JP2009517671A - 測定対象物についての測定可能な変数を決定する装置 - Google Patents

Abstract

【課題】位置決めおよび測定精度に及ぼす工作物の重量の影響を低減する単純かつコスト効率の高い代案を提供する。
【解決手段】測定対象物３０についての測定可能な変数を決定する装置は、複数の機械脚部３８、４２上に取り付けられた底板１２を有している。測定ヘッド２８は、底板に対して移動させることができる。工作物テーブル４６は、測定対象物３０を支持するために底板１２上に設置することができる。本発明の一局面によれば、底板１２は、垂直方向に調節することができるように機械脚部３８、４２に取り付けられている。機械脚部３８、４２は、工作物テーブル４６を保持するために第１の調節位置で底板１２から上方に突出している。第２の調節位置においては、機械脚部３８、４２は、底板１２内に後退されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、測定対象物についての測定可能な変数を決定する装置に関し、特に、複数の機械脚部上に取り付けられた底板を備え、底板に対して移動させることができるヘッドを備え、かつ工作物を支持するために底板上方に設置されるように設計された工作物テーブルを備えた座標測定機に関する。

このタイプの装置は、下記特許文献１により開示されている。
座標測定機は、一般的に、測定対象物上の定義された測定点の空間座標を決定するために使用される。そこで、測定対象物の幾何学的寸法および／または３次元形状を決定することが可能である。一般的な使用分野は、品質管理のための工作物の測定である。座標測定機は、測定対象物に対して移動させることができる測定ヘッドを含むフレーム構造体を有している。測定ヘッドは、測定対象物上の測定点に対して規定された位置に移動され、その後、測定点の空間座標を測定ヘッドの空間位置から決定することができる。

しかしながら、本発明は、より狭い意味での座標測定機に限定されるものではない。例えば、工作機械の場合など、測定ヘッドまたは作業ヘッドを工作物に対して移動させる他の装置に適用することもできる。本発明は、出願人の観点から好適な適用例を構成するので、座標測定機の実施例として以下で説明する。しかしながら、これは、各種工作機械、および底板に対して移動させることができる作業ヘッドを有する他の装置を除外するものではない。

測定対象物が測定作業のために設置される工作物テーブルが測定対象物の荷重を受けて変形する可能性がある点は、座標測定機の公知の問題である。この変形がフレーム構造体に伝達されると、測定結果は、補正するのが困難なほどに損なわれる。この問題を解決する様々な提案がある。
冒頭に言及した下記特許文献１では、底板（同出願では下部架台と表記）が第１の複数の機械脚部により基礎上に載置される機械設計が提案されている。底板内には、複数の第２の機械脚部が配置され、基礎上に支持される垂直方向のスリーブが設けられている。第２の機械脚部は、高さを調節することができ、かつ測定対象物を設置することができる工作物テーブルを上部自由端上に担持することができる。移動可能な測定ヘッドを有するフレーム構造体は底板に取り付けられていることから、工作物テーブルの変形は、フレーム構造体には作用しない。換言すると、移動可能な測定ヘッドのガイドの直線性は、測定対象物の重量から独立したものである。しかしながら、公知の装置は、複数の機械脚部を取付けかつ調節しなければならないことから、相対的に設計および据付けが複雑である。さらに、この公知の装置には、底板が工具テーブルに対してフレーム構造体とともに変位する危険性があり、これにより、応力および測定の不正確さが発生する可能性がある。

下記特許文献２では、工作物テーブルが、少なくとも３つの脚部を介して底板上に支持される座標測定機が提案されている。底板自体は、少なくとも３つの脚部も有し、底板の１つの脚部は、各々の場合、工作物テーブルの１つの脚部より下方に配置されている。
下記特許文献３では、工作物テーブルがやはり脚部を介して底板上に支持される門形の設計の座標測定機が開示されている。門形は、剛性強化を達成するために環状構造体内で工作物テーブルを囲むことが意図されている。

下記特許文献４および下記特許文献５では、測定ヘッドを支えるフレーム構造体のガイドが、測定対象物も設置される同じ基体に配置される座標測定機が開示されている。この基体は、石材から製造することができる。十分な剛性を達成するために、非常に重量のある基体がこのような設計の場合には必要とされる。それにもかかわらず、同座標測定機には、重量のある測定対象物の重量を受けると変形するという危険性がある。

下記特許文献６では、高さを調節することができる工作物テーブルを有する座標測定機が開示されている。所望の調整位置には、工作物テーブルを係止する歯ラックが設けられている。この設計は、測定ヘッドの移動に限界があり、互いにサイズが大きく外れる対象物を測定するという目的に供するものである。
独国特許出願公開第３１１８６１２号明細書 欧州特許出願公開第０６０４３８０号明細書 米国特許第４，５９４，７９１号明細書 米国特許第４，７２７，６５３号明細書 米国特許第４，４９５，７０３号明細書 独国特許出願公開第１７９８１９１号明細書

以上を背景として、本発明の目的は、冒頭で言及したタイプの装置の位置決めおよび測定精度に及ぼす工作物の重量の影響を低減する単純かつコスト効率の高い代案を提供することである。

この目的は、底板が、垂直方向に調節することができるように機械脚部上に取り付けられ、機械脚部が、工作物テーブルを支持するために第１の調節位置で底板から上方に突出し、機械脚部が、第２の調節位置で底板内に後退されている、冒頭で言及したタイプの装置で達成される。
すべての他の手法とは対照的に、本発明は、機械脚部が底板から上方に突出するように任意に設定することができる高さ調節可能な底板を提案する。この調節可能な位置において、工作物テーブルは、非常に容易に機械脚部上に設置することができる。工作物テーブル上に静置されている測定対象物の重量は、機械脚部を介して、直接吸収される。工作物テーブルより下方に静置されている底板は、力のフラックスから除外される。したがって、工作物テーブルのいかなる潜在的な変形も、底板には作用しない。その結果、測定ヘッドを担持するフレーム構造体のガイドは、これらのガイドが底板のところに、または底板上に取り付けられたときでさえも測定対象物の重量から切り離される。

他方、底板自体は、少数の機械脚部のみを取り付けかつ調節する必要があるように機械脚部上に取り付けられている。したがって、本新規な座標測定機（より一般的には新規な装置）は、容易にかつコスト効率が高く実行することができる。
さらに、本新規な装置は、容易な交換および異なる工作物テーブルの使用を可能にすることから、非常に柔軟性がある。第２の調節位置においては、底板全体は、測定対象物を置くために利用可能であり、これにより、本新規な座標測定機の非常に柔軟な使用が可能である。特に、軽量の測定対象物は、直接底板上に設置することができ、一方、より大きな重量の測定対象物は、フレーム構造体のガイドを工作物の重量から切り離すために工作物テーブル上に設置することができる。したがって、本新規な装置は、異なる測定作業に非常に容易に適合させることができ、これにより、ユーザにとってはより柔軟になるばかりでなく、製造業者には、複数の機械について均一な機械設計の可能性が実現される。

したがって、上述した目的は、完全に達成される。
本発明の改良形態においては、装置は、機械脚部上に底板を取り付けるための複数の第１の支持要素と、第１の調節位置において機械脚部上に工作物テーブルを取り付けるための複数の第２の支持要素とを含む。
この改良形態においては、底板および工作物テーブルは、相互に分離された軸受を有する機械脚部上に取り付けられている。これにより、重量のある測定対象物の結果としての工作物テーブルの潜在的な変形から、さらによく底板を切り離すことが可能である。

さらなる改良形態においては、第１の支持要素は、調節位置の少なくとも１つで底板を固定するように設計された機械式締め付け手段を含む。底板は、この機械式締め付け手段により各調節位置で係止することができることが好ましい。
このような機械式締め付け手段は、例えば、電動モータ、油圧、空圧、または手動で開閉することができる締め付け具により実行することができる。代案として、調節機構を介して底板を単独で所望の調節位置に保持することが、一般的に考えられる。さらなる機械式締め付け手段を有する好適な改良形態は、測定誤差のさらなる低減に貢献する。

さらなる改良形態においては、第１の支持要素は、底板に結合される少なくとも１つのナットと、ナットが動く少なくとも１つのネジ付きロッドとを含む。
換言すると、それにより、第１の支持要素は、底板を垂直方向に調節することができるねじ駆動体を含む。この改良形態は、底板を非常に正確に位置決めすることができる、非常にコスト効率が高く、かつ堅牢な実施態様を可能にするものである。

さらなる改良形態においては、少なくとも１つのネジ付きロッドは、機械脚部の一部を形成している。好適で例示的な実施形態においては、すべての機械脚部は、ネジ付きロッドとして設計されており、底板は、調整ナットを介して機械脚部の外側面上に取り付けられている。
この改良形態においては、底板を調節する調節機構および底板の軸受は、ねじ付き駆動体内で結合されている。したがって、この改良形態は、本新規な装置の、特に単純で、堅牢で、かつコスト効率が高い実施態様を可能にするものである。

さらなる改良形態においては、第２の支持要素は、工作物テーブル用の少なくとも１つのボールソケット軸受を含む。
このような軸受は、工作物テーブルが測定対象物の重量を受けて変形したときでさえも、応力がかからずに工作物テーブルを保持する。この応力を受けない軸受は、フレーム構造体のガイドから工作物テーブルの最適な切り離しに貢献するものである。その結果、この改良形態は、特に、測定精度に関して有利である。

さらなる改良形態においては、少なくとも１つの機械脚部は、球面セグメントの形状で設計されている上部自由端を有している。
この実施形態においては、機械脚部は、工作物テーブル上のソケットとともにボールソケット軸受を補完する球面体を形成している。代りに、球面体は、工作物テーブル上に形成する、例えば、少なくとも１つの機械脚部の上部自由端上に形成されている円錐形ソケット内で係合することもできる。これとは対照的に、好適な改良形態の方が、機械脚部または機械脚部の端部に配置された軸受部品よりも容易に交換することができる工作物テーブルを適切に適合させることにより、軸受の最適化を単独に行なうことができるために、より柔軟性がある。

さらなる改良形態においては、少なくとも１つの機械脚部は、ボールソケット軸受の一部である下部自由端を有している。すべての機械脚部は、ボールソケット軸受を介して基礎上に支持されることが好ましい。
この改良形態は、底板の、応力を受けない最適な調整を可能にするものであり、したがって、測定精度のさらなる増大に有利に貢献する。

さらなる改良形態においては、本装置は、測定ヘッドが配置されるフレーム構造体を含み、フレーム構造体は、底板上で移動することができるように取り付けられている。
この改良形態においては、機械脚部は、測定ヘッド用フレーム構造体を含む装置全体を実質的に支えている。底板および工作物テーブルの新規な切り離しは、この改良形態において特に有利な効果を有する。さらに、この改良形態により、低いコストによる据付け現場における装置の正確な位置合わせが可能である。

先に言及した特徴および以下で説明する特徴は、本発明の範囲から逸脱することなく、それぞれの特定の組み合わせばかりでなく、他の組み合わせで、または単独で使用することができることは言うまでもない。

本発明の例示的な実施形態を図面に例示するとともに、以下の説明でさらに詳細に説明する。
本発明にしたがって設計されている座標測定機を、図１に全体的を参照符号１０で示す。しかしながら、本発明は、座標測定機においてばかりでなく、測定ヘッドまたは作業ヘッドを底板に対して移動させることができる他の装置においても使用することができることを改めて指摘することができる。簡潔にするために、本発明は、座標測定機の好適な実施例として説明する。

座標測定機１０は、本発明の好適で例示的な実施形態である門形の設計で例示されている。しかしながら、本発明は、やはり、このフレーム構造体に限定されるものではなく、柱状設計の装置とともに、かつ他のフレーム構造体とともに使用することもできる。
座標測定機１０は、門１４が移動可能に配置される底板１２を有している。門１４の移動方向は、通常、Ｙ軸で示される。門１４の横方向部材上には、Ｘ軸方向に移動させることができる摺動部１６が取り付けられている。摺動部１６は、Ｚ軸方向に移動させることができる中空シャフト（クイル）１８を担持している。簡素化して例示する測定目盛りが、参照符号２０、２２および２４で示されており、これらの目盛りにより、中空シャフト１８の下部自由端での測定ヘッド２８の位置を決定することができる。参照符号２６の場合、Ｙ軸方向に動くガイド２７（図２）上に取り付けられている駆動体が、模式的に例示されている。

空間座標および／または幾何学的寸法を座標測定機１０により決定される、簡素化して例示されている測定対象物が、参照符号３０で示されている。このために、測定ヘッド２８は、測定対象物３０上の測定点に対して定義された位置に移動され、測定点の空間座標が、測定目盛り２０〜２４により決定される。一般的に、測定ヘッド２８上に配置された隙間ゲージが、測定対象物３０上の測定点に接触するように使用される。しかしながら、本発明は、測定対象物３０上の測定点に非接触で接近（アプローチ）する座標測定機とともに使用することもできる。

参照符号３２は、座標測定機１０の動きを制御するとともに、測定対象物３０の空間座標および／または幾何学的寸法を決定する評価および制御装置を示している。
参照符号３６は、第１の機械脚部３８が配置される底板１２内の第１の切り欠き部を示している。参照符号４０で示すのは、さらなる機械脚部４２が配置されるさらなる切り欠き部である。機械脚部３８、４２は、以下で説明するように底板１２に結合している。

図２および図３は、２通りの異なる運転モードにおける座標測定機１０の設計を示している。同じ参照符号は、前と同じ要素を示している。
図２においては、測定対象物３０は、重量のある測定対象物であり、機械脚部３８、４０の上部自由端４８上に静置されている工作物テーブル４６上にのせられている。図３においては、軽量の測定対象物３０’が、図１にも例示するように、直接、底板１２上に（工作物テーブルなしで）のせられている。

工作物テーブル４６なしで座標測定機１０を使用するために、底板１２は、機械脚部３８、４２上に調節可能に取り付けられている。好適で例示的な実施形態によれば、機械脚部３８、４２は、ネジ付きロッドとして設計されており、各ロッドは、ナット５０において動く。ナット５０は、底板１２の下側に配置されている。ネジ付きロッド３８、４２は、本明細書では例示されていない駆動体を介して縦軸周りに回転させることができ、その結果、底板１２を第１の下部調節位置（図２）または第２の上部調節位置（図３）に移動させることができる。

第１の下部調節位置においては、機械脚部３８、４２の上部自由端４８は、底板１２を越えて突出している。その結果、工作物テーブル４６は、機械脚部３８、４２の上部自由端上に容易に設置することができる。第２の上部調節位置においては、機械脚部の自由端４８は、切り欠き部３６、４０内に後退している。これにより、測定対象物の重量の結果として底板１２の変形を無視することができるほどに工作物３０’が十分に軽量である範囲で、非常に大きな工作物３０’を測定することができる。

説明する例示的な実施形態においては、各切り欠き部３６、４０内に、選択された調整位置で底板１２を機械脚部３８、４２に係止することができる１組の締め付け具５４が配置されている。締め付け具５４は、電動モータ、油圧、空圧、またはその他には手動で起動させることができる。
機械脚部３８、４２の上部自由端４８は、本明細書では、ほぼ半球の形状で設計されている。上部自由端４８は、工作物テーブル４６のボールソケット軸受の軸受部を形成している。好適で例示的な実施形態においては、工作物テーブル４６は、下側に、機械脚部３８、４２の自由端４８を保持する軸受ソケットを有し、第１の軸受ソケット５６は、ボールソケットまたは円錐ソケットとして設計されている。一方、第２の軸受ソケット５８は、概して平面状の支持面を有している。異なる軸受ソケット５６、５８を使用することは、機械脚部３８、４２上の工作物テーブル４６の応力がかからない軸受を達成する上で有利である。

機械脚部３８、４２の下部自由端６０は、同様に、本明細書では、球の形状で設計されており、それぞれ、基礎の一部（それ以外はさらに詳細に例示せず）である対応するボールソケット６２内に静置されている。しかしながら、この好適な改良形態の代案として、機械脚部３８、４２は、基礎上では平坦なままであるか、または基礎内に一体化することができる。

工作物テーブル４６上に測定対象物３０を設置すると、座標測定機１０の場合、ガイド２７および残りのフレーム構造体１４、１６、１８が、測定対象物３０から切り離される。測定対象物３０の重量の結果としての工作物テーブル４６の変形は、特に、工作物テーブル４６が、図２に示すように、機械脚部３８、４２上に応力がかからないように取り付けられているとき、フレーム構造体に影響を与えない。しかしながら、他方、座標測定機１０は、図３に例示するように、工作物テーブル４６なしで使用することができる。

本発明の実施形態による座標測定機の模式図である。 図１に示すタイプの座標測定機の部分断面側面図である。 工作物テーブルのない測定モードにおける図２の座標測定機を示す図である。

Claims (9)

1. 測定対象物（３０）についての測定可能な変数を決定する装置、特に、座標測定機であって、
   複数の機械脚部（３８、４２）上に取り付けられている底板（１２）を備え、
   前記底板（１２）に対して移動させることができるヘッド（２８）を備え、
   工作物（３０）を支持するために前記底板（１２）上方に設置されるように設計された工作物テーブル（４６）を備え、
   前記底板（１２）は、垂直方向に調節することができるように前記機械脚部（３８、４２）上に取り付けられ、前記機械脚部（３８、４２）は、前記工作物テーブル（４６）を支持するために第１の調節位置で前記底板（１２）から上方に突出し、前記機械脚部（３８、４２）は、第２の調節位置で前記底板（１２）内に後退されていることを特徴とする装置。
2. 前記機械脚部（３８、４２）上に前記底板（１２）を取り付けるための複数の第１の支持要素（５０、５４）と、前記第１の調節位置で前記機械脚部（３８、４２）上に前記工作物テーブル（４６）を取り付けるための複数の第２の支持要素（４８、５６、５８）と、を特徴とする、請求項１に記載の装置。
3. 前記第１の支持要素が、前記調節位置の少なくとも１つで前記底板（１２）に係止するように設計された機械式締め付け手段（５４）を含むことを特徴とする、請求項２に記載の装置。
4. 前記第１の支持要素が、前記底板（１２）上で固定される少なくとも１つのナット（５０）と、少なくとも１つのネジ付きロッドであって、その上を前記ナット（５０）が動く少なくとも１つのネジ付きロッドと、を含むことを特徴とする、請求項２または３に記載の装置。
5. 前記少なくとも１つのネジ付きロッドが、前記機械脚部（３８、４２）の一つを形成することを特徴とする、請求項４に記載の装置。
6. 前記第２の支持要素が、前記工作物テーブル（４６）の少なくとも１つのボールソケット軸受（５６、５８）を含むことを特徴とする、請求項２ないし５のいずれか１項に記載の装置。
7. 少なくとも１つの機械脚部（３８、４２）が、球面セグメントの形状で設計されている上部自由端（４８）を有することを特徴とする、請求項６に記載の装置。
8. 少なくとも１つの機械脚部（３８、４２）が、ボールソケット軸受の一部である下端部（６０）を有することを特徴とする、請求項１ないし７のいずれか１項に記載の装置。
9. 前記ヘッド（２８）が配置されたフレーム構造体（１４、１６、１８）であって、前記底板（１２）上で移動させることができるように取り付けられているフレーム構造体（１４、１６、１８）を特徴とする、請求項１ないし８のいずれか１項に記載の装置。

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