JP5868612B2 - 測定装置 - Google Patents

Description

この発明は、工作機械、ロボット或いは測定機械のような機械の運動軸線の立体的移動を検出する測定装置に関する。

測定装置は直線軸線の位置誤差と直線軸線或いは円形軸線の成分誤差を測定するのに用いられる。５軸線機械が使用するために自由形状面を加工するために増大される。この場合には、回転軸線から直線軸線までの配向と位置は加工の精度にとって特に重要である。測定装置はここで使用され得て、立体的精度を検査して評価でき、場合によっては精度を向上させる補償データをそれから誘導する。

ドイツ実用新案第２９９１６３２５号明細書（特許文献１）から、この種の測定装置が知られていて、この測定装置には三つの長さ測定カリパスが測定球に装備するために測定球の中心に対する方向に配向して配置されている。長さ測定カリパスは特にある鋭角に互いに配置されていて、大きな操縦性を達成させ、それにより柔軟な使用を保証する。長さ測定カリパスはプレート状部分に配置されていて、その平面はそれぞれに当該長さ測定カリパスの測定方向に垂直に延びている。

欧州特許第１４９１２８７号明細書（特許文献２）による測定装置には、長さ測定カリパスが切頭円錐状保持体に配置されていて、それにより測定装置の出来るだけ高い剛性が達成される。

欧州特許第１５４９４５９号明細書（特許文献３）には、保持体が長さ測定カリパスと共に旋回できるならば、好ましいことが開示されている。このために、保持体がロッド状構成と連結されていて、この構成に継手が配置されていて、その継手を中心に保持体が旋回可能に支承されている。

ドイツ実用新案第２９９１６３２５号明細書 欧州特許第１４９１２８７号明細書 欧州特許第１５４９４５９号明細書

この発明の課題は、高い測定精度を有し、容易に仕上げできる前記種類の測定装置を創作することである。

この課題は、特許請求項１の特徴事項を備える測定装置によって解決される。

それ故に、測定装置は、異なった立体方向における共通の測定体に対する間隔を測定するために、複数の長さ測定システムが配置されている保持体を包含する。保持体が球地帯を形成する球状形状を有し、複数の長さ測定システムが保持体の球状形状の中心の方向に測定するために整合されていて、球地帯の領域には保持体に配置されている。

さらに、前記種類の測定装置が創作され得て、さらに、柔軟に使用できる。

この課題は、特許請求項２の特徴事項によって解決される。

それ故に、測定装置は、異なった立体方向における共通の測定体に対する間隔を測定するために、複数の長さ測定システムが配置されている保持体を包含する。保持体が球冠を形成する球状形状を有し、球冠により保持体が逆軸受内で球状形状の中心に旋回でき、複数の長さ測定システムが保持体の球状形状の中心の方向に測定するように整合されている。

この発明の他の好ましい構成は従属請求項に採用すべきである。

保持体を特別に簡単に仕上げるために、長さ測定システムを収納する球地帯と保持体を旋回させる球冠が連続的に互いに移行するならば、つまり共通の球セグメントを形成するならば、好ましい。

測定部材の立体的移動を精密に測定して次に評価するために、保持体には特に三つの長さ測定システムが配置されている。

長さ測定システムは好ましくは、それぞれに保持体に静止的に配置された基体を備える長さ測定カリパスであり、測定体に対する間隔を接触走査して測定するために、走査ピンが長さ移動自在に支承されている。この場合に、走査ピンが好ましい形式でばねを介して保持体の球状形状の中心の方向に予め応力を加えられている。

球ゾーンは、長さ測定システムの少なくとも一つの位置が保持体の球ゾーンにおける移動によって調整できる利点であり、球状形状の中心に対する長さ測定システムの配向が維持される。このために、保持体は、所定方向のみの移動が可能とされるか、或いは複数の方向に移動できるように、形成されている。

この発明の更なる好ましい特徴事項と利点は、図に基づいて三つの実施例の次の明細書に示されている。

第一測定装置の斜視図を示す。 第一測定装置の保持体を示す。 第二測定装置の斜視図を示す。 第二測定装置の斜視図を部分断面で示す。 第三測定装置の斜視図を示す。 第三測定装置の斜視図を断面で示す。

次の実施例では、測定装置が機械の機械テーブルに配置されて、測定部材が測定球の形状でこの機械の工具収納部に配置されている。

図１と２に基づいて、この発明の第一実施例が詳細に説明される。測定装置が検査すべき機械の運動軸線の立体的移動を検出するのに用いられる。複数の長さ或いは間隔測定が工具中心点（ＴＣＰ）の立体的移動によって検出される。このために、測定装置は複数の長さ測定システム２、３、４が配置されている保持体１を包含する。保持体１における長さ測定システム２、３、４の立体的配列は、異なった立体方向において測定部材５に対する間隔を測定するために敷設されている。長さ測定システムは、一つの共通の交差点に対して配向されて配置されている長さ測定システム２、３、４である、即ち、長さ測定システム２、３、４の測定方向が共通点Ｍで交差する。

測定の際には長さ測定システム２、３、４が工具収納部に固定された測定部材、特に測定球の形状の表面を走査するので、測定球５とＴＣＰの立体的移動が複数の長さ測定によって検出される。工具中心点（ＴＣＰ）は特に測定球５の中心から具体化され、この中心点ＴＣＰが好ましい形式でさらに長さ測定システム２、３、４の測定方向の共通交差点Ｍである。

二つの互いに移動可能な機械部材の比較的移動が測定されるので、測定球５が機械部材の一部材に固定され、測定装置が両機械部材の他の部材に固定されている。検査すべき機械が工作機械であるならば、測定球５が固定軸１８を介して工具収納部に固定でき、測定装置が機械テーブルに固定でき、特に締付けできる。図２には、保持体１が機械テーブル６に取付けられて図示されている。

機械の軸線運動の幾何学精度を検出と検査するために、例えば回転運動と旋回運動が機械の運動軸線により実施される。三つの長さ測定カリパス２、３、４によって保持体１に対するＴＣＰの測定された移動から、検査すべき機械の幾何学的、運動学的、静止的、熱的と動的特性を遡及的推論され得る。長さ測定カリパス２、３、４の得られた測定値から補償データも誘導され得て、機械の精度を高める。このために、測定された位置測定値が機械の座標システムに変換され得る。

特に、例えば互いに垂直に整合されている三つの長さ測定カリパス２、３、４が整合されている。

長さ測定カリパス２、３、４はそれぞれに一つの基体２１、３１、４１から成り、この基体では測定球５に対する間隔を接触走査して測定するために走査ピン２２、３２、４２が長さ移動自在に支承されている。走査ピン２２、３２、４２が測定球５の表面を走査し、それで測定球５の表面に対する間隔を検出する。それにより保持体１に対する測定球５の表面の相対移動が検出され、それは中心点Ｍに対するＴＣＰの相対移動に一致する。

測定の際に走査ピン２２、３２、４２の先端を常に測定球５の表面と接触して保持するために、走査ピン２２、３２、４２が例えばばね手段或いは空圧によって測定球５の方向に予め応力を加えられて基体２１、３１、４１に支承されている。測定球５に接触させる走査ピン２２、３２、４２の先端が球状に或いは平らな平面として形成されている。選択的に測定球５との接触は、走査ピン２２、３２、４２が例えば磁気軸受或いは空気軸受によって測定球５に遊び無しに当接されるか、或いは支承されることによって保証される。

長さ測定カリパス２、３、４は高さ正確に測定する位置測定システムであるので、光電的に走査できる測定区分を備える特別長さ測定カリパスが適している。この場合に測定区分は増加する或いは絶対的の少なくとも一方の測定区分に具体化され得る。

長さ測定カリパス２、３、４の基体２１、３１、４１はそれぞれに測定装置の保持体１に固定されている。このために、各基体２１、３１、４１用の保持体１には、点Ｍに対する方向に向く収納部１１、１２、１３が設けられている。基体２１、３１、４１は片面から保持体１のこれら収納部１１、１２、１３に通して差し込まれ、保持体１の他の側面に対向される。選択的に基体２１、３１、４１が収納部１１、１２、１３にもねじ込まれ得る。図示された実施例では、基体２１、３１、４１がそれぞれに一致する収納部１１、１２、１３に半径方向に締付けられている。

保持体１は球状形状を有し、複数の長さ測定カリパス２、３、４が保持体１の球状形状の中心点Ｍの方向に測定するために整合されて配置されている。保持体１の球状形状は球ゾーン１４を形成し、この領域には、長さ測定カリパス２、３、４が保持体１に配置されている。保持体１の球状形状はある領域で球層を形成し、この球層の球状に湾曲された表面が球ゾーン１４を形成する。

球状形状は保持体１にあらゆる立体方向における特に高い剛性を増加するので、一度保持体に固定された長さ測定カリパス２、３、４がその位置をあらゆる立体方向に特に長時間安定に維持する。保持体１の僅かな自重により最高剛性があらゆる立体方向に達成され得る。さらに、球状保持体１が回転対称的部分として回転加工によって特に容易に且つ精密に仕上げできる。中心点Ｍは球表面、つまり球地帯１４或いは遅れて図５と６に基づいて詳細に記載された球冠３１５の少なくとも一方の走査によって検出される。

図１と２に明らかであるように、収納部１１、１２、１３が長さ測定カリパス２、３、４を円筒状に収納する保持体１内にある。この円筒状収納部１１、１２、１３が球ゾーン１４の内部に存在するので、それぞれに保持体１の収納部１１、１２、１３の領域には球とシリンダ幾何学の剪定によって縁が形成し、それぞれの長さ測定カリパス２、３、４の基体２１、３１、４１用の一平面に位置する円形載置を図示する。それにより長さ測定カリパス２、３、４は特に安定に保持体１に固定できるか、或いは位置でき、円形載置によって長さ測定カリパス２、３、４の定義された載置と配向が球状形状の中心点Ｍの方向に、ここで同時にＴＣＰが設けられている。

図３と４は、他の実施例を示す。この場合に保持体２０１が使用され、第一実施例の同じ球状形状を有し、つまり球地帯２１４を有する。第一実施例との差異において、保持体２０１の球状形状が好ましく利用されて、長さ測定カリパス２、３、４の少なくとも一つの位置が保持体２０１の球ゾーン２１４における移動によって調整でき、球状形状の中心点Ｍとそれにより長さ測定カリパス２、３、４の測定方向の共通交差点とに対する長さ測定カリパス２、３、４の配向は維持される。この場合には、保持体２０１内の少なくとも一つの収納部２１１、２１２、２１３が長孔であり、この長孔には長さ測定カリパス２、３、４の基体２１、３１、４１が一方向に調整可能に案内されている。調整が行われた後に、基体２１、３１、４１が保持体２０１に固定され、例えば固定ねじ込まれる。

保持体２０１内の収納部は、調整が複数の方向に可能とされるように、形成され得る。

この発明の他の実施例は、図５と６に図示されている。この他の実施例により保持体３０１の球状形状が球冠３１５を形成する。球冠３１５は球部分の表面と見做される。保持体３０１がこの球冠３１５を介してベース３１７の逆軸受３１６に旋回自在に支承されて、旋回中心点が複数の長さ測定カリパス２、３、４の測定方向の交差点Ｍであり、ここでＴＣＰと、つまり測定球５の中心点と一致する。この措置によって、旋回軸線を衝突無しに大きな旋回領域に検査する可能性が創作される。このために、逆軸受３１６内の保持体１が必要な旋回位置にもたらされて、測定球５と固定軸１８をこれら異なった旋回位置に衝突無しに長さ測定カリパス２、３、４に案内できる。この場合に、保持体１のこれらの異なった旋回位置には、中心点Ｍの位置が保持されたままであり、つまり移動されない。

この実施例では、球ゾーン３１４と球冠３１５が連続的に互いに移行し、つまり共通の球セグメントを形成する。

ベース３１７の逆軸受３１６が、断面表示で図６が図示されているように、特に球殻として形成されている。保持体３０１の所望旋回位置の調整後にこの保持体が例えばねじによってベース３１７に固定式に係留される。

逆軸受３１６が球殻として形成されるならば、それは球冠３１５と同じ半径を有する。逆軸受は選択的に円環載置或いは複数点載置として、特に三点載置として形成され得る。

示されていない形式では、ベース３１７に対する保持体３０１の旋回角度を測定する測定手段が設けられ得る。

長さ測定システムは上記に詳細に説明された実施例では長さ測定カリパス２、３、４である。しかし、測定球５の表面に対する間隔の測定のために、或いはＴＣＰ対する間隔の測定のために、他の長さ測定システムも使用され得る、容積式間隔センサー或いはインターフェロメータのような例えば接触なし作動するシステムが使用され得る。

異なった方向の走査ではＴＣＰまで同じ間隔が存在するので、測定部材としての測定球５が特に好ましい。しかし、この発明は測定部材としての測定球５に限定されていない。

複数の長さ測定システムの位置測定値が数値制御部に供給されるならば、好ましく、数値制御部は運動指示を検査すべき機械の運動軸線に与える。位置測定値は検査すべき機械のモデルのパラメータを形成するのに用いられる。この場合に、長さ測定システムの位置測定値が検査すべき機械の座標システムに換算されるならば、好ましい。

示されていない形式では、測定装置が工具収納部に配置され、測定部材が機械テーブルに配置され得る。この場合にさらに、測定装置の中心点Ｍに対する測定部材の相対移動が検出され、この場合には中心点Ｍが特にＴＣＰと一致する。

使用者は、検査すべき機械の構成に依存して測定装置と測定部材の適した配列を選択する。

１、２０１、３０１．．．．．保持体
２、３、４．．．．．長さ測定システム
５．．．．．測定部材
１４、２１４、３１４．．．．．球ゾーン
３１５．．．．．球冠
２１、３１、４１．．．．．基体
２２、３２、４２．．．．．走査ピン
Ｍ．．．．．中心点

Claims (7)

1. 複数の長さ測定システム（２、３、４）が配置されている保持体（１、２０１、３０１）を包含する、運動軸線の立体的移動を検出し、異なった立体方向における測定部材（５）に対する間隔を測定する測定装置において、保持体（１、２０１、３０１）が一つの球ゾーン（１４、２１４、３１４）を形成する球状形状を有し、そして複数の長さ測定システム（２、３、４）が保持体（１、２０１、３０１）の球状形状の中心点（Ｍ）の方向に測定するように整合されていて、保持体（１、２０１、３０１）における球ゾーン（１４、２１４、３１４）の領域に配置されており、保持体（３０１）の球状形状が球ゾーン（３１４）の傍に一つの球冠（３１５）を形成し、その球冠によって保持体が逆軸受（３１６）において球状形状の中心点（Ｍ）を中心に旋回でき、そして球ゾーン（１４、２１４、３１４）と球冠（３１５）が共通球セグメントを形成することを特徴とする測定装置。
2. 複数の長さ測定システム（２、３、４）が配置されている保持体（３０１）を包含する、運動軸線の立体的移動を検出し、異なった立体方向における測定部材（５）に対する間隔を測定する測定装置において、保持体（３０１）が球冠（３１５）を形成する球状形状を有し、球冠により保持体が逆軸受（３１６）内で球状形状の中心点（Ｍ）を中心に旋回でき、そして複数の長さ測定システム（２、３、４）が保持体（３０１）の球状形状の中心点（Ｍ）の方向に測定するように整合されていることを特徴とする測定装置。
3. 保持体（１、２０１、３０１）には少なくとも三つの長さ測定システム（２、３、４）が配置されていることを特徴とする請求項１乃至２のいずれか一項に記載の測定装置。
4. 長さ測定システムは、保持体（１、２０１、３０１）に静止的に配置されたそれぞれの一つの基体（２１、３１、４１）を備える長さ測定カリパス（２、３、４）であり、測定部材（５）に対する間隔を接触走査して測定するために、走査ピン（２２、３２、４２）が長さ移動自在に基体に支承されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の測定装置。
5. 走査ピン（２２、３２、４２）がばねを介して保持体（１、２０１、３０１）の球状形状の中心点（Ｍ）の方向に予め応力を加えられていることを特徴とする請求項４に記載の測定装置。
6. 長さ測定システム（２、３、４）の少なくとも一つの位置が保持体（１、２０１、３０１）の球ゾーン（１４、２１４、３１４）における移動によって調整でき、球状形状の中心点（Ｍ）に向いて長さ測定システム（２、３、４）の配向が維持されることを特徴とする請求項１に記載の測定装置。
7. 長さ測定システムが測定部材（５）に対する間隔を接触なしに測定するように形成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の測定装置。

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