JP4960881B2 - 座標測定機 - Google Patents

Description

本発明は、測定対象物の表面上のいくつかの点の座標を決定する座標測定機に関し、この座標測定機は、その座標が決定される測定対象物を支持する支持テーブルの表面の上方に測定ヘッドを支持する支持梁を有している。

現在、利用可能な座標測定機は、デカルト幾何に基づいており、これは、こうした座標測定機が、互いに多少とも独立して移動することができる３つの直交軸、すなわちｘ、ｙ、及びｚ軸に基づくことを意味する。かかる機械の、「門形測定機」として知られる形の一例を図１に示す。このタイプの機械の欠点の１つに、ｚ方向に沿った移動に関する設計の問題がある。この方向の移動は、通常、ｘ軸に沿って変位させることができ、それと同時に、ｚ軸用の軸受システムも備えるｘｚキャリッジを設けることによって実行される。ｘｚキャリッジに十分な剛性を得るために、通常は、その軸受システムを可能な限り広げておく必要がある。しかし、これは、ｘｚキャリッジが比較的大きくなることを意味し、変位システム全体（ｘｚキャリッジ及びｚ軸）の高重量化を伴う。このため、移動部品の重量が高くなるので、この構造の残る部分に求められる剛性の要件が比較的厳しくなる。

したがって、本発明の一目的は、移動部品の寸法を低減させることができるようにして、上述の問題を軽減することができる、上述のタイプの座標測定機を実現することである。

本発明のこの目的は、測定対象物の表面上のいくつかの点の座標を決定するための座標測定機によって達成され、この座標測定機は、その座標を測定すべき測定対象物を支持する支持テーブルの表面の上方に測定ヘッドを支持する支持梁を備え、この支持梁は、２本の脚部によって支持テーブルの上方に支持され、これらの脚部は、支持梁及び測定ヘッドを支持テーブルに対して前後方向に変位させるように、支持テーブルに沿って共に変位させることが可能なだけでなく、支持梁及び測定ヘッドを支持テーブルに対して上下させるように、これらの脚部を互いに対して変位させることも可能である。

次に、本発明を、添付の図面を用いて示す非限定的な実施例の形でより詳細に説明する。

図１及び図２に示す座標測定機は、支持テーブル１を備え、このテーブルに沿って、１本の駆動脚部２と、１本の支持脚部３とを、一方向、すなわちｙ方向に前後に変位させることができる。脚部２、３は、それらの上側端部で支持梁４を支持し、それによって、この支持梁は支持テーブル１の表面の上方に間隔を開けて配置されており、この間隔は、脚部２、３の長さによって決まる。支持梁４は、支持梁４に沿ってｘ方向に前後に変位させることができる測定キャリッジ５を支持している。この測定キャリッジは、垂直シャフト６を支持しており、このシャフトは、ｚ方向に沿って上下に変位させることができるように測定キャリッジ５と連結されている。図面には示していないが、垂直シャフトの下側端部には、測定プローブが周知の方式で配置され、このプローブは、この座標測定機内で測定すべき対象物と接触させることができる。

図３及び図４に示す本発明による座標測定機は、主に、支持梁４を、支持テーブルの上方で間隔を開けて支持する脚部が異なって設計され、異なる様式で機能するという点において、図１及び図２に示す座標測定機とは異なっている。この場合では、脚部７、８は、支持テーブル１の片側に示され、支持梁４に回転可能なように取り付けられた、別々に変位可能な脚部として設計されており、したがって、脚部７、８を支持テーブルに沿って同じ方向に変位させると、これらの脚部は、支持梁を支持テーブルの上方一定の高さで変位させることになり、また、脚部７、８を支持テーブル１に沿って異なる方向に変位させると、支持梁４は、支持テーブル１から離れて上方に、又は支持テーブル１の方に下方に変位されることになる。この場合、当然ながら、支持テーブル１の反対側には、支持梁４をその他方側で支持するように同等の脚部が配置され、それらの脚部は、脚部７、８と同様に変位させることできるように配置される。

脚部７及び８は、自己調整式回動軸受９、１０によって、支持梁４が、脚部７、８をどのように変位させようとそれとは無関係に水平面に対して常に同じ角度位置を取るように、支持梁４に連結されている。脚部７、８は、駆動手段１１、１２によって、支持テーブル１の片側に沿ってそれらの下側端部で変位させることができる。駆動手段１１、１２は、例えば、支持テーブル１の一方の縁部に沿って延びる、２つの駆動手段に共通の１つの磁石と、個々の駆動手段１１、１２用の個々のコイル及び制御手段とを有するリニア・モータとして設計することができる。支持テーブル１と垂直シャフト６の下側端部との間の特定の高さＨ１は、脚部７、８を図３に示す位置まで変位させることによって得られ、この位置では、両脚部間の間隔はＤ１である。支持テーブル１と垂直シャフトの下側端部との間の間隔は、支持テーブル１の表面での両脚部間の間隔が、図４に示すようにＤ２となるように脚部７、８を移動させて離すと、Ｈ２まで低減することになる。したがって、垂直シャフト６の下側端部は、当然ながら、適用される外側限界の範囲内であるが、脚部７、８を共に、また、互いに対して変位させることによって、ｙ方向だけでなく、ｚ方向の全てにおいてどの位置にも駆動させることができる。垂直シャフト６は、支持梁４に沿って変位させることができる測定キャリッジを用いて、ｘ方向の所望の位置にも変位させることができる。

当然ながら、駆動手段１１、１２は、上述のリニア・モータ以外の、実際に作用する他のどのような方式でも設計することができる。したがって、駆動手段は、例えば、支持テーブル１の片側に沿って配置された歯付レールに沿って変位する歯車として設計することもできる。ベルト駆動又はウォームねじ駆動も適しており、この場合は、２本の脚部は完全に別々の駆動システムを有することになる。

脚部用の対応する駆動システムを、支持テーブルの反対側にも配置することができる。

ここでは、変位させることができる脚部７、８を用いて垂直シャフト６を上下させることができるので、測定キャリッジ５は、ここではもはや垂直シャフト６を上下させる手段を備える必要がなく、この理由で、測定キャリッジ５だけでなく、支持梁４もまた、より小さい寸法で、したがって、より低重量で作製することができる。

支持テーブルの上方で支持された支持梁を上下させるように互いに対して変位させることができる２本の脚部の原理は、門形タイプの座標測定機だけでなく、図５及び図６に示す水平アーム・タイプの座標測定機にも使用できる。この場合、水平アーム１５を支持する脚部１３、１４は、支持テーブル１の片側だけに配置される。脚部１３、１４は、脚部７、８に関して上述したのと全く同様に動作する。これらの脚部１３、１４は、水平アーム・ホルダ１６を支持し、水平アームは、軸受に取り付けられ、この水平アームは、図面の矢印で示すように、ｙ方向に前後に変位させることができる。この場合、水平アーム１５及びそこに配置された垂直シャフトは、門形タイプの座標測定機に関して上述したように、上下に、且つｘ方向に変位させることができる。

門形タイプの座標測定機の変形形態を図７に示し、ここでは、脚部７、８が、継手１７、１８を用いて中央で接合され、コネクタ・ロッド１９によって連結されている。このコネクタ・ロッド１９は、継手１７、１８の所で回転ブッシュ又は歯車と相互作用するねじロッド又は歯付ロッドであることが適当である。この変形形態の脚部７、８はまた、中央で接合させることができるので、支持梁４及び垂直シャフト６の上げ下げは、継手１７、１８を互いの方に、又は互いから離れて変位させることによって可能となる。この変形形態は、支持テーブル１用の空間が無制限に利用可能でない場合に使用するのが適当であり、この変形形態によって、本発明による座標測定機をコンパクトに設計することが確実に可能となる。

図８は、測定キャリッジ５と垂直シャフト６との間の連結部の詳細を示す。本発明の一設計によれば、垂直シャフト６がそれ自体の軸周りで回転できるように、回転軸受２０を用いて垂直シャフト６を測定キャリッジ５に連結させることができる。このように、垂直シャフト６の自由端に連結される固定式測定プローブを形成することが可能であり、したがって、そこに移動式プローブを設けることが回避される。回転できる移動式測定プローブでは、垂直シャフト６の端部に駆動手段が必要となるが、これは、シャフトを複雑にするだけでなく、シャフトの自由端の重量も増大する。そうではなく、本発明では、簡単な回転機構を測定キャリッジと垂直シャフトとの間の連結部に配置し、それによってこのシャフトを回転させ、したがって、シャフトの自由端に配置された測定プローブもまた回転させることができる。自転できる垂直シャフトの端部に配置されたかかる測定プローブはまた、接合式測定プローブとして設計することもできることは明白である。

個々の位置検出器が、異なる脚部の位置を得るために個々の脚部にそれぞれ配置され、このように、測定プローブの位置を計算することが可能であるが、一方、支持テーブルに沿って共通の測定スケールを配置することもできる。かかる測定スケール及び位置検出器は、当然ながら、支持梁４に沿った位置を記録するために測定キャリッジ５にも配置することができる。

また、本発明では、脚部を支持梁に非対称に固定して取り付けることも可能であり、それによって、測定キャリッジ全体を回転させることが可能となるように支持梁を回転させることも可能となる。このように、例えば、測定すべきワーク・ピースの側面にあるキャビティを測定するのにより優れた可能性が得られる。この場合、垂直シャフトはもはや垂直ではなくなり、むしろ傾斜している、又は、水平面に平行にさえもなり得る。この場合、このシャフト、すなわち「垂直シャフト」の端部に配置された測定プローブは、ワーク・ピースの側面にあるキャビティ内に侵入させることができ、また、このプローブは、かかるキャビティ中にかなり深くまで侵入させることもできる。

従来の門形タイプの座標測定機の正面図である。 図１に示す従来の座標測定機の側面図である。 第１の動作位置にある、本発明による門形タイプの座標測定機の側面図である。 第２の動作位置にある、図３の座標測定機を示す図である。 本発明に従って設計された水平アーム・タイプの座標測定機の側面図である。 図５の座標測定機の正面図である。 本発明の代替設計による門形タイプの座標測定機の側面図である。 本発明による門形タイプの座標測定機のｚ軸の取付け部の代替設計を示す図である。

Claims (10)

1. その座標が測定される測定対象物を支持する支持テーブル（１）の表面の上方に測定ヘッドを支持する支持梁（４）を備える、前記測定対象物の表面上のいくつかの点の座標を決定する座標測定機において、
   前記支持梁（４）が、２本の脚部（７、８；１３、１４）によって前記支持テーブル（１）の上方に支持され、
   前記支持梁（４）及び前記測定ヘッドを前記支持テーブル（１）に対して前後方向に変位させるように、前記支持テーブル（１）に沿って前記２本の脚部（７、８；１３、１４）が一緒に同じ方向に変位可能であり、
   前記支持梁（４）及び前記測定ヘッドを前記支持テーブルに対して上下方向に変位させるように、前記支持テーブル（１）に沿って前記２本の脚部（７、８；１３、１４）が互いに対して反対方向に変位可能であることを特徴とする、座標測定機。
2. 前記座標測定機が門形測定機である、請求項１に記載の座標測定機。
3. 前記２本の脚部（７、８；１３、１４）が、前記２本の脚部を前記支持テーブル（１）に沿って変位させるための、少なくとも部分的に共通の駆動手段を備えることを特徴とする、請求項１又は２に記載の座標測定機。
4. 前記駆動手段（１１、１２）が、前記２本の脚部に共通の１つの磁石を有するリニア・モータを備えることを特徴とする、請求項３に記載の座標測定機。
5. 前記駆動手段（１１、１２）が、歯付レール及び歯車システムを備え、前記２本の脚部に共通の１つの歯付レールを有することを特徴とする、請求項３に記載の座標測定機。
6. 前記２本の脚部（７、８；１３、１４）が、前記２本の脚部を前記支持テーブルに沿って変位させるための別々の駆動手段（１１、１２）を備えることを特徴とする、請求項１又は２に記載の座標測定機。
7. 前記２本の脚部（７、８；１３、１４）が、別々の位置検出器を備え、前記支持テーブルが、前記２本の脚部に共通の測定スケールを備えることを特徴とする、請求項１から６までのいずれか一項に記載の座標測定機。
8. 前記支持梁（４）が、前記支持梁（４）に対して垂直方向に変位できないように配置された垂直シャフト（６）を支持することを特徴とする、請求項１から７までのいずれか一項に記載の座標測定機。
9. 前記垂直シャフト（６）が、それ自体の軸周りで回転できるように配置されることを特徴とする、請求項８に記載の座標測定機。
10. 前記垂直シャフト（６）の端部に測定プローブが配置されることを特徴とする、請求項８又は９に記載の座標測定機。

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