JP3037422B2 - 多軸座標走査測定装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、多軸座標走査測定装置であって、ケーシン
グとケーシングに対して相対的に主座標軸の方向に移動
可能で、第１のユニバーザルジョイントを用いて、主座
標軸の上にある第１の旋回点を中心としてあらゆる方向
に旋回可能にケーシングに案内された、弾性的に不作用
位置にバイアスのかけられた、走査先端で主座標軸の上
に位置する走査アームと、ケーシング内で主座標軸の方
向に移動可能に案内された連結部材と、第１の旋回点に
関し、走査アームとは反対側に走査アームから突出し、
第１の旋回点から遠い端部が連結部材に枢着された連結
アームとを有し、連結アームが連結部材を、走査アーム
が主座標軸に移動した場合でも、走査アームが不作用位
置から第１の旋回点を中心として旋回する場合でも主座
標軸の方向に連行するようになっており、さらにケーシ
ングに対する連結部材の位置を検出する測定装置を有し
ている形式のもに関する。

前記形式の多軸座標走査測定装置はDE−Ａ−3701730
号により公知である。このような走査測定装置は走査ア
ームの不作用位置に対して、主座標軸の方向にも、主座
標軸に対して半径方向のあらゆる方向にも、間隔の測定
を可能にする。このためには走査アームは球継手を用い
てあらゆる方向に旋回可能にケーシングに支承されてい
る。この場合、球継手の、走査アームを保持する球はそ
の受け金内で付加的に主座標軸の方向に移動可能であ
る。走査アームとは反対方向に球からは連結アームが突
出しており、この連結アームにはケーシング内で主座標
軸に沿って移動可能に案内された連結部材が支えられて
いる。連結部材はほぼ円錐状の切欠きを有し、該切欠き
内には連結アームが係合しており、さらに連結部材は測
定計器と結合されており、該測定計器により、主座標軸
の方向での、ケーシングに対する連結部材の偏位が測定
されるようになっている。連結部材における切欠きの形
は測定計器の検量ピッチが走査先端の、主座標軸の方向
の偏位も、この方向に対して直交する方向の偏位も表示
するように選択されている。連結部材を球継手に向かっ
て負荷するばねは、走査先端が主座標軸の上にある不作
用位置へ走査アームを自動的に戻すために役立つ。

公知の測定装置においては、連結アーム端部を受容す
るために決められた連結部材の切欠きは、回転放物線の
形を有していなければならない。このような曲面形態は
比較的に多大の費用をかけなければ十分な精度で製造す
ることはできない。さらに、放物線形状に基づき、走査
アームに作用する、不作用位置への戻し力が減少し、こ
の結果として、不作用位置の再現性が不正確になる。

本発明の課題は、簡単に製作可能な部分から成り、走
査アームが安定した不作用位置を有する多座標軸走査測
定装置を提供することである。

冒頭に述べた形式の多軸座標走査測定装置から出発し
て、本発明の課題は、連結アームの、第１の旋回点から
遠い端部が、第２のユニバーザルジョイントを用いて第
２の旋回点を中心としてあらゆる方向に移動可能にリン
ク部材と結合されており、該リンク部材と自体が第３の
ユニバーザルジョイントを用いて、主座標軸の上で移動
可能な第３の旋回点を中心としてあらゆる方向に移動可
能にケーシングに案内されており、前記リンク部材が主
座標軸を取囲む、第１の旋回点から離れた方向に向いた
リング肩を有し、該リング肩が連結部材の主座標軸を同
様に取囲む、反対に向けられたリング肩に接触している
ことによって解決されている。このような構成ではリン
グ肩は不作用位置で主座標軸から比較的に大きな半径方
向の間隔をおいて互いに支えられる。これによってリン
ク部材は比較的に大きな戻しモーメントが作用し、該戻
しモーメントは連結アーム、ひいては走査アームを、走
査先端が主座標軸の上にある不作用位置に安定的に保持
する。走査先端が主座標軸の方向に偏位すると、リンク
部材はもっぱら並進的に主座標軸に沿って移動する。こ
れによって測定装置で監視された連結部材の偏位は走査
先端の偏位と同じになる。走査先端が走査アームの不作
用位置から出発して主座標軸に対して横方向に偏位させ
られると、リンク部材は第３のユニバーザルジョイント
の、距離補償のために主座標軸に沿って移動可能な第３
の旋回点を中心として傾動する。同時にリンク部材のリ
ング肩は連結部材のリング肩に向かって傾動させられ、
この結果として、連結部材は主座標軸に沿って測定装置
により検出された偏位を行なう。リンク部材の寸法を適
当に選ぶことによって、主座標軸の方向での連結部材の
偏位は高い精度で、走査先端の、主座標軸に対して直な
偏位と同じになる。

本発明の走査測定装置は簡単に製作可能な部分から構
成される。特に製作誤差が装置に測定精度に影響を及ぼ
す湾曲した内面を成形する必要はない。立体的に湾曲し
た面が必要である限りにおいては、これは例えば有利に
は球継手として構成されたユニバーザルジョイントの球
面のようなコンベックスな面であるか又は例えばリンク
部材のリング肩のリング縁に沿って設けられるような接
触ナイフエッジの丸味付け面である。特に連結部材には
測定精度に影響を及ぼす複雑な内面は設けられていな
い。連結部材のリング肩は有利な実施例では主座標軸に
対して直交する平らな接触面として構成されている。

主座標軸に対して横に間隔測定する場合の測定誤差
は、リンク部材のリング肩により決められた傾動円の平
面からの第３の旋回点の間隔が、第２の旋回点からの第
３の旋回点の間隔よりも大きいと、特に小さくなる。こ
の場合にはこの傾動円に対する接線は連結部材のリング
肩に接するリンク部材が連結部材に対する相対的な傾動
運動に際して旋回する旋回中心軸を形成する。

さらに測定精度を高めることには、リンク部材のリン
グ肩により規定された、第２と第３図の旋回点の結合線
を含む傾動円が、第２の旋回点から第３の旋回点までの
間隔とほぼ等しい半径を有していることが役立つ。連結
部材のリング肩における摩耗障害を回避するためには傾
動円のまわりの縁のエッヂには丸味を付けておくことが
できる。

測定精度を高める別の手段は、第１の旋回点からの走
査アームの走査先端の間隔が不作用位置で、第１の旋回
点からの第２の旋回点の間隔と等しくすることである。
この関係からは、走査アームの走査先端は幾何学的な意
味での先端だけではないことを付言しておく。走査アー
ムの走査先端は測定特性に影響を及ぼすことなく、中心
が測定技術的に走査先端を形成する球頭を備えているこ
ともできる。

測定装置の部材の製作誤差を補償できるように、有利
な実施例においては、第１の旋回点及び（又は）第３の
旋回点からの第２の旋回点の間隔は調整可能である。こ
のためには有利な実施例においては、連結アームはテレ
スコープ案内面で互いに案内され、特に接着により互い
に固定された２つのアーム部分を有している。走査測定
装置を製造する場合には、走査測定装置の構成に相応し
て２つの旋回点の正確な間隔を規定しようとする両方の
アーム部分は精密ゲージで、例えばユニバーザルジョイ
ントの継手球又は継手受け金を機械的にあとから加工す
る必要なく、互いに相対的に調整される。

さらに第２の旋回点から第３の旋回点の正確な間隔
も、第２のユニバーザルジョイントが球継手として構成
され、継手球を受容するための円筒状の継手受け金に少
なくとも１つのスペーサ円板が挿入されていると、リン
ク部材のあと加工なしで調整される。スペーサ円板は調
整を目的として問題なく交換するか研削により所望の厚
さに加工することができる。

操作測定装置の不注意な取扱いに際しては装置の機構
に不可逆の損傷が生じる惧れがある。場合によって発生
する損傷をできるだけ小さく保つためには有利な構成に
よれば走査アームに、第１のユニバーザルジョイントと
走査先端との間に挿入されたセラミック部分の形をした
目標破断個所が設けられている。正しくない取扱いに際
しては走査アームの走査先端が折れるが、それ以上の故
障は回避される。修理は若干の数少ない部分の交換に限
定される。

多座標軸の走査測定装置は通常は工作機械の工具受容
部に締込むことのできる緊締シャフトを備えている。正
確な測定のためには、例えば急勾配円錐シャフトとして
構成された緊締シャフトの軸線は走査測定装置によって
規定された主座標軸に対して同軸に延びることが必要で
ある。先に述べた走査装置としてこの他の走査装置の場
合にも有利である本発明の有利な構成においては、ケー
シングと緊締シャフトは主座標軸に対して直角である。
互いに配属された接触面を有し、少なくとも１つの、主
座標軸の方向に延びる締付けねじで互いに固定されてい
る。ケーシング又は緊締シャフトはこれらの部分の主座
標軸に対して同軸的なセンタリングピンを有している。
該センタリングピンは半径方向の遊びをおいて他の部分
のセンタリング開口に係合している。センタリング開口
の周囲には少なくとも３つの、主座標軸に対して半径方
向に調節可能な調整ねじが分配されて配置されている。
ケーシングと緊締シャフトとにおける接触面は軸の平行
性に役立つのに対し、調整ねじは整合誤差を補償するた
めに役立つ。センタリング開口もしくはセンタリングピ
ンは緊締シャフトもしくはケーシングに直接的に設ける
ことができる。本発明の有利な実施例ではセンタリング
ピンはケーシングにかつセンタリング開口は急勾配円錐
シャフトのプレス嵌め坐に固着するアダプタに設けられ
ている。この構成は調整を変えることなく急勾配円錐シ
ャフトの交換を可能にする。

次に図面を用いて本発明を詳細に説明する。

図面には多軸座標走査測定装置が軸方向断面図で示さ
れている。

工作機械又は測定装置又はそれに類似したものに保持
されるために急勾配円錐シャフトを備えた多軸座標走査
測定装置は、ケーシング３を有し、該ケーシング３から
は急勾配円錐シャフト１によって規定された主座標軸５
に対して同軸に走査アーム７が突出している。

先端に球状の走査先端９を有する走査アーム７は主座
標軸に沿って、図示の不作用位置から出発して移動可能
であり、主座標軸に対して横方向に偏位可能である。ケ
ーシング３に保持された計器11は統一的の目盛で軸方向
又は半径方向の偏位を表示する。

走査アーム７はケーシング３内で第１の球継手13を介
してあらゆる方向に旋回可能に支承されている。球継手
13は走査アーム７と固定的に結合された球セグメント15
を有している。この球セグメント15は走査先端９に向か
って狭まった、カッティングエッヂ状の球受け金17に旋
回点19を中心としてあらゆる方向へ旋回可能に支承され
ている。球受け金17からは主座標軸５の方向に、走査ピ
ン９には反対方向に延びる円筒状の案内開口12が延びて
おり、走査アーム７が主座標軸５に向かって軸方向に移
動することを可能にする。

走査アーム７はケーシング３内へ延長されており、こ
こに連結アーム23を形成している。該連結アーム23は球
継手13とは遠い端部に第２の球継手25を介して旋回点27
を中心としてあらゆる方向に旋回可能にリンク部材29と
連結されている。リンク部材29自体は第３の球継手31に
おいて主座標軸５の上に位置する旋回点23を中心として
あらゆる方向に旋回可能にケーシング３に案内されてい
る。球継手31はリンク部材29に一体成形された継手球35
を有し、該継手球35は、円筒状の、主座標軸５に同心的
な継手受け金開口37内に位置している。開口37に配置さ
れた圧縮ばね39はリンク部材29を連結アーム23に押し、
球継手25,13の遊びを補償する。さらにケーシング３に
おいてはほぼスリーブ状の連結部材41が主座標軸５に対
して同軸的に正確に嵌合して案内されている。連結部材
41はピン43を介して計器11と連結されている。該計器11
は連結部材41のケーシング３に対する偏位を検出する。
連結部材41は、走査先端９に向いた、主座標軸５に対し
て直角に延びる、平らな接触面47を有する、半径方向内
方へ突出するリング肩45を備えている。ケーシング３と
連結部材41との間の、周方向に分配された複数の圧縮ば
ね49は、リング肩45の接触面47を、この範囲で皿状であ
るリンク部材29の、走査ピン９とは反対に向いたリング
肩51に対して押圧する。ばね49は連結部材41を介して比
較的に高い戻し力をリンク部材29に作用させる。この戻
し力は不作用位置で球継手25,31の旋回点が安定的に主
座標軸５の上に位置するようにする。走査先端９が図示
の不作用位置から主座標軸５の方向に偏位すると、リン
ク部材29はそのリング肩51の全周に亙って移動力を連結
部材41に伝達する。計器11は直接的に走査先端９の偏位
を検出する。

走査先端９が主座標軸に対して横方向に偏位すると、
走査アーム７の旋回運動は連結アーム23を介してリンク
部材29に伝達される。リンク部材29は旋回点33を中心と
して旋回する。該旋回点33は同時に、球継手13のケーシ
ング３に関して定置の旋回点19への長さ補償運動を行
う。リンク部材29のリング肩51は傾動円に対して接線方
向に延びる潜在的な旋回軸を中心とする旋回運動に基づ
き傾動する。前記旋回軸の平面は球継手25と31の結合線
に対して直角に延び、その交差点は図面において符号53
で示されている。傾動円53の周囲のリング肩51の縁エッ
ヂはトルソンセグメント状に丸味が付けられて、傾動運
動に際して相互に接触する面に摩耗損傷が回避されるよ
うになっている。走査先端９の半径方向の偏位に基づく
リンク部材29の傾動運動は、連結部材41の同じ大きさの
軸方向の偏位をもたらし、この偏位は計器11で検出され
る。したがって計器11は統一的な度量の場合に走査ピン
９の偏位を軸方向にも半径方向にも測定することができ
る。

走査先端９が半径方向に偏位した場合に同じ大きさの
軸方向の偏位に関する計器11の表示誤差をできるだけ小
さく保つためには、走査先端９からの旋回点19の間隔ａ
は旋回点19からの旋回点27の間隔ｂと等しく選ばれてい
る。さらに旋回点27からの旋回点33の間隔ｃも傾動円の
半径ｅと等しく選ばれ、傾動円の平面からの旋回点33の
間隔は間隔ｃよりも大きく選ばれている。間隔ｃとｄを
間隔ｂに対して適正化することによって走査先端９の半
径方向と軸方向の偏位の間の表示差は計器11の測定精度
内で許容され得る値に減少させられる。

間隔a,b,cは球状の端部の中心によって決められる。
それでも間隔ａとｂとの間の製作誤差及び間隔ｃの製作
誤差を球状の端部の費用のかかる加工なしで補償するた
めには、連結アーム23はテレスコープアームとして構成
されており、球継手25はリンク部材29に円筒孔状の継手
受け金55を有し、該継手受け金55内へ球継手の継手球57
の間隔を調整するために適宜の厚さのスペーサ円板59が
挿入されている。スペーサ円板59は間隔ｃの調整を可能
にする。

間隔ｂの調整のためには球継手25の継手球57はピン61
に保持され、該ピン61は、継手球15を保持しかつ走査ア
ーム７へ一体に継続するシャフト65の円筒孔63内に保持
されている。ピン61は組立ての間孔63内で移動可能で、
ピン61がシャフト65に例えば接着で固定される前に、例
えば調節ゲージを用いて走査先端９からの継手球57の間
隔が調整可能である。

不当な取扱いの場合に測定装置の機構の損傷を回避す
るためには走査先端９はセラミック小管67を用いてシャ
フト65に保持されている。該セラミック小管67は、測定
装置の他の伝達部分を過負荷に対して保護する目標破断
個所を形成する。

急勾配円錐シャフト１の軸線は測定装置の他のコンポ
ーネントにより決定される主座標軸５に対して同軸的に
延びている。整合誤差を補償するためにはケーシング３
は急勾配円錐シャフト１にアダプタ69を用いて固定され
ている。該アダプタ69は急勾配円錐シャフト１の軸線に
対してケーシング３の主座標軸５の軸平行な調整を可能
にする。アダプタ69は急勾配円錐シャフト１の中心孔71
内にプレス嵌めされるシャフト73を有し、締付けねじ75
でシャフトに交換可能に保持されている。急勾配円錐シ
ャフト１とケーシング３との間にはシャフト73は、急勾
配円錐シャフトの軸に対して正確に直交する、平らな接
触面79をケーシング３のために有するリングフランジ77
を備えている。接触面79の中心にはセンタリング開口81
が設けられ、該センタリング開口81には半径方向の遊び
をおいて、ケーシング３から突出するセンタリングピン
83が係合している。リングフランジ77の周囲に分配され
て配置された少なくとも３つの半径方向の調整ねじ85
は、接触面79に移動可能に案内されたケーシング３の半
径方向の調整を可能にする。中心の固定ねじ87はケーシ
ング３をアダプタ69に保持する。急勾配円錐シャフト１
に対して相対的なケーシング３の半径方向の調整のため
にはねじ87はまず軽く締められて、ケーシング３がいく
らか接触面79に対して緊張させられる。調整後には調整
ねじ85は、ねじ87が急勾配円錐シャフト１のケーシング
から離れた端部から締付けられるまでケーシングを所望
の位置に不動に保持する。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 米国特許3660906（ＵＳ，Ａ) 欧州公開128561（ＥＰ，Ａ１) (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】多軸座標走査測定装置であって、 −ケーシング（３）と、 −主座標軸（５）の方向にケーシング（３）に対して相
   対的に移動可能でかつ第１のユニバーザルジョイント
   （13）を用いて、主座標軸（５）の上にある第１の旋回
   点（19）を中心としてあらゆる方向に旋回可能にケーシ
   ング（３）に案内された、走査先端（９）が不作用位置
   で主座標軸（５）の上にある、弾性的に不作用位置にバ
   イアスのかけられた走査アーム（７）と、 −ケーシング（３）内で主座標軸（５）の方向に移動可
   能に案内された連結部材（41）と、 −第１の旋回点（19）に関し、走査アーム（７）に対し
   て反対方向に走査アーム（７）から突出し、第１の旋回
   点（19）から遠い端部が連結部材（41）と枢着されて、
   走査アーム（７）が主座標軸（５）の方向に移動した場
   合にも、走査アーム（７）がこの不作用位置から第１の
   旋回点（19）を中心として偏位した場合にも、連結部材
   （41）を主座標軸の方向に連行する連結アーム（23）
   と、 −ケーシング（３）に対する連結部材（41）の位置を検
   出する測定装置（11）と、 を有する形式のものにおいて、連結アーム（23）の、第
   １の旋回点（19）から遠い端部が第２のユニバーザルジ
   ョイント（25）を用いて第２の旋回点（27）を中心とし
   て旋回可能にリンク部材（29）と結合されており、該リ
   ンク部材（29）が第３のユニバーザルジョイント（31）
   を用いて、主座標軸（５）の上で移動可能な第３の旋回
   点（33）を中心としてあらゆる方向に旋回可能にケーシ
   ング（３）の案内されており、リンク部材（29）が主座
   標軸（５）を取囲む、第１の旋回点（19）から離れた方
   向に向いたリング肩（51）を有し、該リング肩（51）が
   連結部材（41）の、同様に主座標軸（５）を取囲む、反
   対に向けられたリング肩（45）に接触しており、対向し
   て配置された両リング肩（45,51）を相互に緊締するば
   ね手段（49）が設けられていることを特徴とする、多軸
   座標走査測定装置。
2. 【請求項２】連結部材（41）のリング肩（45）が主座標
   軸（５）に対して直角に延びる、平らな接触面（47）を
   有している、請求項１記載の多軸座標走査測定装置。
3. 【請求項３】リンク部材（29）のリング肩（51）が丸味
   の付けられた接触ナイフエッヂを有している、請求項１
   又は２記載の多軸座標走査測定装置。
4. 【請求項４】リンク部材（29）のリング肩（51）によっ
   て規定された傾動円（53）の平面からの第３の旋回点
   （33）の間隔（ｄ）が第２の旋回点（27）からの第３の
   旋回点（33）の間隔（ｃ）よりも大きい、請求項１から
   ３までのいずれか１項記載の多軸座標走査測定装置。
5. 【請求項５】リンク部材（29）のリング肩（51）が、第
   ２の旋回点（27）と第３の旋回点（33）との結合線を取
   囲む傾動円（53）を規定する縁エッヂを有し、傾動円
   （53）の半径（ｅ）が第２の旋回点（27）からの第３の
   旋回点（33）の間隔（Ｃ）とほぼ等しい、請求項１から
   ４までのいずれか１項記載の多軸座標走査測定装置。
6. 【請求項６】不作用位置において第１の旋回点（19）か
   らの走査アーム（７）の走査先端（９）の間隔（ａ）
   が、第１の旋回点（19）からの第２の旋回点（27）の間
   隔（ｂ）と等しい、請求項１から５までのいずれか１項
   記載の多軸座標走査測定装置。
7. 【請求項７】第１の旋回点（19）及び（又は）は第３の
   旋回点（33）からの第２の旋回点（27）の間隔（b,c）
   が調整可能である請求項１から６までのいずれか１項記
   載の多軸座標走査測定装置。
8. 【請求項８】連結アーム（23）がテレスコープ案内面で
   互いに案内された、特に接着により互いに固定された２
   つのアーム部分（61,65）を有している、請求項７記載
   の多軸座標走査測定装置。
9. 【請求項９】第２のユニバーザルジョイント（25）が球
   継手として構成され、継手球（57）を受容するために決
   められた円筒状の継手受け金がリンク部材（29）に設け
   られかつ少なくとも１つのスペーサ円板（59）を有して
   いる、請求項７又は８記載の多軸座標走査測定装置。
10. 【請求項１０】走査アーム（７）が特に第１のユニバー
    ザルジョイント（13）と走査先端（９）との間に間挿さ
    れたセラミック部分（67）の形をした目標破断個所を有
    している、請求項１から９までのいずれか１項記載の多
    軸座標走査測定装置。
11. 【請求項１１】−ケーシング（３）と、 −主座標軸（５）の方向にケーシング（３）に対して相
    対的に移動可能で、ユニバーザルジョイント（13）を用
    いて、主座標軸（５）の上に位置する旋回点（19）を中
    心としてあらゆる方向に旋回可能にケーシング（３）に
    案内された、弾性的に一方向にバイアスがかけられ、走
    査先端（９）が不作用位置で主座標軸（５）の上に位置
    する走査アーム（７）と、 −走査アーム（７）と連結され、不作用位置からの走査
    先端（９）の偏位を主座標軸の方向にもこの主座標軸と
    直交する方向にも検出する測定装置（11）と、 −ケーシング（３）を保持する緊締シャフト（１）と、 を有する、特に請求項１から10までのいずれか１項記載
    の多軸座標走査測定装置において、ケーシング（３）と
    緊締シャフト（１）とが主座標軸（５）に対して直角で
    ある、互いに配属され合った接触面（79）を有し、少な
    くとも１つの、主座標軸（５）の方向に延びる締付けね
    じ（87）によって互いに結合されており、ケーシング
    （３）又は緊締シャフト（１）がこれらの部分の主座標
    軸（５）に対して同心的なセンタリングピン（83）を有
    し、該センタリングピン（83）が半径方向の遊びをおい
    て他の部分のセンタリング開口（81）に係合しており、
    センタリング開口（81）の周囲に少なくとも３つの、主
    座標軸（５）に対して半径方向に調節可能な調整ねじ
    （85）が分配されて配置されていることを特徴とする、
    多軸座標走査測定装置。
12. 【請求項１２】センタリングピン（83）がケーシング
    （３）に設けられかつセンタリング開口（31）が急勾配
    円錐シャフト（１）に嵌合させられたアダプタ（69）に
    設けられている、請求項11記載の多軸座標走査測定装
    置。