JP2011022158A - 関節プローブヘッド - Google Patents

Abstract

【課題】関節プローブヘッドの回転軸をロックするためのブレーキを提供する。
【解決手段】支持体に取り付くための第１のマウントと、表面検出装置が取り付け可能な第２のマウントとを備え、第２のマウントが第１のマウントに対し一以上の軸回りに回転可能である関節プローブヘッドにおいて、第１のマウントに対する第２のマウントの一以上の軸回りの位置をロックするための少なくとも一以上の機械式ブレーキが設けられ、これにより、少なくとも一つの位置測定装置が、ロック位置において、第１のマウントに対する第２のマウントの一以上の軸回りの位置を決定すべく設けられる。
【選択図】図６

Description

本発明は、座標位置決め装置（三次元位置決め装置；coordinate positioning apparatus）に取り付けられた関節プローブヘッドを用いるワークピースの寸法の測定に関する。座標位置決め装置は、例えば、座標測定機（三次元測定機；coordinate measuring machine）（ＣＭＭ）、工作機械、手動座標測定アーム及び検査ロボットを含む。

ワークピースが製造された後、それをクイル（中空シャフト、クイルシャフト；quill）を有する座標測定機上で検査することが一般的に行われている。座標測定機にはプローブが取り付けられ、プローブは、直交する三方向Ｘ，Ｙ，Ｚに、機械の作動容積内で駆動されることができる。

ＣＭＭは、例えばレーザ干渉計を用いて、誤差マップを生成されてもよく、これによりＣＭＭが一部を低速で正確に測定できるようになる。

ワークピースを高速で測定するとき、機械の加速度が動的誤差を生じさせる。我々の従前の特許文献１は、これら動的誤差を修正する方法を開示する。この方法において、座標測定機テーブル上に最初のワークピースが置かれ、ワークピースの表面上の一組の点が低速で測定され、正確な読み取り値が得られることを許容している。その後最初のワークピースの測定が高速で繰り返される。低速読み取り値と高速読み取り値との差が計算され、記憶される。各測定点の記憶された誤差値は、高速時における機械構造の動的たわみを考慮に入れている。

測定される次のワークピースがＣＭＭテーブル上にセットされ、読み取りが高速でなされる。この速度では読み取り値は不正確だが、反復可能である。各高速読み取り値が、対応する記憶された誤差値を加算することにより、調節され、これにより高速読み取りによって生じた誤差が補正される。この方法は、たった一つのワークピースから動的誤差マップを作成することにより、全数の名目上同一のワークピースを高速で測定することができるという利点を有する。

この方法の使用は、ワークピースがＣＭＭを用いて高速で測定されることを許容するが、上限を有し、その上では不十分となる。これは、ＣＭＭが高加速度で一貫せず及び／又は不安定になること、又は機械が、要求される加速度を達成し得ないことによるかもしれない。

上述の限界は、座標測定機に取り付けられた高帯域幅装置を用いることにより克服できる。このような高帯域幅装置は特許文献２に開示されており、特許文献２は、プローブがワークピースの表面をスキャンする作動に用いられることができるように、二自由度を持つプローブを指向させることができる関節プローブヘッドを記載する。概してこのようなプローブヘッドは二つの回転駆動機構を有し、これら回転駆動機構は、実質的に直交する二つの回転軸の回りでプローブを指向させることを可能にする。

米国特許第４９９１３０４号明細書 米国特許第５１８９８０６号明細書

このような関節プローブヘッドは速く反復可能なスキャニングを可能にする。しかしながら、この関節プローブヘッドの使用は、較正に時間を消費するという欠点がある。さらに、通常の座標測定機に取り付けられた関節プローブヘッドの測定系は、５軸系であり、このことが較正をより一層複雑にする。

本発明の第一の態様は、関節プローブヘッドを較正する方法であって、前記関節プローブヘッドが座標位置決め装置のアームに取り付けられ、前記関節プローブヘッドに取り付けられた表面検出装置が、疑似品との位置検出関係及び読み取りされる位置に動かされる方法であり、以下のステップを任意の適当な順序で備える方法を提供する。
ａ）真の測定値が決定されている疑似品を測定するステップ。これにおいて、前記表面検出装置と前記座標位置決め装置の前記アームとの間の相対移動が存在する。
ｂ）ステップａで取得された前記測定値と前記疑似品の真の測定値との差に応じた誤差関数又はマップを発生させるステップ。
ｃ）以降のワークピースを測定するステップ。これにおいて、前記表面検出装置と前記座標測定機の前記アームとの間の相対移動が存在する。
ｄ）ステップｂで発生された前記誤差関数又はマップを用いて、ステップｃで取得された以降のワークピースの測定値を修正するステップ。

前記疑似品の真の測定値は、前記疑似品を測定することによって決定されてもよく、これにおいて、前記表面検出装置と前記座標位置決め装置の前記アームとの間の相対移動は存在しない。好ましくは、これは、動的誤差を除くために低速で行われる。

前記疑似品の真の測定値は、被較正疑似品を用いることによって決定されてもよい。

好ましくは、前記被較正疑似品が少なくとも一つの円形輪郭を備える。

前記表面検出装置は、例えばワークピース検出プローブ又はスタイラスを備えてもよい。

前記疑似品は、一連のワークピースにおける一つのワークピースからなってもよい。或いは、前記疑似品は、前記ワークピースと近似する寸法及び位置を有した構成要素を有してもよい。前記疑似品は、前記ワークピースと同じ表面仕上げを有していてもよく、或いは、前記ワークピースの表面仕上げを模擬していてもよい。

ステップａにおいて、前記座標測定機の前記アームは静止していてもよい。或いは、前記座標測定機の前記アームは一定速度で移動していてもよい。これは、座標測定機からの動的な力を除去する。

取得された測定値は、不連続の測定値であってもよく（即ち、タッチトリガプローブを用いる）、或いは、連続の測定値であってもよい（即ち、スキャニングプローブを用いる）。

前記表面検出装置は、アナログ（スキャニング）プローブ又はタッチトリガプローブのような接触プローブであってもよい。或いは、前記表面検出装置は、容量、誘導若しくは光学プローブのような非接触プローブであってもよい。

本発明の第二の態様は、支持体（サポート；support）に取り付くための第１のマウントと、表面検出装置が取り付け可能な第２のマウントとを備え、前記第２のマウントが、前記第１のマウントに対し一以上の軸回りに回転可能である関節プローブヘッドにおいて、前記第１のマウントに対する前記第２のマウントの前記一以上の軸回りの位置をロックするための少なくとも一以上の機械式ブレーキが設けられ、これにより、少なくとも一つの位置測定装置が、前記第１のマウントに対する前記第２のマウントの前記一以上の軸回りの位置を決定すべく設けられることを特徴とする関節プローブヘッドを提供する。

好ましくは、前記関節プローブヘッドが、少なくとも一つの軸回りを回転可能な回転部材を含み、これにおいて、前記ロック手段（the lock）が、前記第１及び第２位置の間を移動するロック部材を有し、その第１位置において、それは前記回転部材に係合して前記回転部材を定位置にロックし、その第２位置において、それは前記回転部材から離脱し、前記回転部材の回転を許容する。

前記回転部材は、駆動ベルト又は従動ホイールからなってもよい。

前記回転部材に歯状の輪郭が設けられてもよく、これにおいて、歯状ロックアッセンブリが前記ロック手段に設けられ、これにより、前記第１位置において、前記ロックアッセンブリの前記歯と前記回転部材とが噛合する。

前記ロック手段には、前記ロック部材をその第１位置及び第２位置の間で移動させるためのアクチュエータが設けられてもよい。

前記アクチュエータと前記ロック部材との間の接触点は、前記ロック部材と前記回転部材との間の接触点から横断方向に（transversely）離間されてもよい。前記ロック部材は、旋回点回りに旋回可能なレバーアッセンブリを備えてもよく、これにおいて、前記ロック部材と前記回転部材との間の接触点は、前記旋回接続点（the pivot joint）と、前記アクチュエータ及び前記ロック部材の間の接触点との間に位置される。前記ロック部材はレバーアッセンブリを備えてもよい。前記ロック部材がその第１位置にあるときに前記ロック部材を前記回転部材へと付勢する付勢手段が設けられてもよい。

本発明は、前記課題を解決することができるという優れた効果を有する。

図１は、関節プローブヘッドが設けられた座標測定機（ＣＭＭ）の斜視図である。 図２は、関節プローブヘッドの断面図を示す。 図３は、本方法のフローチャートである。 図４は、ロックされた関節プローブヘッドによって測定されるボアを示す。 図５は、アンロックされた関節プローブヘッドによって測定されるボアを示す。 図６は、上部位置にある機械式ブレーキを示す。 図７は、下部位置にある図６の機械式ブレーキを示す。 図８は、較正疑似品の第一実施形態の斜視図である。 図９は、図８の較正疑似品の断面図である。 図１０は、較正疑似品の第二実施形態の側面図である。 図１１は、ロック位置にある機械式ブレーキの第二実施形態の側面図である。 図１２は、アンロック位置にある機械式ブレーキの第二実施形態の側面図である。 図１３は、ロック位置にある機械式ブレーキの第三実施形態の側面図である。 図１４は、アンロック位置にある機械式ブレーキの第三実施形態の側面図である。 図１５は、ロック位置にある機械式ブレーキの第四実施形態の側面図である。 図１６は、アンロック位置にある機械式ブレーキの第四実施形態の側面図である。 図１７は、ロック位置にある機械式ブレーキの第五実施形態の側面図である。 図１８は、三つの回転軸を有する関節プローブヘッドの側面図である。

以下、本発明の好適実施形態が添付図面の参照と共に例示的に説明される。

図１は、座標測定機に取り付けられた関節プローブヘッドを示す。座標測定機１０は、ワークピースが載置されることができるテーブル１２と、テーブル１２に対しＸ，Ｙ，Ｚ方向に移動することができるアーム１４とを備える。関節プローブヘッド１６は、ＣＭＭのアーム１４に取り付けられている。関節プローブヘッド１６は、これに取り付けられたワークピース測定プローブ１８が、実質的に直交する二つの軸Ａ１，Ａ２回りに回転することを許容する。

機械アーム１４はそれ故、座標測定機のＸ，Ｙ，Ｚ駆動装置（図示せず）の動作に伴ってＸ，Ｙ，Ｚ方向に移動されることができる。Ｘ，Ｙ，Ｚスケール（図示せず）が、アーム１４の位置の瞬間の座標を示す。関節プローブヘッドの回転駆動手段（図示せず）が、二つの回転軸Ａ１，Ａ２回りのプローブの動作を可能にする。この動作は、関節プローブヘッド１６内の回転スケール（図示せず）によって測定される。プローブスタイラスの偏位（deflection）を示すプローブ１８からの信号が、ＣＭＭのＸ，Ｙ，Ｚスケール及び関節プローブヘッドの回転スケールからの測定値と組み合わされ、スタイラス先端（スタイラスチップ）ひいてはワークピース表面の位置が計算される。

図２に示されるように、関節プローブヘッド１６は、基部又はハウジング２０によって形成される固定部を備える。固定部は可動部を支持し、可動部は、モータＭ１によって、ハウジング２０に対し軸Ａ１回りに回転可能なシャフト２２の形態を有する。シャフト２２は別のハウジング２４に固定され、そしてこの別のハウジング２６はシャフト２６を支持する。シャフト２６は、モータＭ２によって、ハウジング２４に対し、軸Ａ１に垂直な軸Ａ２回りを回転可能である。

ワークピース接触チップ３０を有するスタイラス２８を備えるプローブ１８は、関節プローブヘッド１６に取り付けられる。装置は以下のようなものである。即ち、ヘッドのモータＭ１，Ｍ２が、ワークピース接触チップ３０を軸Ａ１又はＡ２に対し傾斜して位置づけることができ、ＣＭＭのモータが、関節プローブヘッド１６を、ＣＭＭの三次元座標枠組内のあらゆる位置に直線的に（リニアに）位置づけることができ、これによりスタイラスチップ３０が、スキャン（走査）される表面と所定の関係を持つように導かれる。

関節プローブヘッド１６の直線変位を測定するため直線位置変換器（図示せず）がＣＭＭに設けられ、各軸Ａ１，Ａ２回りのスタイラス３８の角度変位を測定するため角度位置変換器Ｔ１，Ｔ２が関節プローブヘッド１６に設けられる。

図３を参照して、次の手順が本検査方法で用いられる。測定される複数の一連のワークピースからの一つのワークピースが座標測定機のテーブル１２上に置かれる（４０）。或いは、ワークピースに近似する疑似品（artifact）を用いることができる。疑似品は、特に、ワークピースの構成要素と符合する寸法及び／又は位置の構成要素を有する。

関節プローブヘッドの回転軸は、プローブ１８が回転軸Ａ１，Ａ２回りに移動できぬようにロックされ、或いは静止保持される。こうして、系は、事実上、座標測定機上に置かれたプローブである。関節プローブヘッドがそのようにロックされた状態で、ワークピース又は疑似品がスキャンされ、又は測定される（４２）。

図４は、ロックされた関節プローブヘッド１６によってスキャンされているボア（穴）５６を示す。この場合、ＣＭＭのアーム１４が、矢印Ａで示されるように動かなければならず、これによりプローブ１８のワークピース接触チップ３０がボアの内面を測定することが許容される。

本方法の次のステップにおいて、関節プローブヘッド１６はアンロックされ、これによりプローブ１８が回転軸Ａ１，Ａ２回りを移動できるようになる。そしてワークピースは、アンロックされた関節プローブヘッドによってスキャンされ、又は測定される（４４）。

図５は、アンロックされた関節プローブヘッド１６によってスキャンされているボア５６を示す。機械アーム１４は、それがボア５６の対称軸５７に整列されて静止保持され、他方プローブ１８が関節プローブヘッド１６の回転軸回りに移動されるように、位置されることができる。或いは、プローブ１８が、関節プローブヘッド１８の回転軸回りに回転されるに従って、ＣＭＭのアームが、ボア５６の対称軸５７に沿って一定速度で移動してもよい。この場合、ボアの内面は螺旋状にスキャンされる。両方の場合、即ちアーム１４が静止され又は一定速度で移動されるとき、機械には動的な力が付与されない。

次のステップにおいて、ロックされた関節プローブヘッドによるスキャン中に取得された測定データが、アンロックされた関節プローブヘッドによるスキャンから取得された測定データと比較される。これは、誤差関数又はマップを生成するために使用される（４６）。この誤差関数又はマップは、ワークピースの表面上の各点における関節プローブヘッドに起因する誤差が決定されることを許容する。

一連のワークピースにおける次のワークピース群が座標測定機上にセットされる（４８）。好ましくは自動手段（図示せず）が、生産操業のため、連続した実質的に同一のワークピースの各々を、ＣＭＭテーブル上の少なくとも名目上同じ位置及び向きに配置する。次のワークピース群のうちの一つが、アンロックされた関節プローブヘッドによってスキャンされる。このスキャン中に取得された測定データが、以前作成された誤差関数又はマップを用いて補正される（５２）。

最良の結果のため、アンロックされたプローブヘッドによる最初の測定（４４、図３）のときと実質的に同一の測定経路が、次のワークピースの測定（５０、図３）のために用いられる。

この方法は、ＣＭＭの精度と関節プローブヘッドの反復性との優位性を獲得し、関節プローブヘッドを較正する必要なしに、早くて正確なワークピースの測定がなされることを可能にする。

本方法は、関節ヘッドにおける幾何学的誤差を補正する。動的誤差をも補正するため本方法を用いることが可能である。動的誤差は、例えば、関節ヘッドの曲がりや、ＣＭＭのクイルの捩れによって生じる可能性がある。動的誤差を補正するため、ステップ４２において、ワークピースは低速でスキャンされる。これによって動的誤差を含まない測定データが取得される。この後ワークピースはステップ４４で高速でスキャンされ、これにより、ステップ４６で生成される誤差関数又はマップが、幾何学的誤差と、高速スキャンによって生じる動的誤差との両方を含むようになる。ステップ５０における次の測定は高速で行われる。このスキャン中に生成された動的誤差はステップ５２において誤差マップ又は関数によって修正（補正）される。

しかしながら、関節ヘッドが良い機械的デザインを有している場合、無視し得る動的誤差しかなく、よってワークピースは各ケースにおいて任意の速度でスキャンされることができる。

前述の説明はスキャニングプローブ（走査プローブ）の使用に向けられたが、それはタッチトリガープローブ（touch trigger probe）による測定にも適している。この測定においてはワークピースの表面上の各点で不連続（個別）の測定がなされる。さらに本方法は、例えば容量式、誘導式又は光学式プローブといった非接触プローブを用いる使用にも適している。関節プローブヘッドの回転軸は様々な手段によってロックされることができる。例えば、関節プローブヘッドがサーボモータ上で静止保持されてもよく、或いは別個のロック装置が使用されてもよい。

図６及び図７は、関節プローブヘッドの回転軸をロックするのに用いられる機械式ブレーキを示す。ブレーキ６０はブレーキパッド８４を備え、ブレーキパッド８４は、従動ホイールのプーリベルト８６に押し付けられ、動作をロックする。ブレーキ８４は、高い摩擦係数を有するゴムから作られることができる。ブレーキパッドは後に詳述されるレバー機構によってプーリベルトに押し付けられる。ピン６２が、切替ソレノイドの動作によって、上部位置と下部位置との間を移動可能である。図６は上部位置にあるピン６２を示し、図７は下部位置にあるピン６２を示す。ピンの下端が旋回軸６４によって第１及び第２アーム６６，６８に接続される。第１アーム６６は旋回軸６４によって一端がピン６２に接続され、第１アーム６６は、第一端において旋回軸６４によりピン６２に接続され、第二端において他の旋回軸７０により第３アーム７４に接続される。第３アーム７４は、その一端に旋回軸７８が設けられ、その旋回軸７８回りに、固定面８８に対し回転することができる。

第２アーム６８は、第一端において旋回軸６２によりピン６２に接続され、第二端において他の旋回軸７２により第４アーム７６に接続される。第４アーム７６は、その他端において、旋回軸８０により固定面８２に取り付けられる。第４アーム７６には、プーリベルト８６に隣接した面上にブレーキパッド８４が設けられる。

図６は、上部位置にあるピン６２を示し、ブレーキパッド８４が非係合位置に位置されている。電流が切替ソレノイドに流され、これによってピン６２が図７に示される下部位置に押される。かかるピン６２及びその旋回軸６４の下方への動作は、第１及び第２アーム６６，６８を旋回軸６４回りに旋回させ、外側に移動させ、水平位置に近づける。この第１及び第２アーム６６，６８の動作は、第３及び第４アーム７４，７６を、それらの各旋回軸７８，８０回りに回転させ、これにより第１及び第２アーム６６，６８に隣接する各端部がピン６２から押し離される。これによりブレーキパッド８４はプーリベルト８６に押し付けられ、ブレーキとして作用する。固定ブロック８８に位置されたネジ９０は、第３アーム７４さらには第４アーム７６の最大移動量を規定するストッパとして作用する。

図１１及び図１２は機械式ブレーキの第２実施形態を示す。図１１は駆動ホイール１４４を示し、駆動ホイール１４４は駆動ベルト１４０を介して従動ホイール１４２を駆動する。ブレーキはピンチブレーキ（挟みブレーキ；pinch brake）であり、これにおいては、ブレーキシューがロック位置で駆動ベルトに押し付けられ、アンロック位置で駆動ベルトから離間保持される。駆動シュー１４９が、旋回軸１５０回りに、図１１に示されるそのロック位置と図１２に示されるそのアンロック位置との間を回転する。旋回軸１５０は、ブレーキシュー１４９の位置の微調節を可能にする例えばカムのような調節手段を含む。

ブレーキシューの位置はソレノイド１４６によって作動される。図１１に示されるロック位置において、ソレノイド１４６はピン１４８をブレーキシュー１４９に押し付け、それを旋回軸１５０回りに、ロック位置へと回転させる。アンロック位置において、ソレノイド１４６はピン１４８を上方に押し、ブレーキシュー１４９との接触を解除させる。リターンスプリング１５２がブレーキシューをそのアンロック位置へと付勢する。

図１３及び図１４は本発明の第３実施形態を示す。この実施形態は図１１及び図１２に示された実施形態に類似しており、類似の構成要素は同一の参照符号を用いる。

レバーアッセンブリ１５４が設けられ、これは固定面１５８から延びて駆動ホイール１４０に隣接して位置する。屈曲部１５６が、レバーアッセンブリの旋回を可能とし、レバーを駆動ベルトから離すよう付勢する。

ブレーキが図１３に示されるようなロック位置にあるとき、ブレーキシュー１４９がレバー１５４を押し、次いでレバー１５４が駆動ベルト１４０を押す。ブレーキがアンロック位置にあるとき、ブレーキシュー１４９はリターンスプリング１５２によって静止位置に付勢され、レバーアッセンブリ１５４が屈曲部１５６によって静止位置に付勢される。レバーアッセンブリは分離部材として作用し、レバーと駆動ベルトとの接触点を、ブレーキシューとレバーとの接触点から分離させる。レバーアッセンブリは、従動部材のいずれの回転方向においても、ブレーキが過剰ロック状態になること、又は詰まり状態（jamming）になることを防止する。これらの状態は、駆動ベルトの厚さと従動ホイールの真円度との変化によって生じる可能性がある。

レバーアッセンブリ１５４の脆弱部１５５はそれをスプリングレバーとして機能させることを可能にする。結局、ブレーキシュー１４９がレバーアッセンブリに対する力Ｆを発生するとき、レバーは、長さＬに亘って曲がることができ、よって駆動ベルトの厚さ又は従動ホイールの真円度のいかなる誤差にも順応する。

図６、７、１１〜１４で説明されたブレーキシステムは増分するものではなく（non-incremental）、よって従動ホイールがあらゆる位置でロックされることを許す。
図１５及び図１６は機械式ブレーキの第４実施形態を示す。この実施形態は幾つかの構成要素を図１３及び図１４と共通に有し、類似の構成要素は同一の参照符号を用いる。

図１５及び図１６において、ブレーキは、駆動ベルトではなく駆動ホイール１４２に作用する。ブレーキは駆動ホイールの一側に位置されている。駆動ホイール１４２には、その周縁に歯状面１６０が設けられている。これは例えば、歯の輪郭を持つ外表面を有するリングによって提供されることができる。相補的な歯アッセンブリ１６２がレバーアッセンブリ１５４に設けられている。結局、図１５に示されるロック位置において、従動ホイールの歯状面１６０と、レバーの歯アッセンブリ１６２との歯が、係合して、駆動ホイール１４２を定位置にロックさせる。この実施形態は互いに噛み合う歯を有しているので、ブレーキは、例えば１°の増分位置（incremental position）で、駆動ホイールを保持するであろう。この実施形態は、駆動ベルトの厚さ及び／又はホイールの真円度に誤差があっても有効であるという利点を有する。一旦歯が係合してしまえば、レバーアッセンブリの可撓性が、ブレーキシューがより多くの力Ｆを作用させてレバーをブレーキ位置に付勢することを可能にし、これによりブレーキが働き続けることを保証する。

これらの実施形態のいずれにおいても、ロータリエンコーダシステムが設けられてもよい。それは例えば駆動ホイールに位置される。図１３及び図１４に示されるように、これは、駆動ホイールに取り付けられたロータリスケールリングと、当該ホイールに隣接する相対的に固定された表面に位置された読み取りヘッドとを備えてもよい。ブレーキ位置における僅かな動作がエンコーダによって読み取られることができ、補正が、測定データに適用される。

ブレーキシステムのさらなる実施形態において、ブレーキは、反復可能な位置（repeatable position）に関節プローブヘッドを保持するのに用いられることができる。図１７は、マウント１８２に旋回可能に取り付けられたブレーキパッド１８４を示す。マウントはさらにピエゾ積層体（piezo stack）１８８に取り付けられる。前述の実施形態のように、関節プローブは、従動ホイール１８６のような回転部にブレーキパッドを押し付けることによってロックされる。関節プローブヘッドの位置は、エンコーダ１９０から位置を読み取ることにより決定される。関節プローブヘッドが望まれない位置にある場合、本実施形態は位置が調節されることを可能にする。ブレーキパッド１８４は回転部１８６に接触し続け、他方、電圧がピエゾ積層体１８８に印加されてその高さｈを調節する。これは、ブレーキパッド１８４の位置を動かし、これにより、ブレーキパッドに接触している従動ホイール１８６を回転させるという効果を有する。従動ホイール１８６の位置は、それ故、エンコーダ１９０の出力が望まれる位置を与えるまで、調節されることができる。ピエゾ積層体１８８は、多量の熱を放散しないという利点を有する。さらにそれは、小動作（数１００ミクロン）とともに高い力を発生し、このことが微調節を可能にする。例えば油圧ラムのような他のアクチュエータが使用されてもよい。

この機械式ブレーキは、他の部分に対して回転する一部を有するあらゆるタイプの関節プローブヘッドに適している。例えば、ブレーキは、米国特許第ＲＥ３５５１０号明細書にて開示されたプローブヘッドに適しており、これにおいて、関節プローブヘッドは、割り出しされた（indexed）複数の角度位置の間を移動する。関節プローブヘッドが二軸又は三軸の回りを回転する場合、機械式ブレーキはそれぞれの軸に対して設けられることができる。

表面検出装置は、例えば、表面検出プローブ、スタイラス又はカメラを備えることができる。

図１８は、カメラ１９８が取り付けられた関節プローブヘッド１８を示す。カメラは三つの軸１９２，１９４，１９６の回りを回転可能である。

以上の実施形態は、駆動ベルト又は従動ホイールに作用するブレーキを説明するが、ブレーキは、シャフトやモータピニオンなどのいかなる回転部にも作用することができる。

全ての前記の実施形態において、機械式ロック手段（mechanical lock）は、関節ヘッドをロックするために摩擦を用いる。前記実施形態ではロック手段がソレノイドによって作動されるが、他の手段、例えば油圧、空圧、モータ、ピエゾ又は重力が、用いられることができる。機械式ロック手段は、係合位置又は非係合位置に向けて作動されるが、一旦定位置に位置してしまえば動力は不要である。

ディスクブレーキなどの他のタイプのブレーキも使用可能である。

ブレーキ部材と回転部との接触がないブレーキを有することも可能である。磁気ブレーキは、鉄の回転部に極く接近された一以上の電磁石を備えることができる。ブレーキは電磁石をオンすることにより作動され、これは回転部が回転することを阻止する。

関節プローブヘッドの軸をロックする機械式ロック手段の使用は、関節プローブヘッドのモータを検知してそれを定位置に保持することに関して幾つかの利点を有する。機械式ロック手段の使用により、関節プローブヘッドのモータが停止することができ、これによりシステムの温度が減少する。減少された熱の効果は、システムの度量衡（metrology）を向上する。さらに、機械式ロック手段は、モータをサーボ機構で制御することに比べ、固定された系を提供し、これによりシステムの度量衡を向上する。

本発明の第２実施形態において、関節プローブヘッドは、被較正疑似品（calibrated artefact）をスキャンすることによって較正される。図８は、異なる直径を有する円形輪郭１０２，１０４，１０６を備える疑似品１００を示す。これら円形輪郭１０２，１０４，１０６は、例えば測定装置を作ることによって、較正され、これにより既知の寸法を持つものとされる。

円形輪郭は中心線１１０を有し、この中心線は、第１及び第２割り出し装置１１２，１１４により、例えば機械軸Ｘ，Ｙ，Ｚのような所望の方向に向けられることができる。

被較正疑似品１００は、その中心線１１０が第１軸、例えば機械のＸ軸に整列するように方向付けられる。機械アームが静止保持される一方、関節プローブヘッドの軸Ａ１，Ａ２回りの回転により、プローブによって、円形輪郭がスキャンされることができるように、機械アームが、関節プローブヘッド及びプローブを、当該軸に整列された位置に動かす。

円形輪郭１０２，１０４，１０６は、好ましくは高速度、即ちその後の測定に使用される速度で、スキャンされる。

円形輪郭の測定値は、円形輪郭の既知の原形（form）と比較され、これにより測定の方向と速度とに関連した誤差マップが作成される。そして被較正疑似品１００は、割り出し装置を用いて、その中心線１１０が新たな方向に整列するように方向付けられ、この新たな方向に関連した新たな誤差マップを作成すべく本方法が繰り返される。

被較正疑似品１００が例えば７．５°増分の異なる向きで測定されると、データが補間され、これらの向きの間における被較正疑似品の位置のための誤差データが導き出される。同様に、異なる直径の円形輪郭に関連したデータが補間され、測定された値の間の直径を有する円形輪郭のための誤差データが生成される。補間は、例えば一次最適又は多項最適のような手法を備えてよい。

高速で被較正疑似品を測定することによって、誤差マップは動的誤差を修正する。しかしながら前述したように、関節ヘッドが良好な機械的デザインを有する場合はこれを不要とすることができる。

関節プローブヘッドに取り付けられたプローブを用いて測定される以降のワークピースは、対応方向に関する誤差マップを用いて修正される。

図１０は、他のタイプの較正疑似品１２０を示し、これにおいては、異なる直径の円形輪郭１２２，１２４，１２６が複数のコーン１３０，１３２，１３４に設けられる。これらコーン１３０，１３２，１３４は、異なる機械軸に沿って整列され、これにより割り出し装置の必要性が取り除かれる。

以上の記載はＣＭＭに取り付けられた関節プローブヘッドを説明する。しかしながら、本発明は、一以上の移動軸を有するあらゆるタイプの座標位置決め装置に適している。例えば関節プローブヘッドは一軸システムに取り付けられてもよい。

１６ 関節プローブヘッド
６０ ブレーキ

Claims (14)

1. 支持体に取り付くための第１のマウントと、表面検出装置が取り付け可能な第２のマウントとを備え、前記第２のマウントが、前記第１のマウントに対し一以上の軸回りに回転可能である関節プローブヘッドにおいて、
   前記第１のマウントに対する前記第２のマウントの前記一以上の軸回りの位置をロックするための少なくとも一以上の機械式ブレーキが設けられ、これにより、少なくとも一つの位置測定装置が、前記ロック位置において、前記第１のマウントに対する前記第２のマウントの前記一以上の軸回りの位置を決定すべく設けられることを特徴とする関節プローブヘッド。
2. 前記関節プローブヘッドが、少なくとも一つの軸回りを回転可能な回転部材を含み、これにおいて、前記ロック手段が、第１及び第２位置の間を移動するロック部材を有し、その第１位置において、それは前記回転部材に係合して前記回転部材を定位置にロックし、その第２位置において、それは前記回転部材から離脱し、前記回転部材の回転を許容する請求項１記載の関節プローブヘッド。
3. 前記回転部材が駆動ベルトからなる請求項２記載の関節プローブヘッド。
4. 前記回転部材が従動ホイールからなる請求項２記載の関節プローブヘッド。
5. 前記回転部材に歯状の輪郭が設けられ、これにおいて、歯状ロックアッセンブリが前記ロック手段に設けられ、これにより、前記第１位置において、前記ブレーキアッセンブリの前記歯と前記回転部材とが噛合する請求項２記載の関節プローブヘッド。
6. 前記ロック手段が、前記ロック部材をその第１位置及び第２位置の間で移動させるためのアクチュエータを有する請求項１乃至５いずれかに記載の関節プローブヘッド。
7. 前記アクチュエータと前記ロック部材との間の接触点が、前記ロック部材と前記回転部材との間の接触点から横断方向に離間される請求項６記載の関節プローブヘッド。
8. 前記ロック部材が、旋回点回りに旋回可能なレバーアッセンブリを備え、これにおいて、前記ロック部材と前記回転部材との間の接触点が、前記旋回接続点と、前記アクチュエータ及び前記ロック部材の間の接触点との間に位置される請求項７記載の関節プローブヘッド。
9. 前記ロック部材がレバーアッセンブリを備える請求項１乃至７いずれかに記載の関節プローブヘッド。
10. 前記ロック部材がその第１位置にあるときに前記ロック部材を前記回転部材へと付勢する付勢手段が設けられる請求項２乃至９いずれかに記載の関節プローブヘッド。
11. 前記第１のマウントに対する前記第２のマウントの前記少なくとも一つの軸回りの位置を微調節するための少なくとも一つのアクチュエータが設けられる請求項１乃至１０いずれかに記載の関節プローブヘッド。
12. 前記位置測定装置からのフィードバックが、必要な調節量を決定するために用いられる請求項１１記載の関節プローブヘッド。
13. 少なくとも一軸回りに回転可能な回転部材を含み、前記ロック手段が、第１及び第２位置の間を移動するロック部材を有し、その第１位置において、それは前記回転部材に係合して前記回転部材を定位置にロックし、その第２位置において、それは前記回転部材から離脱し、前記回転部材が回転することを許容し、これにより、前記少なくとも一つのアクチュエータが、前記ロック部材が前記回転部材に係合している間に前記ロック部材の位置を変えるように作動する請求項１１又は１２記載の関節プローブヘッド。
14. 前記少なくとも一つのアクチュエータが、少なくとも一つのピエゾ積層体を備える請求項１１乃至１３いずれかに記載の関節プローブヘッド。

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