JP4970707B2 - ダンパーを備えるキネマティックカップリング - Google Patents

Description

本発明は、運動学的に結合される部品のためのダンピング（ｄａｍｐｉｎｇ）に関する。特に、本発明はタッチプローブにおける運動学的に結合された部品のダンピングに適している。

我々の先の欧州特許第０５０１７１０号は、磁気的手段により一緒に保持されるセンシング用モジュールおよびスタイラス用モジュールを含み、それらの相対位置がキネマティックエレメントにより画定されるプローブを開示している。そのスタイラス用モジュールは、被加工物に接触することで振れる被加工物接触用スタイラスを保持する。そのセンシング用モジュールは、コーディネートポジショニングマシーン（coordinate positioning machine）の可動アームに接続され得る固定構造を含み、そのスタイラスの振れを検出するトランスデューサを含んでいる。そのプローブにおけるモジュールの特質により、そのスタイラスモジュールが交換可能とされ、従って、異なる形式のスタイラス、例えば、異なる長さのスタイラスが使用可能とされる。

欧州特許第０５０１７１０号 米国特許第５４４６９７０号

このプローブは、非常に大きなスタイラスが使用される場合、そのセンシング用モジュールにおけるスタイラスモジュールを保持するために必要とされる磁力がまた大きいという短所を有する。その大きな磁力は、その二つのモジュールが一緒に接続される場合、衝撃を引き起こしセンシング用モジュールにおけるその電気変換器の調子を狂わせ、信頼できなくなるといったようなことがある。

さらに、その衝撃は、モジュールのキネマティックエレメントに対し磨耗および損傷を引き起こし、そのシステムの度量衡に悪影響を与えるだろう。

本発明に係る装置は、第２の部材に解放可能に接続するために配置される第１の部材を含む装置において、第２の部材における対応する一組の要素と協働する一組の要素を備え、第１の部材および第２の部材が互いに接触する場合、第２の部材に対する第１の部材の位置を画定する前記第１の部材と、第１の部材におけるダンパーと、を含み、第１の部材および第２の部材が互いに接触したとき、第１の部材と第２の部材との間の相対運動が減衰される。

そのダンパーは、その二つの部材が一緒に接続される場合、衝撃を減少させる。

好ましくは、第１の部材および第２の部材は、磁気的手段により解放可能に共に保持される。

好ましくは、ダンパーは、ハウジングから突出するように付勢されるピストンが配されるハウジングを含み、ハウジングが粘質物で満たされている。

ダンパーは、第１の部材および第２の部材を一緒に案内する補助をする少なくとも１つの案内手段を含んでいる。少なくとも１つの案内手段は、ダンパーに取り付けられ、第２の部材における対応する少なくとも１つの凹部により受け止められる少なくとも一つのガイドピンを含むものでもよい。少なくとも１つのガイドピンおよび少なくとも１つの対応する凹部の配置は、少なくとも１つのガイドピンおよび凹部が協働要素により画定される前記第２の部材に対する前記第１の部材の位置に干渉しないというものであってもよい。

好ましくは、第１および第２の要素は、第２の部材に対し第１の部材を運動学的に抑制する。第１の部材および第２の部材は、共に接続される場合、第２の部材に対する前記第１の部材の位置が協働要素によりひとえに画定される。

第１の部材は、モジュラサーフェイスセンシング用プローブのリテイニングモジュールであり、第２の部材は、モジュラサーフェイスセンシング用プローブのタスクモジュールである。

本発明の第２の形態は、第２の部材に解放可能に接続されるように配される第１の部材と、第２の部材とを組み合わせる装置において、第２の部材における対応する一組の要素と協働する一組の要素を備え、第１の部材および第２の部材が互いに接触する場合、第２の部材に対する第１の部材の位置を画定する第１の部材と、第１の部材におけるダンパーと、を含み、第１の部材および第２の部材が互いに接触したとき、第１の部材と第２の部材との間の相対運動が減衰される。第２の部材は、またダンパーを備え、第１の部材と第２の部材との間の相対運動が、第１の部材および第２の部材が互いに接触する場合、減衰される。

本発明の第３の形態は、モジュラサーフェイスセンシング用プローブのリテイニングモジュールを解放可能に接続するタスクモジュールにおいて、リテイニングモジュールに解放可能に結合される部材と、リテイニングモジュールにおける対応する一組の要素と協働し、タスクモジュールおよびリテイニングモジュールが互いに接触する場合、プローブに対するタスクモジュールの位置決めを画定する部材における一組の要素と、タスクモジュールにおけるダンパーと、を含み、タスクモジュールとリテイニングモジュールとの間の相対運動が、タスクモジュールおよびリテイニングモジュールが互いに接触したとき、減衰される。

リテイニングモジュールおよびタスクモジュールは、それぞれ、少なくとも１つの軸線回りに回転可能なアーティキュレイティングプローブヘッド（ａｒｔｉｃｕｌａｔｉｎｇ ｐｒｏｂｅ ｈｅａｄ）のようなプローブヘッドと、プローブとを含むものでもよい。リテイニングモジュールおよびタスクモジュールは、センシング用モジュールおよびプローブにおけるスタイラス用モジュールを含むものでもよい。

ダンパーは、部材におけるダンパーハウジングと、ダンパーハウジングに配され、ハウジングから突出するように付勢されるダンパーピストンとを含むものでもよい。ハウジングは、ダンパーハウジング内のダンパーピストンの移動に抵抗するように粘質物で満たされてもよい。

本発明の第４の形態のモジュラサーフェイスセンシング用プローブは、リテイニングモジュールと、センシング用モジュールに解放可能に接続されるタスクモジュールと、リテイニングモジュールにおける第１の一組の要素、および、タスクモジュールの第２の一組の要素であって、タスクモジュールおよびリテイニングモジュールが互いに接触した場合、リテイニングモジュールに対するタスクモジュールの位置決めを画定するように協働する第１の一組の要素および第２の一組の要素と、を含み、ダンパーがタスクモジュールおよびリテイニングモジュールのうちの少なくとも一方に設けられ、タスクモジュールとリテイニングモジュールとの間の相対運動は、タスクモジュールおよびリテイニングモジュールが互いに接触するとき、減衰される。

この明細書中に使用されるような「運動学的な」、「運動学的」などの用語の意義の記述について米国特許第５４４６９７０号が参照されるべきである。これらの用語は、点接触が部材／モジュールにおける各対の要素間に設けられるキネマティックサポートばかりでなく、各要素間に線接触の小さな領域がある半、あるいは疑似のキネマティックサポートを包括的に含む。

本発明の好ましい実施例は、添付図面を参照し一例として説明されるだろう。図中。

図１は、センシング用モジュール１２およびスタイラス用モジュール１４を含む三次元座標測定機（ＣＭＭ）における可動アーム８に取り付けられて示される本発明のアナログプローブ１０（ａｎａｌｏｇｕｅ ｐｒｏｂｅ）の略図である。スタイラス用モジュール１４は、被加工品接触用のスタイラス１６を有し、センシング用モジュール１２は、スタイラス１６の振れを測定する電気変換器（不図示）を有している。スタイラス用モジュール１４は、センシング用モジュール１２に対し取り外し可能であり、また、取り外され、他のスタイラス用モジュールと交換され得る。例えば、より長いスタイラスを有するスタイラス用モジュールと交換され得る。スタイラス用モジュール１４は、センシング用モジュール１２の取付用プレート２０に接続可能であるプレート１８を備えている。プレート１８および取付用プレート２０は、磁気的に共に保持され、それぞれ、センシング用モジュール１２の取付用プレート２０に対しスタイラス用モジュール１４の位置を画定し、スタイラス用モジュール１４の位置の再現性を確実にするようにキネマティックエレメント２２，２４を備えている。

図２〜図４は、より詳細に、そのプローブにおけるスタイラス用モジュール１４およびセンシング用モジュール１２の一部を示す。センシング用モジュール１２は、スタイラス用モジュール１４のプレート１８が接続される取付用プレート２０を有している。モジュール１２，１４は、センシング用モジュール１２の取付用プレート２０に対しスタイラス用モジュール１４のプレート１８の位置を画定するように協働のキネマティックエレメント（ｋｉｎｅｍａｔｉｃ ｅｌｅｍｅｎｔｓ）を有している。キネマティックエレメントは、図３および図４に示されるように、取付用プレート２０において同様な間隔で配される一組の３対の半径方向に平行なローラ２４Ａと協働するプレート１８の中心の回りに１２０°間隔で配される一組の３個のボール２２Ａを含み得る。代替的な一組の要素が、取付用プレート２０に対しスタイラス用モジュール１４の位置を画定するように使用されてもよい。例えば、一対の平行なローラは、他方のプレートにおける単一のボールと協働する一方のプレートにおける一対のボールと交換されてもよい。

プレート１８および取付用プレート２０は、強力な磁石により一緒に保持される。図２は、センシング用モジュール１２に設けられる磁石２６、および、スタイラス用モジュール１４に設けられるキーパプレート（ｋｅｅｐｅｒ ｐｌａｔｅ）２８を示す。

ダンパーは、センシング用モジュール１２とスタイラス用モジュール１４との間に設けられ、二つのモジュールが一緒に動かされる場合、その衝撃を緩衝する。

そのダンパーは、モジュールのいずれか一方または両方に設けられてもよい。

図２は、リテイニングモジュールに配置されているダンパーを示す。そのダンパーは、センシング用モジュール１２の取付用プレート２０の背後に、ダンパーハウジング３２に挿入されるダンパーピストン３０を含んで成る。３つのガイドピン３４は、ダンパーピストン３０に接続され、取付用プレート２０における３個の開口３６を通じて突出している。そのガイドピン３４および開口３６は、取付用プレート２０の中心の回りに１２０°間隔で配されている。

グリース、オイルまたは空気のような粘質物３３は、ダンパーハウジング３２内に設けられ、ダンパーピストン３０の移動に対する抵抗をもたらす。ダンパーピストン３０は、ダンパーハウジング３２とダンパーピストン３０との間のスプリング３８によりダンパーハウジング３２から離隔するように付勢されている。

スタイラス用モジュール１４は、ガイドピン３４を受け止めるための３つの凹部４０を備えている。スタイラス用モジュール１４がセンシング用モジュール１２に接触されるとき、ガイドピン３４は、スタイラス用モジュール１４におけるそれらに対応する凹部４０
に挿入される。ガイドピン３４は、スタイラス用モジュール１４により押し返され、そして次に、ダンパーピストン３０をダンパーハウジング３２内に押し込み、そのグリースにおける粘性減衰効果によって抵抗を引き起こす。

スタイラス用モジュール１４がセンシング用モジュール１２に正確に一致しない場合、例えば、スタイラス用モジュール１４が傾けられた場合、ガイドピン３４は、キネマティックエレメント２０，２４が一緒に接続するようにスタイラス用モジュール１４を正確に調整する手助けをするという付加の利点を有する。

そのガイドピンは、その二つのモジュールにおける初期の位置合わせにおいて助けになる。しかしながら、そのモジュールが接続されたならば、そのガイドピンが、キネマティックエレメントにより画定されるようなスタイラス用モジュールの位置決めを行わないことが重要である。そのガイドピンおよび対応する凹部は、従って、センシング用モジュールに対するスタイラスモジュールの横の位置を拘束しないように隙間嵌めである。

図５〜図７に示されるような第２実施例において、そのダンパーは、そのスタイラス用モジュールに設けられている。上述の実施例と同一の特徴は、同一の参照数字を使用する。スタイラスモジュールプレート１４におけるキーパプレート２８は、ダンパーハウジング３２を収容する凹部を有している。ダンパーピストン３０は、このハウジングに位置決めされる。上述と同様に、ダンパーピストン３０が、ハウジング３２とダンパーピストン３０との間のスプリング３８によりハウジング３２から突出するように付勢されている。
グリース、オイルまたは空気のような粘質物は、ダンパーハウジング３２内に設けられている。従って、スタイラス用モジュール１４がセンシング用モジュール１２に接触される場合、ダンパーピストン３０は、センシング用モジュール１２の取付プレート２０により粘質物に抗してハウジング３２内に押し込まれ、衝撃を和らげ、変換された信号のインテグリティ（ｉｎｔｅｇｒｉｔｙ）を維持する。

図８は、より詳細に第２実施例のダンパーを示す。ダンパーハウジング３２は、その開口端部にリップ４２を有し、そのピストンがダンパーハウジング３２内にとどまるためのラグ４４を備えている。

上述したように、協働キネマティックエレメントは、そのセンシング用モジュールにおけるスタイラス用モジュールの位置を画定する。そのダンパーがそのスタイラス用モジュールのこの位置に対し干渉しないということが重要である。その結果、そのセンシング用モジュールに対するスタイラス用モジュールの位置がそのキネマティックエレメントにより、ひとえに明確に維持される。そのダンパーは、従って、そのモジュールの隣接する面に対し直交する移動に対する抵抗を示すが、その面に平行な移動を抑制しないものでなければならない。

上述の実施例において、粘性のダンパーが使用されている。そのダンパーピストンとそのダンパーピストンが接する面との間の摩擦は、そのダンパーピストンに作用される力により変化する。強い力がそのピストンに作用される場合、強い摩擦力がもたらされ、小さな力がそのピストンに作用される場合、小さな摩擦力がもたらされる。

そのモジュールが接触される場合、強い力がそのピストンに作用され、そのピストンと他のモジュールの当接面との間に強い摩擦力がある。しかしながら、そのモジュールがその接触位置にあるならば、そのピストンにおける力は、小さく、そのピストンとその当接面との間の小さな摩擦力がもたらされる。従って、そのモジュールが接続されたならば、そのピストンは、そのスタイラス用モジュールの横移動を抑制しない。これにより、そのセンシング用モジュールにおけるスタイラス用モジュールの位置が、そのキネマティックエレメントにより、ひとえに画定されるという望ましい結果となる。

他の形式のダンパーが、例えば、従来のオイルまたは空気のダンパーが二つのモジュールの間で使用されてもよい。

本発明は、運動学的に連結されたセンシング用モジュールとスタイラス用モジュールとの間のダンパーに制限されない。そのダンピングは、それらが一緒に動く場合、衝撃を制限するようにいずれかの運動学的に結合された表面に設けられてもよく、そのキネマティックエレメントに対する磨耗および損傷を防止し、ここで関連して、トランスデューサの振れのインテグリティを維持する。

プローブにおける内部を示す略図を示す。 センシング用モジュールおよびスタイラス用モジュールの一部における断面図を示す。 スタイラス用モジュールのプレートを示す。 センシング用モジュールのプレートを示す。 本発明の第２実施例におけるセンシング用モジュールおよびスタイラス用モジュールの一部の断面図を示す。 本発明の第２実施例におけるスタイラス用モジュールのプレートを示す。 本発明の第２実施例におけるセンシング用モジュールのプレートを示す。 本発明の第２実施例におけるダンパーを示す。

Claims (15)

1. サーフェイスセンシング用プローブのためのサーフェイスセンシング用タスクモジュールであって、リテイニングモジュールに解放可能に接続するために配置され、該リテイニングモジュールから取り外し可能なタスクモジュール、および、該タスクモジュールを保持するための前記リテイニングモジュールを含む装置において、
   前記リテイニングモジュールにおける一組の位置画定用要素と、前記タスクモジュールにおける対応する一組の位置画定用要素と、
   前記リテイニングモジュールおよび前記タスクモジュールのうちの少なくとも一方に設けられるダンパーと、を含み、
   前記タスクモジュールおよび前記リテイニングモジュールが互いに接触する場合、該タスクモジュールの位置を該リテイニングモジュールに対し画定するように、前記リテイニングモジュールにおける一組の位置画定用要素と、前記タスクモジュールにおける対応する一組の位置画定用要素とが協働し、前記タスクモジュールが前記リテイニングモジュールから取り外される場合、前記リテイニングモジュールにおける一組の位置画定用要素と、前記タスクモジュールにおける対応する一組の位置画定用要素とが分離され、
   前記リテイニングモジュールおよび前記タスクモジュールが互いに接触したとき、該リテイニングモジュールと該タスクモジュールとの間の相対運動を減衰させ、それにより、前記リテイニングモジュールにおける一組の位置画定用要素と前記タスクモジュールにおける対応する一組の位置画定用要素との間の衝撃を緩和させるように、前記ダンパーは、該リテイニングモジュールと該タスクモジュールとの間に配置される装置。
2. 前記リテイニングモジュールおよび前記タスクモジュールは、磁気的手段により解放可能に共に保持される請求項１記載の装置。
3. 前記ダンパーは、ハウジングから突出するように付勢されるピストンが配されるハウジングを含み、該ハウジングが粘質物で満たされている請求項１または２に記載の装置。
4. 前記ダンパーは、前記リテイニングモジュールおよび前記タスクモジュールにおける位置合わせにおいて助けとなる案内手段を含んでいる請求項１乃至３のいずれかに記載の装置。
5. 前記案内手段は、前記ダンパーに取り付けられ、前記タスクモジュールにおける対応する少なくとも１つの凹部により受け止められる少なくとも一つのガイドピンを含む請求項４記載の装置。
6. 前記少なくとも１つのガイドピンおよび前記少なくとも１つの対応する凹部の配置は、前記少なくとも１つのガイドピンおよび凹部が前記協働する位置画定用要素により画定される前記タスクモジュールに対する前記リテイニングモジュールの位置に干渉しないというものである請求項５記載の装置。
7. 前記第１の位置画定用要素および前記第２の位置画定用要素は、運動学的に前記タスクモジュールに対する前記リテイニングモジュールの位置を画定する請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の装置。
8. 前記リテイニングモジュールおよびタスクモジュールは、共に接続される場合、前記タスクモジュールに対する前記リテイニングモジュールの位置が前記協働する位置画定用要素によりひとえに画定される請求項１乃至請求項７のいずれかに記載の装置。
9. 前記リテイニングモジュールは、モジュラサーフェイスセンシング用プローブのリテイニングモジュールであり、前記タスクモジュールは、該モジュラサーフェイスセンシング用プローブのタスクモジュールである請求項１乃至請求項８のいずれかに記載の装置。
10. 前記タスクモジュールと組み合わせ、該タスクモジュールがダンパーを含み、
    前記リテイニングモジュールと前記タスクモジュールとの間の相対運動が、該リテイニングモジュールと該タスクモジュールが互いに接触したとき、減衰される請求項１乃至請求項９のいずれかに記載の装置。
11. モジュラサーフェイスセンシング用プローブのリテイニングモジュールを解放可能に接続するサーフェイスセンシング用タスクモジュールであって該リテイニングモジュールから取り外し可能なタスクモジュールにおいて、
    リテイニングモジュールに解放可能に結合される部材と、
    前記タスクモジュールおよび前記リテイニングモジュールが互いに接触する場合、前記プローブに対する前記タスクモジュールの位置を画定するように、前記リテイニングモジュールにおける対応する一組の位置画定用要素と協働する前記部材における一組の位置画定用要素と、
    前記タスクモジュールにおけるダンパーと、を含み、
    前記タスクモジュールが前記リテイニングモジュールから取り外される場合、前記リテイニングモジュールにおける対応する一組の位置画定用要素と前記部材における一組の位置画定用要素とが、分離され、
    前記リテイニングモジュールおよび前記タスクモジュールが互いに接触したとき、該リテイニングモジュールと該タスクモジュールとの間の相対運動を減衰させ、それにより、前記部材における一組の位置画定用要素と前記リテイニングモジュールにおける対応する一組の位置画定用要素との間の衝撃を緩和させるように、前記ダンパーは、該リテイニングモジュールと該タスクモジュールとの間に配置されるタスクモジュール。
12. 前記リテイニングモジュールおよび前記タスクモジュールは、それぞれ、プローブヘッド、プローブを含む請求項１１記載のタスクモジュール。
13. 前記リテイニングモジュールおよび前記タスクモジュールは、センシング用モジュールおよびプローブにおけるスタイラス用モジュールを含む請求項１１記載のタスクモジュール。
14. 前記ダンパーは、前記部材におけるダンパーハウジングと、該ダンパーハウジングに配され、該ハウジングから突出するように付勢されるダンパーピストンとを含む請求項１２乃至請求項１３のいずれかに記載のタスクモジュール。
15. 前記ハウジングは、前記ダンパーハウジング内の前記ダンパーピストンの移動に抵抗するように粘質物で満たされる請求項１４記載のタスクモジュール。

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