JP2013527446A

JP2013527446A - 交換可能なタスクモジュール・カウンターウェイトを有する座標測定機械

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Publication number: JP2013527446A
Application number: JP2013506726A
Authority: JP
Inventors: ロバーツマクマートリーデービッド; ジョンウェストンニコラス; ジョージデュワーリチャード; ヘンリーフリーマンマシュー
Original assignee: Renishaw PLC
Current assignee: Renishaw PLC
Priority date: 2010-04-30
Filing date: 2011-04-19
Publication date: 2013-06-27
Also published as: EP2564151B1; EP2564151A2; US9038282B2; CN102906533B; CN102906533A; WO2011135282A2; US20130047452A1; WO2011135282A3; BR112012027795A2; GB201007186D0

Abstract

少なくとも１つの回転軸を有する関節型ヘッドを備えた座標位置決め装置を動作させる方法。この方法は、少なくとも１つの交換可能なタスクモジュールを関節型ヘッドに装着すること、および、少なくとも１つの交換可能なタスクモジュール・カウンターウェイトを関節型ヘッドに装着すること、を適切な順序で含む。少なくとも１つの交換可能なタスクモジュール・カウンターウェイトは、少なくとも１つの回転軸の周りで、関節型ヘッド上の少なくとも１つのタスクモジュールの重量と少なくとも一部釣り合う。

Description

本発明は、座標位置決め装置などの位置決め装置とともに用いるのに適しているもののようなタスクモジュールに関し、特に、座標測定機械上で使用するためのプローブモジュールおよび交換可能な（interchangeable）タスクモジュール・カウンターウェイトに関するものである。

座標測定機械は、一般に、検査すべき加工品を支持することができるベースと、クイルを保持するためにベース上に取り付けられるフレームとを備える。クイルは、例えば加工品を検査するための加工品検査装置を保持するのに適したものである。ベース、フレームおよび／またはクイルは、一般には少なくとも１軸に沿って、より一般的には互いに直交する軸Ｘ、ＹおよびＺに沿って、測定プローブなどの検査装置と加工品とを互いに移動させることができるように構成されている。クイルにより保持された検査装置をそれらの軸に沿って駆動するために、モータを設けることができる。検査装置が取り付けられる関節型ヘッドを設けることも知られている。関節型ヘッドは、一般に、１または２以上の回転自由度を有し、プローブヘッドに取り付けられた検査装置が１または２以上の回転軸の周りに移動できるようにする。かかる関節型ヘッドは、例えば特許文献１および２に記載されている。

特許文献１には所謂割出し型（indexing）プローブが記載されており、これは、検査装置を複数の所定の、すなわち「割出し」された向きの間で移動させるためにモータを用いるものである。ヘッドが所望の位置に設定されると、機械のクイルおよび／またはフレームを移動させることによって検査装置を用いた検査の一部が実施される。換言すれば、割出しプローブヘッドは、検査が行われる間は固定位置にロックされ、検査装置を保持するためにモータの操作を必要としない。

特許文献３にはさらに進んだ種類の関節型プローブが記載され、これはしばしば「能動型（active）」または「サーボ制御型（servoing）」ヘッドと称されている。かかる構成においては、能動型ヘッドの１または複数のモータは常にサーボ制御されるが、これは、例えば測定値を取得する間に、検査装置の向きの制御、例えば検査装置の向きの保持または検査装置の向きの変更のいずれかを行うためである。

欧州特許第０６９０２８６号明細書欧州特許第０４０２４４０号明細書国際公開９０／０７０９７号公報米国特許第４，６５１，４０５号明細書米国特許第５，９７１，９０３号明細書米国特許第７，０２４，７８３号明細書

"Mechanical Design of Laboratory Apparatus", Chapman & Hall, London, 1960,

いずれの種類の関節型プローブを用いる場合でも、検査装置を所望位置に移動させるために、ヘッドの１または複数のモータは検査装置の重量に打ち勝つ十分なトルクを発生しなければならない。能動型ヘッドの場合、測定の間に検査装置の位置を維持する目的で、ヘッドの１または複数のモータは連続的に作動可能であることも必要である。

理解できるであろうが、上述したようなヘッドは、加工品の検査とともに、あるいはそれに代えて、加工品上で動作させるために工具を搬送することにも適合できるものである。

しばしば、精度は座標位置決め機械に対する重要な要求となる。座標位置決め装置の開発者は、より高精度の座標位置決め装置を提供するべく絶えず努力している。

同時に、多くの環境では、多用途性もまた座標位置決め装置に対する重要な要求となっている。単一の部品を異なる種類または寸法の検査装置および工具に相互作用させることは有利となり得る。さらに、異なる部品が同じ機械上で検査され、および／または加工されることもしばしばあるので、異なる種類の検査装置および工具が必要となり得る。例えば、加工品を検査する場合、同じ座標位置決め装置上で接触型プローブ（例えばタッチトリガプローブ）および非接触型プローブ（例えば光学プローブ）の使用が望まれ得る。

本発明は、少なくとも１つの交換可能なタスクモジュールと、少なくとも１つの変更可能なカウンターウェイトモジュールと、を含むシステムに関連する。カウンターウェイトモジュールは、使用の間に関節型ヘッド（少なくとも１つのタスクモジュールが取り付けられる）がその少なくとも１つの回転軸の少なくとも１つのまわりで均衡を崩す度合い（extent）を低減するために変更することができるものである。

特に、座標位置決め装置は、少なくとも１つの回転軸を有する関節型ヘッドと、関節型ヘッドに交換可能に取り付けることができる少なくとも１つのタスクモジュールと、関節型ヘッドがその少なくとも１つの回転軸の周りで均衡を崩す度合いを低減するために用いることができる交換可能な少なくとも１つのタスクモジュール・カウンターウェイトと、を有し得る。当該少なくとも１つのタスクモジュール・カウンターウェイトは、少なくとも１つの回転軸の周りで、前記少なくとも１つのタスクモジュールの重量と少なくとも一部釣り合うように変更することが可能であり、これにより関節型ヘッドがその少なくとも１つの回転軸の周りで均衡を崩す度合いを低減する。

本発明の第１の形態では、少なくとも１つの回転軸を有する関節型ヘッドを備える座標位置決め装置を動作させる方法であって、少なくとも１つの交換可能なタスクモジュールを前記関節型ヘッドに装着することと、前記関節型ヘッドがその少なくとも１つの回転軸の周りで均衡を崩す度合いを低減するよう、少なくとも１つの交換可能なタスクモジュール・カウンターウェイトを前記関節型ヘッドに装着することと、を適切な順序で具えた方法を提供する。

交換可能なカウンターウェイトを備えることは、適切なカウンターウェイトの設定を用いることで、関節型ヘッドがその少なくとも１つの回転軸の周りで均衡を崩す度合いを低減できることを意味する。特定の実施形態においては、交換可能なカウンターウェイトを準備することは、適切なカウンターウェイトの設定を用いることで、ヘッド上で現在用いられる少なくとも１つのタスクモジュールの重量に少なくとも部分的に対抗できることを意味する。これは、タスクモジュールを再配向し、またタスクモジュールを位置決めして保持するのに要するトルクが小さくて済むということを意味し得る。さらにこれは、関節型ヘッドのモータに必要な電力を少なくする。大型で重量のあるタスクモジュールを含む広範なタスクモジュールとともに座標位置決め装置が用いられる場合であっても、所望であれば、より小型で低出力のモータを用いることが可能である。本発明の交換可能なカウンターウェイトを用いる場合、関節型ヘッドが使用する電力が低くなるので、使用時に関節型ヘッドのモータが発生する熱量を有意に減らすことができる。このことは、熱が熱膨張効果に起因した座標位置決め機械の誤差の大きな原因であり得るので、測定の動作を通じて大きな利点となり得る。

さらに、関節型ヘッドの均衡を崩す度合いを低減する能力によって、少なくとも１つの軸の周りの回転を通じてヘッドが被る振れの量を減じることができる。また、これは関節型ヘッドの移動の精度を改善する。これは、関節型ヘッドが測定プローブを搬送するのに用いられる実施形態においては、取得された測定結果の正確さを改善し得る。

前記少なくとも１つの交換可能なタスクモジュール・カウンターウェイトは、その釣り合わせ効果を変更できるように変化させることができる。従って、上記方法は、交換可能なタスクモジュール・カウンターウェイトを変更する工程をさらに含むことができる。例えば、交換可能なタスクモジュール・カウンターウェイトを、少なくとも１つの回転軸に対する質量中心の位置を変えることができるように変化可能なものとすることができる。例えば、交換可能なタスクモジュール・カウンターウェイトは、少なくとも１つの可動釣り合い錘を備えることができる。当該少なくとも１つの可動釣り合い錘を、少なくとも１つの回転軸に近い位置と少なくとも１つの回転軸から遠い位置との間で可動なものとし、釣り合い錘が少なくとも１つの軸に周りに作用する重力トルクを変化させるようにすることができる。従って、上記方法は、交換可能なタスクモジュール・カウンターウェイトの質量中心の位置を、少なくとも１つのタスクモジュールの重量にさらに釣り合うように変更する工程を含むことができる。

前記少なくとも１つの交換可能なタスクモジュール・カウンターウェイトは、その質量中心の位置の変更を生じさせるための能動部材を含むことができる。例えば、前記少なくとも１つの交換可能なタスクモジュール・カウンターウェイトは少なくとも１つのモータを含むことができる。オプションとして、前記少なくとも１つの交換可能なタスクモジュール・カウンターウェイトを受動部材とすることができる。例えば、前記少なくとも１つの軸に対する前記少なくとも１つの交換可能なタスクモジュール・カウンターウェイトの質量中心の位置を移動させるために、外部デバイス、工具および／またはユーザの相互作用が必要となり得る。

前記少なくとも１つの交換可能なタスクモジュール・カウンターウェイトを、関節型ヘッドに対し交換可能に取り付けることができる。前記少なくとも１つの交換可能なタスクモジュール・カウンターウェイトは、関節型ヘッドに固定されたタスクモジュール・カウンターウェイト、例えば関節型ヘッドに固定されるとともに上述と同様に可動の質量中心を有する変更可能な（changeable）タスクモジュール・カウンターウェイトに加えて、またはこれの代わりに提供されるものとすることができる。

それぞれが関節型ヘッドに交換可能に取り付けることができる異なる複数の交換可能なタスクモジュール・カウンターウェイトを設けることもできる。関節型ヘッドに取り付けられないときには、異なる複数の交換可能なタスクモジュール・カウンターウェイトを収納ラックに収納しておくことができる。従って、上記方法は、収納ラックに収納された少なくとも１つの交換可能なタスクモジュール・カウンターウェイトを関節型ヘッドに装着する工程を具えることができる。

好ましくは、前記少なくとも１つの交換可能なタスクモジュール・カウンターウェイトは自動変更が可能なものである。特に、前記少なくとも１つの交換可能なタスクモジュール・カウンターウェイトは自動交換が可能であることが好ましい。例えば、タスクモジュール・カウンターウェイトは、座標位置決め装置と交換可能なタスクモジュール・カウンターウェイト用の収納ラックとの協働によって、関節型ヘッドへの装着および関節型ヘッドからの取り外しが可能なものであることが好ましい。従って、収納ラックは座標位置決め装置の作動空間内にあることが好ましいものとなり得る。換言すれば、座標位置決め装置は、これが前記少なくとも１つの交換可能なタスクモジュール・カウンターウェイトを関節型ヘッドに対して着脱することができる、前記少なくとも１つの交換可能なタスクモジュール・カウンターウェイト用の交換可能なタスクモジュール・カウンターウェイト・ラックを含むことができる。従って、上記方法は、座標位置決め装置の作動空間内に配置されたラックに収納されている少なくとも１つの交換可能なタスクモジュール・カウンターウェイトを関節型ヘッドに自動装着するよう関節型ヘッドを駆動する工程をさらに具えることができる。

好ましくは、座標位置決め装置は、少なくとも１つの交換可能なタスクモジュール・カウンターウェイトの変更を生じさせるようにプログラム可能なものとされる。特に、座標位置決め装置は、少なくとも１つの交換可能なタスクモジュール・カウンターウェイトの関節型ヘッドに対する着脱を生じさせるようにプログラムできるものとされることが好ましい。好ましくは、座標位置決め装置は、１つの交換可能なタスクモジュール・カウンターウェイトと他のスクモジュール・カウンターウェイトとの変更を生じさせるようにプログラムできるものとされる。

交換可能なタスクモジュール・カウンターウェイトは、座標位置決め装置とラックとの相互作用により解除可能なフック構成などの機械的カッププリングによって、関節型ヘッドに取り付けられるものとすることができる。オプションとして、交換可能なタスクモジュール・カウンターウェイトは、バイオネット継ぎ手によって関節型ヘッドに取り付けられるものとすることができる。オプションとして、交換可能なタスクモジュール・カウンターウェイトは、磁石配列などの解除可能な吸着機構によって関節型ヘッドに取り付けられるものとすることができる。磁石配列を永久磁石機構とすることもできるし、あるいは例えば電磁石機構とすることもできる。好ましくは、関節型ヘッドに対する交換可能なタスクモジュール・カウンターウェイトの取り付け状態は、関節型ヘッドから離れるよう交換可能なタスクモジュール・カウンターウェイトを捩ること、引くこと、摺動させること、または剥すことによって解除できるものとされる。

同様に、少なくとも１つのタスクモジュールについても、上述した態様のいずれかのようにして、交換可能（例えば自動交換可能）なものとすることができる。特に、少なくとも１つの交換可能なタスクモジュール・カウンターウェイト用の収納ラックは、少なくとも１つのタスクモジュールを収納するためにも適したものであり得る。オプションとして、少なくとも１つの交換可能なタスクモジュール・カウンターウェイト用の収納ラックとは独立した第２収納ラックを、少なくとも１つのタスクモジュールを収納するために設けてもよい。

少なくとも１つのタスクモジュールは、少なくとも１つの交換可能なタスクモジュール・カウンターウェイトを含むことができる。すなわち、タスクモジュールおよび交換可能なタスクモジュール・カウンターウェイトは、単一の一体部品として提供されるものであってもよい。この場合、少なくとも１つのタスクモジュールおよび少なくとも１つの交換可能なタスクモジュール・カウンターウェイトはともに、関節型ヘッドに交換可能に取り付けられるものとなる。換言すれば、少なくとも１つのタスクモジュールおよび少なくとも１つの交換可能なタスクモジュール・カウンターウェイトの装着を同時に行うことができるものとなる。従って、上記方法は、少なくとも１つのタスクモジュールおよび少なくとも１つの交換可能なタスクモジュール・カウンターウェイトを同時に取り付ける工程を具えることができる。

オプションでは、少なくとも１つのタスクモジュールおよび少なくとも１つの交換可能なタスクモジュール・カウンターウェイトは別体の部品として提供される。特に、オプションとして、少なくとも１つの交換可能なタスクモジュール・カウンターウェイトは、少なくとも１つのタスクモジュールとは別に（例えば非同時に、換言すれば、時間的に離れて）、関節型ヘッドに装着できるものであってもよい。従って、上記方法は、少なくとも１つのタスクモジュールおよび少なくとも１つの交換可能なタスクモジュール・カウンターウェイトの一方を関節型ヘッドに取り付け、続いて他方を関節型ヘッドに取り付ける工程を含むことができる。少なくとも１つのタスクモジュール・カウンターウェイトの装着は、少なくとも１つの交換可能なタスクモジュールの装着の前または後のいずれかで行うことができることが理解できるであろう。しかしながら、少なくとも１つのタスクモジュールおよび少なくとも１つの交換可能なタスクモジュール・カウンターウェイトが別体の部品として提供される場合であってもなお、それらをともに、すなわち同時に関節型ヘッドに取り付けることができることも理解できるであろう。これは、例えば、タスクモジュールおよび交換可能なタスクモジュール・カウンターウェイトの一方が他方を介して関節型ヘッドに取り付けられ（後に詳述する）、且つタスクモジュールおよび交換可能なタスクモジュール・カウンターウェイトが予め互いに取り付けられている（例えばそれらが別体の部品として備えられていても、組み立てた状態として収納ラックに収納され得る）場合であり得る。

オプションとして、少なくとも１つのタスクモジュール・カウンターウェイトおよび少なくとも１つの交換可能なタスクモジュールを関節型ヘッドの実質的に同じ側面に取り付けるようにすることができる。少なくとも１つのタスクモジュール・カウンターウェイトおよび少なくとも１つの交換可能なタスクモジュールは、関節型ヘッド上にある同じタスクモジュール取り付け部によって関節型ヘッドに取り付けられることが好ましい。例えば、少なくとも１つの交換可能なタスクモジュールおよび少なくとも１つの交換可能なタスクモジュール・カウンターウェイトの一方を、他方の上に装着（例えばその頂部に載置）するようにすることができる。例えば、交換可能なタスクモジュールを、少なくとも１つの交換可能なタスクモジュール・カウンターウェイトを介して関節型ヘッドに取り付けることができる。例えば、交換可能なタスクモジュール・カウンターウェイトを関節型ヘッドに直接取り付け、交換可能なタスクモジュールをその交換可能なタスクモジュール・カウンターウェイトに直接取り付けるようにすることができる。従って、少なくとも１つの交換可能なタスクモジュールを、少なくとも１つの交換可能なタスクモジュール・カウンターウェイトの上に載置することができる。よって、上記方法は、少なくとも１つの交換可能なタスクモジュール・カウンターウェイトを関節型ヘッドに直接取り付け、少なくとも１つの交換可能なタスクモジュールを少なくとも１つの交換可能なタスクモジュール・カウンターウェイトに直接取り付ける工程を具えることができる。また、これを適切な順序で実行すること（例えば、少なくとも１つの交換可能なタスクモジュール・カウンターウェイトを関節型ヘッドに直接取り付ける前またはその後に、少なくとも１つの交換可能なタスクモジュールを少なくとも１つの交換可能なタスクモジュール・カウンターウェイトに直接取り付けること）が可能である。オプションでは、交換可能なタスクモジュール・カウンターウェイトは、交換可能なタスクモジュールを介して関節型ヘッドに取り付け可能とされる。例えば、交換可能なタスクモジュールを関節型ヘッドに直接取り付け、交換可能なタスクモジュール・カウンターウェイトを少なくとも１つの交換可能なタスクモジュールに直接取り付けるようにすることができる。

オプションとして、関節型ヘッドは少なくとも１つの交換可能なタスクモジュールおよび少なくとも１つの交換可能なタスクモジュール・カウンターウェイトのために各別のマウントを有することができる。少なくとも１つの交換可能なタスクモジュールのためのマウントおよび少なくとも１つの交換可能なタスクモジュール・カウンターウェイトのためのマウントは、ヘッドの実質的に対向する側部にあるものとすることができる。オプションとして、少なくとも１つの交換可能なタスクモジュールのためのマウントおよび少なくとも１つの交換可能なタスクモジュール・カウンターウェイトのためのマウントが、ヘッドの同じ側部にあるものとされてもよい。

少なくとも１つの交換可能なタスクモジュール・カウンターウェイトは、その質量中心がタスクモジュールの質量中心に関する回転軸を越えて位置する（lie beyond）ように構成され、少なくとも１つのタスクモジュールの重量と少なくとも一部釣り合うようになっている。従って、回転軸の直上または直下にない場合、交換可能なタスクモジュール・カウンターウェイトは、少なくとも１つの回転軸の周りで、タスクモジュールとは反対向きの重力由来のモーメントを提供することになる。これは、少なくとも１つの回転軸の周りの関節型ヘッドの全許容移動範囲のあらゆる場所で同じであることが好ましい。交換可能なタスクモジュール・カウンターウェイトがタスクモジュールと関節型ヘッドの同じ側部に取り付けられる実施形態（例えば、タスクモジュールおよびタスクモジュール・カウンターウェイトが同じマウントによって取り付けられる場合や、単一の一体部品である場合）においては、タスクモジュールの質量中心に関する回転軸を越えてタスクモジュール・カウンターウェイトの質量中心を位置付けるための少なくとも１つのアームの配設を伴い得る。少なくとも１つのアームを関節型ヘッドの外側の周りで延在させることができる。オプションでは、少なくとも１つのアームを関節型ヘッド内のチャネルを通して延在させることができる。

タスクモジュールをプローブモジュールとすることができる。プローブモジュールは加工品を検知するための構成部品を含み得る。すなわち、プローブモジュールはプローブセンサであってもよい。従って、プローブモジュールは加工品と相互作用するためのプローブモジュールであり得る。例えば、プローブモジュールは加工品の検査を行うための加工品検査工具であってもよい。プローブモジュールを、部品の硬さ、表面仕上げおよび／またはおんどの少なくとも１つを判定するためのデバイスとすることもできる。プローブモジュールを、例えば超音波法により部品の非破壊検査を行うためのデバイスとすることもできる。オプションとして、プローブモジュールを加工品の寸法を測定するためのデバイスとすることもできる。プローブモジュールは接触型プローブであってもよい。この場合において、プローブモジュールは、加工品に接触するためのスタイラスが延在するプローブ本体を含むことができる。かかる測定プローブは、スタイラスと検出される表面との接触時に信号を発行するタッチトリガプローブを含み得ること、および、プローブ本体に対するスタイラスの撓みの測定値を提供するアナログプローブ（走査プローブとしても知られている）を含み得ることが理解できるであろう。

プローブモジュールが非接触型プローブであってもよい。非接触型プローブには、光学式プローブ、容量型プローブあるいは誘導型プローブの少なくとも１つが含まれる。本発明は、他の種類のプローブと比較して比較的高重量であることから、光学式プローブが用いられる場合に特に有用であり得る。

本発明の方法に用いるための適切な測定デバイス、特に、適切な測定プローブモジュールについては後に詳述する。

少なくとも１つのプローブモジュールが必ずしもセンサ構成部品を備えている必要はないことが理解できるであろう。例えば、それはプローブセンサと関節型ヘッドとの間の距離を増すための延長バーモジュールであってもよい。

タスクモジュールが工具モジュールであってもよい。工具モジュールは処理される部品の一部と相互作用するための工具を含み得る。例えば、工具は、部品の機械加工、エッチングまたは切削を行うように部品に働きかけるものであり得る。工具を部品の搬送を行うものとすることができ、例えばピックアンドプレース工具とすることができる。工具は、ワークピースに対し流体を供給するための工具などの供給用工具であってもよい。さらに、工具は、ワークピースに力を加えるのに用いられる接着工具であってもよい。適切な工具モジュールには、例えばドリルまたはフライス加工用工具モジュールなどの切削工具モジュールやレーザ工具モジュールが含まれる。少なくとも１つの工具モジュールが必ずしも部品と相互作用する工具を備えている必要はないことが理解できるであろう。例えば、それは部品と相互作用する工具を有する工具モジュールと関節型ヘッドとの間の距離を増すための延長バーモジュールであってもよい。

少なくとも１つの交換可能なタスクモジュール・カウンターウェイトは、関節型ヘッドに装着された少なくとも１つのタスクモジュールによって生じる少なくとも１つの回転軸の回りのモーメントの少なくとも５０％、好ましくは７５％、さらに好ましくは９０％に釣り合うように構成されたものとすることができる。交換可能なタスクモジュール・カウンターウェイトは、少なくとも１つの回転軸の周りで関節型ヘッドに実質的に釣り合うように構成されたものとすることができる。これは、静止状態において少なくとも１つの軸の周りでタスクモジュールを所定の向きに保持するのにトルクを必要としないようにすることができる。特に、可変型タスクモジュール・カウンターウェイトを、少なくとも１つの軸の周りでタスクモジュールと釣り合うように構成することができる。特に、可変型タスクモジュール・カウンターウェイトを、関節型ヘッド上に支持されている物の合成質量中心が少なくとも１つの回転軸上に実質的に位置するように構成することができる。少なくとも１つのタスクモジュール・カウンターウェイトが交換可能なタスクモジュール・カウンターウェイトを含んでいる実施形態においては、交換可能なタスクモジュール・カウンターウェイトがタスクモジュールに対応し得る。特に、座標位置決め装置は、関節型ヘッドに装着される複数の交換可能なタスクモジュールと、対応する複数の交換可能なタスクモジュール・カウンターウェイトとを含むことができ、対応するタスクモジュールとともに使用されるように交換可能なタスクモジュール・カウンターウェイトを選択することで、少なくとも１つの軸の周りでその対応するタスクモジュールと実質的に釣り合うようにすることができる。

単一のタスクモジュール・カウンターウェイトを用いて、少なくとも１つの軸の周りでタスクモジュールと釣り合うようにすることができる。複数の交換可能なタスクモジュール・カウンターウェイトが用いられてもよい。当該複数の交換可能なタスクモジュール・カウンターウェイトの少なくともいくつかは、関節型ヘッドに取り付けられたときの釣り合い効果が実質的に同等または異なっているものとすることができる。オプションとして、複数のカウンターウェイトをともに使用してタスクモジュールに実質的に釣り合うようにすることができる。例えば、カウンターウェイトは、カウンターウェイトの積載を可能とする取り付け特徴部を有するものとすることができる。オプションとして、上記方法は、複数の交換可能なタスクモジュール・カウンターウェイトを関節型ヘッドに装着する工程を具えることができる。さらにオプションとして、上記方法は、複数の交換可能なタスクモジュール・カウンターウェイトを関節型ヘッド上で互いに積載する工程を具えることができる。

交換可能なタスクモジュール・カウンターウェイトはタスクモジュールによって使用される電子的構成部品を含み得る。従って、単に重さを提供するだけではない機能を持つものとしてカウンターウェイトを提供することができる。例えば、交換可能なタスクモジュール・カウンターウェイトはタスクモジュールに対する電源を含んでいてもよい。例えば、交換可能なタスクモジュール・カウンターウェイトは電源に電力を供給する電池を含んでいてもよい。オプションとして、カウンターウェイトはタスクモジュールのデータを処理するプロセッサを含むことができる。

交換可能なタスクモジュール・カウンターウェイトは、少なくとも１つの回転軸の周りで可能な向きのすべてで、関節型ヘッドおよび／または座標位置決め装置と接触しないように構成することができる。好ましくは、交換可能なタスクモジュール・カウンターウェイトは、少なくとも１つの回転軸の周りの関節型ヘッドの回転に対し、関節型ヘッドの回転運動の全範囲のいずれの位置でも干渉が生じないように構成される。オプションとして、交換可能なタスクモジュール・カウンターウェイトは、少なくとも１つの回転軸の周りの少なくとも１つの向きでは関節型ヘッドと接触するように構成されてもよい。オプションとして、交換可能なタスクモジュール・カウンターウェイトは回転防止部材を含むことができ、これは、少なくとも１つの回転軸の周りの少なくとも１つの向きで、関節型ヘッドおよび／またはそれが取り付けられるクイルに係合する。これは、関節型ヘッドが少なくとも１つの向きで突然停止してしまった場合に、交換可能なタスクモジュール・カウンターウェイトが回転して関節型ヘッドのマウントから脱落するような動きに抵抗する助けとなり得る。例えば、交換可能なタスクモジュール・カウンターウェイトの回転防止部材は、関節型ヘッドの回転の限界（extremes）の１つで、またはそこに関節型ヘッドが近づいたときに、関節型ヘッド（および／またはそれが取り付けられるクイル）に接触するように構成することができる。特に、関節型ヘッドは、少なくとも１つの軸の周りの運動を制限するために少なくとも１つの終端係止部を有することができ、可変型タスクモジュール・カウンターウェイトの回転防止部材は、関節型ヘッドがその終端係止位置に位置したときまたはその直前に関節型ヘッドと接触するよう構成することができる。これは、関節型ヘッドの電力障害によって関節型ヘッドが自由に回転してしまう事態が生じたときに、関節型ヘッド、タスクモジュールおよび／または可変型タスクモジュール・カウンターウェイトが損傷するのを防止する助けとなる。

上述したように、交換可能なタスクモジュール・カウンターウェイトはその釣り合い効果を変更するために調節可能である。例えば、タスクモジュール・カウンターウェイトの質量中心の位置は、異なる重量を持つ複数の異なるタスクモジュールに対し適切なカウンターウェイトとして用いることができるように調節が可能である。さらに、タスクモジュール・カウンターウェイトが調節可能であることは、タスクモジュール・カウンターウェイトの釣り合い効果を細かく調整する助けとなり得る。これは、タスクモジュールの重量に実質的に釣り合うようにすることが望まれる場合に有利である。これらの場合において、交換可能なタスクモジュール・カウンターウェイトは手動で調節されるもの（例えばタスクモジュール・カウンターウェイトの質量中心の位置を移動させるのにユーザの介在を要するもの）であってもよいし、自動調節によってタスクモジュール・カウンターウェイトの質量中心の位置を移動させるもの（例えば、座標位置決め装置のコントローラなどのプロセッサによって作動させることが可能なモータが備えられるもの）であってもよい。

オプションとして、交換可能なタスクモジュール・カウンターウェイトは複数の取り外し可能な錘を備えることができる。それらの錘の取り外しまたは付加は、タスクモジュールの重量と実質的な釣り合わせを行う助けとなり得る。

関節型ヘッドは、少なくとも１つの回転軸に関して本質的に不均衡なものとして構成され得る。従って、関節型ヘッドは、それにタスクモジュールまたはタスクモジュール・カウンターウェイトが取り付けられていない場合には、少なくとも１つの回転軸に関して不均衡なものとなるように、少なくとも１つの回転軸に関して恒久的に釣り合わされるものとすることができる。特に、タスクモジュールのマウントを提供し、少なくとも１つの回転軸の周りに回転可能な関節型ヘッドの回転部分は、一側部で釣り合わされるものとすることができる。回転可能な部分は、タスクモジュールを取り付けるための特徴部を含む側部で釣り合わされるものとすることができる。回転可能な部分は、タスクモジュールを取り付けるための特徴部を含む側部とは反対側の側部で釣り合わされるものとすることが好ましい。従ってこの場合、釣り合いを取る回転可能な部分がタスクモジュールに対するいくらかの釣り合いを提供することになる。

これにより、交換可能なタスクモジュール・カウンターウェイトに対する要求を軽減することができる。

関節型ヘッドは、割り出し型ヘッドであってもよいし、能動型ヘッドであってもよい。

複数のタスクモジュールを関節型ヘッドに取り付け可能であることが理解できるであろう。これは、例えば、タスクモジュールが延長バーを含み、その部品と相互作用するタスクモジュールと関節型ヘッドとの間の距離を長くするような場合である。これらの場合において、タスクモジュール・カウンターウェイトは複数のタスクモジュールと実質的に釣り合うように構成され得る。従って、上記方法は、複数のタスクモジュールを関節型ヘッドに装着する工程を具えることができる。オプションとして、上記方法は、関節型ヘッド上で複数の交換可能なタスクモジュールを互いに積載する工程を具えることができる。オプションとして、上述したものとともに、１つの、あるいは実際には複数のタスクモジュール・カウンターウェイトを、複数のタスクモジュールの重量と釣り合うように設けることができる。

関節型ヘッドは、好ましくは少なくとも２つの回転軸、より好ましくは実質的に直交する少なくとも２つの回転軸を有する。従って、関節型ヘッドは第２の回転軸を備えることができる。この場合において、少なくとも１つの可変型タスクモジュール・カウンターウェイトはまた、第２の回転軸の周りで均衡を崩す度合いを低減することができる。第２の回転軸を第１の回転軸に対し実質的に垂直なものとすることができる。第２の回転軸を第１の回転軸と交差するものとすることができる。少なくとも１つの可変型タスクモジュール・カウンターウェイトを、関節型ヘッド上に支持されている物の合成質量中心が第２の回転軸上に実質的に位置するように構成することができる。特に、少なくとも１つの可変型タスクモジュール・カウンターウェイトを、関節型ヘッド上に支持されている物の合成質量中心が第１および第２の回転軸上に実質的に位置するように構成することができる。

本発明の第２の形態では、少なくとも１つの回転軸を有する関節型ヘッドと、該関節型ヘッドに交換可能に取り付けられる少なくとも１つの交換可能なタスクモジュールと、前記少なくとも１つの回転軸の周りで前記少なくとも１つの交換可能なタスクモジュールの重量の少なくとも一部と釣り合う少なくとも１つの交換可能なタスクモジュール・カウンターウェイトと、を具えた座標位置決め装置が提供される。

理解できるであろうが、本発明の第１の形態との関連において前述した特徴および実施形態は、本発明の第１の形態に対しても等しく適用可能であり、関連付けられるものである。

本発明の第３の形態では、少なくとも１つの回転軸を有する座標位置決め機械の関節型ヘッドに交換可能に取り付けられるタスクモジュールと、前記関節型ヘッドがその少なくとも１つの回転軸の周りで均衡を崩す度合いを低減するよう、前記タスクモジュールに対応して前記関節型ヘッドに交換可能に取り付けられる少なくとも１つのタスクモジュール・カウンターウェイトと、を備えるタスク装置が提供される。特に、前記少なくとも１つの対応タスクモジュール・カウンターウェイトは、前記少なくとも１つの軸の周りで前記タスクモジュールの重量に少なくとも一部釣り合うためのものである。

理解できるであろうが、本発明の第１および第２の形態との関連において前述した特徴および実施形態は、本発明の第１の形態に対しても等しく適用可能であり、関連付けられるものである。

本発明の実施形態は図面を参照して説明される。

本発明に係る座標位置決め機械の模式的等角図である。（ａ）および（ｂ）は、それぞれ、図１に示された関節型ヘッド、プローブモジュールおよび一体型プローブモジュール・カウンターウェイトの正面図および側面図である。（ａ）、（ｂ）および（ｃ）は、関節型プローブヘッドに取り付けられたプローブモジュールおよび一体型プローブモジュール・カウンターウェイトの第１、第２および第３の実施形態を示す正面図である。（ａ）、（ｂ）および（ｃ）は、関節型プローブヘッドに取り付けられたプローブモジュールおよび別体型プローブモジュール・カウンターウェイトの第１、第２および第３の実施形態を示す正面図である。（ａ）および（ｂ）は、本発明のさらなる実施形態に係る関節型ヘッド、プローブモジュールおよび別体型プローブモジュール・カウンターウェイトの模式的側面図である。（ａ）および（ｂ）は、本発明のさらなる実施形態に係る関節型ヘッド、プローブモジュールおよび別体型プローブモジュール・カウンターウェイトの模式的正面図である。（ａ）および（ｂ）は本発明のさらなる実施形態の模式的側面図であり、非接触型の光学プローブが関節型ヘッドに取り付けられた状態を示している。（ａ）および（ｂ）は本発明の実施形態の模式的断面図であり、プローブモジュール・カウンターウェイトが関節型ヘッドを通って延在している状態を示している。（ａ）および（ｂ）は本発明の実施形態の模式的正面図であり、積載されたプローブモジュール・カウンターウェイトがプローブモジュールの重量と釣り合わせるために用いられている状態を示している。プローブモジュール・カウンターウェイトおよびプローブモジュールを収納可能な収納ラックの模式的正面図である。（ａ）および（ｂ）は本発明のさらに他の実施形態の模式的側面図である。本発明に係る座標位置決め装置を動作させるプロセスを示すフローチャートである。

図１を参照するに、本発明に係る座標位置決め機械、特に座標測定機械１０（ＣＭＭ）が示されている。ＣＭＭ１０は、測定されるワークピース（不図示）を載置可能なテーブル１２と、関節型プローブヘッド２４を搬送し、ひいては接触型プローブ２６の形態の表面検知デバイスを搬送するフレーム１４と、を有する。フレーム１４は、コントローラ３０の制御の下で３つの直交方向Ｘ、ＹおよびＺに関節型プローブヘッド２４が移動するのを補助する。特に、フレーム１４は、ブリッジ１８（テーブル１２に設けられたトラック２２に沿ってＹ方向に移動可能である）と、キャリッジ２０（ブリッジ１８のクロスバーに沿ってＸ方向に移動可能である）と、Ｚコラム１６（キャリッジ２０を通ってＺ方向に移動可能である）と、を含んでいる。ベアリング配列、モータおよびトランスジューサ（不図示）をトラック２２、ブリッジ１８およびＺコラム１６に設けることで、移動を補助するとともに、それらの相対位置をコントローラ３０に通知することができることは理解できるであろう。

ＣＭＭ１０のＺコラム１６に取り付けられた関節型プローブヘッド２４は能動型ヘッドであり、周りに接触型プローブ２６を方向づけることが可能な実質的に直交する２つの回転軸Ａ１（Ｚ軸に実質的に平行である）およびＡ２（Ｚ軸に対し実質的に垂直である）を有する。

コントローラ３０が設けられることで、接触型プローブ２６の動きを制御するとともに、ＣＭＭ１０内のすべてのトランスジューサからトランスジューサ情報を受信および収集することで、テーブル１２に載置されて接触型プローブ２６に検査されているワークピースの測定を行うことが可能となる。コントローラ３０は、例えばパーソナルコンピュータ（ＰＣ）などのコンピュータを含むものであってもよいし、あるいは外部コンピュータに接続されたコントローラであってもよいことは理解できるであろう。

図示の実施形態では、接触型プローブ２６は、プローブ・カウンターウェイト２８の形態の中間部材を介して関節型プローブヘッド２４に取り付けられている。プローブ・カウンターウェイト２８はアームを備え、そのアームの端部の錘が接触型プローブ２６に関する回転軸Ａ２を越えて延在していることで、接触型プローブ２６の重量と釣り合うようになっている。図２〜図１１を参照し、プローブ・カウンターウェイト２８およびその種々の実施形態を以下に詳述する。

図２（ａ）および（ｂ）は、図１の関節型プローブヘッド２４、接触型プローブ２６およびプローブ・カウンターウェイト２８を示している。この特定の実施形態において、接触型プローブ（参照番号２６を以て包括的に示される）とプローブ・カウンターウェイト（参照番号２８を以て包括的に示される）とは一体の部品として設けられている。一体である接触型プローブおよびプローブ・カウンターウェイトは、関節型ヘッドの回転部品３２上に設けられたプローブモジュール取り付け部３１を介して関節型ヘッド２４に取り付けられる。プローブモジュール取り付け部３１は、一体である接触型プローブおよびプローブ・カウンターウェイトの取り付け面３４内の磁石（不図示）を吸着する磁石を有する。また、プローブモジュール取り付け部３１は位置合わせ特徴部（不図示）を有し、一体である接触型プローブおよびプローブ・カウンターウェイトの取り付け面３４に対応して設けられた位置合わせ特徴部（不図示）と協働することで、両者の反復性のある取り付けが確保されるものとなっている。

例えば、かかる位置合わせ特徴部は、プローブ取り付け部３１と、一体である接触型プローブおよびプローブ・カウンターウェイトとの間の運動学的取り付け部（kinematic mount）を提供するよう、運動学的取り付け特徴部を含むことができる。理解できるであろうが、運動学的取り付け部は、一方の部分の要素が他方の部分の要素と協働するように配されることで高い反復性のある位置決めを提供するものである。それらの要素は、好ましくは６点での接触または制限を行うことによって、両部分間の全６自由度（直交する直線方向の３自由度および直交する回転方向の３自由度）の相対移動を制限するよう、互いに協働するよう配される。特定の一実施形態では、一方の部分にある要素を、間隔を置いた３つの部位のそれぞれにある互いに窄まってゆく１対の面が、他方の部分にある要素に対する全６点の接触を提供するように配することができる。これが、他方の部分に対して一方の部分に生じ得る６自由度を制限する。かかる運動学的取り付け部は時に「Boys support」としても知られているものであり、例えばH.J.J.Braddickによる非特許文献１の第１１頁〜第３０頁に記載されている。

一体である接触型プローブおよびプローブ・カウンターウェイトが非運動学的機構を介して関節型ヘッドに取り付けられてもよいことは理解されよう。例えば、一体である接触型プローブおよびプローブ・カウンターウェイトがプローブモジュール取り付け部３１にクランプされるものであってもよい。例えば、一体である接触型プローブおよびプローブ・カウンターウェイトがスピゴットを有し、プローブモジュール取り付け部３１が備えるチャック内にスピゴットがクランプされるものであってもよい。

関節型ヘッドの回転部品３２は、Ａ２軸に関して固定されたヘッド本体４６に対し、Ａ２軸の周りに回転可能である。しかしヘッド本体４６は、関節型ヘッドのＺコラム取り付け部４８に対してＡ１軸の周りに回転可能である。コントローラ３０からの要求に応じてかかる回転を促進するためにモータ（不図示）が設けられ、また、ヘッド本体４６および回転可能部品３２の各回転軸Ａ１およびＡ２に関する方向を測定するためにエンコーダの形態のトランスジューサ（不図示）が設けられる。

図示のように、接触型プローブ２６はプローブ本体３６を備え、そこから接触チップ４０を有するスタイラス３８が延在している。ここに記載する実施形態では、接触型プローブ２６はタッチトリガプローブである。従って、プローブ２６の本体は、プローブ本体３６に対するスタイラス３８の撓みを検知し、それに応答してトリガ信号を出力するための構成部品を収容している。トリガ信号によってＣＭＭ１０のトランスジューサによる読み取りが行われ、コントローラ３０に供給されることで、接触チップ４０の位置が記録されて加工品の測定値が取得されることになる。

プローブ・カウンターウェイト２８は、プローブ本体３６から延在する一対のアーム４２と、アームの端部に取り付けられてプローブ本体３６の遠位側に位置する釣り合い錘４４とを備える。図示のように、アームは、接触型プローブ２６に対しＡ２軸を越えて釣り合い錘４４を位置づけるようにするのに十分なだけヘッド本体４６の周り且つ反対側に延在し、これによって釣り合い錘４４が接触型プローブ２６の重量と釣り合うことになる。ここに記載する実施形態では、釣り合い錘４４は接触型プローブ２６の重量と実質的に釣り合うように構成されることで、関節型ヘッドのプローブ取り付け部３１に取り付けられる物（すなわちこの場合、一体である接触型プローブおよびプローブ・カウンターウェイト）の質量中心がＡ２軸上に位置するようになっている。しかしながら、これは必ずしも必要ではないことが理解されるであろう。例えば、プローブ・カウンターウェイト２８はプローブの重量に部分的にのみ釣り合うものであってもよいし、プローブの重量に対し過釣り合いを行うものであってもよい。しかしながら、プローブ・カウンターウェイト２８は、いくらかの釣り合い効果を提供することで、Ａ２軸の周りの接触型プローブ２６の向きを変更および保持するのに要するトルクの量を増すのではなく、これを減じるように構成されているべきである。

理解できるであろうが、関節型ヘッドには異なる重量および／または長さを有した異なるプローブを取り付けられ得るので、異なる構成の釣り合い錘が必要となり得る。図３（ａ）、（ｂ）および（ｃ）を参照してこれを説明する。図３（ａ）は図２（ａ）と同じであり、参照のために再掲したものである。図３（ｂ）および（ｃ）は図２（ａ）に示したものと実質的に同じであり、同様の部分には同様の参照番号が割り当てられている。しかしながら、図に見られるように、図３（ｂ）および（ｃ）においては、接触型プローブ２６のプローブ本体３６の長さが図３（ａ）および図２の接触型プローブ２６より有意に長くなっている。これに基づいて、図３（ｂ）ないし（ｃ）の接触型プローブは全体的に同様のものであるがそれらの長さは異なっており、図３（ｂ）および（ｃ）における接触型プローブ２６の質量中心は図３（ａ）のものよりもＡ２軸からさらに遠くに位置することになる。従って、図３（ｂ）に示した実施形態では、釣り合い錘４４の重量がより大とされることで、長いプローブ本体３６に釣り合うようにされている。図３（ｃ）では、釣り合い錘４４の重量は図３（ａ）に示したものと同じであるが、アーム４２がより長くされることで、Ａ２軸からさらに遠くに釣り合い錘４４が位置づけられて、長いプローブ本体３６に釣り合うようにされている。

図９（ａ）は、大きな釣り合い錘を有する、もしくはＡ２軸を越えて長く延在するアームを有するプローブ・カウンターウェイトを設けるのではなく、複数のプローブ・カウンターウェイト（例えば第１および第２のプローブ・カウンターウェイト）２８および２８’を積み重ねることで、長さおよび／または重量のある接触型プローブ２６と釣り合わせることができることを示している。図９（ｂ）は同様の釣り合い錘の配置を示すが、釣り合い錘をヘッドの各側部に延在させるのではなく、一方のプローブ・カウンターウェイト（例えば第１のプローブ・カウンターウェイト）２８がヘッドの一側部上でのみ延在し、他方のプローブ・カウンターウェイト（例えば第２のプローブ・カウンターウェイト）２８’がヘッドの反対側の側部上で延在しているものを示している。さらに、図示のように、第２のプローブ・カウンターウェイト２８’をプローブ２６の部分として（例えば一体の部分として）設け得ることが理解されよう。

図４（ａ）〜（ｃ）は図３（ａ）〜（ｃ）に示したものと実質的に同じであり、同様の部分には同様の参照番号が割り当てられている。しかしながら、図３（ａ）〜（ｃ）に示した実施形態においては、一体とされた接触型プローブおよびプローブ・カウンターウェイトが設けられているのに対し、接触型プローブ２６およびプローブ・カウンターウェイト２８が別体のピースとして設けられている。この実施形態においては、同様の取り付け構成（例えば磁石および取り付け特徴部）を介し、プローブ・カウンターウェイト２８がプローブ取り付け部３１に直接取り付けられ、接触型プローブ２６がプローブ・カウンターウェイト２８に直接取り付けられている。図４（ｂ）および（ｃ）においては、図４（ａ）に示すものよりも、接触チップがＡ２軸からさらに離れている。これは、図４（ｂ）においては長さのある本体（実質的に延長バーとして働く）を有するプローブ・カウンターウェイトによって実現され、図４（ｃ）においては図４（ａ）に示すものよりも長さのある接触型プローブのプローブ本体３６によって実現されている。理解できるであろうが、これは、プローブ・カウンターウェイト２８と接触型プローブ２６との間、またはプローブ取り付け部３１とプローブ・カウンターウェイト２８との間に延長バーを配置することによっても実現できるものである。

他の実施形態として、接触型プローブ２６およびプローブ・カウンターウェイト２８が別体のピースとして設けられている場合、接触型プローブ２６をプローブ取り付け部３１に直接取り付けることができ、プローブ・カウンターウェイト２８を接触型プローブ２６に直接取り付けることができることも理解できるであろう。例えば、接触型プローブ２６は、プローブ・カウンターウェイト２８を取り付けることができる、またはプローブ・カウンターウェイト２８をプローブ本体３６上の周囲でクランプすることができる特徴部を備え得る。

上記実施形態において理解されるように、プローブ・カウンターウェイト２８はＡ１軸およびＡ２軸の周りの接触型プローブ２６の回転に干渉することのないように構成される。特に、アーム４２および釣り合い錘４４は、接触型プローブ２６が取り得るすべての向きにおいて関節型ヘッド２４を完全に避けているものである。しかしながら、図７（ａ）および（ｂ）を参照して説明するように、そのことは必ずしも必要ではない。図７（ａ）および（ｂ）は、本発明の代替的であるが同様の実施形態であり、同様の部分には同様の参照番号が割り当てられている。これらの実施形態においては、接触型プローブが非接触型の光学プローブ２７に置換されている。本実施形態では、光学プローブの重量が大であることから、釣り合い錘４４，４５は光学プローブ２７の重量の一部のみと釣り合うものとされる（しかしこれは必ずしも必要なことではなく、釣り合い錘４４が光学プローブ２７の重量と実質的に釣り合うようにされていてもよい）。さらに、関節型ヘッド２４は、回転部品３２がＡ２軸の周りに９０度だけ回転可能である点でやや異なっており、鉛直方向のＺコラムを有する実施形態における）鉛直面内の回転および水平面内の回転間でプローブモジュール取り付け部３１の回転を制限する内部の終端係止部を有している。

図７（ａ）を参照すると、この実施形態は、アーム４２および釣り合い錘４４は、接触型プローブ２６が取り得るすべての向きにおいて関節型ヘッド２４を完全に避けている点で図２（ａ）および（ｂ）に示した実施形態と同様である。例えばヘッドへの電力が失われ、プローブ２７が自重により回転する（釣り合い錘４４は光学プローブ２７と部分的にのみ釣り合っているからである）ことによって、図７（ａ）の右側部分に示されるように回転部３２が矢印Ａで示す方向に急速に回転し、回転部３２がその内部の終端係止部にぶつかった場合、光学プローブ２７の角運動量によって、光学プローブ２７およびプローブ・カウンターウェイト２８は、プローブモジュール取り付け部３１の磁石ジョイントから矢印Ｂで示す方向に剥がされることになる。

図７（ｂ）を参照すると、２つのプローブ・釣り合い錘４４が単一のクロスバー釣り合い錘４５で置き換えられている。クロスバー釣り合い錘４５は２つのアーム４３（図７（ｂ）ではその一方のみが示されている）間で、関節型ヘッド２４の背部を横切って延在している。アーム４３は、回転部３２ひいてはプローブモジュール取り付け部３１がその鉛直方向の限界にある場合に、クロスバー４５の面４７が関節型ヘッドのＺコラム４８の背面４９と接触するように角度が付けられている。従って、本実施形態では、回転部３２が矢印Ａで示す方向に急速に回転し、回転部３２がその内部の終端係止部にぶつかった場合、クロスバー４５は、光学プローブ２７およびプローブ・カウンターウェイト２８がプローブモジュール取り付け部３１の磁石ジョイントから剥がれるのを防止する。

一般に、光学プローブには電源が必要である。これがプローブの内部電源として（例えば１以上の電池によって）設けられる場合、光学プローブの重量の大きな割合を占めるレンズなどの光学部品とともに、電源は光学プローブの重量の大きな割合を占めることになる。代替的な実施形態においては、１以上の電池などの電源をプローブ・カウンターウェイト２８の部分として備えることができる。例えば、図７（ａ）および（ｂ）を参照すると、釣り合い錘４４，４５が電源を含むものとすることができる。電気接点により、光学プローブ２７とプローブ・カウンターウェイト２８との界面を横切って光学プローブ２７に電力を供給することができる。例えば、取り付け用特徴部２１を横切って電力を供給することができる。さらに、釣り合い錘４４，４５はプロセッサおよびメモリなど他の電気的構成部品を備えることができる。また、例えば光学プローブ２７およびプローブ・カウンターウェイト２８の界面をつなぐ電気接点を介して（例えば取り付け用特徴部２１を横切って）、光学プローブからのデータを送給することができる。

図５（ａ）は代替的実施形態を示し、ここではプローブ・カウンターウェイト３５を直接取り付けることができる専用のプローブ・カウンターウェイト３３が回転部に設けられている。専用のプローブ・カウンターウェイト３３は関節型ヘッド２４の回転部３２とは反対側に設けられる。この実施形態は、プローブ・カウンターウェイト３５に関節型ヘッド２４の周りに延在するアームを設ける必要をなくすものである。図５（ｂ）は同様の実施形態であるが、より長さのあるプローブ本体２６と釣り合いを取るために、プローブ・カウンターウェイト３５にはより重量のある錘が設けられている。

図６（ａ）はさらなる代替的実施形態を示し、これは図５（ａ）に示したものと同様であるが、関節型ヘッドの回転部３２は一側部でのみベアリングにより支持されている。また、プローブ・カウンターウェイト３５を直接取り付けることができる専用のプローブ・カウンターウェイト３３が回転部３２に設けられている。図６（ｂ）は同様の実施形態であるが、より長さのあるプローブ本体２６と釣り合いを取るために、プローブ・カウンターウェイト３５にはより重量のある錘が設けられている。

図５（ｂ）および図６（ｂ）の実施形態において重量のある錘を設けるのではなく、複数のプローブ・カウンターウェイト３５を互いの頂部に重ねることで、より長さのあるプローブ本体によって生じる大きな重力トルク（すなわち、その大きな重量と、その質量中心および回転軸Ａ２からの長い距離による）と釣り合わせることができることが理解できるであろう。

さらに、関節型ヘッド２４の回転部３２が、鉛直方向の回転軸Ａ２に関して本質的に不均衡なものであるように、すなわち交換可能なプローブモジュール・カウンターウェイトや交換可能なプローブモジュールがヘッド２４に取り付けられていない場合には均衡を欠いたものであるように構成されていてもよいことがわかるであろう。これにより、１または複数の交換可能なプローブモジュール・カウンターウェイトの重量を低減することができる。

図８（ａ）はさらに他の代替的実施形態を示し、これは上述したものと同様であって、同様の部分には同様の参照番号が割り当てられている。本例では、関節型ヘッド２４の回転部３２を通してボア３５が設けられており、プローブ・カウンターウェイト２８は、そのボアを通って延在することでＡ２軸に関して接触型プローブ２６の重量と釣り合うようにしたバーを備えている。図８（ｂ）は、接触型プローブ２６がより長いことに対応してカウンターウェイト２８を変更し（この場合プローブ・カウンターウェイト２８を延長し）、Ａ２軸に関して接触型プローブ２６の重量と釣り合うようにしたこと以外は、図８（ａ）と同様の実施形態を示す。プローブ・カウンターウェイト２８および接触型プローブ２６の構成によっては、Ａ２軸に関して接触型プローブ２６の重量と釣り合うようにする上で、バーをボアの全長にわたって延在させる必要は必ずしもないことが理解できるであろう。例えば、プローブ・カウンターウェイト２８は、その重量の大部分が接触型プローブ２６から離れた端部にあり、接触型プローブ型２６の重量と釣り合うようにする上で、回転部３２の全長ではなく短距離だけＡ２軸を越えて延在させるべきものであるように構成されていてもよい。そのような場合、ボア３５を回転部３２の全長を通して延在させる必要はなく、例えばこれを一端部のみが開口した止まり穴とすることができる。

図１０は複数のプローブ・カウンターウェイト２８と接触型プローブ２６などのプローブモジュールとを収納するための収納ラック５０を示す。収納ラックは複数の収納ポート５２を備え、そこにプローブ・カウンターウェイト２８およびプローブモジュール２６が受容され、収納される。図示のように、収納ポート５２は、ベース部材５３に保持されたプレート部材５１に沿って間隔を置いて配されている。収納ポート５２には凸部５４が設けられ、収納ラックに収納すべき部品に対応して設けられた凹部５６と係合する（凹部および凸部が逆であってもよいことは理解されよう）。プローブ・カウンターウェイトまたは接触型プローブがポートに収納されるとき、凸部５４および凹部５６が係合し、図示のようにプローブ・カウンターウェイトまたは接触型プローブがラック５０に吊下される。

一般に、収納ラック５０はＣＭＭ１０の作動空間内に配されることになる。従って、プローブ取り付け部３１をプローブ・カウンターウェイトおよび／または接触型プローブの取り付け面に係合させるようＣＭＭ１０を制御し、続いてプローブ・カウンターウェイトおよび／または接触型プローブを収納ポート５２から摺動させることで凸部５４から凹部５６を自由にするようＣＭＭ１０を制御するべくプログラムされたコントローラ３０によって、プローブ・カウンターウェイトおよび／または接触型プローブを関節型ヘッド２４のプローブ取り付け部３１に自動装着することができる。同様に、プローブ・カウンターウェイトおよび／または接触型プローブを収納ラック５０内に摺動させることで凹部５６が凸部５４に係合するようにするべくプログラムされたコントローラ３０によって、プローブ・カウンターウェイトおよび／または接触型プローブを関節型ヘッド２４のプローブ取り付け部３１から自動的に取り外し、収納ラック５０に収納することができる。矢印Ｚで示すように関節型ヘッドを収納ラックから離れるＺ方向に移動させることでプローブ・カウンターウェイトおよび／または接触型プローブからプローブモジュール取り付け部３１を引き離すように制御するコントローラ３０によって、プローブ・カウンターウェイトおよび／または接触型プローブがプローブ取り付け部３１から解放される。

プローブ・カウンターウェイトおよび／または接触型プローブの自動交換を行うために他の機構を用いることもできることが理解できるであろう。かかる機構は、例えば特許文献４、５および６に記載されている。

図示のように、収納ラック５２は、別体の部品として設けられたプローブ・カウンターウェイトおよび接触型プローブと同様、一体化されたプローブ・カウンターウェイトおよび接触型プローブを含む、広範なプローブ・カウンターウェイトおよび接触型プローブを収納するのに用いることができる。さらに、別体の部品として設けられたプローブ・カウンターウェイトおよび接触型プローブは、ともに１つのポートに収納することもできるし、あるいは別のポートに収納することもできる。

図１１（ａ）および（ｂ）は、本発明を実施し得る他の手法を示す。この実施形態においては、交換可能なタスクモジュール・カウンターウェイト２８は水平軸Ａ２に対する質量中心の位置が変更されるように設けられている。このことは、図示のように、関節型ヘッド２４の回転部（図１１には示されていない）に交換可能に固定され、水平軸Ａ２から離れる方向に延在するロッド６０に沿った異なる位置に移動させることのできる釣り合い錘６２によって提供される。図示の実施形態では単一の釣り合い錘６２のみが用いられている。しかしながら、複数の釣り合い錘６２をロッド６０に設けることもできることは理解できるであろう。

理解できるであろうが、ロッドに沿った釣り合い錘６２の位置を固定するための機構を設けることができる。例えば、記載される実施形態においてロッド６０はその長さに沿って複数の穴（不図示）を有し、釣り合い錘６２はスピゴット（不図示）を有する。スピゴットは、穴に係合して位置を固定可能であるが、ロッドに沿った釣り合い錘６２の位置を変更することができるよう後退させることが可能なものである。他の実施形態として、ロッド６０をねじ山付きのものとし、釣り合い錘６２が対応するねじ穴を有するものとすることができる。従って、釣り合い錘６２は、これを旋回させることによってロッドに沿って移動することが可能となる。さらなる実施形態として、関節型ヘッド２４がその内方および外方にロッド６０を移動させるためのモータを備えることで、回転軸Ａ２に対するロッド６０の質量中心が変化するようにしてもよい。この場合は、分離した釣り合い錘６２を設けることはオプションとなる。ロッド自体が全体的に変更可能な釣り合い荷重を提供できるからである。

理解できるであろうが、タスクモジュール・カウンターウェイト２８がもたらすトルクは、釣り合い錘６２を水平回転軸Ａ２の近くに移動させることによって減少させ、釣り合い錘６２を水平回転軸Ａ２から離れた位置に移動させることによって増大させることができる。従って、図１１（ａ）および（ｂ）に示すように、図１１（ａ）では図１１（ｂ）よりも釣り合い錘６２が水平軸Ａ２の近くにある。図１１（ａ）におけるプローブモジュール２６は、図１１（ｂ）に示される実施形態で用いられているものよりも短く且つ軽量であり、プローブモジュール２６の重量と釣り合わせるのに少ないトルクで足りるからである。

記載した実施形態においては、少なくとも１つの可変型タスクモジュール・カウンターウェイトは受動的な部材である。従って、少なくとも１つの可変型タスクモジュール・カウンターウェイトの質量中心の位置の変更は手動で、例えば操作者が釣り合い錘の位置を動かすことで行われる。理解できるであろうが、座標位置決め装置は、受動的に可変型タスクモジュール・カウンターウェイトの質量中心の位置を自動的に変更するための工具を備えることができる。例えば、関節型ヘッド２４をコントローラ３０によって制御し、釣り合い錘６２をクランプデバイス（不図示）内に移動させてこれに保持されるようにする一方、関節型ヘッド２４をロッド６０の延在方向に平行な方向に移動させることでロッド６０および釣り合い錘６２の相対位置を変えるようにすることができる。

代替的な実施形態として、タスクモジュール・カウンターウェイトに能動的な部材を設けることで、少なくとも１つの可変型タスクモジュール・カウンターウェイトの質量中心の位置の変化が生じるようにすることもできる。例えば、少なくとも１つの可変型タスクモジュール・カウンターウェイトは、ロッド６０に沿って釣り合い錘６２を移動させるための少なくとも１つのモータを備えることができる。

質量中心の位置を変えるように変更することができるタスクモジュール・カウンターウェイトに加えて、少なくとも１つの交換可能なタスクモジュール・カウンターウェイトを用いることができることが理解できるであろう。

図１２はＣＭＭ１０を動作させるためのフローチャートを示し、図４（ａ）に示した本発明の実施形態に係るものである。第１ステップ１０２では、プローブ・カウンターウェイト２８が関節型ヘッドのプローブ取り付け部３１に装着される。次に、ステップ１０４において、プローブ・カウンターウェイト２８が備える取り付け部を介し、プローブ２６がプローブ・カウンターウェイトに装着される。そして、ステップ１０６にて、ＣＭＭ１０は通常の態様で加工品の測定を行うことができる。ステップ１０２および１０４を実行することができる順序は、用いられる本発明の実施形態に基づいて変更可能であることが理解できるであろう。例えば、接触型プローブ２６がプローブ・カウンターウェイトを介して関節型ヘッド２４に取り付けられない実施形態では、接触型プローブ２６の装着後にプローブ・カウンターウェイト２８の装着を実行することができる。さらに、例えば接触型プローブ２６およびプローブ・カウンターウェイト２８が単一の部品として提供される実施形態、あるいは、接触型プローブ２６および独立したプローブ・カウンターウェイト２８が予め互いに取り付けられている実施形態においては、ステップ１０２および１０４を同時に実行することができる。

理解できるであろうが、図１１（ａ）および（ｂ）に示した実施形態においては、図１２のプロセスの第１ステップにはプローブモジュール・カウンターウェイトの装着が必ずしも含まれない。その代わりに、釣り合い錘の位置の変更を含むことができる。さらに、このステップを関節型ヘッドへの交換可能なプローブモジュールの装着後に実行するようにすることができる。

上述した実施形態の大部分では、接触型プローブ２６はタッチトリガプローブである。理解できるであろうが、接触型プローブ２６は必ずしもタッチトリガプローブである必要はない。その代わりに、接触型プローブ２６はスタイラスチップの偏向の程度を測定および記録することが可能なアナログプローブ（走査ヘッドとしても知られる）であってもよい。さらに、接触型プローブ以外のプローブを用いることもできる。例えば、容量型プローブ、誘導型プローブおよび光学プローブなどの非接触型プローブを用いることもできる。

回転部３２が本質的にＡ２軸の周りで不均衡であることが好ましい場合もある。すなわち、プローブモジュール取り付け部３１とは反対側の側部を重くしたものとすることができる。交換可能であるというプローブモジュールの特質によって、プローブモジュールの重量と釣り合うのを助けるために交換可能なプローブ・カウンターウェイトが望ましいものとなり得るが、本質的に不均衡の回転部は、プローブ・カウンターウェイトが提供する必要のある釣り合い効果を低減することができる。釣り合い効果の一部は回転可能なヘッドによって提供されることになるからである。

上述した実施形態においては、座標位置決め装置はＣＭＭであり、ＣＭＭに取り付けられる種類のタスクモジュールは、特に加工品の寸法を測定するためのプローブモジュールである。プローブモジュール以外のタスクモジュールを使用可能であることは理解できるであろう。例えば、タスクモジュールが工具モジュールであってもよい。特に、タスクモジュールは、例えば加工品を切削あるいは旋削することによって加工品を機械加工する工具を含むことができる。例えば、上述した実施形態において、プローブモジュールをレーザモジュールで置き換え、ＣＭＭのテーブルに配置された加工品の処理、切削および／またはエッチングを行うのに用いることができる。

さらに、本発明は、ＣＭＭ以外の種類の機械に取り付けられたタスクモジュールとともに使用しても好適である。例えば、座標位置決め装置はいくつかの関節ジョイントを有するロボットアームなどを備えることができる。

Claims

少なくとも１つの回転軸を有する関節型ヘッドを備えた座標位置決め装置を動作させる方法であって、
少なくとも１つの交換可能なタスクモジュールを前記関節型ヘッドに装着すること、および
少なくとも１つの交換可能なタスクモジュール・カウンターウェイトを前記関節型ヘッドに装着すること、
を適切な順序で含み、前記少なくとも１つの交換可能なタスクモジュール・カウンターウェイトは、前記少なくとも１つの回転軸の周りで、前記関節型ヘッド上の前記少なくとも１つのタスクモジュールの重量と少なくとも一部釣り合うことを特徴とする方法。
前記少なくとも１つの交換可能なタスクモジュールおよび前記少なくとも１つの交換可能なタスクモジュール・カウンターウェイトの装着が同時に行われることを特徴とする請求項１に記載の方法。
前記少なくとも１つの交換可能なタスクモジュールおよび前記少なくとも１つの交換可能なタスクモジュール・カウンターウェイトが単一の一体モジュールとして設けられていることを特徴とする請求項２に記載の方法。
前記少なくとも１つの交換可能なタスクモジュールは、前記少なくとも１つの交換可能なタスクモジュール・カウンターウェイトとは独立して前記関節型ヘッドに装着されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
前記少なくとも１つの交換可能なタスクモジュールは、前記少なくとも１つの交換可能なタスクモジュール・カウンターウェイトを介して前記関節型ヘッドに装着されることを特徴とする請求項２または４に記載の方法。
前記少なくとも１つの回転軸の周りで前記少なくとも１つのタスクモジュールの荷重とほぼ釣り合うように、前記少なくとも１つの交換可能なタスクモジュール・カウンターウェイトを前記関節型ヘッドに装着することを含むことを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の方法。
前記少なくとも１つの回転軸に対する前記少なくとも１つの交換可能なタスクモジュール・カウンターウェイトの質量中心の位置を変更することをさらに含むことを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の方法。
前記座標位置決め装置の作動空間に配されたラックに収納された前記少なくとも１つの交換可能なタスクモジュール・カウンターウェイトを、前記関節型ヘッドに自動的に装着することを含むことを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載の方法。
前記少なくとも１つのタスクモジュールの少なくとも１つは、加工品を検知するための構成部品を備えることを特徴とする請求項１ないし８のいずれかに記載の方法。
前記少なくとも１つのタスクモジュールの少なくとも１つは、加工品と接触するためのスタイラスチップを有するスタイラスを備えることを特徴とする請求項９に記載の方法。
前記少なくとも１つのタスクモジュールの少なくとも１つは、非接触型の測定プローブを備えることを特徴とする請求項９に記載の方法。
前記少なくとも１つのタスクモジュール・カウンターウェイトの少なくとも１つは、前記タスクモジュールによって使用される電気的構成部品を備えることを特徴とする請求項１ないし１１のいずれかに記載の方法。
前記電気的構成部品は前記タスクモジュールに電力を供給するための電池を含むことを特徴とする請求項１２に記載の方法。
前記タスクモジュール・カウンターウェイトは回転防止部材を含み、該回転防止部材は、前記少なくとも１つの回転軸の周りの少なくとも１つの向きで、前記関節型ヘッドおよび／または前記関節型ヘッドが取り付けられるクイルに係合するよう構成されていることを特徴とする請求項１ないし１３のいずれかに記載の方法。
少なくとも１つの回転軸を有する関節型ヘッドと、
該関節型ヘッドに交換可能に取り付けられる少なくとも１つのタスクモジュールと、
前記少なくとも１つの回転軸の周りで、前記少なくとも１つのタスクモジュールの重量と少なくとも一部釣り合う少なくとも１つの交換可能なタスクモジュール・カウンターウェイトと、
を備えたことを特徴とする座標位置決め装置。
前記少なくとも１つの回転軸に対する前記少なくとも１つの交換可能なタスクモジュール・カウンターウェイトの質量中心の位置が変更可能であることを特徴とする請求項１５に記載の座標位置決め装置。
前記少なくとも１つのタスクモジュールが前記タスクモジュール・カウンターウェイトを備えていることを特徴とする請求項１５または１６に記載の座標位置決め装置。
前記少なくとも１つの交換可能なタスクモジュール・カウンターウェイトは、前記プローブモジュールとは独立して前記関節型ヘッドに取り付け可能であることを特徴とすることを特徴とする請求項１５または１６に記載の座標位置決め装置。
前記少なくとも１つのタスクモジュールの少なくとも１つは、加工品を検知するための構成部品を備えることを特徴とする請求項１５ないし１８のいずれかに記載の座標位置決め装置。
前記少なくとも１つのタスクモジュールの少なくとも１つは、加工品と接触するためのスタイラスチップを有するスタイラスを備えることを特徴とする請求項１９に記載の座標位置決め装置。
前記少なくとも１つのタスクモジュールの少なくとも１つは、非接触測定プローブを備えることを特徴とする請求項１９に記載の座標位置決め装置。
前記少なくとも１つの交換可能なタスクモジュール・カウンターウェイトが前記少なくとも１つのタスクモジュールに対応して、前記少なくとも１つの回転軸の周りで前記少なくとも１つのタスクモジュールとほぼ釣り合うように構成されていることを特徴とする請求項１５ないし２１のいずれかに記載の座標位置決め装置。
前記少なくとも１つのタスクモジュール・カウンターウェイトの少なくとも１つは、前記タスクモジュールによって使用される電気的構成部品を備えることを特徴とする請求項１５ないし２１のいずれかに記載の座標位置決め装置。
前記電気的構成部品は前記タスクモジュールに電力を供給するための電池を含むことを特徴とする請求項２３に座標位置決め装置。
前記タスクモジュール・カウンターウェイトは回転防止部材を含み、該回転防止部材は、前記少なくとも１つの回転軸の周りの少なくとも１つの向きで、前記関節型ヘッドおよび／または前記関節型ヘッドが取り付けられるクイルに係合するよう構成されていることを特徴とする請求項１５ないし２１のいずれかに記載の座標位置決め装置。
少なくとも１つの回転軸を有する座標位置決め機械の関節型ヘッドに交換可能に取り付けられる少なくとも１つのタスクモジュールと、前記関節型ヘッドに交換可能に取り付けられ、前記少なくとも１つの回転軸の周りで前記少なくとも１つのタスクモジュールの重量に少なくとも一部釣り合わせるために、対応して設けられた少なくとも１つの交換可能なタスクモジュール・カウンターウェイトと、を備えたことを特徴とする装置。