JP3037391B2 - 座標測定機の検出ヘツド - Google Patents

座標測定機の検出ヘツド

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JP3037391B2 JP2270683A JP27068390A JP3037391B2 JP 3037391 B2 JP3037391 B2 JP 3037391B2 JP 2270683 A JP2270683 A JP 2270683A JP 27068390 A JP27068390 A JP 27068390A JP 3037391 B2 JP3037391 B2 JP 3037391B2
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  • A Measuring Device Byusing Mechanical Method (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、例えば座標測定機用の検出ヘッドであっ
て、検出ピンを担持する部材を備えており、該部材は、
複数の案内部を介して三次元の全方向に可動的に支承さ
れていて、そして該部材には変位運動を検出する測定シ
ステムが関係付けられている検出ヘッドに関する。
[従来の技術] この種の“測定”型の検出ヘッドは、ケーシングに対
する検出ピンの相対運動を変位運動の間も、即ち接触状
態においても認識することが可能であり、したがって座
標測定機の計算機は、測定機械のスケールによって与え
られた位置の測定値に変位量を加算し、それでもって機
器の測定容積中の検出球の位置を任意の時点で特定する
ことができる。それゆえ前記検出ヘッドは特にいわゆる
走査法に適しており、この場合測定すべき工作物は、そ
の表面に沿って継続的に接触しつつ滑動する検出ピンに
よって走査される。
それゆえ工作物と最初に接触した瞬間にのみトリガ信
号を供給する“切換え”型の検出ヘッドとは対照的に、
前記“測定”検出ヘッドは、検出ピンを可動的に支承す
る案内部に関係付けられた例えば可動コイル又は光電走
査式スケールの形式の少なくとも3つの直線測定システ
ムを大抵有している。
測定型の公知の検出ヘッドの案内部は、大抵座標測定
機自体の案内部と同様に、デカルト座標系の軸に沿って
方向付けられ、かつ互いに重ねて構成されている。即ち
x−案内部はy−案内部を担持し、更にy−案内部上に
はz−案内部が装着されている。この種の検出ヘッドは
例えば米国特許第3869799号明細書に開示されている。
そこでは案内部は、互いに取付けられた弾性四辺体とし
て構成されている。米国特許第4611403号明細書に開示
された検出ヘッドも原理的に極めて類似した構造を有し
ている。しかしながらその検出ヘッドの場合、案内部の
摩擦は、重なり合って滑動する部材間の空気軸受によっ
て零になっている。
前記構造によれば、個々の座標方向の可動質量は異な
る大きさである。なぜなら少なくとも1つの案内部は、
他の2つの座標方向のための案内部材を同時に担持しな
ければならないからである。それに応じて個々の軸線に
沿った動的な特性も非常に異なっており、その結果特に
迅速な走査−運転の際には、検出ピンと工作物との間に
さまざまな力が発生する。前記測定力の変動によって測
定精度が低下せしめられる。
西独国特許発明第3234471号明細書には、検出ピンを
2自由度を持つ平坦な案内部上で2つの座標方向に関し
て可動的に支承している検出ヘッドが開示されている。
しかしながらこの例においても、該当する平面に対して
垂直な方向の第3の案内部は前記平坦な案内部の上に載
置されており、その結果再び異なる可動質量が個々の案
内方向に沿って生じている。その上前記検出ヘッドは、
2自由度を持つ案内部の平面内での外軸上の検出ピンの
不測のねじれを排除するために、付加的なねじれ防止装
置を必要とする。前記ねじれ防止装置は測定精度の決定
に関与するので、同様に非常に正確に構成しなければな
らない。したがってこれは僅かとは言えない付加的なコ
ストを意味している。
[発明が解決しようとしている課題] 本発明の課題は、全ての変位方向に関して本質的に同
一の可能なかぎり小さな質量を有する測定型の検出ヘッ
ドを提供することにある。
[課題を解決するための手段] 前記課題は、請求項1の特徴部分に記載の事項にした
がって、前記可動部材が、互いに独立的に直線的に案内
された少なくとも3つの中間体において間接的に可動的
に支承されていることにより解決される。
本発明によれば前記案内部はつまり互いに重ねて配置
されるのではなく、3つ又は4つのいわば“隣接配置さ
れた”補助案内部がそこに備えられるのであって、その
結果全ての変位運動に関して同一の可動質量を有する全
体として完全に対称的な構造が実現される。それに応じ
て前記補助案内部の方向は、直交座標系の3つの空間方
向と必ずしも一致する必要はなく、有利には互いに平行
に配置することができ、その結果検出ヘッドのコンパク
トでスリムな構造が得られる。
その上対称的な構造ゆえに、非常に多数の同じ部材を
使用することが可能である。これは製造を簡単にすると
ともに、検出ヘッドを安価にする。
検出ヘッドの可動部材を直線的に案内される中間体の
上に間接的に位置せしめる支持構造は、可動部材の位置
があらゆる調整運動に際して中間体の特定の位置に一義
的に関係付けられるように構成されている。即ちこの場
合には、中間体の運動を検出し得るように、測定システ
ムの能動的部分を検出ヘッドのケーシング内に固定的に
配置すること、並びにそれから検出ピンの位置を算出す
ることが極めて簡単になるのである。
検出ヘッドの可動部材を支承するために、合目的的に
は、互いに角度的に調節された3つの平坦な表面が同可
動部材に備えられており、同表面をもって同可動部材は
各中間体の対応する対向面に沿って案内される。この場
合前記案内表面は、ケーシングに固定された部材におけ
る中間体の直線案内部と同様に、ガスないし空気軸受に
よって摩擦無しにすることができる。しかしながら、可
動部材を、直線的に案内された3つの中間体においてそ
れぞれ2つの接触点を介して支承することも可能であ
る。全部で6個の接触点によって、検出ヘッドの可動部
材の位置は同様に常に一義的に決定され、そして各接触
点を例えば各表面間で転動するボールとして構成するこ
とにより、いずれにせよ摩擦を十分に回避することがで
きる。
中間体における可動部材の案内性は、各部材を当接せ
しめるところの初期荷重に依存している。前記初期荷重
(例えばいわゆる自己吸込み式の空気軸受がそれを可能
にする。)が、中間体における可動部材の軸受自体によ
って生ぜしめられない限りは、可動部材と中間体との間
の少なくとも3つの軸受を事前に付勢するために有効な
別の軸受を、検出ヘッドの可動部材のために用意しなけ
ればならない。ここでは特に有利には、前記第1の少な
くとも3つの軸受の初期荷重を同数の別の軸受によって
発生させており、この場合前記別の軸受は、検出ヘッド
の可動部材における対応する表面によって構成されてお
り、同各表面は前記第1の軸受の各表面に対して平行で
ある。この場合には案内部の初期荷重の大きさを測定力
と無関係に調節することができる。
有利な実施形態においては、中間体を駆動するところ
の例えば空圧ピストン又は可動スプールのような力発生
機に基づいて前記測定力を積極的に生ぜしめることがで
きる。またこのような積極的な測定力の調整は、例えば
工作物に向かって移動する際に検出ピンを特定方向へ事
前に変位させ、それでもって自由移動性を高めること、
並びに測定すべき工作物の表面に沿ってどの方向で走査
されるかに応じて、特定の変位方向を比較的柔軟に又は
硬直的に調節することを可能にするものである。
本発明のその他の利点は、添付された第1〜7図に基
づく実施例の以下の説明から明らかになる。
[実施例] 第1a図ないし第1b図に示された検出ヘッドは、1側面
に向かって開口したシリンダ状のケーシング(1)を有
しており、同ケーシング内に同心的に同じく不動のリン
グ(2)が装着されている。前記リング(2)からは、
周囲に角度的に120゜ずらして取付けられた3つの案内
部材(20a,20b,20c)がケーシング(1)の開口に向か
って突き出ている。各2つの案内部材(20)の内側に向
けられた側面は、検出機の縦軸線に沿って空気軸受を介
して摺動する案内片(19a,19b,19c)のための直線案内
部を構成している。前記案内片(19)は六角形の角柱で
あって、この場合同3つの案内片(19a〜c)の、ケー
シング(1)の下面の開口に面した各底面は、検出機の
縦軸線に対してある角度で面取りされるとともに、1つ
の四面体形状の空間を限定している。前記各面には固有
の検出ピン支持体(3)が隣接しており、同支持体の上
側面はそれに応じて同様に四面体の形状又は六面体の角
部の形状を有している。検出ピン支持体(3)は検出ヘ
ッドの固有の可動部材であって、その下側面において検
出ピン受容部(13)を担持している。前記検出ピン受容
部には検出ピン(11)が交換円板(12)をもって隣接し
ている。受容部(13)ないし交換円板(12)の形状及び
動作態様については詳細には説明しない。むしろこれに
関しては米国特許第4637119号明細書を参照されたい。
直線的に移動する案内片(19a〜c)は、リング
(2)内に装着された圧力媒体シリンダによって付勢さ
れており、そのピストン(16a〜c)は案内片(19a〜
c)の上側面に取付けられている。各ピストン(16a〜
c)をシリンダ内壁に対して密封するところのベローズ
が符号(17a〜c)で示されている。
前記各圧力媒体シリンダから、ピストン(16a〜c)
を貫通して延びる通路(18a〜c)を介して、検出ピン
支持体(3)を案内片(19a〜c)の傾斜面において支
えるところの空気軸受並びに案内片(19a〜c)を案内
部材(20a〜c)の表面において滑動的に支えるところ
の空気軸受に給気が行われる。
検出ピン支持体(3)と案内片(19a〜c)の間で空
気軸受を付勢するために、同検出ピン支持体(3)は、
その上面にねじ込まれた引張りロッド(4)を介して円
板(5)と結合している。前記円板の下側面には、同様
に120゜ずつずらして配置された3つの加圧ピストン(6
a〜c)が、相応の加圧シリンダ内でベローズ(7a〜
c)によって密封されて案内されている。この場合引張
りロッド(4)は、ケーシングに固定されたリング
(2)の中心開口(10)を貫通している。ピストン(6a
〜c)は環状の板(9)において支えられており、同板
は、3個の空気軸受によって、リング(2)の上側面に
おいて検出機の縦軸線に対して直角に浮動するように支
承されている。前記空気軸受には同様にリング(5)の
加圧シリンダによってピストン(6a〜c)内の通路(8a
〜c)を介して給気が行われる。圧力媒体シリンダへの
給気管路は見通しを良くするために図示の実施例におい
ては省略されている。
案内片(19a〜c)のケーシング(1)に面した側面
にはガラススケール(15a〜c)が接着されており、同
ガラススケールは、ケーシング(1)の内側面の対応す
る走査ヘッド(14a〜c)によって走査される。前記3
つの長さ測定システム(14a/15a,14b/15b,14c/15c)に
基づいて、検出機の縦軸線の方向に沿った案内片(19a
〜c)の下側における3つの四面体表面の位置が正確に
特定される。
前記検出ヘッドの動作態様は次の通りである。
圧力媒体シリンダによって3つのピストン(16a〜
c)に及ぼされる圧力を同一の値に設定し、かつ付属部
材を含む検出ピン支持体(3)の重量を補償する分だけ
更に圧力媒体シリンダ(6a〜c)の圧力を高めれば、検
出ピン支持体(3)を、図示の位置にほぼ相当するとこ
ろの中心位置に極めて簡単に保持することができる。検
出過程の途中で検出ピン支持体(3)は工作物と検出ピ
ン(11)との接触により移動せしめられる。この場合検
出ピン支持体は、一方では案内片(19a〜c)の傾斜面
に沿って摺動し、他方では同案内片をその直線案内部に
沿って検出機の縦軸線の方向に移動せしめる。これは案
内片(19a,19b)における相応の矢印によって示唆され
ている。測定システム(14a〜c/15a〜c)は、案内片
(19a〜c)の前記移動を測定する。この3つの測定値
から、検出ピン支持体(3)の位置が、滑り面の傾斜に
よって与えられた線形関係に対応して常に一義的に算出
される。これは、検出ピン支持体(3)の面と案内片
(19a〜c)の面が互いに接触し続けること、ないし該
当する空気軸受の隙間が一定に保たれること(これは引
張りロッド(4)と結合している部材(5〜9)に基づ
いて付勢することにより保証されている。)を前提とし
ている。
この点に関して更に説明すると、検出ピン支持体
(3)と案内片(19a〜c)の各面間の空気軸受にいわ
ゆる自己吸込み空気軸受を使用する場合には、前記のよ
うに付勢する必要はなくなり、したがって部材(5〜
9)を省略することができる。前記自己吸込み空気軸受
は、空気供給管路の他に、軸受に隣接する表面領域に負
圧を発生させるための吸込み管路を付加的に有してい
る。この空気軸受は特に米国特許第4558909号明細書に
記載されている。
第2a図には、多くの点で変更された検出ヘッドの択一
的な実施例が示されている。符号(21)で示された固定
のケーシング内に、検出ピン(31)の方向に突出する12
0゜ずつずらされた3本の支持棒(33)を介して、平坦
な表面を有する板(22)を保持するところの保持部材が
組込まれている。前記表面上において、加圧シリンダの
ベローズ(27)によってシールされたピストン(26)が
空気軸受(29)により浮遊している。前記加圧シリンダ
は板(25)の中心孔によって構成されており、同板にお
いて、同様に検出ピン(31)に向かって下方へ突き出る
4本の指状の支持棒を介して、検出ヘッドの可動部材、
即ち検出ピン支持体(23)が吊り下げられている。前記
構成において、固定部材の3本の支持棒(33)は、板
(25)の相応の大きな寸法の3つの開口(30)を貫通
し、これによって可動の検出ピンの横方向の移動を許容
している。
検出ピン支持体(23)のケーシングに面している側に
は、逆四辺形ピラミッド状の窪みを構成するところの、
検出ピンの軸線に対して傾斜した4つの斜面が設けられ
ている。この4つの斜面上に4つの案内片(39a〜d)
の対向面が載置されている。この場合も、検出ピン支持
体(23)の4つの斜面と案内片の対向面との間に空気軸
受が配置されている。この構成は通路(38a〜d)によ
って示唆されている。案内片(39a〜d)は、4本の指
状の案内部材(40a〜d)の表面付近において検出ピン
の軸線に沿って直線的に案内されている。案内片(39a
〜d)には同様に再び加圧シリンダが関係付けられてお
り、この場合対応するピストンは符号(36a〜d)で、
そしてダイアフラムは符号(37a〜d)で示されてい
る。前記加圧シリンダは支持板(22)の下側面の穴によ
って構成されている。
更に前記支持板(22)の下側面には同心的に支持部材
(32)がねじ込まれており、同支持部材は、検出ピン側
の端部において、案内片(39a〜d)に接着されたスケ
ール(35a〜d)のための、ケーシング(34)内に取付
けられた4つの読取ヘッドを備えている。
第1a図の場合と逆の配置の前記傾斜した各案内面の利
点は、横方向に突出する検出ピン(31bないし31c)をも
って工作物に紙平面側から接触するような場合の検出ピ
ンのねじり運動に対する比較的高い剛性にあると思われ
る。このような比較的高いねじり剛性は、4本の案内部
材(40a〜d)の間で空気軸受を介して案内された案内
片(39a〜d)のねじり力が同案内部材(40a〜d)の表
面に対して垂直に指向することにより生ずる。その他の
利点は案内片の4位置での対称性に根拠がある。この場
合案内片の運動は、検出ヘッドが取付けられている測定
機のデカルト座標系に単純に関係付けられる。更に、適
当なロック機構によって例えば向かい合っている一対の
案内片(39a/39c又は39b/39d)の相対運動を防止するこ
とにより、個々の変位方向を機械的に拘束することが可
能である。これは2つの水平座標x,yの拘束に相当す
る。
第2a図及び第2b図に示された検出ヘッドの動作態様
は、本質的には第1a図及び第1b図のものと一致する。案
内片(39a〜d)の傾斜した下側面と検出ピン支持体(2
3)の対向面との間の各空気軸受は、逆向きの力を及ぼ
す単一のピストン(26)と関係しつつ加圧ピストン(36
a〜d)を通じて互いに支え合い、それでいて各表面の
摩擦のない滑りを許容している。検出ピン支持体(23)
が中央位置に存在するか又は測定すべき工作物の方向に
前もって向けられるように圧力が調節される。工作物と
の接触により検出ピンないし検出ピン支持体(23)が移
動すると、同検出ピン支持体(23)の横運動に際して案
内片(39a〜d)が同検出ピン支持体(23)の表面上で
滑動して、上下運動を実行する。その運動が測定システ
ム(34a〜d/35a〜d)によって把握される。
第3a図及び第3b図の実施例には、第1a図のものと比較
してほんの僅かに変更された検出ヘッドが示されてい
る。それゆえ同図においては、同一ないし機能的に同等
の部材に対して、同一の参照数字にその都度100を加え
た数字が使用されている。それゆえ単に第1a図の検出ヘ
ッドと比較した相違点ないし利点を述べるだけで十分で
ある。
第3a図の検出ヘッドの場合加圧ピストンとしてボール
(116a,b,c)が使用されており、同ボールは、案内片
(119a〜c)の上側面の磨き仕上げされた端面(124a〜
c)をその都度点状に押圧する。これは多くの利点を有
する。1つには空気が加圧シリンダから側面的にボール
の付近を通過して流れるために同ボールは完全に摩擦な
しで移動し、そして傾くことも排除されている。その結
果直線的に案内される案内片(119a〜c)には横向きの
力は全く作用しない。その上この種の加圧ピストンにお
いては圧力媒体シリンダから空気が常に漏洩しているの
で、シリンダ内の圧力を供給された空気量に基づいて非
常に細かく制御することが可能である。
その他の変更は、検出ピン支持体(103)を案内片(1
19a〜c)の表面に付勢するために利用されるところ
の、検出ヘッドの領域に認められる。このために同様に
ボール状の3個の加圧ピストン(106a〜c)が備えられ
ており、同加圧ピストンはリング(102)の上側面の対
応するシリンダ内に挿入されている。前記ボール(106a
〜c)上にリング(109)が縦方向に可動的に位置して
いる。前記リング(109)上では、引張りロッド(104)
を介して検出ピン支持体(13)と結合している板(10
5)が再び同様に浮遊している。このような構成は、全
ての圧力媒体シリンダが検出ヘッドの固定部分に取付け
られていて、その結果検出ヘッドの可動部材用の、望ま
しくない反力を可動部材に及ぼすであろうと思われる柔
軟な供給管路を全く必要としないという利点を有する。
この種の柔軟な供給管路が検出ヘッドの空気軸受用とし
て必要になることもない。なぜなら、検出機の縦軸線に
沿って案内片(119a〜c)を案内するところの空気軸受
用の供給管路は、リング(109)を案内するための空気
軸受用の供給管路と同様に、ケーシングに固定された部
材(120a〜cないし121a〜c)内でのみ延長しているか
らである。案内片(119a〜c)において検出ピン支持体
(103)を滑動せしめるところの空気軸受は、ケーシン
グにおいて案内片(119a〜c)を案内している軸受圧力
をもって直接給気される。これは第3b図の斜視図から明
らかである。それによれば、軸受部材(120a)(第3a
図)内の空気ノズル(132a及び133a)近傍の案内片(11
9a)の2つの案内面(130a及び130b)内にそれぞれ1つ
のスリット(131aないし131b)が設けられている。前記
スリットは案内方向に沿って延びている。前記各スリッ
トから案内片(119a)の傾斜面の2つの空気ノズル(13
4aないし134b)へ管路が通じている。
可動リング(109)の上側面の空気軸受に給気するた
めに、全く同一の手段が選択されている。前記リング上
で、検出ピン支持体(103)を支えるために使用される
円板(105)が浮遊している。
検出ヘッドの全ての空気軸受に給気するために、ケー
シング(101)の外側には接続部材(137)が設けられて
いる。部材(102)内で環状に延びている通路(140)
は、リング(109)の軸受用の給気管路と案内片(119a
〜c)用の給気管路とを接続している。検出ヘッドの上
部分のボール状のピストン(106a〜c)のための3つの
加圧シリンダは1つの接続部材(138)によって共通的
に給気される。これに対して案内片(119a〜c)を付勢
するところのボール(116a〜c)用の加圧シリンダは、
個別の供給管路(136a〜c)に個別的に接続されてい
る。
これは、第5図における検出ヘッドの空圧的/電気的
制御回路のためのブロック接続図から明らかである。同
図において、空圧シリンダ(102a,b,c)(同シリンダ内
においてボール状ピストン(116a,b,c)が滑動する。)
用の供給管路は符号(136a,b,c)によって表示されてい
る。シリンダ(102a,b,c)内の圧力を制御し、それによ
ってピストン(116a〜c)が案内片(119a〜c)に及ぼ
すところの力を制御するために、各々の管路(136a〜
c)には、別々に電気的に制御可能な制御弁(135a〜
c)が接続されている。各制御弁(135a〜c)は、案内
片(119a〜c)の位置を測定するところの測定システム
(114a/115aないし114b/115bないし114c/115c)と組に
なって位置制御回路内に存在している。即ち各々の案内
片(119a〜c)は1つの個別の制御回路内に組込まれて
いる。3つの制御回路のコア部分は、制御に必要な調整
量をデータ通信線を介して座標測定機の計算機(127)
から得るところのマイクロプロセッサ(125)である。
前記調整量は、例えば、設定されるべき測定システムの
零点である。前記零点に基づいて、測定すべき工作物に
向かう検出ピン支持体(103)の任意の事前変位をも調
節することができる。
検出ピン支持体(103)と案内片(119a〜c)間の支
承面を付勢するところの3個のボール状の加圧ピストン
(106a〜c)は加圧シリンダ(102d,e,f)内で案内され
ている。前記加圧シリンダは調整弁(139)を介して給
気圧力p0に共通的に接続されており、また同給気圧力を
もって3つの制御弁(135a〜c)にも給気が行われてい
る。静止状態において、支持体(103)の検出ピンが力
を受けずに零点で保持されている場合、圧力媒体シリン
ダ(102a〜c)内の圧力は、検出ピン支持体と検出ピン
の重量を補償し得る値を除けば、シリンダ(102d〜f)
内の圧力と同一である。交換された異なる検出ピンの重
量への適合は、オフセットを制御することによって、即
ち3つの制御弁(135a〜c)による空気流通量の基本調
整によってもたらされる。
マルチプレクサ(124)を介して全ての3つの制御回
路に接続されているマイクロプロセッサ(125)は、同
マルチプレクサ(124)を介して時間多重運転中に3つ
の計数器(123a,b,c)の示度を調べる。前記計数器の示
度は、測定システム(114a〜c/115a〜c)によって求め
られるような、案内片(119a〜c)の実際位置をその都
度表している。
更にマイクロプロセッサ(125)は、測定された位置
の値と計算機(127)によって与えられた目標値との目
標/実際比較を行い、そこから3つの制御弁(135a〜
c)の調整量を算出し、そして第2のマルチプレクサ
(126)と3つの制御回路に付属の3つのデジタル/ア
ナログ変換器(128a〜c)を介して、前記制御弁(135a
〜c)を制御する増幅器(129a〜c)に相応の信号を供
給する。
マイクロプロセッサ(125)内には、3つの制御回路
のためにパラメータが別々にファイルされており、同パ
ラメータによって3つの制御回路の各々の制御特性が決
定される。これは第5図のマイクロプロセッサ(125)
内の異なる傾きをもって示された3つのグラフによって
象徴されている。制御曲線の傾斜の緩急に基づいて、加
圧ピストン(116a〜c)から案内片(119a〜c)に及ぼ
され、それでもって工作物との接触時の変位運動に対す
る反作用として検出ピン支持体(103)に及ぼされると
ころの対向力の柔軟性ないし硬直性が調整される。この
ようにして例えば、特に“硬質の”反動特性を個別の変
位方向に付加することにより、同変位方向を電子的に
“クランプ”することが可能である。更に制御曲線に基
づいて、接触力、即ち測定時に検出ピンと工作物との間
で作用する当接力を調節することができる。これに相応
するパラメータをマイクロプロセッサ(125)は同様に
座標測定機の計算機(127)から受信する。ここで指摘
すべきことは、検出ピン支持体(103)に様々な方向か
ら及ぼされる反力を前述のように積極的に制御すること
によって、検出ヘッド(101)を様々な空間方向におい
て調節すること、そしてそれでもなお検出システムの零
点を維持することが更に可能であるということである。
その上前記システムは十分に迅速であって、三次元的な
旋回運動中の変動モーメントに対しても応答する。
以上の実施例においては、案内片と検出ピン支持体の
対応する表面との間に常に空気軸受が使用されている。
勿論、第4図の拡大図に明示されているように、空気軸
受に代えて転がり軸受を使用することも可能である。こ
の場合2つのボール(41及び42)を例えばボール保持器
(44)内に保持させて、案内片(49)の下側の傾斜面と
検出ピン支持体(43)の対応する対向面との間に配置す
れば完全に十分である。なぜなら、検出ヘッドにおいて
は少なくとも3つの案内片が必要とされるので、検出ピ
ン支持体(43)は少なくとも6箇所で支えられるからで
ある。これによってボールが転動するところの表面が十
分に平坦であることを前提に、検出ピン支持体の位置は
常に一義的に決定される。
更に、検出ピン支持体が直線的な運動のみを実施し得
るように、案内片の支承部を構成することも必ずしも必
要ではない。検出ピンの旋回運動を3つの中間体ないし
案内片の直線運動に変換するところの相応の実施例が第
6図に示されている。表示を簡素化するために、固定の
部材ないし検出ヘッドのケーシングは取り除かれてい
る。しかしながらケーシング内を直線的かつ平行に移動
し得る中間体(59a,b,c)が示されている。この中間体
はばね(60a〜c)によって基本位置へ付勢されてい
る。中間体(59a,b,c)の運動は、第1〜3図に記載さ
れているように、同中間体(59a〜c)の測定システム
によって検出されよう。
各中間体(59a〜c)の端面には、それぞれ1対のシ
リンダ(58a,58b,58c)が半径方向に沿って埋設されて
いる。前記3つのシリンダ対は検出ピン支持体(55)に
軸受を提供している。検出ピン支持体は、120゜の間隔
で半径方向外側に突出する3本の腕(54a〜c)と同腕
の端部に取付けられたボール(56a〜c)とによって前
記シリンダ対に当接している。この種の軸受自体はいわ
ゆる切換え検出ヘッド用として公知である。しかしなが
らその公知例では接触過程においてその都度検出ピン支
持体は3つの軸受の内の少なくとも1つの軸受において
離隔するのであるが、第6図の実施例では、検出ピン
(53)の旋回運動に際してもボール(56a〜c)は常に
シリンダ対(58a〜c)と接触し続けるように配慮され
ている。そのために、関係付けられている付属の中間体
(59a〜c)に向けてその都度腕(54a〜c)を引寄せる
ところの3つの引張りばね(57a〜c)が備えられてい
る。
前記構成は、検出ピン(53)の端部の検出球の位置と
中間体(59a〜c)の直線移動との一義的な関係を保証
しており、この場合に検出ピン(53)の旋回運動は、検
出ピン支持体と中間体との間の軸受の幾何学的構造に基
づいて同3つの中間体(59a〜c)の直線運動に変換さ
れる。それゆえ相応の逆算によって、ケーシングに対す
る中間体(59a〜c)の移動量から検出球の位置が、ひ
いては旋回運動量が確実に求められる。それゆえ公知の
切換え検出ヘッドとは対照的に、このような検出ヘッド
を用いれば工作物表面の連続的な走査もまた可能であ
る。
第7図の実施例には、受動的に測定する検出ヘッドが
示されている。この例では固定のケーシングは符号(6
1)で示されており、そして同シリンダ状のケーシング
内に組込まれた同様に固定のシリンダ状のリング(62)
は、検出ピンの軸線に沿って直線的に移動可能な3つの
中間体(68a〜c)のための案内部を含んでいる。前記
中間体(68a〜c)は、リング(62)の両側に配置され
た2つのばね対(70a/71a,70b/71b,70c/71c)によって
中心位置に柔軟に保持されている。
中間体(68a〜c)は、検出ピン(64)に面する側に
それぞれU字形状のヨーク(69a〜c)を担持してい
る。前記U字形状のヨークの脚部は、検出ピンの軸線の
回りにその都度120゜ずつ間隔をおいて半径方向に配置
されており、そして補助案内部として構成された表面対
をもって、その中に挿入された立方体状の検出ピン支持
体(63)をそれぞれ向かい合っている立方体表面におい
て把持し得るように、検出ピンの軸線に対して傾斜せし
められている。
図示の実施例では、立方体の表面とU字形状のヨーク
(69b)の表面との間に、ボールによって構成された二
次元的な転がり軸受が介装されている。しかしながらこ
れに代えて空気軸受を使用してもよい。
立方体を把持するU字形状のヨークによって、平面軸
受の初期荷重を、接触過程の間の検出ピンの回避運動に
抵抗する力とは無関係に設定することができる。なぜな
ら後者の力は単にばね対(70/71)によって決定される
からである。
接触過程の間に、前記立方体状の検出ピン支持体(6
3)はヨーク(69a〜c)の間で運動して、同ヨークを、
ひいては中間体(68a〜c)をも検出ピンの縦軸線に沿
って移動せしめる。前記運動は、その他の実施例におい
て説明しているように再び測定システムによって把握さ
れ、そして検出ピン(64)における検出球の実際の位置
の算出に利用されることになる。
前記各実施例において、各検出ヘッド内には3つない
し4つの案内片が常に平行に移動できるように案内され
ている。これは確かに検出ヘッドの細長い構造を可能に
するが、必ずしも必要なものではない。案内片を、例え
ば検出機の縦軸線に向かって半径方向に可動的に案内す
ること又は検出ピン支持体の傾斜面に対して垂直に案内
することも同様に可能である。この場合には、検出機の
軸線に関連して、検出ヘッドのどちらかといえば短い平
坦な構成が生ずる。
【図面の簡単な説明】
第1a図は、本発明の検出ヘッドの第1の実施例の、検出
機の縦軸線を含む平面に沿った断面図、 第1b図は、第1a図の線I b−I bに沿った検出ヘッドの断
面図、 第2a図は、本発明の検出ヘッドの第2の実施例の、検出
機の縦軸線を含む平面に沿った断面図、 第2b図は、第2a図の線II b−II bに沿った検出ヘッドの
断面図、 第3a図は、第1a図と比べて若干変更された本発明の第3
の実施例の、検出機の縦軸線の平面に沿った断面図、 第3b図は、第3a図の中間体(119)の斜視図、 第4図は、第3a図の実施例と比べて若干変更された本発
明の検出ヘッドのための中間体の詳細断面図、 第5図は、第3a図の検出ヘッドのための電子−空圧制御
回路のブロック接続図、 第6図は、本発明のその他の択一的な実施例の本質的な
部分を示すところの斜視的原理図、 第7図は、本発明の第5の実施例の部分的断面図であ
る。 1,21,101……固定のケーシング、3;23;43;53;63;103…
…検出ピン支持体(可動部材)、8a,28,108a……通路
(空気軸受)、14a〜c/15a〜c;34a〜d/35a〜d;114a〜c/
115a〜c……測定システム、16a〜c;36a〜d;116a〜c…
…加圧ピストン(力発生機)、18a〜c;38a〜d;118a〜c;
134a〜c……通路(空気軸受)、19a〜c;39a〜d;49a;59
a〜c;68a〜c;69a〜c;119a〜c……案内片(中間体)、4
1,42……ボール、61……ケーシング(検出ヘッド)、12
0a〜c……固定部材、131a,b……スリット(溝)
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01B 5/00 - 5/30 G01B 21/00 - 21/32

Claims (12)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】例えば座標測定機用の検出ヘッドにして、
    検出ピンを担持する部材を備えており、該部材は、複数
    の案内部を介して三次元の全方向に可動的に支承されて
    いて、そして該部材には変位運動を検出する測定システ
    ムが関係付けられているものにおいて、前記可動部材
    (3;23;53;63;103)は、互いに独立的に直線的に案内さ
    れた少なくとも3つの中間体(19a〜c;39a〜d;59a〜c;6
    8a〜c;69a〜c;119a〜c)において間接的に可動的に支
    承されている、ことを特徴とする座標測定機の検出ヘッ
    ド。
  2. 【請求項2】例えば座標測定機用の検出ヘッドにして、
    検出ピンを担持する部材を備えており、該部材は、複数
    の案内部を介して三次元の全方向に可動的に支承されて
    いて、そして該部材には変位運動を検出する測定システ
    ムが関係付けられているものにおいて、前記可動部材
    (3;23;53;63;103)は、互いに独立的に直線的に案内さ
    れた少なくとも3つの中間体(19a〜c;39a〜d;59a〜c;6
    8a〜c;69a〜c;119a〜c)において間接的に可動的に支
    承されており、前記少なくとも3つの中間体の各案内方
    向は互いに平行である、ことを特徴とする座標測定機の
    検出ヘッド。
  3. 【請求項3】例えば座標測定機用の検出ヘッドにして、
    検出ピンを担持する部材を備えており、該部材は、複数
    の案内部を介して三次元の全方向に可動的に支承されて
    いて、そして該部材には変位運動を検出する測定システ
    ムが関係付けられているものにおいて、前記可動部材
    (3;23;53;63;103)は、互いに独立的に直線的に案内さ
    れた少なくとも3つの中間体(19a〜c;39a〜d;59a〜c;6
    8a〜c;69a〜c;119a〜c)において間接的に可動的に支
    承されており、前記可動部材(3;23;103)には、互いに
    角度的に調整された少なくとも3つの平坦な表面が設け
    られており、該各表面をもって、前記可動部材が、前記
    各中間体のそれぞれ1つの対応する対向表面において案
    内されている、ことを特徴とする座標測定機の検出ヘッ
    ド。
  4. 【請求項4】例えば座標測定機用の検出ヘッドにして、
    検出ピンを担持する部材を備えており、該部材は、複数
    の案内部を介して三次元の全方向に可動的に支承されて
    いて、そして該部材には変位運動を検出する測定システ
    ムが関係付けられているものにおいて、前記可動部材
    (3;23;53;63;103)は、互いに独立的に直線的に案内さ
    れた少なくとも3つの中間体(19a〜c;39a〜d;59a〜c;6
    8a〜c;69a〜c;119a〜c)において間接的に可動的に支
    承されており、前記可動部材(3;23;103)には、互いに
    角度的に調整された少なくとも3つの平坦な表面が設け
    られており、該各表面をもって、前記可動部材が、前記
    各中間体のそれぞれ1つの対応する対向表面において案
    内されており、前記平坦な表面の間にガス軸受ないし空
    気軸受(18a〜c;38a〜d;134a〜c)が配設されている、
    ことを特徴とする座標測定機の検出ヘッド。
  5. 【請求項5】例えば座標測定機用の検出ヘッドにして、
    検出ピンを担持する部材を備えており、該部材は、複数
    の案内部を介して三次元の全方向に可動的に支承されて
    いて、そして該部材には変位運動を検出する測定システ
    ムが関係付けられているものにおいて、前記可動部材
    (3;23;53;63;103)は、互いに独立的に直線的に案内さ
    れた少なくとも3つの中間体(19a〜c;39a〜d;59a〜c;6
    8a〜c;69a〜c;119a〜c)において間接的に可動的に支
    承されており、前記可動部材(3;23;103)には、互いに
    角度的に調整された少なくとも3つの平坦な表面が設け
    られており、該各表面をもって、前記可動部材が、前記
    各中間体のそれぞれ1つの対応する対向表面において案
    内されており、前記平坦な表面の間にガス軸受ないし空
    気軸受(18a〜c;38a〜d;134a〜c)が配設されており、
    前記中間体は同様に空気軸受を介して前記検出ヘッドの
    固定部材(120a〜c)に対して直線的に案内されてお
    り、そして前記可動部材(103)の前記平坦な表面と前
    記中間体の前記表面との間の前記ガス軸受(134a,b)へ
    のガス供給は、前記固定部材(120a〜c)と該中間体
    (119a)との間に配置されたガス軸受から出ている該中
    間体内に設けられた通路(131a,b)を介して行われる、
    ことを特徴とする座標測定機の検出ヘッド。
  6. 【請求項6】例えば座標測定機用の検出ヘッドにして、
    検出ピンを担持する部材を備えており、該部材は、複数
    の案内部を介して三次元の全方向に可動的に支承されて
    いて、そして該部材には変位運動を検出する測定システ
    ムが関係付けられているものにおいて、前記可動部材
    (3;23;53;63;103)は、互いに独立的に直線的に案内さ
    れた少なくとも3つの中間体(19a〜c;39a〜d;59a〜c;6
    8a〜c;69a〜c;119a〜c)において間接的に可動的に支
    承されており、前記検出ヘッドの前記可動部材(3;23;1
    03)のために少なくとも1つの別の軸受(8a,28,108a)
    が備えられており、該軸受は、前記可動部材と前記中間
    体(19a〜c;39a〜d;119a〜c)との間の前記少なくとも
    3つの軸受(18a〜c;38a〜d;118a〜c)に初期荷重を与
    えるために利用される、ことを特徴とする座標測定機の
    検出ヘッド。
  7. 【請求項7】前記第1の少なくとも3つの軸受の初期荷
    重は、同数の別の軸受によって与えられ、この場合前記
    別の軸受は、前記検出ヘッド(61)の前記可動部材(6
    3)における対応する表面によって構成されており、該
    各表面は前記第1の軸受の各表面に対して平行である、
    請求項3又は6記載の検出ヘッド。
  8. 【請求項8】例えば座標測定機用の検出ヘッドにして、
    検出ピンを担持する部材を備えており、該部材は、複数
    の案内部を介して三次元の全方向に可動的に支承されて
    いて、そして該部材には変位運動を検出する測定システ
    ムが関係付けられているものにおいて、前記可動部材
    (3;23;53;63;103)は、互いに独立的に直線的に案内さ
    れた少なくとも3つの中間体(19a〜c;39a〜d;59a〜c;6
    8a〜c;69a〜c;119a〜c)において間接的に可動的に支
    承されており、前記可動部材(43)は、その都度2つの
    接触点(41/42)を介して、3つの独立して直線的に案
    内された中間体(49a)に当接する、ことを特徴とする
    座標測定機の検出ヘッド。
  9. 【請求項9】例えば座標測定機用の検出ヘッドにして、
    検出ピンを担持する部材を備えており、該部材は、複数
    の案内部を介して三次元の全方向に可動的に支承されて
    いて、そして該部材には変位運動を検出する測定システ
    ムが関係付けられているものにおいて、前記可動部材
    (3;23;53;63;103)は、互いに独立的に直線的に案内さ
    れた少なくとも3つの中間体(19a〜c;39a〜d;59a〜c;6
    8a〜c;69a〜c;119a〜c)において間接的に可動的に支
    承されており、前記測定システム(14a〜c/15a〜c;34a
    〜d/35a〜d;114a〜c/115a〜c)は、前記検出ヘッドの
    固定のケーシング(1,21,101)に相対的な前記中間体の
    運動を検出する、ことを特徴とする座標測定機の検出ヘ
    ッド。
  10. 【請求項10】例えば座標測定機用の検出ヘッドにし
    て、検出ピンを担持する部材を備えており、該部材は、
    複数の案内部を介して三次元の全方向に可動的に支承さ
    れていて、そして該部材には変位運動を検出する測定シ
    ステムが関係付けられているものにおいて、前記可動部
    材(3;23;53;63;103)は、互いに独立的に直線的に案内
    された少なくとも3つの中間体(19a〜c;39a〜d;59a〜
    c;68a〜c;69a〜c;119a〜c)において間接的に可動的に
    支承されており、前記検出ヘッド内には、前記中間体を
    積極的に駆動するための力発生機(16a〜c;36a〜d;116a
    〜c)が備えられている、ことを特徴とする座標測定機
    の検出ヘッド。
  11. 【請求項11】例えば座標測定機用の検出ヘッドにし
    て、検出ピンを担持する部材を備えており、該部材は、
    複数の案内部を介して三次元の全方向に可動的に支承さ
    れていて、そして該部材には変位運動を検出する測定シ
    ステムが関係付けられているものにおいて、前記可動部
    材(3;23;53;63;103)は、互いに独立的に直線的に案内
    された少なくとも3つの中間体(19a〜c;39a〜d;59a〜
    c;68a〜c;69a〜c;119a〜c)において間接的に可動的に
    支承されており、前記検出ヘッド内には、前記中間体を
    積極的に駆動するための力発生機(16a〜c;36a〜d;116a
    〜c)が備えられており、前記力発生機は空圧ピストン
    (16a〜c;36a〜d;116a〜c)又は可動スプールである、
    ことを特徴とする座標測定機の検出ヘッド。
  12. 【請求項12】前記測定システム(114a〜c/115a〜c)
    及び前記各中間体の前記力発生機(116a〜c/120a〜c)
    は、それぞれ1つの制御回路に接続されており、そして
    該各々の制御回路の特性曲線は別々に調整可能である、
    請求項9から11までのいずれか1項記載の検出ヘッド。
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