JP6085513B2 - 装置を移動させる方法 - Google Patents

Description

本発明は、関節装置、および、複数の画定され、または、割り出された位置のうちの一つにおいて、二つの相対的に移動可能な物体における相対的な位置を与えるそのような装置を移動させる方法に関する。

既知の形式の関節機構は、複数の割り出され、繰り返し可能な相対位置において、互いに係合可能な二組の回転止め要素を含む。そのような機構の一つは、米国特許第４１６８５７６号公報に説明されており、ある物体における半球の回転止め要素の円形配列と、相対的に回転可能な物体における３個の細長い円柱状の回り止め要素とを含む。各割り出された位置で、各円柱状の要素は、隣接する一対の半球状の要素において互いに近寄る表面に係合する。そのような機構によりもたらされる割り出された位置の数は、その円形配列における近寄り集まる面の組数に一致している。

米国特許第４１６８５７６号公報

異なる割り出された位置への移動が必要とされる場合、その要素は、分離され、その物体は、移動され、その要素は、再係合される。要素が再係合される場合、二つの物体の正確な位置は、始められた運動により影響を受ける。これは、電動式の関節機構の場合、比較的精密な、バックラッシュのないサーボ機構を使用することにより緩和され得る。しかし、これは、高価である。

もう一つの形式の関節機構においては、割り出される位置がなく、二つの相対的に移動可能な物体が、いずれかの相対位置で位置決めされ得る。ポテンショメーターまたはエンコーダーは、二つの物体の相対的な位置を示すように使用される。さらにまた、二つの物体が停止する場合、その二つの物体の正確な位置は、始められた運動により影響を受ける。

本発明は、測定装置用関節機構を移動させる方法を提供し、その方法は、相対運動を可能とする関節機構を形成する二つの物体を解放し、複数の物体のうちの一方を他方の部品に対して所望される位置に到達されるまで移動させ、それらが相対的に固定されるように二つの物体を再拘束することを含み、所望の位置における再拘束以前に相対運動が、特定の条件下で起こることを特徴とする。

その特定の条件は、例えば、移動が常に同一方向からである移動を拘束する設定を含む。一方向からくるように移動を制限することは、移動した結果、オーバーシュートまたはバックラッシュによるどんな位置誤差も適切となり、従って、そのプローブの位置におけるどんな誤差も減少させることを意味する。また、その特定の条件は、移動速度がある値となるようにある基準が常に満たされるように移動を拘束することを含む。その基準または拘束は、１つ以上の移動条件が決定され、または、同一の移動条件が特定の条件として使用されることも可能とされる。

好ましくは、特定の条件は、所望の位置に隣接する位置でその移動を制御することを含む。一つの実施例において、複数の物体は、所望の位置に移動され、それから、隣接する位置に移動され、所望の位置に戻される。

好ましくは、所望の位置における再拘束以前の相対運動は、固定、即ち、再拘束の手順の一部である。

好ましい実施例において、二つの物体を解放することは、関節機構を形成する二つの物体における協働面を分離することを含み、二つの物体を再拘束することは、相対的に固定されるように二つの物体の協働面を再係合させることを含む。

第２の一面において、本発明は、測定装置用関節機構を移動させる方法をもたらし、その方法は、（ａ）相対運動を可能にする関節機構を形成する二つの物体を解放し、
（ｂ）所望の位置に隣接する位置に到達するまで他方に対し二つの物体の一方を移動させ、
（ｃ）所望の位置に隣接する位置から所望の位置まで他方に対し二つの物体の一方を移動させ、それにより、特定条件下で移動が生じ、
（ｄ）二つの物体が相対的に固定されるように二つの物体を再拘束することを含む。

特定の条件下で前記移動を実行することにより隣接した位置における運動を制御することは、加速のような高次導関数、異なる速度を有する運動に起因した位置誤差における如何なる変化も、緩和されるということを意味する。その特定の条件は、運動を停止し、即ち、停止に導くことを含み得る。しかしながら、停止の代わりに、これが円滑な移行となるので運動が減速され、常に使用される速度で維持されることが好ましい。隣接する位置は、すぐ隣の隣接した位置であることが必要ではないが、しかし、本発明の最大の利益を得るために所望の位置から常に同一距離であるべきである。

さらなる実施例において、工程（ｂ）以前に、二つの物体が、所望の位置に到達するまで互いに対して移動される。

好ましくは、二つの物体を解放することは、関節機構を形成する二つの物体の協働面を分離することを含み、二つの物体を再拘束することは、それらが相対的に固定されるように二つの物体の協働面を再係合することを含む。

第３の一面によれば、本発明は、位置決めする方法を提供し、その発明は、ポテンショメーターにより制御される測定装置用関節機構を位置決めする方法において、特定条件下で、関節機構をある位置に移動させ、その位置を示す信号を記録し、他の複数の位置について繰り返すことを含み、同様な特定条件下で実行されるその位置への次の移動の間、その位置を示す信号が得られ、記録された信号と比較され、関節機構は、示される信号が、記録された信号に一致するまで移動されることを特徴とする。

好ましくは、特定の条件は、同一方向から新たな位置に接近することを含む。

第４の一面によれば、本発明は、測定装置用コントローラーをもたらし、コントローラーは、現在の装置の位置と所望の位置とを比較する比較器と、測定装置が特定の条件下で所望の位置まで常に移動するように測定装置の運動を制御するための手段と、を含む。

好ましくは、特定の条件は、移動が、常に同一方向からであることを含む。

本発明は、コントローラーを含む測定装置にも適用される。

第５の一面によれば、本発明は、測定装置を提供し、その測定装置において、相対的に移動可能な二つの物体を有する関節機構と、現在の装置の位置と所望の位置とを比較するための比較器を含むコントローラーとを含み、比較器は、特定の条件下で関節機構が所望の位置に移動可能となるように命令されることを特徴とする。

好ましくは、特定の条件は、到着は、特定の方向からであることを含む。好ましくは、測定装置は、プローブである。また、本発明は、そのような測定装置を含む測定機にも適用される。

本発明は、添付図面を参照して一例として説明されるだろう。

本発明に従うタッチプローブを概略的に示す。 図１におけるＶ−Ｖ線に沿った断面図である。 図２におけるＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。 関節機構における位置誤差を示す。 関節機構における位置誤差を示す。 関節機構における位置誤差を示す。 関節機構における位置誤差を示す。 代替的な関節機構における位置誤差を示す。 代替的な関節機構における位置誤差を示す。 代替的な関節機構における位置誤差を示す。 代替的な関節機構における位置誤差を示す。 本発明に従う代替的なタッチプローブの斜視図である。 本発明に従い実行される工程を詳述する流れ図を示す。 本発明に従う装置を含む三次元座標測定機を示す。

図１は、関節装置を示す。この場合、タッチプローブ１０は、クイル、コラム、または、他の接続装置（不図示）を介して三次元座標測定機、位置測定器、ロボット、または、他の相対的に固定される構造物に対し一端で取り付けられるプローブヘッド１２を含む。その末端部で、プローブヘッド１２は、回転台１４を介して割り出し可能なプローブ１６に接続されている。プローブ１６は、検査される表面に接触するプロービングチップ２０を有するスタイラス１８に付加的に接続されている。

割り出し可能なプローブ１６は、関節機構、この場合、プローブ１６が水平軸線１００の回りに回転可能とされるキネマティックロケーション（ｋｉｎｅｍａｔｉｃ ｌｏｃａｔｉｏｎ）２２を介して回転台１４を接続する。また、回転台１４は、垂直軸線１０２の回りに回転可能なキネマティックロケーション（ｋｉｎｅｍａｔｉｃ ｌｏｃａｔｉｏｎ）２４を介してプローブヘッド１２に接続する。従って、この例において、そのプローブは、同時に二つの軸線の回り回転可能である。

さて図２および図３を参照するに、キネマティックロケーション２２は、車軸関節１４の一部を形成する部材１１４に配される球面支持材１２４の環状配列を含む。水平軸線１００の回りに等間隔で離隔した３対の円柱１２６が、プローブ１６の接続面１１６に配されている。球面支持材１２４および円柱１２６は、二組の相互に係合可能な回り止め要素である。球面支持材１２４および円柱１２６の環状配列は、例えば、スプリング（不図示）により、係合するように付勢されている。同様な構成が、キネマティックロケーション２４について使用可能とされる。

図４ａ乃至４ｄ、図５ａ乃至５ｄは、本発明により軽減される問題を示す。図４は、第２の物体１１６に配される３対の円柱１２６に係合する球面支持材１２４の配列を有する第１の物体１１４を含む関節機構を示す。図５は、第１の物体２１４が、第２の物体２１６に配される別の組の歯２２６に係合する一組の歯２２４を含む代替的な構成を示す。位置合わせ不良をより一層明確に示すために図４および図５において位置合わせ不良量が、誇張されて示される。

図４ａおよび図５ａにおいて、第２の物体１１６、２１６に対する第１の物体１１４、２１４の相対移動１５０、２５０が、行なわれる。二つの物体１１４、１１６、および、２１４、２１６が、その後、係合され、即ち、再拘束され（図４ｂ、５ｂ）、その関節機構を固定する場合、円柱１２６および歯２２６は、それらが係合されるボール１２４および歯２２４における互いに近寄る表面において、中央に（線２００により示されるように）位置していない。

図４ｃおよび図５ｃにおいては、第２の物体１１６、２１６に対する第１の物体１１４、２１４の相対的移動１６０、２６０が、上述した方向とは反対方向に行なわれる。二つの物体１１４、１１６および２１４、２１６は、その後、係合され、即ち、再拘束され（図４ｄ、５ｄ）、その関節装置を固定する場合、その円柱１２６および歯２２６は、再び、それらが係合されるボール１２４および歯２２４における相互に近寄る表面において中央（線２００により示されるように）に位置していない。

関節装置のさらなる一例は、その複数の物体の一方に複数の歯を含むベルトを含む。

反対方向に移動される場合、関節装置における結果として生じた固定、即ち、再拘束された位置相互間の位置における差は、一方向に使用されるだけの場合よりも二倍あたりの誤差の場合があり、真の所望の位置からの誤差を生む。従って、決まった方向から所望される位置に接近させるだけにより、位置誤差が、減少される。

本発明のさらなる利点は、所望される位置が同一方向から接近されるのでその関節機構が固定されるその位置が、実際の位置として指定可能とされることである。

図６は、細長いアーム２５６を介してクイル２５４に接続されるプロービングチップ２５２を有する代替的なタッチプローブ２５０を示す。クイル２５４に対してプローブチップ２５２の移動を可能とするために細長いアーム２５６は、二つの回転可能な部材、即ち、それぞれ、軸線Ｄおよび軸線Ｅの回りに回転運動可能な関節機構（不図示）を介してそのクイルに取り付けられている。この例において、そのタッチプローブは、割り出し可能なプローブではない。そこで、そのタッチプローブは、多数の画定された位置ではなく、いずれかの角位置に移動可能とされる。

プローブチップ２５２は、クイル２５４に対し移動される場合、細長いアーム２５６は、曲がるだろう。そのような曲げにより導かれるであろういかなる誤差も減少させるためにプローブチップが新たな位置に接近した場合、均一な加速が使用される。さらに、その新たな位置は、移動が行なわれるごとに同一方向から接近される。

損傷から装置を保護するためにタッチプローブが、ブレイクアウトコネクション２５８を備えている。プローブのいずれかの部分が、許容できる以上の力で表面に接触する、即ち、衝突が生じる場合、そのブレイクアウトコネクションが、いずれかの壊れ易いまたは高価な部品が損傷される以前に先に壊れる。そのようなブレイクアウトコネクションの使用により、プローブチップの位置における誤差の原因となり、特に、高速移動が使用される場合、移動により、プローブアームが曲がり、そのブレイクアウトコネクションに戻される。この理由により、新たな位置への移動の場合、均一な加速または、等速が使用される。

関節機構の位置が制御される二つのやり方は、ポテンショメータまたはエンコーダによるものである。ポテンショメータの場合、割り出し位置、即ち、位置決めは、電圧信号の値により示される。プローブシステムにおいて、この信号は、代表的には、１度あたり２２ｍＶだけ変化する。エンコーダの場合、位置計数が使用される。

ポテンショメータは、時間の経過とともにドリフトする傾向があり、そこで、特定の割り出し位置、即ち、位置決めに関連する電圧信号が、変化するだろう。また、ポテンショメータが直線的に変化しないとき、電圧値の範囲は、各位置決めについて与えられる。これは、誤った位置への関節機構の移動という結果になる。本発明は、各位置を与えるのではなく、電圧信号についての範囲、正確な値が割り当てられるようにその関節機構の位置決め方法を提供する。これを可能とするために各関節機構に関し、各位置は、本発明の第１の一面に従い同一の方法、即ち、特定の条件下、例えば、同一方向および、好ましくは、同一距離から接近されなければならない。これは、表に記録され、その関節機構が新たな位置に移動されるごとに手動的、または電気的に使用される固定時の各位置を読み出す絶対電圧を与えるだろう。この表は、あなたが位置を探査するごとに更新され得る。代替的に、同一の条件下である位置へのその後の移動では、信号または測定値が得られる。測定値および記録された測定値相互間の差がある場合、その関節機構は、その測定値が記録された測定値に一致するまで移動される。

記録された、即ち、表の測定値と現在の、即ち、表示の測定値との間の如何なる差も、警告され得る。好ましくは、その差は、表の測定値と実際の測定値との間の差が、ある量、または値に到達した場合だけ、即ち、ポテンショメーターのドリフトが容認できない量に到達した場合、警告される。

関節機構が、記録された位置相互間にある位置へ移動される場合、その記録された位置は、補間（内挿）される。その記録された位置は、例えば、１°または５°離れている。明らかに、移動条件が変更される場合、新たな表が必要とされる。

関節機構が固定される場合、受信された電圧信号が、期待される結果と一致しない場合、それから、これが、操作者に対し警告可能とされ、その装置が試験される。

エンコーダーの場合、同一の方法が使用される。関節機構の各位置が、同一の条件下で調べられ、正確な位置の計数が記録される。これらの位置の計数は、少しして、この位置に戻される場合、その後、使用される。

図７は、関節機構が新たな位置に移動される場合、実行される工程を示す流れ図３００である。まず第１に、関節機構がアンロック、即ち、解放される（３１０）。第１の目標位置が、新たな位置に値Ｘを加算したものとして設定される（３２０）。その関節機構は、この第１の目標位置に向けて移動される。その機構が第１の目標位置に到達した場合（３３０）、その目標位置は、変更され、新たな位置として設定される（３４０）。特定の条件下でその新たな位置への移動が行なわれる。その機構が新たな位置に到達した場合（３５０）（即ち、第２の目標位置）、その関節機構は、固定され、再拘束され、即ち、その位置で係合される（３６０）。

Ｘの値は、位置を設定するために使用される技術次第で例えば、３°、または、６６ｍＶを公称量として選択される。

コントローラーは、関節機構の移動を制御する。目標位置が達せられたどうかを確定するための一つの方法は、関節機構の現在の位置と目標位置とを比較する比較器を使用することである。差がない場合、運動は、停止され、または、一時停止される。

プローブの場合、関節機構における様々な位置は、代表的には、割り当てられた角度値である。この状況において、Ｘは、そのプローブが最初に時計回り方向、または反時計回り方向に移動されるかどうかにかかわらず一定値である。

他の状況において、関節機構の移動は、ある程度移動するようにしてもよい。この場合、その関節機構が新たな位置に移動する方向が、時計回り方向に設定される場合、それから、新たな位置に到達するまでの移動距離が円の１８０°未満である場合、Ｘは、機構が新たな位置に到達する前に機構が停止するように負の値であろう。新たな位置に到達するまでの横断が機構の１８０°以上である場合、時計回り方向の移動が、負の値としてのＸをもってなされるか、あるいは、より短い反時計回り方向の操作がなされる。しかしながら、この状況において、Ｘは、正の値であり、従って、その機構が、移動し新たな位置を通過し、戻り、時計回り方向に移動するだろう。

関節機構がプローブを移動させるように使用される場合、移動を制御するコントローラー（図１、図１１）は、プローブ内、または、別個のコントローラーユニット内に配置されてもよい。

この例において、本発明の使用は、１軸だけに関し説明されている。実際は、図１および図６について説明する例に関しては、本発明は、２軸において同時に行なわれる。

更なる実施例において、本発明は、関節装置に関し拘束の一部として、即ち、係合処置として実行可能とされる。この実施例において、関節装置は、新たな位置、即ち、所望の位置まで移動され、それから、装置の再係合の以前に、固定工程の間、その装置の二つの部品相互間の相対的な移動が、隣接した位置についてまたは新たな位置に戻って起きる。従って、機構３１０を解放後、初期の目標位置は、新たな位置として設定される（３０２）。関節機構は、この初期の目標位置に向けて移動される。その機構がその初期の目標位置に到達した場合、目標位置は、変更され（３０４）、新たな位置に値Ｘを加算した第１の目標位置として設定される（３２０）。それから、その手順は、上述のように続行する。

図８は、試料が配され得るベース４０２と、測定用プローブ４０６を支持しそのベースに対するプローブのＸ，Ｙ，Ｚ方向への移動が可能であるガントリー４０４とを含む三次元座標測定機（ＣＭＭ）４００を示す。

ＣＭＭ４００は、ベース４０２上に位置している回転テーブル４１０を備えている。回転テーブル４１０は、非係合状態の場合、モーター４１４からの動力を使って相対的に回転可能とされ、プローブ４０６に対して回転テーブル上に配される試料４１２を回転させることができる二つの部品４１０ａ，４１０ｂを有する関節機構である。回転テーブル４１０は、例えば、噛合う歯を含むヒルトカップリング（Ｈｉｒｔｈ ｃｏｕｐｌｉｎｇ）である。

この明細書全体にわたって、測定装置は、三次元座標測定機、工作機械、旋盤、測定器、手動式三次元座標測定用アーム、非デカルト機構、他の平行運動学的機械（三脚、および、六脚）、ロボット、例えば、作業検査ロボット、および、単軸機械のような機械を含む。

Claims (5)

1. 位置誤差の影響下にある複数の画定された各割り出し位置において相対的に移動可能である二つの物体と、前記物体ごとに一組で、二組の移動止め部品であって、前記二つの物体を前記画定された割り出し位置で固定するために互いに係合され、前記二つの物体がアンロックされた場合、解放される移動止め部品と、該二つの物体の相対位置を測定する手段であって、位置誤差のために各割り出し位置で信号の値の範囲にある信号の値を示す測定する手段と、を含み、測定装置用関節機構を位置決めする方法において、
   前記複数の割り出し位置それぞれに、前記関節機構を移動させ、
   互いに係合された前記移動止め部品により各割り出し位置に前記二つの物体を固定し、
   二つの物体が各割り出し位置で固定される間、各割り出し位置で、前記信号の値の範囲内で前記相対位置を示す信号の値を各割り出し位置について記録し、
   前記記録された信号の値により、割り出し位置への次の移動の間、前記相対位置を示す信号の値が前記測定する手段から得られ、該信号が前記対応する記録された信号の値と比較され、前記関節機構は、該示される信号が該記録された信号の値に一致するまで移動されることを可能にする方法。
2. 前記複数の画定された割り出し位置について前記記録された複数の信号の値は、表に記
   録される請求項１記載の方法。
3. 測定用プローブを移動するための装置において、
   位置誤差の影響下にある複数の画定された各割り出し位置に、相対的に移動可能な二つの物体を有する関節機構と、
   前記物体ごとに一組で、二組の移動止め部品であって、前記二つの物体を前記画定された割り出し位置で固定するために互いに係合され、前記二つの物体がアンロックされた場合、解放される移動止め部品と、該二つの物体の相対位置を測定する手段であって、位置誤差のために各割り出し位置で信号の値の範囲にある信号の値を示す測定する手段と、
   前記測定する手段からの現在の前記二つの物体の相対位置と所望の位置を示す記録された信号の値とを比較するための比較器を含むコントローラーであって、前記関節機構を前記所望の位置に移動させるコントローラーと、を含み、
   互いに係合された前記移動止め部品により各割り出し位置に前記二つの物体が固定される間、各信号の値が、前記複数の画定された割り出し位置のそれぞれについて記録され、
   各記録された信号の値は、対応する割り出し位置で前記相対位置を示し、前記信号の値の範囲内にある装置。
4. 前記複数の画定された割り出し位置それぞれについての記録された複数の信号の値は、
   表に記録される請求項３記載の装置。
5. 請求項３または請求項４に記載の装置を含む測定機。

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