JP2006030200A - 配向自在な探触子 - Google Patents

Abstract

【課題】 探触子自体が嵩張ることないので、測定機械の移動距離の終点に近いところの座標、または複雑な形状の部品における座標の測定を、容易に行うことが可能な手段を提供する。
【解決手段】 固定部品（３）と、固定部品（３）に接続され、固定部品（３）に対して第１軸（Ｂ）の周りを回転することができる第１可動部品（４）と、第１可動部品（４）に接続され、第１可動部品（４）に対して第２軸（Ａ）の周りを回転することができる第２可動部品（５）と、第２可動部品（５）と一体化した、細長い形状の探触体（６）とを含んでおり、探触体（６）が、固定部品（３）に対して平行移動することができるように構成されている。
【選択図】図1

Description

本発明は、測定装置に対して探触体の方向付けを行うための配向自在な探触子に関するものである。
詳細には、機械部品の三次元座標測定用探触子に関するものであり、特に手動または自動の座標測定機械に実装して用いるための配向自在な探触子に関するものであるが、それに限るというわけではない。

トリガ付探触子は、例えば機械部品生産ラインで、加工部品の寸法または表面を検査するために用いる測定器具である。
トリガ付探触子は、また、複雑な部品の三次元の形状を捉えることにより、例えば、そのような部品を複製したり、またはモデル化したりするためにも用いられる。

一般的に、探触子は、測定機械のアームに固定するための固定部分と、測定対象物と接触するための可動式の探触体とを含んでいる。
該探触体は、細長いロッドの先端にボールを一つ含んでいる。

たいていの用途分野において、トリガ付探触子を機械の可動式アームに固定し、その機械の空間内での位置決めを、手動または自動の測定システム、例えば、機械のアームに配置した位置エンコーダーを用いて精確に行えるようになっている。
可動アームが、空間内を移動することにより、探触子の測定用の接触ロッド等の探触体を、測定対象物または測定対象表面と接触させる。
接触の際に、偏向力が探触体に加わって、探触体を当初の静止位置から出す。
探触体が少しでも動くと、センサーが反応して電気信号を発生し、その電気信号がユーザーに光信号として送られるか、または、機械の制御ソフトウェアに送られ、そこで測定システムのデータを用いて、所定の座標系における接触点の座標を決定する。
その目的を果たすために先行技術で用いるのが、電気機械式センサーもしくは光学センサー、または様々な原理に基づく移動センサー、例えば歪みゲージを含んだセンサーなどである。

トリガ付きの三次元探触子の場合には、探触子の探触体と固定部分との間の結合は、Ｂｏｙｓの結合原理にしたがって行うのが普通である。
それはつまり、６個のボールの上に載せられた３本の円筒形のピンによって、固定機構と探触体との間に、六つの接触点を画定するというものである。
ここで、二次元および一次元の探触体も知られている。

くぼみと隆起のある、複雑な形状の部品を測定するために、そのような探触子を用いる場合には、探触子の固定部分または探触体のロッドが、測定対象物の部品と衝突することなしに、探触体を部品の全表面にくまなく接触させることは困難または不可能である。
この不都合を克服するために、接触用の探触体を、空間内の複数の方向に向けることのできる探触子が知られている。
考えられる限りの方向付けを全て網羅するためには、一般的に、独立した回転軸が二本必要となる。
このタイプの探触子は、欧州特許出願公開第０３９２６６０号明細書に記載されている。

このタイプの装置の使用は、接触用の探触体に限定されるものではなく、例えばビデオカメラなどの非接触センサーとともに用いて、例えば、加工部品を検査し、コントロールすることもできる。

好適には、回転軸は、十分に多数ではあるが有限個の、正確に再現可能な所定の静止位置を備えているという意味で、割り出されることが望ましい。
この配置により、探触体の方向付けを変える度に測定機械を改めて調整し直さなくても済む。
欧州特許出願公開第０３９２６６０号明細書

既知の配向自在な探触子の限界は、配向が制限される探触子に比べると、探触子の方向付けを行う装置があるだけに、常にその分、探触子の寸法が大きくなってしまうということである。
このため、測定機械を三本の座標軸に沿って動かすことのできる有効移動距離が、特にＺ軸で短くなってしまう。

特に、探触子自体が嵩張るために、測定機械の移動距離の終点に近いところの座標、または複雑な形状の部品における座標の測定を行うことが難しい。

本発明の一つの目的は、先行技術の難点を取り除いた探触子を提案することであり、そして特に、既知の配向自在な探触子の嵩張りに関連した限界をなくすことである。

そのような目的を達成するために用いるのが、独立請求項が対象とする装置であり、特に、探触体としての探知用接触ロッドを測定器に対して方向付けるための配向自在な探触子であって、該探触子は、固定部品と、前記固定部品に対して第１軸の周りを回転できる、前記固定部品に接続した第１可動部品と、前記第１可動部品に対して第２軸の周りを回転できる、前記第１可動部品に接続した第２可動部品と、前記第２可動部品と一体化した、細長い形状の探知用接触ロッドとを含んでおり、該探触子において、前記探知用接触ロッドは前記固定部品に対して平行移動することができる。

すなわち、本発明の課題を解決するための手段は、添付図面に図示した番号を参照すると、次のとおりである。

第１に、
測定装置に対して探触体（６）の方向付けを行うための配向自在な探触子（１０）であり、
固定部品（３）と、
固定部品（３）に接続され、固定部品（３）に対して第１軸（Ｂ）の周りを回転することができる第１可動部品（４）と、
第１可動部品（４）に接続され、第１可動部品に対して第２軸（Ａ）の周りを回転することができる第２可動部品（５）と、
第２可動部品（５）と一体化した、細長い形状の探触体（６）とを含んでおり、
探触体（６）が、固定部品（３）に対して平行移動することができることを特徴とする、配向自在な探触子。
第２に、
測定装置に対して探触体（６）の方向付けを行うための配向自在な探触子（１０）であり、
固定部品（３）と、
固定部品（３）に接続され、固定部品（３）に対して第１軸（Ｂ）の周りを回転することができる第１可動部品（４）と、
第１可動部品（４）に接続され、第１可動部品に対して第２軸（Ａ）の周りを回転することができる第２可動部品（５）と、
第２可動部品（５）と一体化した、細長い形状の探触体（６）とを含んでおり、
探触体（６）が、空間内で複数の方向性を取ることができ、第２軸（Ａ）に対してずれていることを特徴とする、配向自在な探触子。
第３に、
測定装置に対して探触体（６）の方向付けを行うための配向自在な探触子（１０）であり、
固定部品（３）と、
固定部品（３）に接続され、固定部品（３）に対して第１軸（Ｂ）の周りを回転することができる第１可動部品（４）と、
第１可動部品（４）に接続され、第１可動部品に対して第２軸（Ａ）の周りを回転することができる第２可動部品（５）とを含んでおり、
第２可動部品の第２軸（Ａ）の周りでの回転が、９０°を超える角度範囲、好適には１８０°を下回らない角度範囲に及ぶことを特徴とする、配向自在な探触子。
第４に、
前記平行運動が、第１可動部品（４）と第２可動部品（５）との一連の回転によって得られるものであることを特徴とする、上記第１に記載の探触子。
第５に、
前記探触体（６）のずれが、可変であることを特徴とする、上記第２に記載の探触子。
第６に、
前記探触体（６）のずれが、第１可動部品（４）と第２可動部品（５）との一連の回転によって変化させることができることを特徴とする、上記第２に記載の探触子。
第７に、
前記探触体（６）のずれが、第２可動部品（５）の軸（Ｃ）に対する二つの対称位置のうちの一つに、探触体を位置づけることにより変化させることができることを特徴とする、上記第２に記載の探触子。
第８に、
前記探触体（６）が、一端に測定対象物と接触するための部品（７）の付いたロッドを一本含んでおり、
ロッドの軸（６１）が、第２軸（Ａ）に対して、ずれていることを特徴とする、上記第２に記載の探触子。
第９に、
前記第２可動部品（５）と一体化した、細長い形状の探触体（６）を含んでおり、
探触体（６）が、固定部品（３）に対して平行移動することができることを特徴とする、上記第３に記載の探触子。
第１０に、
前記第２可動部品（５）と前記探触体（６）との間に介在させた、取り外し可能な付属品を含んでいることを特徴とする、上記第１〜上記第９のいずれか一つに記載の探触子。

本発明の探触子は、探触子自体が嵩張ることないので、測定機械の移動距離の終点に近いところの座標、または複雑な形状の部品における座標の測定を、容易に行うことが可能となる。

本発明による配向自在な探触子を示す斜視図である。 図１の探触子の第１の位置を示す図である。 図１の探触子の第２の位置を示す図である。 図１の探触子の第３の位置を示す図である。 本発明の探触子の一つの実施変形例を示す図である。 図１の探触子の相対的配置を示す図である。 図１の探触子の他の相対的配置を示す図である。 図１の探触子のさらに他の相対的配置を示す図である。

符号の説明

２ ロッド
３ 固定部品
４ 可動部品
５ 第２可動部品
６ 探触体
７ ボール
１０ 探触子
３５ パイロットランプ
５６ 回転板
６１ 軸

本発明は、添付図面により例を示し、図解した説明を読むことにより、いっそう理解が進むものである。

図１を参照しつつ述べると、本発明による配向自在な探触子１０は、測定機械のアームに固定するための固定部品３を含んでいる。
該固定部品３は、測定を行う立体空間の内部で、例えばＸ、Ｙ、Ｚの三つの座標軸に沿って移動することができるものである。
固定部品３を固定するのには、例えば、ロッド２を用いてもよいし、または他のどのような固定手段を用いてもよい。

以後、簡潔さを心掛けて、「垂直」という語は、図１における軸Ｂの方向を指すものとする。
この指示は、図における図示方向、および、本発明の装置を正常に使用する際の方向に準拠するものであって、探触子を取り付ける測定機械の垂直軸Ｚの方向と、通常は、一致するものである。
しかしながら、探触子を、空間内のどのような方向で使用してもよい。

第１可動部品４を固定部品３に固定し、それにより、垂直軸である第１軸Ｂの周りを回転することができるようにする。
第１可動部品４は、好適には、例えば１０°であるような、多数の所定の小角度に対応する、複数の割り出し位置を取ることが望ましい。
従来知られているように、この割り出し位置を決定するのは、例えば、位置決め部品の間の６個の支点を画定する平衡結合であり、その位置の決定は、高い精度で行われる。

本発明の一つの変形例においては、可動部品４の回転は割り出されたものではなく、連続した、どのような角度値を取ってもよい。

第１可動部品４が確実に回転するようにするために用いるのは、電気機械式アクチュエータ、例えば、直流モーターもしくはステッピング・モーター、または、どのような駆動手段でもよい。
回転は、オペレーターが介在して、手動式で行ってもよい。

本発明の一つの変形例においては、角度エンコーダーにより、軸Ｂの周りの回転角を読み取ることができる。
好適には、エンコーダーとモーターを接続してサーボモーターにするのが望ましい。

第２可動部品５は、第１可動部品４と連動して、水平軸である第２軸Ａの周りを自由に回転するようになっている。
第２可動部品５の第２軸軸Ａの周りでの回転は、上述の第１可動部品４についてと同様に、連続的であっても、割り出されたものであってもよく、また、モーター駆動式であっても、手動式であってもよい。

好適には、第２可動部品５の第２軸Ａに沿った回転は、９０°を越える角度範囲に及ぶことが望ましく、さらに好適には、１２０°を越える角度範囲が望ましく、さらに好適には、１８０°を下回らない角度範囲に及ぶことが望ましい。

探触体６としての探知用接触ロッドは、第２可動部品５に固定されており、その一端には測定対象物と接触するためのボール７を具備している。
図示されていない検知機構が、ボール７の僅かな移動にも反応して電気信号を発生し、その電気信号が、図示されていないコネクターによって、パイロットランプ３５、または機械の制御ソフトウェアに送られる。

図２を参照しつつ説明すると、第２軸Ａおよび第１軸Ｂの周りでの回転に続いて、探触体６およびボール７は、第２軸Ａおよび第１軸Ｂの交点に位置する回転の中心Ｏ（図示は省略）に対して、空間内で複数の方向性を取ることができる。

一般的には、二つの第２軸Ａおよび第１軸Ｂは、必ずしも空間内で交わらず、点Ｏ（図示は省略）も常に存在するとは限らない。

本発明の一つのあり方として、探知用接触ロッドである探触体６の軸６１ならびにボール７の中心は、第２軸Ａと軸合わせされておらず、第２可動部品５の第２軸Ａに対して距離ｄだけ、例えば垂直に、ずれている。

図２、図３ならびに図４は、本発明の一つの実施態様により、探知用接触ロッドである探触体６のずれｄを、修正することができるような一連の回転を示すものである。
図２は、本発明による探触子で、探知用接触ロッドである探触体が、水平に配置されているものを示す図である。
探知用接触ロッドである探触体６は、距離ｄだけ上にずれている。
この相対的配置は、測定機械がＺ軸に沿って移動する際の上限の近くに位置する点を測定する必要がある場合に、有利である。

図３および図４はそれぞれ、図２の相対的配置から始まって、第２軸Ａに沿って１８０°回転し、その後、第１２軸Ｂに沿って１８０°回転した後の探触子を示す図である。
当然のことながら、その一連の動きの終わりに、探知用接触ロッドである探触体６は、最初と全く同じ水平方向に向けられるのだが、今度は、第２軸Ａに対して下に距離ｄだけずれている。
この相対的配置により、例えば、探触子１０の下の部分が、測定対象物が載っている台に触れたりするおそれなしに、非常に低い位置にある点の座標を測定しに行くことができる。

図４の相対的配置においては、探知用接触ロッドである探触体６は、図２の開始時点での相対的位置に対して平行移動している状態になっており、それは軸Ｃに対して対称をなしている。

同じ原理により、探触体６を斜めに方向付けた状態から始めて、一回は第２軸Ａに沿って、もう一回は第１軸Ｂに沿ってというように、二つの回転を行うことで、探触体６の水平と垂直の方向付け角度を変えることなしに、探触体６のずれが、開始時点とは異なった相対的位置に達することも可能である。
その場合には、α（図示は省略）が、垂直線に対する探触体６の最初の角度であれば、第２軸Ａに沿って２αの回転をした後、第１軸Ｂに沿って１８０°回転する必要があるだろう。

それゆえ、本発明の探触子１０により、探知用接触ロッドである探触体６のずれを修正することができるのであり、その方向付けを変えることなく、図２に見られるような上にずれた位置、または図４に見られるような下にずれた位置を、該探知用接触ロッドに取らせることができる。
そのようにして、測定機械のＺ軸における有効移動距離は、２ｄ分だけ増大することになる。

図６、図７ならびに図８を参照にしつつ述べると、軸Ｃに対して、そして第１軸Ｂに対してｄ分だけ水平にずれた探知用接触ロッドに同じ原理を適用することができる。
図６が示すのは開始時点での相対的配置の一例であり、そこでは、探触体６が、例えば、Ｙ座標のプラス方向に距離ｄだけずれている。

第１軸Ｂに沿った１８０°の回転により、図７の相対的配置を得られる。
つづいて、第２軸Ａに沿った１８０°の回転の後、探触体６はその当初の方向付けに戻るのだが、図８に見られるように、今度は、Ｙ座標のマイナス方向に距離ｄだけずれている。

図および図示された例は、第２可動部品５の軸Ｃに平行な軸６１を備えた探知用接触ロッドに関するものであるが、本発明はまた、非対称の、または斜めの探知用接触ロッドを用いる場合も含むのであって、その場合には、測定対象物に接触するための部品、例えばボール７は、軸Ｃに対してずれているものになる。

本発明のもう一つの実施態様を、図５を参照しつつこれから説明する。

図５に示された本発明による探触子においては、探知用接触ロッドである探触体６を、軸Ｃの周りを回転可能な回転板５６に固定する。
このようにして、探知用接触ロッドである探触体６のずれを、回転板５６の回転により修正することができる。
好適には、回転板５６が、例えば、軸Ｃの両側での垂直方向のずれに対応する二つの位置と、水平方向のずれに対応する二つの位置というように、第２可動部品４および第２可動部品５に類似して、幾つかの割り出し位置を配分することが望ましい。

回転板５６を確実に回転させるために用いるのは、測定機械のソフトウェアによって直接制御する、モーターもしくは別のアクチュエータであってもよいし、または、オペレーターが手動で行ってもよい。

本発明の図示されない変形例においては、探知用接触ロッドである探触体６を、探知用接触ロッドの二つの異なるずれに対応した、第２可動部品５の両極端の位置の間を滑ることができる、スライド式の固定部品に固定する。
手動式またはモーター駆動式の他の移動手段も可能であり、そのような手段もまた本発明の範囲内に含まれている。

本発明の図示されない変形例においては、探知用接触ロッドである探触体６のずれは、第２可動部品５と探知用接触ロッドである探触体６との間に、取り外し可能なずらし用付属品を介在させることで得られる。
ずらし用付属品は、例えば、図５に示す本発明の実施態様に類似して、回転板を含むか、または、ずれを変化させるための滑り部品を含む。

もう一つの変形例においては、固定式のずらし用付属品を、第２可動部品５と探知用接触ロッドである探触体６との間に介在させる。
この場合には、ずれの変化は、図２、図３ならびに図４で示した例についてと同様に、複数の回転を組み合わせることによって得られる。

Claims (10)

1. 測定装置に対して探触体の方向付けを行うための配向自在な探触子であり、
   固定部品と、
   固定部品に接続され、固定部品に対して第１軸の周りを回転することができる第１可動部品と、
   第１可動部品に接続され、第１可動部品に対して第２軸の周りを回転することができる第２可動部品と、
   第２可動部品と一体化した、細長い形状の探触体とを含んでおり、
   探触体が、固定部品に対して平行移動することができることを特徴とする、配向自在な探触子。
2. 測定装置に対して探触体の方向付けを行うための配向自在な探触子であり、
   固定部品と、
   固定部品に接続され、固定部品に対して第１軸の周りを回転することができる第１可動部品と、
   第１可動部品に接続され、第１可動部品に対して第２軸の周りを回転することができる第２可動部品と、
   第２可動部品と一体化した、細長い形状の探触体とを含んでおり、
   探触体が、空間内で複数の方向性を取ることができ、第２軸に対してずれていることを特徴とする、配向自在な探触子。
3. 測定装置に対して探触体の方向付けを行うための配向自在な探触子であり、
   固定部品と、
   固定部品に接続され、固定部品に対して第１軸の周りを回転することができる第１可動部品と、
   第１可動部品に接続され、第１可動部品に対して第２軸の周りを回転することができる第２可動部品とを含んでおり、
   第２可動部品の第２軸の周りでの回転が、９０°を超える角度範囲に及ぶことを特徴とする、配向自在な探触子。
4. 前記平行運動が、第１可動部品と第２可動部品との一連の回転によって得られるものであることを特徴とする、請求項１に記載の探触子。
5. 前記探触体のずれが、可変であることを特徴とする、請求項２に記載の探触子。
6. 前記探触体のずれが、第１可動部品と第２可動部品との一連の回転によって変化させることができることを特徴とする、請求項２に記載の探触子。
7. 前記探触体のずれが、第２可動部品の軸に対する二つの対称位置のうちの一つに、探触体を位置づけることにより変化させることができることを特徴とする、請求項２に記載の探触子。
8. 前記探触体が、一端に測定対象物と接触するための部品の付いたロッドを一本含んでおり、
   ロッドの軸が、第２軸に対して、ずれていることを特徴とする、請求項２に記載の探触子。
9. 前記第２可動部品と一体化した、細長い形状の探触体を含んでおり、
   探触体が、固定部品に対して平行移動することができることを特徴とする、請求項３に記載の探触子。
10. 前記第２可動部品と前記探触体との間に介在させた、取り外し可能な付属品を含んでいることを特徴とする、請求項１〜請求項９のいずれか一つに記載の探触子。
    

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