JP2006514275A - 座標測定機械用プローブヘッド - Google Patents
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Abstract
【解決手段】交換可能で小型化された探針108を有する座標測定機械のためのプローブヘッド。前記探針108は剛性があり、かつ前記探針108に力が作用したときに所定の仕方で撓むことのできる膜状センサーシステム100と共に構造的ユニット116を形成している。前記構造的ユニット116はプローブホルダー70に恒久的に結合されており、また前記探針108を交換する際に前記プローブホルダー70と一緒に取り扱うことができる。更に前記センサーシステム100は、たわみを検出するための電気的センサー要素114を有することができる。前記構造的ユニット116を前記プローブヘッド上に機械的に固定し、また前記センサー要素114と電気的に接続するために、別々の手段が備えられる。
Description
本発明はまた、探針を有し交換可能で小型化された探触子システムを有する座標測定機械のためのプローブヘッドに関し、前記探針は剛性があり、かつ探針に力が作用したときに所定の仕方でたわむことのできる膜状センサーシステムと共に構造的ユニットを形成するものであり、前記センサーシステムは更に前記たわみを検出するための電気的センサー素子を有することを特徴とする。
座標測定機械では、異なるタイプの測定作業を相次いで実行できるように、探針を交換することが実際には必要となることが多い。その中には例えば深さの異なる穴の測定、内径の異なる穴の測定などが含まれる。これらの場合、長さの異なる複数の探針と、それらの自由端に配設された直径の異なる探針ボールとを用意する必要がある。
本発明によれば文頭で二番目に述べたタイプのプローブヘッドにおいて、一方ではプローブヘッド上に構造的ユニットを機械的に固定するため、他方ではセンサー素子を電気的に接続するために、独立した手段が備えられることにより、この目的が達成される。
上記の最初の方法によれば、より大きくかつ取り扱いがより簡単な素子、すなわち構造的ユニットに結合されたプローブホルダーが形成される。プローブホルダーは多少不注意に扱った場合でも、探針を破損するおそれがなく、より簡単に取り扱うことができる。
上記の第二の方法によれば、機械的な固定と電気的な接続と分離することにより、これら2つの機能を、時間的に順々にすることを含めて別の仕方で最適化できるので、上記の目的が達成される。従って例えば、最初に構造的ユニットを機械的に固定し、次にそれを電気的に接続する、または機械的な固定が完了したときに電気的な接続を自動的に行うことが可能となる。
この手段には、プローブホルダーを単純な仕方で把持することができ、例えば対応する部材に押し付け、またはその中に押し込むことにより、単純な仕方で固定できるという利点がある。
この手段には、プローブホルダーとプローブ受け部とを備えたインターフェースを、それぞれの用途に応じて個別に最適化できるという利点がある。
このことは、この変形の改良により前記後方部分が円錐形嵌め合い部を介してプローブ受け部に結合されるように構成されている場合に、特に当てはまる。
本発明の更に別の好適な実施形態では、センサーシステムはプローブホルダーの前部に取り付けられている。
この手段には、センサーシステムが最適に露出されるという利点がある。
この手段も、測定結果の高い再現性を達成するという利点を有する。更に、プローブホルダーの位置と、従ってまた、膜状センサーシステムと小型化された探針とを備えた構造的ユニットの位置が回転方向において規定され、センサーシステムが完全に規定された位置に取り付けられ、センサーシステムとの電気的な接触が再現可能な仕方で行えるようにすることが有利である。
この手段には、前記ボールが穴に嵌入したときに規定された回転位置を信頼性高く実現しかつ保持することができると同時に、取り付けが単純であるという利点がある。
この手段は、特に、門型の設計またはフリーアーム型設計の座標測定機械のクィル軸と組み合わせて使用できるような、厳密に軸方向の設計を可能にするという利点がある。
本発明の別の好適な実施形態の場合、センサーシステムはプローブホルダーの半径方向の後ろ側に取り付けられている。
本発明の別の実施形態によれば、センサーシステムはプローブホルダーに接着させられている。
上で述べた2つの実施形態の変形によれば、センサーシステムはプローブホルダーの後ろ側に接着させることができ、その目的のために後ろ側の領域内に接着剤を保持するための接着ポケットを備えることが好適である。
上で述べた各実施形態の場合、後ろ側の中央の開口部を通して探針が突出することが更に好適である。
この手段は、センサーシステムの機械的な閉じ込めが可能な限り行われ、機械的な理由で露出しなければならない部分だけが露出するという利点がある。
それ自体公知であるこの手段には、測定データがすべてプローブヘッドの閉じ込められた領域で収集でき、従って探針における実際の測定が阻害されないという利点がある。
これも知られているように、センサーシステムがたわみを検出する目的のための電気的センサー素子を有している場合、その目的のためにセンサー素子との接触を後ろ側から行うことができることが特に好適である。
この手段には、センサーシステムをその上に取り付けたプローブホルダーがプローブヘッドに取り付けられたとき、センサー素子との接触が自動的に行われるという重要な利点がある。この場合、スプリングピンを適切に設計することにより、接触力は所望の仕方で設定できる。スプリングピンの弾力性のある保持力により、スプリングピンの軸方向の位置合わせに生じる嵌め合い誤差を補正することができるという利点を更に有する。
この手段には、単一の共通の要素、すなわちスプリングピンホルダーとの複数の電気的接触が同時に行えるという利点がある。
この目的のために、スプリングピンホルダーは好適にはプローブ受け部の前方端部内に取り付けられる。これは好適には、プローブホルダーを前方端部に押し付け、そしてスプリングピンホルダーを前方端部内に挿入することで行われる。
このグループの実施形態の場合、スプリングピンホルダーがプローブホルダーの軸との所定の相対的な回転位置に固定されるように構成されていることが、更に好適である。
ほとんどの変更されたタイプのセンサーシステムを本発明の範囲内で利用することができるが、それにもかかわらず、厚みを大きくした縁を有する既知のセンサーシステムを使用することが好適であり、その場合、探針はセンサーシステムの中央部に配設され、周縁と中央部の間には膜状領域が位置する。
しかし膜状領域は平面形状で環状に構成されることが特に好適である。
この手段は、膜状領域の最も応力の高い点でノッチ効果が生じないという利点を有する。その結果、膜状領域の破断点に達するまで、同じ力の下でより大きなたわみが可能となる。更に、膜状領域の平面、すなわち通常は座標測定機械のx−y平面内で、対称形の信号プロフィールが生じることが有利である。最後に、最大の変形が生じる膜状領域の内側の縁にセンサー要素が直接接して配設されるときに、センサーシステムのより高い感度が得られる。
しかし厚みを大きくした中央部は、円錐台の形状とすることが特に好適である。
この手段は、上で述べた利点をより完全に実現する上で、膜状領域の環状構造に対する特に有効な補足となる。
上で説明したタイプのプローブヘッドの各実施形態の場合、探針を交換するときに構造的ユニットを数値制御されたロボットによって取り扱えることが好適である。
この手段は、2つの測定作業の間で探針を極めて短時間で、最高の再現性を維持して、かつ探針を損傷する危険を最小にしながら切り替えることができるという利点がある。
上記の特徴および以下で説明する特徴がそれぞれ明示した組み合わせだけでなく、本発明の範囲から逸脱することなくその他の組み合わせで、または単独で使用できることは、言うまでも無い。
本発明の実施形態を添付図面に図示し、以下で更に詳細に説明する。
図2から詳しく分かるように、貫通穴30には概略円筒形のスプリングピンホルダー40が挿入されており、スプリングピンホルダー40の外側円筒面42は第一の内側円筒面32に適合され、プローブ受け部13の前方端部、すなわち図1において右側の端部において、スプリングピンホルダー40が半径方向に保持され、かつその前側44を介して軸方向に内側の環状肩部28で保持されている。図5において特に明確に示される突起46が、内側の環状肩部28上の対応する切り欠き内に係合し、図1および図2に示される動作位置にあるときに、スプリングピンホルダー40もまたその回転位置に固定されるようになされる。その目的のため、その代わりに、図5に図示されるようにスプリングピンホルダー40の周辺に凹部48が形成されていてもよい。
止めスリーブ50は、その外側の円筒面53が貫通穴30の第二の内側円筒面34内に入った状態で移動する。止めスリーブ50の後ろ端54には図1に示すように、外周溝56が備えられている。
止めナット60は、その後ろ端に、プローブ受け部14の内側ネジ部36内を移動する外側ネジ部64を有する。従って止めナット60は、止めスリーブ50をスプリングピンホルダー40に押し当てられるようになるまで、適切な外周溝など(図示せず)によって貫通穴30内にねじ込むことができるが、スプリングピンホルダー40はその前側44を軸方向に内側環状肩部28に突き当てた状態で恒久的に維持する。
プローブホルダー70が上で述べたようにプローブ受け部14の前方端部26に押し付けられると、プローブ受け部14の外側ネジ部20にねじ込むことができるユニオンナット79によって、プローブホルダー70をこの位置に固定することができる。
プローブホルダー70の中間部76はある外周位置において半径方向の穴84が備えられ、その中にボール86が挿入され、このボール86は好適にはバネ(図示せず)によって半径方向に内側に向かって予め付勢されている。穴84はプローブ受け部14の前方端部26において軸方向の溝88に合流するが、これも同様にプローブ受け部14の外周位置にのみ備えられる。その結果、図1および図2に示された仕方でプローブホルダー70を、プローブ受け部14の前方端部に押し付け、次に軸11の回りに回転させると、ボール86が穴84から軸方向の溝88に部分的に入ったときに、規定された回転位置が付加的に達成される。
この構成は、センサーシステム100を例えば接着により取り付ける役割を果たす。取り付けるときは、センサーシステム100が切り欠き91内に挿入され、次に接着ポケット92内に接着剤を充填し、その後接着剤を硬化させることにより、センサーシステム100が後ろ側90上に固定される。
最初に引用した上記特許文献1から知られるセンサーシステム100は、図3から現れる正方形の平面形状か、または円形の形状を有する。
センサー要素114が、センサーシステム100の後ろ側112に備えられている。センサー要素114は電気的に動作する。これらは例えば、歪みゲージまたは圧電素子として構成できる。センサーシステム100は、探針108およびセンサー要素114と共に構造ユニット116全体を構成しているが、このユニットはプローブホルダー70の前方部分80の後ろ側90に、上で述べた仕方で接着、すなわち予備取り付けされる。
第三の実施形態では、センサーシステム100’’の膜状領域106’の平面形状は円形に形成され、盛り上がった中央部104’は円錐形状の台形として構成されている。環状のリングは例えば外径3mmである。
第二および第三の実施形態もまた、ここで述べる本発明の他の特徴と独立に使用できる。
先ず、ユニオンナット79を回して外ネジ部20から外す。次に保護キャップ101がかぶせられているか、またはかぶせられていない状態で、プローブホルダー70をプローブ受け部14の前方端から軸11の方向に取り外す。このプロセスで、センサーシステム100はスプリングピン120から自動的に取り外され、この取り外し動作の間に各ピンはセンサー要素114の対応する接触板から引き上げられる。
Claims (36)
- 探針(108)を有し、交換可能で小型化された探触子システムを有する座標測定機械のためのプローブヘッドであって、
前記探針(108)は、剛性があり、かつ前記探針(108)に力(F)が作用したときに所定の仕方で撓むことのできる膜状センサーシステム(100)と共に構造的ユニット(116)を形成しており、
前記構造的ユニット(116)は、プローブホルダー(70)に恒久的に結合されており、また前記探針(108)を交換する際に前記プローブホルダー(70)と一緒に取り扱えるプローブヘッド。 - 前記プローブホルダー(70)がスリーブ状に構成されている、請求項1記載のプローブヘッド。
- 前記プローブホルダー(70)の後方部分(72)が座標測定機械のプローブ受け部(14)に結合されるように構成されている、請求項1または2記載のプローブヘッド。
- 前記後方部分(72)が、円錐形状の嵌め合い(24,74)を介して前記プローブ受け部(14)に結合されるように構成されている、請求項3記載のプローブヘッド。
- 前記センサーシステム(100)が、前記プローブホルダー(70)の前方部分(80)に取り付けられている、請求項1〜4のいずれかに記載のプローブヘッド。
- 前記プローブホルダー(70)が、プローブ受け部(14)の軸(11)を基準として規定される回転位置において当該プローブ受け部(14)に結合されるように構成されている、請求項1〜5のいずれかに記載のプローブヘッド。
- 前記回転位置を規定するためのボール(86)が、規定された前記回転位置において前記プローブ受け部(14)の軸方向の溝(88)内または前記プローブホルダー(70)上の穴(84)内に嵌入するようになっている、請求項6記載のプローブヘッド。
- 前記プローブ受け部(14)が軸(11)に沿って延びており、前記プローブホルダー(70)が前記プローブ受け部(14)の前方端部(26)に結合されるように構成されている、請求項1〜7のいずれかに記載のプローブヘッド。
- 前記センサーシステム(100)が前記プローブホルダー(70)の半径方向の後ろ側(90)に取り付けられている、請求項1〜8のいずれかに記載のプローブヘッド。
- 前記センサーシステム(100)が前記プローブホルダー(70)に接着されている、請求項1〜9のいずれかに記載のプローブヘッド。
- 前記センサーシステム(100)が前記後ろ側(90)に接着されている、請求項9または10記載のプローブヘッド。
- 接着剤を保持するための接着ポケット(92)が前記後ろ側(90)に備えられている、請求項11記載のプローブヘッド。
- 前記探針(108)が前記後ろ側(90)の中央の開口部を通って突出している、請求項9〜12のいずれかに記載のプローブヘッド。
- 前記センサーシステム(100)が、そのたわみを検出する目的で前記探針(108)から離れる方向に向いてその後ろ側(112)からアクセスされるように構成されている、請求項1〜13のいずれかに記載のプローブヘッド。
- 前記センサーシステム(100)が、たわみを検出するための電気的センサー要素(114)を備えている、請求項14記載のプローブヘッド。
- 前記センサー要素(114)が前記後ろ側から接触されるように構成されている、請求項14または15記載のプローブヘッド。
- 前記センサー要素(114)と接触するためのスプリングピン(120)によって特徴付けられる、請求項16記載のプローブヘッド。
- 複数個のスプリングピン(120)がスプリングピンホルダー(40)内に保持されている、請求項17記載のプローブヘッド。
- 前記スプリングピンホルダー(40)が前記プローブ受け部(14)の前方端部(26)内に取り付けられている、請求項8または18記載のプローブヘッド。
- 前記プローブホルダー(70)が、前記前方端部(26)に押し付けられ、前記スプリングピンホルダー(40)が前記前方端部(26)内に挿入される、請求項19記載のプローブヘッド。
- 前記プローブホルダー(70)が前記端部(26)と螺合されるように構成されている、請求項20記載のプローブヘッド。
- 前記プローブホルダー(70)がユニオンナット(79)によって前記端部(26)と螺合されるように構成されている、請求項21記載のプローブヘッド。
- 前記スプリングピンホルダー(40)が前記プローブホルダー(70)の軸(11)との相対的な所定の回転位置に固定されるように構成されている、請求項18〜22のいずれかに記載のプローブヘッド。
- 前記センサーシステム(100)が、厚くされた縁(102)を有し、前記探針(108)が前記センサーシステム(100)の中央部(104)に配設され、かつ膜状領域(106)が前記縁(102)と前記中央部(104)との間に位置している、請求項1〜23のいずれかに記載のプローブヘッド。
- 前記膜状領域(106)が、平面視において、多角形、特に長方形の形状を有する、請求項24記載のプローブヘッド。
- 前記膜状領域(106)が、平面視において、正方形の形状を有する、請求項25記載のプローブヘッド。
- 前記膜状領域(106’)が、平面視において、環状である、請求項24記載のプローブヘッド。
- 前記中央部(104)が厚くされた構成である、請求項24〜27のいずれかに記載のプローブヘッド。
- 前記厚くされた中央部(104)が台形のピラミッド形状に構成されている、請求項28記載のプローブヘッド。
- 前記厚くされた中央部(104’)が円錐台形状に構成されている、請求項28記載のプローブヘッド。
- 前記構造的ユニット(116)が、前記探針(108)の交換時に数値制御ロボットによって取り扱われるように構成される、請求項1〜29のいずれかに記載のプローブヘッド。
- 探針(108)を有し、交換可能で小型化された探触子システムを有する座標測定機械のためのプローブヘッドであって、前記探針(108)は、剛性があり、かつ前記探針(108)に力(F)が作用したときに所定の仕方で撓むことのできる膜状センサーシステム(100)と共に構造的ユニット(116)を形成しており、前記センサーシステム(100)が更にたわみを検出するための電気的センサー要素(114)を有し、一方では前記構造的ユニット(116)を前記プローブヘッド(10)上に機械的に固定するため、また他方では前記センサー要素(114)を電気的に接続するために別々の手段が備えられているプローブヘッド。
- スプリングピン(120)によって前記センサー要素(114)との接触が実現できる、請求項32記載のプローブヘッド。
- 前記センサーシステム(100)の前記探針(108)から離れる方向に向いて、後ろ側(112)で前記センサー要素(114)との接触が実現できる、請求項33記載のプローブヘッド。
- 前記構造的ユニットが前記プローブヘッド(10)と共に螺合されるように構成されている、請求項32〜34のいずれかに記載のプローブヘッド。
- 前記構造的ユニット(116)が、プローブホルダー(70)と恒久的に結合され、かつ前記探針(108)の交換時に前記プローブホルダー(70)と一緒に取り扱われるように構成されている、請求項32〜35のいずれかに記載のプローブヘッド。
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