JP4448696B2 - 座標位置決め機械上で作動モジュールを交換するための装置 - Google Patents

Description

本発明は、座標位置決め機械上で作動モジュールを交換するための装置に関するものである。座標位置決め機械には特に、座標測定機械（ＣＭＭ）、工作機械および手動の座標測定アームが含まれるが、これらに限定されるものでもない。

本出願人による特許文献１には、保持モジュール（検知モジュールなど）およびタスクプローブ（スタイラスモジュールなど）を具えたタッチプローブが開示されている。タスクモジュールは磁気的手段により保持プローブに取り外し可能に取り付けられる。タスクプローブのハウジングのために複数の保管ポートを具えるマガジンが設けられる。保管ポートのそれぞれは一対の顎部を具え、顎部は平行なドッキング挿入部（docking inserts）を有している。

プローブは機械のクイルに取り付け可能であり、クイルはタスクモジュールが挿入される保管ポートにプローブを移送する。タスクモジュールは円形のリップを有し、その上縁がドッキング挿入部の下面に接触して、磁気的吸着により所定位置に保持される。

タスクモジュールはクイルの上方への移動によって保持モジュールから分離する。タスクモジュールが保管ポートに保持されたとき、クイルとの接触が断たれるのである。

かかるマガジンおよびタスクモジュールは、単一の連続移動で保持モジュールによるタスクモジュールの係合および保管ポートからのタスクモジュールの解放を可能とし、付加的な機械装置（専用のモータや電磁石）は不要である。

欧州特許第０５６６７１９号明細書

この方法には、保持モジュールおよびタスクモジュール間の磁力が大きくなり、従ってまたそれらを分離するのに要する力も大きくなり得るという点で不利である。これは、大型で重量のあるタスクモジュールを支持する目的で大きな磁力を要する大型のプローブの場合において顕著となる。

本発明は、取り外し可能に結合するタスクモジュールを保持モジュールから分離するための保管ポートであって、前記保持モジュールおよび保管ポートが機械の異なる相対的可動部分に配置されており、
タスクモジュールと係合するための部材と、
メカニカルアドバンテージ（mechanical advantage）によってプローブ本体から前記タスクモジュールを分離するための機構と、
を具え、前記保管ポートに対する前記保持モジュールの物理的移動が前記機構を作動させることにより、前記保持モジュールから前記タスクモジュールを分離させるようにした保管ポートを提供する。

この保管ポートによって、強力な磁力で保持モジュールに結合しているタスクモジュールを容易に分離できるようになる。

この機構はレバー作動によってタスクモジュールおよび保持モジュールを分離させものとすることができる。前記部材を前記機構の部分としてもよい。

一実施形態においては、前記部材は保管ポートのピボットについて回転可能とし、保持モジュールの上方への移動に応じてタスクモジュールも上方に引き上げられるようにすることで、前記部材ひいてはタスクモジュールの回転が生じて、チルト動作を伴いながらタスクモジュールおよび保持モジュール間の接触が断たれるようにされる。

好適には、前記部材はタスクモジュールを受容するためのＵ字形状の切り込みを有する。Ｕ字形状の切り込みにばね性のある指部を設け、前記部材の所定位置にタスクモジュールが保持されるようにすることもできる。ばね性のある指部は前記部材と一体であってもよい。あるいは、タスクモジュールが磁気的吸着により前記部材の所定位置に保持されるものでもよい。

好ましくはダンパを設け、前記部材の円滑で制御された移動が確保されるようにする。

前記ダンパは、前記部材および前記保管ポートの表面の一方にほぼ平行に隣接して前記部材および前記表面の他方に取り付けられるダンピングプレートを具え、粘性物質を前記ダンピングプレートと前記部材および前記表面の前記一方との間に設けて、前記部材の移動時に、前記ダンピングプレートが前記部材および前記表面の前記一方に対して移動するようにすることができる。

あるいは、可撓性の物質で作成されたピボットによってダンピングが行われるようにしてもよい。

他の実施形態においては、前記機構は、前記タスクモジュールと係合するための前記部材と、前記保持モジュールと係合するための第２部材と、前記保持モジュールが前記保管ポートに位置する場合、前記機械および前記保持モジュールの上方への移動時にこれら２つの部材を分離する手段と、を含んでいる。

前記２つの部材を分離する手段は、前記２つの部材間に配置されるカムを具え、前記保持モジュールが前記保管ポートに位置する場合、前記保持モジュールの上方への移動時にカムの回転が生じて、前記２つの部材が引き離されるようにすることができる。

前記保持モジュールの上方への移動時に前記カムの回転を生じさせるために、ラック・ピニオン構成を用いることができる。前記部材および第２部材を互いに接近させるようバイアスするバイアス手段を設けてもよい。

保持モジュールおよびタスクモジュールは、ぞれぞれ、組立式プローブの本体およびスタイラスモジュールを具えることができる。保持モジュールがアーティキュレーティングプローブヘッドなどのプローブヘッドを具え、少なくとも１軸に関する回転移動が許容されるようにすることができ、タスクモジュールがプローブを具えることもできる。

以下、添付図面を参照し、好適実施形態を例として本発明を説明する。

図１は座標測定機械（ＣＭＭ）を示し、ここではクイル１２がＣＭＭのモータ（不図示）によってＸ，ＹおよびＺ方向に移動可能となっている。クイル１２にはプローブ１４が搭載され、これはＣＭＭのクイル１２に取り付けられた保持モジュール１６と、保持モジュール１６に取り外し可能に搭載されたタスクモジュール１８とを具える。保持モジュールはプローブの検出機構を収容した検出モジュールを具えることができ、またタスクモジュールはスタイラスモジュールを具えることができる。保持モジュール上のタスクモジュールの位置は、保持モジュール下面の一組の運動学的（kinematic）エレメントに対するタスクモジュール上面の一組の運動学的エレメントの係合によって定まる。これら運動学的エレメントは、例えば、モジュールの一方のプローブの長手軸に関して１２０度の間隔で配置した３つの円筒状ローラを、モジュールの他方に同様の間隔で配置した３つのボール対に係合可能としたものとすることができる。それぞれのエレメントは、保持モジュールおよびタスクモジュールの双方に設けた磁石の吸着作用によって係合状態に保持される。

プローブの組立式構造によってスタイラスその他のタスクモジュールを自動的に交換することが可能となる。真にフレキシブルな測定システムを提供するためには、機械の作動領域内に複数のタスクモジュールを保持し、１つのタスクモジュールを他のものと自動的に交換できるようにしなければならない。

タスクモジュールを収容するためにＣＭＭには保管ポートが設けられる。マガジン内にはいくつかの保管ポートをともに収納可能である。保管ポートに収容されたタスクモジュールを保持モジュールによってピックアップすることができ、タスクモジュールを保持モジュールによって空の保管ポートに置くこともできる。これによりタスクモジュールが交換可能となり、進行中のタスクにとって最適なものを使用することができるようになる。

図２〜図６を参照して保管ポートを説明する。

図３Ａおよび図３Ｂは保管ポートの断面を示している。保管ポート２０はハウジング２２を具えている。ハウジング２２は、その内部に配置されるとともに、その一端から延在するピボットアーム２４を有している。ピボットアーム２４はハウジング２２内に配置されたピボット２６について限られた量だけ回転可能である。

ハウジング２２から延在するピボットアーム２４の部分は、図５に示すように、対向側部を形成する２つの指部３０をもつＵ字型の切り込み２８を有している。ピボットアーム２４のこれらの指部３０はプローブのタスクモジュール１８を受容するよう設計されている。タスクモジュールには、その外表面に一対の窪みが設けられ、ここに指部が挿入される。あるいは、例えば環状の窪みを設けて指部を受容するようにしてもよい。

よって、タスクモジュール１８を、これが固定された保持モジュール１６およびクイル１２を水平移動させることで、保管ポート２０内に挿入することができる。

タスクモジュール１８が図２Ａに示すように保管ポート２０内に挿入されると、クイル１２および保持モジュール１６を上方に移動させることでタスクモジュール１８を保持モジュール１６から分離することができる。タスクモジュール１８が上方に移動するとき、タスクモジュール１８に受容されたピボットアーム２４の端部もまた引き上げられ、ピボット２６のまわりに回動する。このようにすることで、タスクモジュール１８が同様に回動し、よって図２Ｂに示すように一縁部に沿った保持モジュール１６との接触が断たれる。

ピボットアーム２４の回動によってタスクモジュール１８の一縁部との保持モジュール１６の接触が断たれるので、プローブの長手軸に沿って２つのモジュールを引き離すよりも、２つのモジュールの分離に要する力が少なくなる。

ピボットアームおよびタスクモジュールの同じチルト動作は、保持モジュールを固定したまま保管ポートを下方へ移動させることで行われ得る。

図３〜図５は保管ポートをより詳細に示している。図５は保管ポートのピボットアーム２４の平面図である。Ｕ字型の切り込み２８にはばね性のある指部３２が一体に設けられて、タスクモジュールを所定位置に保持する。これらのばね性のある指部３２は、タスクモジュールの挿入および除去に応じて撓み、タスクモジュールが所定位置に位置づけられると、これに向けて付勢されることで、所定位置に保持する。

他の手段、例えば磁気的手段によってタスクモジュールをピボットアームの所定位置に保持するようにしてもよい。

図４および図５に示すように、ピボットアーム２４はハウジング内でピボットのまわりに回動可能である。ハウジングはスピンドル３４を具え、これは皿ねじ３６によってハウジング２２およびピボットアーム２４にそれぞれ取り付けられている。

保管ポートのピボットアームのダンピングを提供することで、ピボットアームの移動を円滑にし、制御不能な衝撃が排除されるようにすることが望ましい。ダンピングは図３Ａ、図３Ｂおよび図４に示すダンピングプレート３８によって提供される。ダンピングプレート３８はハウジング２２の上側内表面４０にほぼ平行に置かれ、グリスなどの粘性物質によってこの表面から離れている。ダンピングプレート３８はダンパ押圧ロッド４２によってピボットアーム２４に接続されている。ピボットアーム２４がピボットのまわりに回動すると、ハウジング２２の内表面に対するダンピングプレート３８の移動が生じる。２表面間のグリスはダンパ効果を有し、ピボットアーム２４の円滑な移動が確保される。

ハウジング２２の内面にはばね４４が設けられ、ダンピングプレート３８を押すことで、ハウジング２２の内面４０に近接してダンピングプレート３８が保持されるようにしている。

図３Ａおよび図３Ｂに示すように、保管ポート２０にはリッド４６を設けることができる。リッドは、ハウジング２２から延在するピボットアーム２４の部分を覆う図３Ａに示す第１位置と、ハウジング２２内に後退した図３Ｂに示す第２位置との間で摺動可能である。

プローブ１４が保管ポート２０内に挿入されるとき、リッド４６は図３Ｂに示すように保持モジュール１６によってハウジング２２内に押し込まれる。リッドは、保持モジュール１６が離脱するとその第１位置に摺動復帰するようバイアスされ、ハウジング２２から延在するピボットアーム２４の部分を覆うことによってタスクモジュール１８を保護する。

図６および図７は本発明の第２実施形態を示し、ここでは異なるダンピング手段が用いられている。第１実施形態と同様の部分は同じ参照番号で示される。ハウジング２２内にはピボットアーム２４に隣接してダンピングプレート４８が設けられ、それらの間にはグリスなどの粘性物質が配される。ダンピングプレート４８は図８に示すような形状となっており、ここでは２つの部分５４Ａ，５４Ｂを形成するＩ字型の切り込み５２を有したものとしている。それらの部分は、図９に示すように、プレートの配置に対して垂直な向きに折り曲げたものとすることができる。ダンピングプレート４８は、それらの垂直部分５４Ａ，５４Ｂによってハウジング２２の内面上側の突出部５６に取り付けられ、この突出部５６のまわりに回転可能である。ピボットアーム２４のピボット２６についての回転に応じ、図７に示すように、ダンピングプレート４８は矢印で示す方向に押され、ピボット５８のまわりに回動する。このピボットアーム２４に対する移動がダンピング効果をもつ。ピボットアームに近接してダンピングプレートを保持するためにばね（不図示）が設けられていてもよい。

図１０は他のダンピング手段を示す本発明の第３の実施形態を示している。ここでも第１実施形態と同様の部分は同じ参照番号で示される。本実施形態では、ピボットアーム２４がゴムまたは他の適切な可撓性物質から作製可能な可撓性ピボット６０のまわりに回転する。この可撓性ピボット６０には、それがいくらかのダンピングも提供するという利点がある。付加的なダンピングは別体のダンパ６２によって提供可能である。このダンパ６２は、例えばハウジング２２に取り付けられたピストン６４を具え、これはピボットアームに取り付けられたグリスのリザーバ６６に挿入されている。リザーバ内のばね６８はピボットアームをそのレスト位置にバイアスする。

図１１〜図１４を参照して本発明の第４実施形態を説明する。本実施形態においては、保管ポート７０は鉛直方向のポスト７２に取り付けられ、平行な上側プレート７４および下側プレート７６が設けられている。これらのプレート７４および７６がそれぞれ保持モジュール１６およびタスクモジュール１８に係合する。

図１３および図１４に示すように、上側プレート７４および下側プレート７６の双方は対向側部を形成する指部７８，８０，８２，８４をもつＵ字型の切込みを有している。上側プレート７４および下側プレート７６の指部７８，８０，８２，８４は、それぞれ、保持モジュール１６およびタスクモジュール１８を受容するよう設計されている。

保管ポートの鉛直ポスト７２はＣＭＭテーブルに搭載される。ポスト７２には一縁に沿って鉛直方向にトラック７７が設けられ、その上に上側プレート７４が取り付けられることで、上側プレート７４がポスト７２に沿って上方および下方に摺動可能となる。

下側プレート７６は上側プレート７４に付属する複数のピン８６により上側プレート７４に取り付けられる。ピン８６は下側プレート７６の開口８８に受容されている。これらのピン８６により、プレート７４，７６を平行に保持したまま、下側プレート７６を上側プレート７４に対して昇降させることが可能となる。下側プレート７６はばねにより上側プレート７４に向けてバイアスされている。

上側プレート７４および下側プレート７６間にはカム９２が配置される。ラック９４およびピニオン９６の構成により、ポスト７２に対するカム９２の相対移動が可能となる。ピニオン９６はカム９２に取り付けられ、ラック９４はポスト７２に取り付けられている。

使用時には、ＣＭＭのクイル１２がプローブを保管ポートに向けて操作し、プローブが上側プレート７４および下側プレート７６のＵ字型切り込みの正面に位置するようにする。次にプローブを水平方向に移動させ、上側プレート７４が保持モジュール１６に係合し、下側プレート７６がタスクモジュール１８に係合するようにする。保持モジュール１６およびタスクモジュール１８には、それぞれ、上側プレート７４および下側プレート７６の指部７８，８０および８２，８４を受容する窪み９８および１００が設けられている。

プローブが保管ポート７０に係合すると、図１２に示すようにクイル１２が上方に移動する。すると、上側プレート７４および下側プレート７６の双方が引き上げられる。この上方への移動により、ピニオン９６がラック９４に沿って移動し、従ってカム９２の回転が生じる。カム９２の回転により、ばねの付勢力に抗して下側プレート７６が押され、上側プレート７４から離れる。上側プレート７４および下側プレート７６がカム９２により引き離されるので、保持モジュール１６およびタスクモジュール１８が分離する。

保持モジュール１６およびタスクモジュール１８が分離すると、クイル１２を保管ポート７０から離れる方向に移動させることにより、保持モジュール１６を上側プレート７４から取り外し、上側プレート７４の指部７８，８０を保持モジュール１６から解放すことができる。タスクモジュール１８は保管ポート７０に残されることになる。

本発明の上記諸実施形態においては、保持モジュールと保管ポートとの相対移動を用い、メカニカルアドバンテージによりモジュールの分離を行わせる保管ポート内の機構を作動させることによって保持モジュールとタスクモジュールとの分離を行うようにした。保持モジュールの移動によって機構を作動させることには、モータや電磁石など動力装置を設ける必要のある保管ポートなしに十分な力を発生してモジュール分離を行うことができるという利点がある。

保持モジュールを静止させたまま保管ポートの少なくとも一部を移動させることで機構が作動するようにすることも可能である。

本発明は、組立式プローブのタスクモジュールの交換に限られるものではない。プローブヘッドに取り付けられたプローブの交換を行うためにも好適である。例えば、コンタクトタッチトリガおよび検出プローブ、さらには非接触型プローブなど、異なるタイプのプローブ間の交換を行うことも望ましいからである。

プローブを移動させる座標測定機械の斜視図である。 図２Ａおよび図２Ｂは保管ポートに位置づけられたプローブの模式図である。 図３Ａは挿入されたタスクモジュールとともに保管ポートを通した断面図、図３Ｂは挿入されたタスクモジュールおよび保持モジュールとともに保管ポートを通した断面図である。 図３ＡのＡ−Ａ線断面図である。 保管ポートのピボットアーム上方からの平面図である。 本発明の第２実施形態の断面図である。 本発明の第２実施形態の断面図である。 本発明の第２実施形態で用いるダンパプレートを示す図である。 本発明の第２実施形態で用いるダンパプレートを示す図である。 本発明の第３実施形態の断面図である。 本発明の第４実施形態の第１位置における断面図である。 本発明の第４実施形態の第２位置における断面図である。 図１１に示した第４実施形態の平面図である。 図１１および図１３に示した第４実施形態の端面図である。

Claims (19)

1. 取り外し可能に結合するタスクモジュールを保持モジュールから分離するための保管ポートであって、前記保持モジュールおよび保管ポートが機械の異なる相対的可動部分に配置されており、
   タスクモジュールと係合するための部材と、
   メカニカルアドバンテージによってプローブ本体から前記タスクモジュールを分離するための機構と、
   を具え、前記保管ポートに対する前記保持モジュールの物理的移動が前記機構を作動させることにより、前記保持モジュールから前記タスクモジュールを分離させるようにするとともに、前記機構がチルト動作を行うことにより、回転運動を伴いながら前記タスクモジュールが前記保持モジュールから分離するようにした保管ポート。
2. 前記機構がレバー作動によって前記タスクモジュールおよび保持モジュールを分離させる請求項１に係る保管ポート。
3. 前記部材が前記機構の部分である請求項２に係る保管ポート。
4. 前記部材がピボットにまわりに回転可能であり、前記保管ポートに対する前記保持モジュールの上方への移動に応じて前記タスクモジュールも上方に引き上げられるようにすることで、前記ピボットのまわりの前記部材ないし前記タスクモジュールの回転を生じさせて、チルト動作を伴いながら前記タスクモジュールおよび前記保持モジュール間の接触が断たれるようにした請求項３に係る保管ポート。
5. 前記部材が前記タスクモジュールを受容するための切り込みを有する請求項１ないし請求項４のいずれかに係る保管ポート。
6. 前記切り込みにはばね性のある指部が設けられ、前記部材の所定位置に前記タスクモジュールが保持されるようにした請求項５に係る保管ポート。
7. 前記ばね性のある指部が前記部材と一体である請求項６に係る保管ポート。
8. 前記タスクモジュールが磁気的手段により前記部材の所定位置に保持される請求項５に係る保管ポート。
9. ダンパが設けられて前記部材の円滑で制御された移動が確保されるようにした請求項３ないし請求項８のいずれかに係る保管ポート。
10. 前記ダンパは、前記部材および前記保管ポートの表面の一方にほぼ平行に隣接して前記部材および前記表面の他方に取り付けられるダンピングプレートを具え、粘性物質を前記ダンピングプレートと前記部材および前記表面の前記一方との間に設けて、前記部材の移動時に、前記ダンピングプレートが前記部材および前記表面の前記一方に対して移動するようにした請求項９に係る保管ポート。
11. 前記ダンピングプレートが隣接する前記部材および前記表面の一方に対し前記ダンピングプレートを押すバイアス手段が設けられている請求項１０に係る保管ポート。
12. 可撓性の物質で作成された前記ピボットによって前記ダンピングが行われるようにした請求項９に係る保管ポート。
13. 取り外し可能に結合するタスクモジュールを保持モジュールから分離するための保管ポートであって、前記保持モジュールおよび保管ポートが機械の異なる相対的可動部分に配置されており、
    タスクモジュールと係合するための部材と、
    メカニカルアドバンテージによってプローブ本体から前記タスクモジュールを分離するための機構と、
    を具え、前記保管ポートに対する前記保持モジュールの物理的移動が前記機構を作動させることにより、前記保持モジュールから前記タスクモジュールを分離させるようにするとともに、
    前記機構は、前記タスクモジュールと係合するための前記部材と、前記保持モジュールと係合するための第２部材と、前記タスクモジュールおよび前記保持モジュールが前記保管ポートに位置する場合、当該２つの部材を、前記機械および前記保持モジュールの上方への移動時に分離する手段と、を含む保管ポート。
14. 前記２つの部材を分離する手段は、前記２つの部材間に配置されるカムを具え、前記保持モジュールが前記保管ポートに位置する場合、前記保持モジュールの上方への移動時に前記カムの回転が生じて、前記２つの部材が引き離されるようにした請求項１３に係る保管ポート。
15. 前記保持モジュールの上方への移動時に前記カムの回転を生じさせるために、ラック・ピニオン構成が用いられている請求項１４に係る保管ポート。
16. 前記部材および前記第２部材を互いに接近させるようバイアスするバイアス手段が設けられている請求項１３ないし請求項１５のいずれかに係る保管ポート。
17. 前記部材および前記第２部材を実質的平行な配置に維持するガイド手段が設けられている請求項１３ないし請求項１６のいずれかに係る保管ポート。
18. 取り外し可能に結合するタスクモジュールを保持モジュールから分離するための保管ポートであって、前記保持モジュールおよび保管ポートが機械の異なる相対的可動部分に配置されており、
    相対的に固定された部材と、
    タスクモジュールに係合可能な相対的移動部材であって、前記相対的に固定された部材に対しピボットのまわりに回転することで前記タスクモジュールをチルトさせる相対的移動部材と、
    を具え、前記タスクモジュールが前記移動部材に係合するときに、前記保管ポートに対する前記保持モジュールの直線移動が前記移動部材および前記タスクモジュールの前記ピボットのまわりの回転を生じさせることで、前記チルトの動作を伴って前記タスクモジュールおよび前記保持モジュールの接触が断たれるようにした保管ポート。
19. 取り外し可能に結合するタスクモジュールを保持モジュールから分離するための保管ポートであって、前記保持モジュールおよび保管ポートが機械の異なる相対的可動部分に配置されており、
    タスクモジュールと係合可能な部材と、
    前記タスクモジュールおよび前記保持モジュールが前記保管ポートに位置する場合、前記タスクモジュールおよび前記保持モジュール間に位置する回転可能なカムと、
    を具え、該カムの回転によるメカニカルアドバンテージにより前記保持モジュールから前記タスクモジュールが分離するようにした保管ポート。

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