JP2006504953A

JP2006504953A - 振動減衰システムを備えた座標測定装置

Info

Publication number: JP2006504953A
Application number: JP2004547873A
Authority: JP
Inventors: セオエイエムルエイル; ジェロエンデッケルス
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2002-10-29
Filing date: 2003-10-17
Publication date: 2006-02-09
Also published as: KR20050061563A; US7178253B2; US20060070253A1; AU2003267798A1; TW200416379A; WO2004040233A1; EP1563248A1

Abstract

測定されるべき物体（１５）に接触するためのセンス部材（１８）を備えたスタイラス（１４）と、前記スタイラス（１４）が弾性手段（１９）を通じて接続された支持ユニット（１３）と、導電材料中に渦電流を発生させることによって前記スタイラス（１４）の振動を減衰させるための磁石手段（４６）とを有するプローブを持つ座標測定装置。前記弾性手段（１９）は、導電材料でできた少なくとも１つの板ばね（４１）を有し、前記磁石手段（４６）は、前記板ばね（４１）中に渦電流を発生させる。

Description

本発明は、測定されるべき物体に接触するためのセンス部材を備えたスタイラスと、前記スタイラスが弾性手段を通じて接続された支持ユニットと、導電材料中に渦電流を発生させることによって前記スタイラスの振動を減衰させるための磁石手段とを有するプローブを持つ座標測定装置に関する。

このような装置は、ドイツ特許公開公報第１９７３１００５号に開示されており、この装置において、弾性手段は２つのばね素子からなり、そのそれぞれがセンス部材の動きを一方向に許可する。各ばね素子は、磁界中に位置した導電材料のピースを備えるので、導電材料の移動は該材料中に渦電流を発生させ、この移動に減衰動作を生じさせる。

しばしば、座標測定装置において機械的タッチプローブが用いられる。このようなプローブは、通常サファイアでできた高精度の球をその端に有するスタイラスを備えてよい。スタイラスと測定されるべき物体との間で、センス部材を通じて接触がなされることができる。物体の表面の特定のスポットの位置（即ち３つの座標）は、該物体に対する支持ユニットの位置が知られていることを条件として、センス部材が前記スポットに接触しているときに、センス部材の支持ユニットに対する位置を検出することによって測定されることができる。

センス部材の位置の検出は、センス部材の位置（３つの座標）が測定され、更に、センス部材の方向性（３つの角度）が測定されることを意味する。従って、センス部材の位置は、６つの自由度によって規定される。スタイラスは、前記位置を測定するために、支持ユニットに取り付けられた検出手段によって検出される検出部材を備えてよい。

センス部材の前記物体との衝突は、スタイラスの支持ユニットに対する振動を生じさせうる。なぜならスタイラスは、前記弾性手段によって支持ユニットに接続されているからである。このような振動は、測定誤差を導入する可能性があり、これらの誤差を低下させるために、振動が許容可能なレベルまで減衰される或る整定時間が必要とされる。

本発明の目的は、スタイラスの振動を効果的且つ効率的な態様で減衰する座標測定手段を提供することである。

この目的を達成するために、前記弾性手段は、導電材料でできた少なくとも１つの板ばねを有し、これにより、前記磁石手段は、前記板ばね中に渦電流を発生させる。

センス部材を備えたスタイラスの振動は、前記板ばねの振動も引き起こす。磁石が前記板ばねの近くに位置するとき、渦電流が板ばねの導電材料中で発生させられる。材料の電気伝導性のため、渦電流は、板ばねの動き、従ってスタイラスの振動への減衰効果を有する。渦電流は、前記弾性手段の板ばね中に発生するので、導電材料を含む追加の素子の必要がない。

用語「板ばね」は、広い解釈を有する。板ばねは、バーの曲がりが弾性力を生じさせる場合には、バーの形状さえ有してもよい。

好適には、前記導電材料は高い伝導性を有し、非磁性であり、このため磁場は前記導電材料には力を加えない。この材料は、非磁性鋼、即ち、約１２％のＭｎを含む鋼であってよい。しかし、好適には、導電材料は、アルミニウム若しくはアルミニウム合金又は銅若しくは銅合金である。

好適な実施例では、前記板ばねは、互いに向かって傾斜して位置した、前記支持ユニットに接続される外側部分と前記スタイラスに接続される内側部分との２つの部分を有する。これら２つの部分は、ほぼ同じ平面に位置してよい。好適には、前記外側部分の横断面の面積は、前記内側部分の横断面の面積よりも小さい。板ばねのこれら両方の部分が同じ厚さを持っていれば、板ばねの前記外側部分の幅は、板ばねの前記内側部分の幅よりも小さい。

好適な実施例において、弾性手段は、１つの材料シート、例えばアルミニウムのシートから作られた多くの板ばねを有する。このシートは０．０５〜０．５ｍｍの厚さを持ってよく、厚さ０．１８ｍｍを用いることにより良好な結果が得られる。接続部分を含むばね部材（即ち板ばね）は、シート材料から機械加工されてもよいが、シートから材料を除去するあらゆる他の方法が代わりに用いられてよい。

好適には、ばね部材の板ばねは、ばね部材の面に垂直に対称軸を持つ回転対称である。このように、多くの板ばねがばね部材の中心部分の周りに位置し、この中心部分にはセンス部材を備えたスタイラスが取り付けられる。従って、板ばねの内側の端はスタイラスに取り付けられ、外側の端は支持ユニットに取り付けられる。

１つの好適な実施例において、弾性手段は、それぞれが板ばねを有する、間隔を置いた２つのばね部材を有し、磁石手段は２つのばね部材間に位置する。好適には、各ばね部材は、１つの材料シートから作られた多くの板ばねを有し、ばね部材は互いに平行に位置する。従って、磁石手段は、磁石手段の両側で磁界を作るので、各ばね部材は磁界の１つの中に位置する。

それぞれが板ばねを有する互いに平行に位置した２つのばね部材の構成は、米国特許第５２５１２２号から知られている。ここでは、２つのばね部材の間に位置する粘液を有する減衰手段も存在する。

好適な実施例では、磁石手段は、多くの永久磁石を有する。このような永久磁石の材料は、コバルト鋼又は種々のフェライト合金であってもよい。好適には、永久磁石は非磁性材料、例えばプラスチックの板に組み込まれ、この場合、磁界はこの板の両側に延在する。

好適には、永久磁石は互いに隣接してアレイに配置される。２又は３以上のこのような磁石のアレイは、実際には永久磁石の面が作られるように、互いに隣接して平行に配置されてよい。永久磁石のアレイ又は平面が、渦電流が発生されなければならない各板ばねに平行に配置される。板ばねと磁石との間の距離は小さくあるべきであるが、板ばねが動くのに十分なスペースがあるべきである。

１つの好適な実施例において、前記永久磁石の磁軸は前記板の面内にアレイに対して垂直に配置され、磁石のアレイの幅は、この構成で、関連する板ばねの幅と等しくてよい。

本発明は、更に、物体の位置を測定する方法であって、前記物体はプローブのスタイラスによって接触され、前記プローブは、センス部材を備えた前記スタイラスと、前記スタイラスが弾性手段を通じて接続された支持ユニットと、導電材料中に渦電流を発生させることによって前記スタイラスの振動を減衰するための磁石手段とを有し、前記弾性手段は導電材料でできた少なくとも１つの板ばねを有し、前記磁石手段は前記板ばね中に渦電流を生成する、方法に関する。

本発明は、図面が参照される座標測定装置の１つの実施例の説明によって、以下でより詳細に説明される。

図は実施例の概略図に過ぎず、重要性の低い部分は示されない。

図１は、例えばグラナイトでできたベース１を有する座標測定装置を示す。ベース１の上には、矢印３で示されるように該ベース１に対して一方向（ｙ方向）に移動することができる第１のステージ２がある。測定スケール４は、ベース１に対する第１のステージ２の線形位置を示す。

第２のステージ５は、矢印６で示されるように第１のステージ２に対して一方向（ｘ方向）に移動することができる。測定スケール７は、第１のステージ２に対する第２のステージ５の線形位置を示す。第３のステージ８は、矢印９で示されるように第２のステージ５に対して一方向（ｚ方向）に移動することができる。測定スケール１０は、第２のステージ５に対する第３のステージ８の線形位置を示す。

第３のステージ８の下方端はプローブを持っており、このプローブは、第３のステージに取り付けられた支持ユニット１３と、該支持ユニット１３から下方に延在するスタイラス１４とを有する。スタイラス１４の下方端は、測定されるべき物体１５に接触するためのセンス部材（図１に示されない）を持つ。スタイラス１４は、弾性手段、例えばばね手段によって支持ユニット１３に接続されるので、スタイラス１４は、支持ユニット１３に対して移動することができる。

第１の、第２の及び第３のステージ２、５、８を互いに対して、そしてベース１に対して移動させることによって、プローブ１３、１４は、ベース１に対してあらゆる位置に配置されることができる。このような位置は、３つの測定スケール４、７、１０上で測定される３つの値によって識別されることができる。

測定されるべき物体１５は、座標測定装置のベース１の上に配置され、これは図１に図式的に示される。物体１５の外形は、該物体１５の外面上の特定のスポットの正確な位置を測定することによって決定されることができる。

このような測定を実行するため、プローブ１３、１４は、ステージ２、５、８を、スタイラス１４（センス部材）の下方端が物体１５の表面の関連するスポットに対して当接するような態様で動かすことによって、動かされる。このとき、支持ユニット１３に対するセンス部材の位置が決定され、これにより、物体１５の表面上の関連するスポットの位置が計算されることができる。物体１５の表面の異なったスポットでこのような測定を繰り返すことにより、物体１５の外形が決定されることができる。

図２は、ステム１７と、該ステム１７の下方端に取り付けられたセンス部材１８とを有するステイラスを支持する支持ユニット１３を示す。検出部材１８は、球（好適にはサファイア球）である。

スタイラス１７、１８は、支持ユニット１３内で弾性手段１９によって懸架されるので、ステム１７は、支持ユニット１３に対して動くことができる。ステム１７は、検出部材１８が物体１５の表面に接していれば、その垂直位置から外れる。

ステム１７は、支持ユニット１３に対してヒンジ結合している（即ち動く）ので、ステム１７の上方端に取り付けられた検出部材２２は、センス部材１８の動きに従って動く。支持ユニット１３は、検出部材２２の該支持ユニット１３に対する位置を測定するための検出手段２３を有する。検出部材２２の位置を測定することによって、センス部材１８の位置が計算されることができる。

図３は、プローブの検出手段２３の実施例を示す。ステム１７は、その下方端にセンス部材１８を、その上方端に検出部材２２を持つ。前述したように、センス部材１８の位置は、検出部材２２の位置が測定されることにより計算されることができる。検出部材の位置は、検出部材２２の位置だけでなくその方向性も伴う。

検出部材２２は、３つの傾斜した三角形の反射する表面３０を持つ角錐の形をしている。上から、３つのファイバー及び３つのレンズ系３３を通じて３つのレーザービーム３１が供給される。３つのレーザービーム３１のそれぞれは、検出部材２２の３つの三角形のミラー３０の内の１つに向けられる。３つのレーザービーム３５は、ミラー３０によって反射され３つのディテクタスクリーン３６によって受けられる。３つのディテクタスクリーン３６のそれぞれは、レーザービームがスクリーンに当たる位置を測定する。

検出手段２３の全ての構成要素、即ち、ファイバー３２、レンズ系３３及びディテクタスクリーン３６は、支持ユニット１３に固定される。従って、検出部材２２の位置は、３つのディテクタスクリーン３６から来るデータから、即ち、レーザービーム３５がそれぞれのディテクタスクリーン３６に当たる位置から計算されることができる。検出部材２２の位置が測定された後、センス部材１８の位置が計算されることができるので、測定されるべき物体１５の表面の関連するスポットが決定される。

図４は、ばね部材の第１の実施例を示す。このばね部材は、ステム１７と支持ユニット１３との間で接続を形成することができる３つの板ばね４１のアセンブリである。ばね部材は、例えば０．１８ｍｍの厚さを持つ平坦な材料シート（板）から作られる。リング４２、３つの板ばね４１及び中心部４３が残るようにシートの材料は除去される。リング４２は支持ユニットに取り付けられることができ、３つの板ばね４１が支持ユニット１３とスタイラス１７、１８との間の弾性接続を提供するように中心部４３はステム１７に取り付けられることができる。

図５は、よりフレキシブルなばね部材を示す。ここで、リング４２は、外側部分４４及び内側部分４５の２つの部分をそれぞれ有する３つの板ばねによって中心部４３に接続される。このばね部材も、例えばアルミニウムの平板の材料シートから作られる。

図６は、非磁性体（例えばプラスチック）の平板４６を示す。板４６は、図５に示されるばね部材と同じ直径の円形形状を持つ。板４６は、その外周（縁）の近くに、板の残りよりも大きな厚さを持つリング形の領域４７を持つ。板４６の中心部には穴４８がある。

板４６の材料には、それぞれ多くの永久磁石からなる６つのアレイ４９、５０が、当該アレイ４９、５０の位置及び寸法が図５の板ばね４４、４５の位置及び寸法に対応するように埋め込まれる。３つのアレイ４９は、板ばねの外側部分４４と同じ幅を持ち、３つのアレイ５０は、この板ばねの内側部分４５と同じ幅を持つ。永久磁石は、板４６の表面に、該板の両側に現れるように埋め込まれる。

図７は、その下方端にセンス部材１８を持つステム１７を示す。ステム１７の上方端は、例えば図３に示される角錐として形成された検出部材２２を持つ。検出部材２２の近くで、ステム１７は弾性手段１９の中心部に取り付けられる。弾性手段１９は、互いに平行に位置した２つのばね部材５２を有し（図５に示されるように）、断面図で部分的に示される。２つのばね部材５２間には板４６がある（図６に示すように）。板４６のリング形の厚い部分４７のため、２つのばね部材５２のそれぞれと板４６との間には或る所定の距離がある。弾性手段１９の中心部には、２つのばね部材５２間で間隔を維持するため、ステム１７の周りにスリーブ５３がある。２つのばね部材５２及びスリーブ５３は、例えば接着されてステム１７に接続される。弾性手段１９の円周の縁には、図７には示されない支持ユニット１３が取り付けられる。

２つのばね部材５２の６つの板ばね４４、４５（図５に示される）は、弾性手段１９中で板４６（図６に示される）の両側に延在し、これにより、板ばねの部分４４が永久磁石のアレイ４９の近くに位置し、板ばねの部分４５が永久磁石のアレイ５０の近くに位置する。板ばね４４、４５が板４６に対して動くと、永久磁石のアレイ４９、５０の磁界が板４６の両側で板ばね４４、４５における渦電流を生じさせ、板ばねの動きは、板ばねの材料の電気伝導度に起因して減衰される。

上述の座標測定装置の実施例は、例に過ぎず、多くの他の実施例が可能である。

座標測定装置の斜視図である。プローブを示す。検出手段を示す。ばね部材の第１の実施例を示す。ばね部材の第２の実施例を示す。永久磁石を有する板を示す。ばね部材と磁石を有する板とのアセンブリを示す。

Claims

測定されるべき物体に接触するためのセンス部材を備えたスタイラスと、前記スタイラスが弾性手段を通じて接続された支持ユニットと、導電材料中に渦電流を発生させることによって前記スタイラスの振動を減衰させるための磁石手段とを有するプローブを持つ座標測定装置において、前記弾性手段は導電材料でできた少なくとも１つの板ばねを有し、前記磁石手段は前記板ばね中に渦電流を発生させることを特徴とする装置。
請求項１に記載の座標測定装置において、前記導電材料は非磁性材料であることを特徴とする装置。
請求項１又は２に記載の座標測定装置において、前記導電材料はアルミニウム若しくはアルミニウム合金又は銅若しくは銅合金であることを特徴とする装置。
請求項１乃至３の何れか１項に記載の座標測定装置において、前記板ばねは、互いに向かって傾斜して位置した、前記支持ユニットに接続される外側部分と前記スタイラスに接続される内側部分との２つの部分を有することを特徴とする装置。
請求項１乃至４の何れか１項に記載の座標測定装置において、前記弾性手段は、１つの材料シートから作られる多くの板ばねを有することを特徴とする装置。
請求項１乃至５の何れか１項に記載の座標測定装置において、前記板ばねの構成は、当該板ばねの面に垂直な対称軸を持つ回転対称であることを特徴とする装置。
請求項１乃至６の何れか１項に記載の座標測定装置において、前記弾性手段は、それぞれが前記板ばねを有する、間隔を置いた２つのばね部材を有し、前記磁石手段は、前記２つのばね部材間に位置することを特徴とする装置。
請求項７に記載の座標測定装置において、前記各ばね部材は１つの材料シートから作られる多くの板ばねを有する一方で、前記ばね部材は互いに平行に位置することを特徴とする装置。
請求項１乃至８の何れか１項に記載の座標測定装置において、前記磁石手段は多くの永久磁石を有することを特徴とする装置。
請求項９に記載の座標測定装置において、前記永久磁石は非磁性材料の板に組み込まれることを特徴とする装置。
請求項９又は１０に記載の座標測定装置において、前記永久磁石は互いに隣接してアレイに配置されることを特徴とする装置。
請求項１０又は１１に記載の座標測定装置において、前記永久磁石の磁軸は前記板の面内に前記アレイに対して垂直に位置することを特徴とする装置。
物体の位置を測定する方法であって、前記物体はプローブのスタイラスによって接触され、前記プローブは、センス部材を備えた前記スタイラスと、前記スタイラスが弾性手段を通じて接続された支持ユニットと、導電材料中に渦電流を発生させることによって前記スタイラスの振動を減衰するための磁石手段とを有する、方法において、前記弾性手段は導電材料でできた少なくとも１つの板ばねを有し、前記磁石手段は前記板ばね中に渦電流を発生させることを特徴とする方法。