GEBIET DER ERFINDUNG
-
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Bewegungsmechanismus eines in einer Messmaschine verwendeten Messkopfs.
-
HINTERGUND DER ERFINDUNG
-
Eine Messmaschine, die eine an einem Messkopf angebrachte Sonde aufweist und verschiedene Messungen durchführt, indem sie die Sonde aus einer beliebigen Richtung in die Nähe eines Werks bringt, umfasst in vielen Fällen eine Hubantriebsvorrichtung für den Messkopf. Sonden wie beispielsweise eine Kontakt-/kontaktlose Sonde, eine hochauflösende Kamera und dergleichen werden in Übereinstimmung mit verschiedenen Messungen selektiv an dem Messkopf angebracht, und eine Position (Koordinate), ein Bild, eine Form und dergleichen eines Werks werden mithilfe jeweiliger Sonden mit hoher Genauigkeit gemessen. Ferner werden Messungen manchmal mithilfe einer an dem Messkopf angebrachten Beleuchtungseinrichtung durchgeführt, um einen zu messenden Teil eines Werks mithilfe der Beleuchtungseinrichtung zu beleuchten.
-
In der Patentliteratur 1 wird ein Z-Richtungs-Antriebsmechanismus offenbart, bei dem es sich um eine Hubantriebsvorrichtung für einen herkömmlichen Messkopf handelt. Wie in 5 gezeigt, umfasst dieser Z-Richtungs-Antriebsmechanismus eine Z-Achsen-Spindel 12, die eine Sonde 13 an einem unteren Ende aufweist und vertikal gehalten wird, ein Führungsrohr 22 zum Führen der Z-Achsen-Spindel 12 in einer vertikalen Richtung, einen Halteschaft 28, der sich aus dem Inneren der Z-Achsen-Spindel 12 nach oben erstreckt, ein Paar Walzen 15, 16, mit denen die Z-Achsen-Spindel 12 versehen ist und zwischen die ein Halteschaft 28 eingeschoben ist, sowie einen Antriebsmotor 17 um die Walze 15 drehend anzutreiben.
-
Das Führungsrohr 22 wird von einem X-Schiebeelement 9 eines X-Richtungs-Antriebsmechanismus gehalten und bewegt sich in X-Richtung. Die Z-Achsen-Spindel 12 wird in das Führungsrohr 22 eingeführt, und eine Mehrzahl von Luftpolstern 24 für eine Mehrzahl von Luftlagern ist in einem Raum zwischen der Z-Achsen-Spindel 12 und dem Führungsrohr 22 angeordnet. Das Luftpolster 24 ist in dem inneren Randbereich des Führungsrohrs 22 angeordnet und bildet ein Luftlager durch Ausstoßen von Luft, um Reibungswiderstand zwischen dem Führungsrohr 22 und der Z-Achsen-Spindel 12 zu verringern. Ferner ist ein Pfosten 25, der vertikal aufrecht steht, für das Führungsrohr 22 vorgesehen, und ein horizontaler Träger 26, der an einem oberen Ende dieses Pfostens 25 vorgesehen ist, hält das obere Ende des Halteschafts 28.
-
Ein Kolben ist mit einem unteren Ende des Halteschafts 28 verbunden, der in das Innere der Z-Achsen-Spindel 12 eingeführt ist, und ein Zylinder zum Unterbringen dieses Kolbens ist in der Z-Achsen-Spindel 12 vorgesehen. Durch Zuführen von Luft in eine Zylinderkammer wirkt eine Schwebkraft auf den Zylinder. Diese Schwebkraft wird zu einer Hochdrückkraft, die dem Gewicht der Z-Achsen-Spindel 12 entspricht, sodass ein scheinbares Gewicht der Z-Achsen-Spindel 12 verringert wird. Ein derartiger Mechanismus wird hier als ein Luft-Ausgleichsmechanismus bezeichnet.
-
Um den Z-Richtungs-Antriebsmechanismus der Patentliteratur 1 anzutreiben, wird ein Motor 17 angetrieben, um eine Antriebswalze 15 anzutreiben. Zwischen die Antriebswalze 15 und eine angetriebene Walze 16 ist der Halteschaft 28 eingeschoben, der die Z-Achsen-Spindel 12 hält, sodass sich die Walzen 15, 16 heben, während sie sich durch die Reibkraft zwischen den Walzen 15, 16 und dem Halteschaft 28 drehen. Dementsprechend bewegt sich die Z-Achsen-Spindel 12 nach oben und unten, und die Sonde 13 kann an einer gewünschten Höhe eingestellt werden.
-
[LITERATUR ZUM STAND DER TECHNIK]
-
PATENTLITERATUR
-
PATENTLITERATUR 1:
JP 3 988 860 B2 -
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
-
DURCH DIE ERFINDUNG ZU LÖSENDES PROBLEM
-
Bei Messmaschinen wie beispielsweise einer Koordinaten-Messmaschine ist eine Leistung von Bedeutung, durch die der Messkopf, der die Sonde hält, mit hoher Genauigkeit und Geschwindigkeit in einer beliebigen Richtung der X-, Y- und Z-Achse bewegt und positioniert werden kann, und ein Aufrechterhalten einer derartigen Leistung über einen langen Zeitraum ist ebenfalls erforderlich. Daher ist bei den Hubantriebsvorrichtungen für Messköpfe eine Leistung hinsichtlich linearer Bewegung und schnellen Betriebs der Z-Achsen-Spindel von Bedeutung. Obwohl ein Luftlager, ein Luft-Ausgleichsmechanismus und ein Reibantriebsmechanismus, bei dem ein Halteschaft zwischen ein Paar Walzen eingeschoben ist, für den Z-Richtungs-Antriebsmechanismus der Patentliteratur 1 gewählt werden, um eine derartige Leistung zu zeigen, ist ferner eine Eignung für eine strukturelle Vereinfachung, Gewichtsverringerung und Schwingungs-Gegenmaßnahmen erforderlich.
-
Zum Beispiel umfasst der Z-Richtungs-Antriebsmechanismus der Patentliteratur 1 ein Paar Walzen, zwischen die ein sich in eine vertikale Richtung erstreckender Halteschaft eingeschoben ist, und bewegt die Z-Achsen-Spindel entlang dem Halteschaft durch die Antriebskraft der Walzen. Um eine vorgegebene Menge an Reibkraft zwischen den Walzen und dem Halteschaft zu erzeugen, musste eine Kontaktfläche zwischen dem Halteschaft und jeder Walze sichergestellt werden, und es wurde ein Halteschaft mit einem sehr großen Querschnitt verwendet. Eine Größenverringerung des Halteschafts war daher eingeschränkt.
-
Ferner umfasst als eine Gegenmaßnahme dagegen, dass die Z-Achsen-Spindel auch nur in einem geringen Ausmaß schwingt, wenn der Messkopf in verschiedene Richtungen bewegt wird, der Z-Richtungs-Antriebsmechanismus der Patentliteratur 1 ein Schublager, das an einem oberen Ende des Halteschafts, an dem die Z-Achsen-Spindel aufgehängt ist, vorgesehen ist, um Schwingungen der Z-Achsen-Spindel in vielen Fällen aktiv zu dämpfen. Allerdings ist ein Vorsehen des Schublagers an dem oberen Ende des Haltschafts zwar als eine Gegenmaßnahme gegen Schwingungen erforderlich, aber es macht die Struktur des Z-Richtungs-Antriebsmechanismus kompliziert.
-
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Hubantriebsvorrichtung für einen Messkopf vorzusehen, mit der eine hochgradig genaue lineare Bewegung und ein schnelles Heben eines von einem Luftlager geführten Hubelements (Z-Achsen-Spindel) erreicht werden kann, und die für eine strukturelle Vereinfachung, Gewichtsverringerung und Schwingungs-Gegenmaßnahmen geeignet ist.
-
MITTEL ZUR LÖSUNG DES PROBLEMS
-
Um die vorstehend erwähnte Aufgabe zu lösen, ist eine Hubantriebsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung eine Hubantriebsvorrichtung aus einem Hubelement, das von einem Führungselement mithilfe einer Luftschicht geführt wird, und umfasst:
- ein lineares Element, das sich von dem Hubelement aus nach oben erstreckt und dessen oberes Ende von dem Führungselement gehalten wird;
- eine Ausgleichseinrichtung zum Verstärken einer Spannung, die auf das lineare Element einwirkt, um ein scheinbares Gewicht des Hubelements zu verringern, welches mithilfe des linearen Elements aufgehängt ist;
- mindestens eine Walze, mit der das Führungselement versehen ist, und die in Kontakt mit dem Hubelement steht; und
- ein Drehantriebsteil zum Drehen der Walze.
-
Gemäß dieser Ausgestaltung verstärkt die Ausgleichseinrichtung der Hubantriebsvorrichtung eine Spannung des linearen Elements, mit dessen Hilfe das Hubelement aufgehängt ist, und zieht das Hubelement durch die verstärkte Spannung nach oben, sodass das scheinbare Gewicht des Hubelements verringert werden kann. Zu speziellen Beispielen für die Ausgleichseinrichtung zählen ein Luft-Ausgleichsmechanismus, bei dem ein Luftzylinder verwendet wird, ein Mechanismus, bei dem eine Winde zum Aufwickeln des Drahts verwendet wird, bei dem es sich um das lineare Element handelt, und dergleichen. Das Eigengewicht des Hubelements wird durch die Ausgleichseinrichtung aufgehoben, und die zum Heben des Hubelements erforderliche Antriebskraft wird klein, sodass die Ausgestaltung vorteilhaft für schnelles Heben wird. Ferner bildet die Hubantriebsvorrichtung der vorliegenden Erfindung eine Luftschicht zwischen dem Hubelement und dem Führungselement und führt das Hubelement mithilfe des sogenannten Luftlagers nach oben und nach unten. Da ein Abriebabschnitt zwischen dem Hubelement und dem Führungselement entfällt, kann eine hochgradig genaue lineare Bewegung des Hubelements über einen langen Zeitraum beibehalten werden.
-
Überdies umfasst die Hubantriebsvorrichtung der vorliegenden Erfindung eine Walze in direktem Kontakt mit der Oberfläche des Hubelements, die das Hubelement mithilfe ihrer Reibkraft hebt. Es handelt sich nicht um einen herkömmlichen Reibantriebsmechanismus für ein Aufhängelement, sondern um einen Reibantriebsmechanismus für das Hubelement. Infolgedessen kann das lineare Element zum Aufhängen des Hubelements auf die minimal erforderliche Schlankheit verschlankt werden, und ein lineares Element, das Flexibilität aufweist, wurde wählbar. Es war erforderlich, ein Schublager an einem oberen Ende eines Halteschafts für ein relativ großes steifes Aufhängelement wie den herkömmlichen Halteschaft vorzusehen, allerdings kann das Schublager entfallen, wenn ein lineares Element, das in Bezug auf Biegen und Verdrehen flexibel ist wie die vorliegende Erfindung, als das Aufhängelement verwendet wird. Zu Beispielen für das lineare Element zählen ein Draht, ein Klavierdraht, ein Seil, ein dünner Stab und dergleichen. Insbesondere ist das lineare Element bevorzugt ein flexibler Draht oder ein dünner Stab.
-
Andererseits wird bei einer Ausgestaltung, bei der das lineare Element als das Aufhängelement des Hubelements lediglich gewählt wird, damit das Schublager an dem oberen Ende entfallen kann, die natürliche Frequenz des Hubelements klein, und das Hubelement wird im Vergleich zu herkömmlichen Ausgestaltungen leicht in Schwingung versetzt. Im Gegensatz dazu werden bei der Hubantriebsvorrichtung der vorliegenden Erfindung das lineare Element und gleichzeitig mindestens eine Walze gewählt, die das Hubelement direkt reibend antreibt. Die Walze steht jederzeit in Kontakt mit dem Hubelement, sodass die natürliche Frequenz des Hubelements nicht gesenkt wird, und dessen Schwingung unterdrückt werden kann. Selbst wenn eine Schwingung erzeugt wird, kann die Schwingung leicht gedämpft werden, da der Kontakt mit der Walze aufrechterhalten wird.
-
Bevorzugt ist die mindestens eine Walze in einem Paar vorhanden und derart angeordnet, dass das Hubelement dazwischen eingeschoben ist. Um eine Reibkraft zwischen dem Hubelement und der Walze zu erzeugen, ist eine Kraft erforderlich, um die Antriebswalze gegen das Hubelement zu drücken. Allerdings wird bei der Hubantriebsvorrichtung der vorliegenden Erfindung das Hubelement von dem Luftlager geführt, sodass eine zurückdrückende Kraft auf die Antriebswalze durch Einstellen des Luftdrucks des Luftlagers erlangt werden kann. Um sicher eine stabile zurückdrückende Kraft zu erzeugen, wird das Hubelement bevorzugt zwischen ein Paar Rollen eingeschoben.
-
Ferner umfasst die Ausgleichseinrichtung bevorzugt:
- einen mit einem unteren Ende des linearen Elements verbundenen Kolben, der sich in dem Hubelement befindet; und
- einen Zylinder, mit dem das Hubelement versehen ist, zum Unterbringen des Kolbens im Innern, und der sich relativ zu dem Kolben mithilfe einer Luft, die einer durch den Kolben unterteilten Zylinderkammer zugeführt wird, nach oben und unten bewegt.
-
Gemäß einer derartigen Ausgestaltung erzeugen der Kolben und der Zylinder eine Hochdrückkraft, die dem Gewicht des Hubelements entspricht, indem der durch den Kolben unterteilten Zylinderkammer Luft zugeführt wird. Es handelt sich um einen sogenannten Luft-Ausgleichsmechanismus unter Verwendung von Luftzylindern. Dieser Luft-Ausgleichsmechanismus weist eine einfache Ausgestaltung auf, die einfach zu handhaben und für Gewichtsverringerung geeignet ist.
-
Die Messmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst einen Bewegungsmechanismus zum Bewegen einer Sonde, wobei die Messmaschine die Hubantriebsvorrichtung und die auf dem Hubelement angebrachte Sonde zum Messen von mindestens einem aus einer Position, einem Bild und einer Form eines zu messenden Objekts aufweist.
-
Gemäß der Hubantriebsvorrichtung der vorliegenden Erfindung und der diese umfassenden Messmaschine kann das mithilfe des Luftlagers geführte Hubelement mit hoher Genauigkeit linear bewegt werden, um eine schnelle Hebebewegung zu erreichen, und diejenigen, die geeignet für eine strukturelle Vereinfachung, Gewichtsverringerung und Schwingungs-Gegenmaßnahmen sind, können vorgesehen werden.
-
Figurenliste
-
- 1 zeigt ein äußeres Erscheinungsbild der Messmaschine gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
- 2 ist ein Teil-Schnitt, der die innere Struktur der Z-Achsen-Bewegungsvorrichtung der ersten Ausführungsform zeigt.
- 3 zeigt schematisch einen Mechanismus für direkten Reibantrieb der ersten Ausführungsform.
- 4 zeigt schematisch ein abgewandeltes Beispiel des Mechanismus für direkten Reibantrieb.
- 5 zeigt eine Struktur des Z-Richtungs-Antriebsmechanismus für herkömmliche Messköpfe.
-
BESTER WEG ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
-
Nachfolgend werden hier Ausführungsformen einer Z-Achsen-Bewegungsvorrichtung, bei der es sich um eine Hubantriebsvorrichtung handelt, und einer Messmaschine, bei der diese verwendet wird, gemäß der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf Figuren beschrieben.
-
1 zeigt eine dreidimensionale Messmaschine gemäß der vorliegenden Ausführungsform. Diese dreidimensionale Messmaschine 1 umfasst einen Sockel 2 zum Platzieren eines zu messenden Objekts und einen Bewegungsmechanismus zum Bewegen einer Sonde 13. Als diesen Bewegungsmechanismus umfasst die dreidimensionale Messmaschine 1 eine Y-Achsen-Bewegungsvorrichtung 3 zum Bewegen der Sonde 13 in Y-Richtung, eine X-Achsen-Bewegungsvorrichtung 7 zum Bewegen der Sonde 13 in X-Richtung und eine Z-Achsen-Bewegungsvorrichtung 11 der vorliegenden Ausführungsform zum Bewegen der Sonde 13 in Z-Richtung.
-
Der Sockel 2 ist viereckig, säulenförmig, umfasst eine präzise abgeflachte Oberseite zum Platzieren des zu messenden Objekts. Zwei Richtungen, die einander auf der Oberseite des Sockels 2 senkrecht kreuzen, werden jeweils als X-Richtung und Y-Richtung bezeichnet, und die Richtung vertikal zu der Oberseite des Sockels 2 wird, der Erklärung halber, als Z-Richtung bezeichnet. Die Y-Achsen-Bewegungsvorrichtung 3 umfasst eine Y-Führungsschiene 4, die auf dem Sockel 2 in Y-Richtung vorgesehen ist, ein linksseitiges Teil 5L eines Y-Schiebeelements, das derart vorgesehen ist, dass es entlang der Y-Führungsschiene 4 bewegbar ist, und ein rechtsseitiges Teil 6R des Y-Schiebeelements, das sich auf dem Sockel 2 in Y-Richtung paarweise mit dem linksseitigen Teil 5L des Y-Schiebeelements bewegt. Luftlager sind zwischen der Y-Führungsschiene 4 und dem linksseitigen Teil 5L des Y-Schiebeelements und zwischen dem Sockel 2 und dem rechtsseitigen Teil 6R des Y-Schiebeelements vorgesehen.
-
Die X-Achsen-Bewegungsvorrichtung 7 umfasst einen X-Träger 8, der ein in Längsrichtung verlaufendes Führungselement ist, dessen beide Enden von dem linksseitigen Teil 5L und dem rechtsseitigen Teil 6R des Y-Schiebeelements gehalten werden, ein X-Schiebeelement 9, das ein bewegbares Element ist, welches derart vorgesehen ist, dass es entlang der Längsrichtung des X-Trägers 8 bewegbar ist, und ein X-Schiebeelement-Antriebsteil 10 zum Bewegen des X-Schiebeelements 9. Der X-Träger 8 ist ein langer trägerförmiger, und seine beiden Enden werden über dem linksseitigen Teil 5L und dem rechtsseitigen Teil 6R des Y-Schiebeelements gehalten. Wenn der Y-Richtungs-Bewegungsmechanismus (Y-Achsen-Bewegungsvorrichtung 3) in Y-Richtung geschoben wird, wird auch der X-Träger 8 in Y-Richtung bewegt. Das X-Schiebeelement 9 ist derart vorgesehen, dass es entlang dem X-Träger 8 verschiebbar ist. Ein Luftlager ist zwischen dem X-Schiebeelement 9 und dem X-Träger 8 vorgesehen.
-
2 zeigt die innere Struktur der Z-Achsen-Bewegungsvorrichtung 11. Die Z-Achsen-Bewegungsvorrichtung 11 umfasst ein Führungsrohr 22 als ein Führungselement, gehalten von dem X-Schiebeelement 9, und eine Z-Achsen-Spindel 12, die in einer vertikalen Richtung (Z-Richtung) relativ zu dem Führungsrohr 22 als ein Hubelement eingeführt wird. Die Mittelachse des Führungsrohrs 22 ist entlang der Z-Achse vorgesehen. Nachfolgend werden hier spezielle Ausgestaltungen der Z-Achsen-Bewegungsvorrichtung 11 für jede Funktion erläutert.
-
<Luftlager>
-
Die Führungsfläche in dem Führungsrohr 22 wird durch eine Luftstrahl-Oberfläche einer Mehrzahl von Luftpolstern 24 gebildet, die derart angeordnet sind, dass sie die Z-Achsen-Spindel 12 aus allen Richtungen umgeben (siehe 3). Verdichtete Luft aus den Luftpolstern 24 wird zu der Z-Achsen-Spindel 12 hin ausgestoßen, um dadurch eine Luftschicht zwischen der Z-Achsen-Spindel 12 und den Luftpolstern 24 zu bilden. Die Luftpolster 24 sind derart angeordnet, dass sie einander zugewandt sind und die Z-Achsen-Spindel 12 jeweils aus der X- und Y-Richtung und in zwei Stufen mit einem Abstand in Z-Richtung umgeben. Eine derartige Ausgestaltung des Luftlagers ermöglicht, den kontaktlosen Zustand der Z-Achsen-Spindel in Bezug auf das Führungsrohr 22 aufrechtzuerhalten.
-
<Luft-Ausgleichsmechanismus>
-
Drei Pfosten 25 stehen über dem Führungsrohr 22 und halten einen darüber befindlichen horizontalen Träger 26. Der horizontale Träger 26 hält ein oberes Ende eines Drahts 18, und an dem Draht 18 hängt die Z-Achsen-Spindel 12. Der Durchmesser des Drahts beträgt bevorzugt von etwa 0,3 mm bis etwa 10 mm, und noch besser von etwa 0,5 mm bis etwa 3 mm. Ein Draht, der einen Durchmesser von etwa 1 mm aufweist, wird bei der vorliegenden Ausführungsform verwendet. Die Z-Achsen-Spindel 12 ist hohl, und ein Zylinder 20 ist darin angebracht. Die Mittelachse des Drahts 18 und die Mitte des zylindrischen Teils des Zylinders 20 liegen in etwa auf einer geraden Linie. Das untere Ende des Drahts 18 ist mit dem Kolben 29 innerhalb des Zylinders 20 gekoppelt. Eine Einführöffnung für den Draht 18 ist in der Oberseite des Zylinders 20 vorgesehen, und eine Luftdichtigkeit innerhalb des Zylinders 20 wird durch ein Dichtungselement 30 aufrechterhalten.
-
Der Luft-Ausgleichsmechanismus 19, der eine derartige Ausgestaltung aufweist, bewirkt ein Schweben des Zylinders 20, wenn verdichtete Luft einer Druckkammer im Innern des Zylinders 20 zugeführt wird. Dieses Schweben wirkt derart in einer Richtung, dass das Eigengewicht der Z-Achsen-Spindel 12 aufgehoben wird, sodass ein Spindelantriebsmechanismus, der weiter unten beschrieben wird, die Z-Achsen-Spindel 12 mithilfe einer kleinen Antriebskraft heben kann.
-
Das Luftlager und der Luft-Ausgleichsmechanismus weisen Abschnitte auf, die sie mit herkömmlichen Ausgestaltungen gemeinsam haben. Allerdings unterscheidet sich die vorliegende Ausführungsform in dem Punkt weitgehend von herkömmlichen Ausgestaltungen, dass das Element zum Aufhängen der Z-Achsen-Spindel 12 von herkömmlichen Halteschäften in einen Draht geändert wurde.
-
<Mechanismus für direkten Reibantrieb>
-
Ein Mechanismus für direkten Reibantrieb 14 wird bei der vorliegenden Ausführungsform als ein Spindelantriebsmechanismus gewählt. 2 zeigt den teilweise zerlegten Mechanismus. Die Antriebswalze 15 ist derart angeordnet, dass sie in Kontakt mit der Oberfläche der Z-Achsen-Spindel 12 steht, gesehen aus der Y-Richtung. Die Antriebswalze 15 und ihr Antriebsmotor 17 werden von dem Führungsrohr 22 mithilfe eines Montageelements 32 gehalten.
-
Die Antriebswalze 15 ist vorgesehen, um gegen die Oberfläche der Z-Achsen-Spindel 12 mit einer gewünschten Druckkraft zu drücken. Dementsprechend umfasst das Montageelement 32 ein Halteelement 34, das die Antriebswalze 15 und den Motor 17 hält, und ein Führungselement 36 in Y-Richtung, mit dem das Führungsrohr 22 versehen ist, sodass das Halteelement 34 geringfügig durch das Führungselement 36 in Y-Richtung verschoben wird. Ferner wird ein elastisches Element 38 wie beispielsweise eine Feder derart zwischen das Halteelement 34 und das Führungselement 36 eingeschoben, dass das Halteelement 34 in Y-Richtung vorgespannt wird. Folglich drückt die Antriebswalze 15 mithilfe der eingestellten Druckkraft gegen die Oberfläche der Z-Achsen-Spindel 12. Die Energie des Motors 17 wird auf die Drehachse der Antriebswalze 15 durch den Transmissionsriemen übertragen, um die Antriebswalze 15 zu drehen.
-
Wie schematisch in 3 gezeigt, erhält die Z-Achsen-Spindel 12 eine weitere Druckkraft von der angetriebenen Walze 16, die an der Seite entgegengesetzt zu der Antriebswalze 15 vorgesehen ist. Die Druckrichtung durch die angetriebene Walze 16 ist entgegengesetzt zu der Druckrichtung durch die Antriebswalze 15. Durch Ausgleichen der Druckkräfte des Paars Walzen 15, 16, zwischen die die Spindel 12 eingeschoben ist, und Erzeugen der Reibkraft zwischen den Walzen 15, 16 und der Oberfläche der Spindel 12, bewirkt durch das Antreiben der Antriebswalze 15, kann die Z-Achsen-Spindel 12 nach oben und unten bewegt werden. Zum Beispiel können die Federlänge jeder Walze 15, 16 und/oder der Luftdruck jedes Luftpolsters 24 feineingestellt werden, um die Summe der Druckkraft A der Antriebswalze 15 und der Luft-Druckkräfte B an der oberen und unteren Seite sowie die Summe der Druckkraft A' der angetriebenen Walze 16 und der Druckkräfte C der entgegengesetzten Luftpolster 24 auszugleichen.
-
Bei dem abgewandelten Beispiel des in 4 gezeigten Mechanismus für direkten Reibantrieb ist die angetriebene Walze möglicherweise nicht vorgesehen, und möglicherweise sind nur die Luftpolster 24 an der der Antriebswalze 15 entgegengesetzten Seite um die Z-Achsen-Spindel angeordnet. In diesem Fall können die Federlänge der Walze 15 und/oder der Luftdruck jedes Luftpolsters 24 feineingestellt werden, um die Summe der aktivierenden Kraft A der Antriebswalze 15 und der Luft-Druckkräfte B an der oberen und unteren Seite sowie die Summe der Druckkräfte C der dazu entgegengesetzten Luftpolster 24 auszugleichen.
-
Es werden nun Wirkungen der Z-Achsen-Bewegungsvorrichtung 11 und der diese umfassenden dreidimensionalen Messmaschine der vorliegenden Ausführungsform beschrieben.
- (1) Ein Abriebabschnitt zwischen der Z-Achsen-Spindel 12 und dem Führungsrohr 22 entfällt durch das Luftlager, sodass eine hochgradig genaue lineare Bewegung des Führungsrohrs 22 über einen langen Zeitraum aufrechterhalten werden kann. Ferner wird, da der Luft-Ausgleichsmechanismus 19 darin umfasst ist, die zum Heben erforderliche Antriebskraft um einen Betrag kleiner, um den das Eigengewicht der Z-Achsen-Spindel 12 aufgehoben wird. Demzufolge können eine stabile lineare Bewegung und eine Schnelligkeit bei der Positionierung aufrechterhalten werden.
- (2) Als der Spindelantriebsmechanismus wird die Antriebswalze 15 gewählt, um die Spindel nach oben und unten zu bewegen, indem bewirkt wird, dass eine Reibkraft direkt auf die Z-Achsen-Spindel 12 wirkt.
-
Als eine Wirkung davon entfällt als Erstes eine Einschränkung hinsichtlich der Größe des Halteelements für die Z-Achsen-Spindel 12, sodass der flexible Draht 18, der einen relativ kleinen Querschnitt aufweist, anstelle einer herkömmlichen Stange mit einem sehr großen Querschnitt gewählt werden konnte. Ferner war bei herkömmlichen Stangen erforderlich, ein Schublager an dem oberen Ende der Stange vorzusehen. Der Grund dafür ist, dass herkömmlicherweise, wenn die Z-Achsen-Spindel 12 in X-, Y-Richtung verschoben wird, das obere Ende der hohlen Stange dementsprechend verschiebbar sein musste, da ansonsten in der Z-Achsen-Spindel 12 erzeugte Schwingungen auf die feste Seite (das Führungsrohr 22) übertragen und Auswirkungen der Schwingungen sich ausbreiten würden. Jedoch wird durch Wählen des Drahts 18 wie bei der vorliegenden Erfindung eine Verschiebung der Z-Achsen-Spindel 12 in X-, Y-Richtung durch die Flexibilität des Drahts 18 aufgenommen. Daher kann das obere Ende des Drahts 18 mithilfe eines einfachen Verfahrens gehalten werden. Das Schublager ist nicht länger erforderlich, und eine Anzahl von Komponenten kann entsprechend verringert werden.
-
Als Nächstes hält nicht die Z-Achsen-Spindel 12 auf der sich bewegenden Seite die Walze 15 und den Antriebsmotor 17, sondern das Führungsrohr 22 auf der festen Seite (d.h. der Seite des X-Schiebeelements) hält die Walze 15 und den Antriebsmotor 17. Daher kann das Gewicht der Z-Achsen-Spindel 12 verringert werden.
-
Ferner besteht ein Nachteil, wenn lediglich der Draht 18 gewählt wird, darin, dass die natürliche Frequenz der Z-Achsen-Spindel 12 verringert wird (im Allgemeinen: leicht in Schwingung versetzt wird). Wenn der Draht als ein Kopplungselement 18 der Z-Achsen-Spindel 12 auf der sich bewegenden Seite mit dem Führungsrohr 22 auf der festen Seite gewählt wird, wird eine Steifigkeit der Z-Achsen-Spindel 12 gesenkt, und die Z-Achsen-Spindel 12 wird in allen Richtungen, X, Y, Z, im Vergleich zu herkömmlichen Stangen leicht in Schwingung versetzt. Überdies wird bei herkömmlichen Stangen das obere Ende der Stange von dem Schublager gehalten, sodass Schwingungen der Z-Achsen-Spindel in X-, Y-Richtung von dem Schublager gedämpft wurden. Wenn der Draht 18 lediglich gewählt wird, damit das Schublager entfallen kann, wird die Dämpfungscharakteristik einer derartigen Z-Achsen-Spindel 12 verschlechtert. Jedoch wird bei der vorliegenden Erfindung die Antriebswalze 15 für einen direkten Reibantrieb der Z-Achsen-Spindel 12 zusammen mit dem Draht 18 gewählt, sodass die Antriebswalze 15 jederzeit in Kontakt mit der Z-Achsen-Spindel 12 gehalten wird. Dementsprechend wird ein Erzeugen von Schwingungen unterdrückt, und eine schwingungsdämpfende Wirkung ist ebenfalls zu erwarten.
-
Eine Stange mit einem kleineren Durchmesser (etwa 3 mm Durchmesser) als herkömmliche Stangen kann als eine Alternative zu dem Draht gewählt werden. In diesem Fall ist das Schublager an dem oberen Ende der Stange durch elastische Verformung der Stange mit kleinem Durchmesser nicht erforderlich. Abgesehen davon können Wirkungen ähnlich den vorstehend erwähnten (1) und (2) erlangt werden.
-
INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT
-
Außer für Koordinaten-Messmaschinen kann die vorliegende Erfindung bevorzugt als andere Messmaschinen wie beispielsweise eine Bild-Messmaschine und eine Form-Messmaschine verwendet werden, sowie als Vertikalachsen-Bewegungsvorrichtungen in optischen Vorrichtungen wie beispielsweise Mikroskop-Messmaschinen.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Dreidimensionale Messmaschine (Messmaschine)
- 11
- Z-Achsen-Bewegungsvorrichtung (Hubantriebsvorrichtung)
- 12
- Z-Achsen-Spindel (Hubelement)
- 13
- Sonde
- 14
- Mechanismus für direkten Reibantrieb
- 15
- Antriebswalze (Walze)
- 16
- Angetriebene Walze
- 17
- Motor (Drehantriebsteil)
- 18
- Draht (lineares Element)
- 19
- Luft-Ausgleichsmechanismus (Ausgleichseinrichtung)
- 20
- Zylinder
- 22
- Führungsrohr (Führungselement)
- 24
- Luftpolster für Luftlager
- 29
- Kolben
