JP6122512B2 - 切り離されたロケータカップリングを有する測定機のプローブ展開機構 - Google Patents

Description

本発明は、一般的には座標測定機(coordinate measuring machines)に用いられる接触プローブ(touch probes)に関し、より具体的には、展開（deployed）、後退(retracted)、および再展開が可能で、再現性に優れた測定が可能なコンパクト設計の接触プローブに関する。

座標測定機の接触プローブは、測定機の座標軸を基準とした検査対象物上の連続した点を測定するために、検査対象物との接触点を提供する。典型的には、プローブを検査対象物に対して相対的に移動させることによって、検査対象物の検査表面上の異なる点が測定される。この相対移動は、プローブを動かす、検査対象物を動かす、あるいは両者を動かすことによって実現される。典型的には、異なる接触点におけるプローブの位置を記録するために、座標軸に沿った動きあるいは座標軸周りの動きが測定される。

この種の座標測定機は、非使用時にプローブを後退させる機構を装備することができる。例えば、プローブを後退させて隙間を提供することができる。この隙間があれば、検査対象物を取り除いたり、新しい検査対象物を設置したり、同じ検査対象物の異なる部分を測定するためにプローブの位置を変更することができる。加えて、他のタイプの測定を行うためにプローブを後退させることができる。例えば、光学画像測定機と座標測定機とを結合した複合測定機内で、検査対象物に関する点ごとのデータに加えて面データを収集するために、光学的測定を行う場合である。

Lawson等の米国特許第８，３１６，７２８号には、後退可能なプローブの例が記載されている。この米国特許は参照により本願に組み込まれる。プローブを後退および延出させるための展開機構は送りねじを含む。この送りねじは、プローブを動かして、キネマティックマウントと係合させたり係合を解除する。キネマティックマウントはプローブを位置決めするように設計されているが、後退機構が与える力によって、プローブが展開の度に厳密に同じ位置に着座することが妨げられる可能性がある。送りねじの長さ全体に作用する比較的小さな横方向の力が、キネマティックマウントにおいて非対称な力の分散をもたらす可能性があり、これがマウント上におけるプロ―ブの正確な着座に影響を及ぼす可能性がある。

座標測定機の展開可能なプロ―ブ機構として好ましい１つ以上の実施形態に開示された本発明は、アクチュエータ本体と、後退可能なプローブと、このプローブを展開位置でアクチュエータ本体に連結するロケータカップリングと、プローブに解放可能に連結された駆動部とを含む。この駆動部はプローブを展開位置へと延出させる。この展開位置では、駆動部がプローブから動力学的に切り離される（kinetically isolated）ようになっている。アクチュエータ本体は、好ましくは、プローブの移動を単一の軸に限定するためのガイドベアリングを含む。しかしガイドベアリングは、展開位置のプローブから係合解除可能であり、これにより、ロケータカップリングをプローブのガイド手段から切り離すことができる。好ましくは、上記展開位置で、磁気クランプがロケータカップリングを一緒に（１つにまとめて；together）固定し、プローブとアクチュエータ本体との機械的接続をロケータカップリングだけに限定する。ロケータカップリングを、駆動部およびガイド手段からのあらゆる動力学的影響、および一切のさらなる機械的拘束から切り離すことにより、プローブを再展開する際の測定の正確性および再現性の向上がもたらされる。

好ましくは、プローブは、垂直軸に沿って、後退位置と延出（展開）位置との間を変位可能であり、駆動部は張力により、垂直軸に沿う様々な位置のプローブを、アクチュエータ本体から吊り下げる。好ましくは、重力のような付勢力によりプローブが延出位置に向けて付勢される。駆動部は、プローブに上記付勢力に対抗する力を付与し、これにより、プローブが延出位置と後退位置との間を変位する速度を制御する。好ましくは、駆動部は、駆動部とプローブとの間の張力を解放するために、延出位置でオーバードライブ(overdrive)される。例えば、駆動部は、第一方向に第一距離だけ駆動され、プローブが後退位置から延出位置に変位することを許容するように構成することができる。この延出位置で、ロケータカップリングが係合され、プローブが第一方向にさらに変位することを妨げる。そして、駆動部は、プローブの延出位置で、第一方向に第二距離だけオーバードライブされる。これにより、駆動部をプローブから解放する。そうでなければ、プローブが第一方向にさらに変位するのを許容してしまう。

ガイドベアリングをアクチュエータ本体に連結し、プローブの移動を、延出位置と後退位置との間の移動範囲の第一部分にわたり、単一の垂直軸に制限することができる。一方、上記延出位置でガイドベアリングとプローブの係合を解除し、プローブをガイドベアリングから動力学的に切り離すことができる。例えば、ガイドベアリングをプローブの外周に係合するように構成する。プローブは延出位置でガイドベアリングから係合解除できるように狭幅部を含んでいてもよい。

ロケータカップリングを一緒に（１つにまとめて）保持するための磁気クランプは、垂直軸に沿うクランプ力を働かせるために、ロケータカップリングに隣接して配置することができる。磁気クランプは、プローブに連結された第一磁極片と、アクチュエータ本体に連結された第二極片とを含むことができる。第一極片と第二極片の少なくとも一方が磁石を含んでいる。好ましくは、これら極片の一方が永久磁石を有し、他方が強磁性材料から成っている。好ましくは、第一極片と第二極片は、プローブが延出位置にある時、間隙を介して離間しており、この間隙を横切る磁気クランプ力により、ロケータカップリングを一緒に（１つにまとめて）締め付ける（クランプする）。

本発明の目的に適合した座標測定機の概略図である。

図１の座標測定機のプローブ展開機構を示す側面図である。

上記プローブ展開機構のケーブル駆動部の平断面図であって、図２の３−３線に沿う平断面図である。

クランプの底面図であり、このクランプは、上記ケーブル駆動部をアクチュエータ本体に連結するとともに、ロケータカップリングの上側接合部を提供する。

上記ロケータカップリングの拡大側面図である。

他のプローブ展開機構の側面図であり、延出位置にある時の状態を示す。 同プローブ展開機構の側面図であり、後退位置にある時の状態を示す。

当該他のプローブ展開機構のプローブホルダとロケータカップリングの拡大側断面図であり、係合位置にある時の状態を示す。 同ロケータカップリングの拡大側断面図であり、非係合位置にある時の状態を示す。

上記ロケータカップリングの上側接合部の底面図である。

ロックナットと、上記ロケータカップリングの下側接合部の上に位置する上記ロケータカップリングの上側接合部とを示す平面図である。この下側接合部は断面で示すアクチュエータ本体の支柱に固定されている。

図６Ａ、図６Ｂに示す上記プローブ展開機構の他の側面図であり、プローブを回転方向に安定させるためのガイドスロットを示す。

プローブを昇降させるための別の駆動部である、はしご型駆動部の駆動機構の側面図である。 同はしご型駆動部の駆動機構の側断面図である。

プローブを昇降させるための別の駆動部である、ロッド駆動部の駆動機構の側面図である。 同ロッド駆動部の駆動機構の側断面図である。

図１は座標測定機１０を示す。この座標測定機１０は、測定プローブ１４を用いて検査対象物１２を測定するために、記録可能な相対運動の複数の座標軸を含む。オーバーヘッドキャリッジ１６は、１つまたはそれ以上の相対運動の軸に沿って横断するように構成されている。プローブ１４を後退位置と延出位置との間で変位させるためのプローブ展開機構２０（図２参照）のアクチュエータ本体１８は、上記オーバーヘッドキャリッジ１６から下方に突出している。図１に示すプローブ１４は、延出位置（別称「展開位置」）にあり、検査対象物の表面２２に沿う連続した計測点を収集するために、検査対象物１２の表面２２と接している。

図２に示すプローブ展開機構２０はオーバーヘッドケーブル駆動部２４を含む。このケーブル駆動部２４は、プローブ１４を、アクチュエータ本体１８の垂直軸３６上で後退位置と延出位置との間を移動させる。ケーブル駆動部２４は、図３に詳細に示すように駆動モータ２６を含み、このモータ２６の駆動軸２８には駆動プーリ３０が連結され、駆動プーリ３０と従動プーリ３４との間に駆動ケーブル３２が係合されている。２つのプーリ３０、３４の間に捕捉された駆動ケーブル３２は、駆動モータ２６を一方向または他方向に回転させることによって、垂直軸３６に沿って上下方向に移動する。このように、ケーブル駆動部２４は、回転―直線運動コンバータ（回転を直線運動に変換する手段）を組み込んでいる。

アクチュエータ本体１８の上部４０より上方において、中空柱３８（図２参照）が、駆動モータ２６と回転―直線運動コンバータに接続しており、アクチュエータ本体１８の上部４０の開口部を介して駆動ケーブル３２を案内している。駆動ケーブル３２は上記開口部を通って延びクランプ４４に係合している。このクランプ４４は、プローブ１４のプローブホルダ４６に固定されている。
アクチュエータ本体１８の下部４８は、１つまたはそれ以上の支柱５０（例えば、ピラー、アングルブラケット、または板）によって、アクチュエータ本体１８の上部４０と連結されている。アクチュエータ本体１８の下部４８はガイドベアリング５２を含む。このガイドベアリング５２は、プローブホルダ４６の移動を垂直軸３６に沿う上下方向の移動に制限する。
交換可能なプローブチップ５４が、センサカップリング５６を介してプローブホルダ４６に連結されている。このセンサカップリング５６は、プローブチップ５４の振れ（deflections）等の動きをモニタする。

上記プローブ１４は、駆動ケーブル３２の張力によって吊り下げられている。この張力が無ければ、プローブ１４は重力による付勢力により延出位置へ移動可能である。駆動モータ２６を回転させると、プローブ１４が、駆動ケーブル３２との接続を通して、垂直軸３６に沿って上下方向に移動する。例えば、駆動モータが一方向に回転すると、プローブ１４が、アクチュエータ本体１８の上部４０に向かって後退位置まで上昇し、駆動モータが他方向に回転すると、プローブ１４が、アクチュエータ本体１８の下部４８に向かって、延出位置まで下降する。

図４、図５に示すクランプ４４は、第一組の位置決め機構、すなわち３対のドエルピン６２（位置合わせ用ピン；dowel pins）を含む。この第一組の位置決め機構は、これと交接関係にある第二組の位置決め機構、すなわちアクチュエータ本体１８の下部４８に支持された３つの半球体６４と協働して、ロケータカップリング６０を構成する。プローブ１４の延出位置においては、ロケータカップリング６０は係合状態となり、アクチュエータ本体１８に対するプローブ１４のさらなる動きを規制し、アクチュエータ本体１８に対してプローブ１４を正確に位置付けする。

図５に最も良く示すように、ドエルピン６２は、クランプ４４に形成された溝６６内に把持され、ロケータカップリング６０の上側接合部を形成する。半球体６４はアクチュエータ本体１８の下部４８に固定されたねじ６６によって支持され、ロケータカップリング６０の下側接合部を形成する。３対のドエルピン６２と３つの半球体６４は、いずれも垂直軸３６の周りを等角度間隔１２０°で離間し、垂直軸３６から径方向に等距離の位置にある（図４参照）。ロケータカップリング６０は、プローブ１４の重量を受けて係合状態にある時、好ましくは、キネマティックカップリング（kinematic coupling）として機能し、プローブ１４とアクチュエータ本体１８との間の６次元の相対運動を全て制限する。これら６次元の相対運動とは、直交する３つの軸の周りの回転と、３つの直交する軸に沿う直線移動である。３対のドエルピン６２と３つの半球体６４は、異なる角度位置および径方向位置に配置して、所望の制限を提供することができる。また、ロケータカップリング６０の目的に従い、自由度の制限が少ない場合には、他のカップリング構成を用いても良い。

ロケータカップリング６０を一つにまとめて固定するために、磁気クランプ７０は、垂直方向にロケータカップリング６０をまたいで配置されている。この磁気クランプ７０は、プローブ１４に連結された第一組の磁極片７２と、アクチュエータ本体１８に連結された第二組の磁極片７４とを含む。磁極片７２と磁極片７４の少なくとも一方の組が一組の磁石によって構成され、磁極片７２と磁極片７４の他方の組が（それ自体が逆の極性の磁石でない場合）強磁性材料、その他の上記磁石に引き付けられる材料によって形成されている。好ましくは、磁極片の一方の組が永久磁石によって構成され、磁極片の他方の組が強磁性材料によって構成される。磁極片７２は、クランプ４４内に形成された凹部内に配置され各対のドエルピン６２のすぐ上に位置している。磁極片７４は、半球体６４のすぐ下の位置に示され、半球体６４と共にねじ６６によって支持されている。ドエルピン６２および半球体６４を、ドエルピン６２と半球体６４との間の磁気接触を提供するために磁気透過性材料で作ってもよい。あるいは、ドエルピン６２と半球体６４のどちらか１つ又は両方を磁気抵抗性材料（magnetically reluctant material）で作り、磁極片７２と磁極片７４との間に間隙を提供し、磁気クランプ力の強さを低減または調節してもよい。

プローブ１４を延出（展開）位置に移動させるために、ケーブル駆動部２４を重力と協働するように駆動して、プローブ１４をクランプ４４と一緒に降下させる。この降下は、ロケータカップリング６０を係合状態にするために、クランプ４４のドエルピン６２の各対がそれぞれアクチュエータ本体１８の下部４８の半球体６４と係合するまで、第一距離だけ実行される。プローブ１４が延出位置にある時、磁気クランプ７０は、プローブ１４をアクチュエータ本体１８に正確に結合するために、ロケータカップリング６０を一つにまとめて固定する。クランプ４４の外周の形状は、好ましくは、支柱５０と連係した形状を有しており、これにより、プローブ１４を垂直軸３６の周りにほぼ同じ角度位置に保持し、ドエルピン６２の各対と半球体６４とを同じ角度関係に維持して、ロケータカップリング６０の適切な係合を確保する。

プローブ１４が延出位置にある時、ケーブル駆動部２４のプローブ１４に対するさらなる影響を避けるために、ケーブル駆動部２４を同一方向に第二距離だけオーバードライブさせて、ケーブル駆動部２４をプローブ１４から効果的に解放することができる。好ましくは、駆動ケーブル３２は軽量かつフレキシブルで弾力性はわずかであり、ケーブル駆動部２４がオーバードライブした時、駆動ケーブル３２にたるみが形成されるようになっている。たるんでいる時、駆動ケーブル３２はもはや張力を受けず、動力学的（kinetically ）にプローブ１４から切り離される。

加えて、プローブホルダ４６は、好ましくは、クランプ４４の近傍で幅狭になっており、これにより、プローブ１４が延出位置にありロケータカップリング６０が係合している時に、プローブホルダ４６は、アクチュエータ本体１８の下部４８内のガイドベアリング５２との係合を解除されるようになっている。その結果、唯一残されたプローブ１４とアクチュエータ本体１８との物理的結合は、ロケータカップリング６０内だけとなる。

プローブ１４を後退させるために、ケーブル駆動部２４を反対方向に駆動して、たるみを解消する。これにより、磁気クランプ力に打ち勝ってロケータカップリング６０の係合状態を解除し、重力に抗してプローブ１４を後退位置にまで持ち上げることができる。このように、駆動ケーブル３２のたるみが解消されると駆動ケーブル３２に張力が作用し、ケーブル駆動部２４は、磁気クランプ力と重力の両者に打ち勝つ力を発揮して、プローブ１４を上昇させる。プローブが垂直方向に移動すると、プローブホルダ４６の残りの幅広部分がガイドベアリング５２と再度係合し、これによりプローブ１４が垂直軸３６と一致した中心位置に維持される。

図６Ａと図６Ｂは、他のプローブ展開機構８０を、延出（展開）位置および後退位置で示す。プローブ展開機構８０において、図１〜図５のプローブ展開機構２０と共通の構成要素については、同一の参照番号を付す。

プローブ１４を昇降させるためにケーブル駆動部を用いる代わりに、このプローブ展開機構８０においては、ねじ駆動部８２を用いる。ねじ駆動部８２は駆動モータ８４を含み、この駆動モータ８４は、送りねじ８６に連結された垂直の駆動軸（図示せず）を有する。アクチュエータ本体１８の上部４０の開口部は、送りねじ８６が上部４０を通って駆動ナット８８と係合するためのクリアランスを提供する。この駆動ナット８８はプローブホルダ９０内に捕捉されている。

図７Ａに明瞭に示すように、駆動ナット８８は、プローブホルダ９０の上部を貫くスロット９２内に捕捉されている。スロット９２は、駆動ナット８８の回転を制限しつつ、ある程度の回転クリアランスを含むような形状を有しており、駆動ナット８８がスロット９２内に緩く嵌っている。図９に示すように、駆動ナット８８とスロット９２は、いずれも略矩形をなし、回転を制限している。加えてスロット９２は、駆動ナット８８の厚さ（高さ）を超えた長さ（垂直軸３６に沿う長さ）を有し、駆動ナット８８とプローブホルダ９０との間の限られた量の直線移動を許容する。

プローブホルダ９０の長さの一部にはねじが付けられ、ロケータカップリング１００の上側カップリング要素９４と、ロックナット９６を受け取る。このロックナット９６は、上側カップリング要素９４をプローブホルダ９０沿う位置に固定するためのものである。上側カップリング要素９４は、プローブホルダ９０のねじに沿って、プローブホルダ９０沿いの新しい軸方向位置まで回動調節（上下調節）可能である。ロックナット９６を締め付けて、上側カップリング要素９４をプローブホルダ９０に固定することができる。プローブホルダ９０沿いの上側カップリング要素９４の軸方向位置は、プローブ１４が展開（延出）位置にある時、プローブ１４のアクチュエータ本体１８からの延出長さをコントロールする。

ロケータカップリング１００の下側カップリング要素９８は、アクチュエータ本体１８の下部４８に支持されている。前述の実施例と同様に、アクチュエータ本体１８の下部４８はガイドベアリング５２を含む。このガイドベアリング５２は、プローブホルダ９０の移動行程の下側部分を除く全ての移動行程にわたり、プローブホルダ９０をセンタリングし、垂直軸３６に一致させる。例えば、図７Ｂに示すように、プローブホルダ９０は、その長さの殆どの部分において、その直径がガイドベアリング５２と係合するように設定されている。

図８に示すように、上側カップリング要素９４はカプラー本体１０２を含む。このカプラー本体１０２は、垂直軸３６の周りに等角度間隔で離間した、径方向に延びる３つのＶ字形スロット１０４を有している。下側カップリング要素９８は、同様に等角度間隔で離間した３つのツーリングボール１０６（tooling balls）を含み、これらのツーリングボール１０６は、垂直軸３６から径方向に等距離の位置に配置されている。ツーリングボール１０６は、一体をなすステム１０８を含む。このステム１０８は、アクチュエータ本体１８の下部４８に埋め込まれている。プローブ１４が延出位置にある時、３つのＶ字形スロット１０４が３つのツーリングボール１０６に接し、ロケータカップリング１００が係合状態となる。

磁気クランプ１１０は、上側磁極片１１２と下側磁極片１１４とを含んでいる。上側磁極片１１２は、上側カップリング要素９４に隣接した位置でプローブホルダ９０に支持されている。下側磁極片１１４は、下側カップリング要素９８に隣接した位置でアクチュエータ本体１８の下部４８内に埋め込まれている。磁極片１１２と磁極片１１４の少なくとも一方は好ましくは磁石であり、磁極片１１２と磁極片１１４の他方は、それ自体が磁石でない場合は、強磁性材料、その他の上記磁石に引き付けられる材料によって形成されている。磁極片１１２と磁極片１１４の両方を磁石で構成することは、一般的にはあまり好ましくない。何故なら、２つの磁石の磁極がそれぞれに好ましい軸アライメント位置を有することが考えられ、それは上側カップリング要素９４と下側カップリング要素９８が着座している位置と異なる可能性があるからである。したがって、ロケータカップリング１００への外部の力を低減させるという目的のためには、好ましくは、磁極片１１２、１１４の一方が永久磁石によって形成され、磁極片１１２、１１４の他方が強磁性材料によって形成される。

図７Ａに示すように、ロケータカップリング１００が係合位置にある時、磁極片１１２、１１４は、垂直軸に沿って離間しており、その間隙の間に磁極片１１２と磁極片１１４との間の磁力が作用して、上側カップリング要素９４と下側カップリング要素９８とを一緒にクランプする。磁極片１１２、１１４は、垂直軸３６の方向にクランプ力を発揮するような形状になされている。このクランプ力は、ロケータカップリング１００にかかる負荷が均一になるように、Ｖ字形スロット１０４とツーリングボール１０６との間の３つの係合箇所間でバランスが取られている。

磁気クランプ力の大きさは、上側磁極片１１２の軸方向位置をプローブホルダ９０の長さ方向に調節することにより、変更可能である。例えば、上側磁極片１１２をプローブホルダ９０に螺合する（上側カップリング要素９４およびロックナット９６と同様）。そして、上側磁極片１１２をプローブホルダ９０のねじに沿って回動調節（上下に調節）し、プローブホルダ９０沿いの新しい軸方向位置にすることができる。上側磁極片１１２を貫通してプローブホルダ９０と係合する位置決めねじを用いて、上側磁極片１１２をプローブホルダ９０沿いに位置決めして固定することもできる。上側磁極片１１２のプローブホルダ９０に沿った軸位置の調節は、ロケータカップリング１００が係合位置にある時の新しい間隙（上側磁極片１１２と下側磁極片１１４との間の垂直軸３６沿いの間隙）を設定する。この間隙を広げることによって、上側カップリング要素９４と下側カップリング要素９８との間を横切る磁気クランプ力を小さくすることができ、間隙を狭めることによって、磁気クランプ力を大きくすることができる。好ましくは、予期される使用の工程において、ロケータカップリング１００を締め付け過ぎたり歪めたりすることなく、しかもプローブ１４をアクチュエータ本体１８に対して正確な位置に保持するための十分なクランプ力を提供できるように、クランプ力を調節する。

プローブ１４を展開位置から後退させるために、プローブ展開機構８０の駆動モータ８４を駆動して、送りねじ８６を回転させる。駆動ナット８８は、その回転がプローブホルダ９０の上部にあるスロット９２によって制限されているため、スロット９２の長手方向に沿って垂直方向に移動し、スロット９２の上端１１６と接する。駆動ナット８８はスロット９２の上端１１６と係合しているにも拘わらず、送りねじ８６をさらに回転させると、垂直方向の移動を続けてプローブホルダ９０を持ち上げ、それによって、ロケータカップリング１００を係合解除状態にする。初めに、駆動モータ８４は十分なトルクを与え、これにより、磁気クランプ力とプローブ１４の全質量に作用する重力の両方を越えるのに十分な張力を、送りねじ８６に与える。送りねじ８６をさらに回転させると、プローブ１４が重力に逆らって、後退位置まで持ち上げられる。この後退位置では、図６Ｂに示すように、ロックナット９６がアクチュエータ本体１８の上部４０に隣接する。アクチュエータ本体１８の上部４０のクリアランス開口部は、プローブ１４が後退できる距離を最大化するために、ロックナット９６までのプローブホルダ９０の上部を収容できる寸法になっている。

プローブ１４を後退位置から延出させるために、駆動モータ８４を反対方向に回転させる。プローブ１４が下降する下降速度は、駆動モータ８４が回転する速度によって制御されている。プローブホルダ９０は、プローブ１４の垂直姿勢を維持するために、ガイドベアリング５２と係合しているが、プローブは重力により下降する。送りねじ８６と駆動ナット８８との間の螺合は維持され、重力がプローブ１４にもたらす下降速度を遅くする。このように、下降の間、駆動ナット８８はスロット９２の上端１１６との接触状態を維持する。

ロケータカップリング１００の上側カップリング要素９４が下側カップリング要素９８に近づくと、プローブホルダ９０はガイドベアリング５２から解放され、上側カップリング要素９４が下側カップリング要素９８に着座するまで、磁気クランプ１１０による送りねじ８６への張力が強められる。

ねじ駆動部８２とプローブホルダ９０との係合を解除するために、ねじ駆動部８２を下降方向にオーバードライブさせる。それにより、駆動ナット８８が、プローブホルダ９０のスロット９２の上端１１６との係合を解除される方向に移動して、図７Ａに示すようにスロット９２の長手方向のほぼ中央の位置まで移動する。上記のプローブホルダ９０との係合を解除する方向への駆動ナット８８のさらなる移動により、送りねじ８６は、これまでプローブ１４に作用する重力によって与えられていた一切の張力から解放される。駆動ナット８８への螺合によって与えられていた一切のトルクも同様に解消される。このように、延出（展開）位置において、ガイドベアリング５２とねじ駆動部８２が両方ともプローブホルダ９０との係合を解除されると、ロケータカップリング１００でのプローブホルダ９０とアクチュエータ本体１８との間の結合が、動力学的に孤立する（他から切り離される）。

図１０を参照すると、上側カップリング要素９４と下側カップリング要素９８の相対的な回転方向の位置（姿勢；orientation）は、プローブの移動行程の長さに沿って維持される。この維持は、アクチュエータ本体１８の支柱５０に形成されたガイドスロット１２２と、上側カップリング要素９４から延びるガイドピン１２４または他のプローブ１４の構成要素による。上記プローブ１４の移動行程のほとんどの期間において、ガイドピン１２４の外周がガイドスロット１２２と係合し、垂直軸３６を中心とするプローブ１４の回転を抑制する。しかし、ガイドベアリング５２と同様に、好ましくは、このガイドピン１２４は、プローブ１４が延出位置にある時にはガイドスロット１２２と非係合となり、ロケータカップリング１００を更なる物理的抑制から切り離す。例えば、延出位置において、ガイドスロット１２２の幅を拡げることができる。

プローブ１４を昇降させるために使用できる、別の駆動部を図１１Ａと図１１Ｂに示す。ここに示す駆動部は、はしご型駆動部１３０（laddered drive）であり、はめば歯車１３２（cog wheel）の形態をとる駆動歯（drive cog）を回転させる駆動モータ（図示せず）を含む。このはめば歯車１３２は、はしご状ロープ１３４と係合し、このはしご状ロープを昇降させる。スエージングされてプローブ１４の頂部にはめ込まれたシリンダ１３６が、円筒プラグ１３８を収容している。この円筒プラグ１３８は、スエージングされたシリンダ１３６の頂部の開口部を通るはしご状ロープ１３４から、吊り下げられている。このプラグ１３８は、プローブ１４に作用する重力又ははしご状ロープ１３４によって与えられる張力によって、シリンダ１３６の頂部と係合される。この係合がなければ、プラグ１３８は自由に回転可能かつ垂直軸３６に沿って移動可能である。プローブ１４がロケータカップリング１００の係合によって延出位置に収まると、はしご型駆動部１３０をオーバードライブして、プラグ１３８をさらに下降させ、それによって、プラグ１３８とプローブ１４に取り付けられたシリンダ１３６との係合を解除することができる。

プローブ１４を昇降させるために使用できる、さらに別の駆動部を図１２Ａと図１２Ｂに示す。ここに示す駆動部は、ロッド駆動部１４０であり、駆動プーリ１４２を回転させる駆動モータ（図示せず）を含む。駆動プーリ１４２と従動プーリ１４６との間に摩擦係合された駆動ロッド１４４が、モータと駆動プーリ１４２の回転により昇降する。はしご型駆動部１３０と同様に、スエージングされてプローブ１４の頂部にはめ込まれたシリンダ１４８が、球形プラグ１５０を収容する。この球形プラグ１５０は、スエージングされたシリンダ１４８の頂部の開口部を通る駆動ロッド１４４から、吊り下げられている。この球形プラグ１５０は、プローブ１４に作用する重力または駆動ロッド１４４によって与えられる張力によって、シリンダ１４８の頂部と係合される。この係合がなければ、球形プラグ１５０は自由に回転可能かつ垂直軸３６に沿って移動可能である。プローブ１４がロケータカップリング１００の係合によって延出位置に収まると、ロッド駆動部１４０をオーバードライブして、プラグ１５０をさらに下降させ、それによって、プラグ１５０とプローブ１４に取り付けられたシリンダ１４８との係合を解除することができる。

このように、駆動部がプローブ１４を昇降させる方法の如何によらず、プローブ１４が展開（延出）位置にある時、ロケータカップリング６０、１００は駆動部２４、８２、１３０、１４０から動力学的に切り離される。さらに好ましくは、プローブ１４が展開（延出）位置にある時、ロケータカップリング６０、１００は、ガイド５２、１２２から動力学的に切り離される。ガイド５２、１２２は、プローブ１４が延出位置と後退位置との間を移動する行程の残りの長さにわたって、プローブ１４を、垂直軸３６と一致しかつ垂直軸３６の周りの所定の回動位置に維持する。好ましくは、磁気クランプ７０、１１０による予荷重（preload）を伴うロケータカップリング６０、１００だけが、プローブ１４をアクチュエータ本体１８に結合し、これにより、プローブ１４による測定の再現性を高めることができる。

２つの好ましい実施形態に関して詳細に述べてきたが、当業者は、開示された本発明によって教示された改良が、様々な装置および部材の構成を用いて、本発明の教示内容全般から逸脱することなく、実施できることを理解しよう。

Claims (29)

1. 座標測定機のためのプローブの展開機構であって、
   測定機と接続するようになされたアクチュエータ本体と、
   上記アクチュエータ本体に対して延出位置と後退位置との間を移動可能なプローブと、
   上記プローブが上記延出位置にある時、上記アクチュエータ本体に対する上記プローブの動きを制限するために係合可能なロケータカップリングと、
   上記プローブを上記延出位置と上記後退位置との間で移動させるために上記プローブに解放可能に連結された駆動部であって、上記延出位置において、上記プローブから動力学的に切り離される駆動部と、
   を備え、
   上記駆動部が第一方向へ第一距離だけ駆動され、これにより上記プローブが上記後退位置から上記延出位置へ移動するのを許容し、この延出位置において上記ロケータカップリングが係合して、上記プローブが上記第一方向へ更に移動することを妨げ、
   上記プローブが上記延出位置にある時、上記駆動部は上記第一方向へ第二距離だけオーバードライブされ、このオーバードライブによって、上記駆動部が上記プローブから解放されることを特徴とする展開機構。
2. 付勢力が上記プローブを上記延出位置へ付勢し、上記プローブが上記延出位置と上記後退位置との間を移動する速度を制御するために、上記駆動部が上記プローブに、上記付勢力に対抗する力を与えることを特徴とする、請求項１に記載の展開機構。
3. 上記ロケータカップリングが上記プローブに取り付けられた第一カップリング要素と、上記アクチュエータ本体に取り付けられた第二カップリング要素とを含み、上記プローブが上記延出位置にある時、上記付勢力により上記第一カップリング要素と上記第二カップリング要素とが一緒になることを特徴とする、請求項２に記載の展開機構。
4. 上記プローブが上記延出位置にある時、上記付勢力に対抗または寄与することを避けるために、上記駆動部が上記プローブから解放可能であることを特徴とする、請求項２に記載の展開機構。
5. 上記ロケータカップリングが、上記プローブに連結された第一接合カップリング要素と、上記アクチュエータ本体に連結された第二接合カップリング要素とを含み、
   さらに、上記第一接合カップリング要素と上記第二接合カップリング要素とを一緒に保持する磁気クランプを備えたことを特徴とする、請求項１に記載の展開機構。
6. 上記磁気クランプが上記プローブに連結された第一磁極片と、上記アクチュエータ本体に連結された第二磁極片とを含み、上記第一磁極片と上記第二磁極片の一方が磁石から成り、他方が強磁性材料から成ることを特徴とする、請求項５に記載の展開機構。
7. 上記プローブが上記延出位置にある時、上記第一磁極片と上記第二磁極片が間隙を隔てて離間し、この間隙を横切る磁気クランプ力を付与し、これにより、上記第一接合カップリング要素と上記第二接合カップリング要素とを一緒に締め付けることを特徴とする、請求項６に記載の展開機構。
8. 上記第一磁極片と上記プローブとの連結と、上記第二磁極片と上記アクチュエータ本体との連結の、少なくとも一方が調節可能であり、これにより、上記延出位置での上記第一磁極片と上記第二磁極片との間の間隙を変え、上記第一接合カップリング要素と上記第二接合カップリング要素との間の磁気クランプ力を調整することができることを特徴とする、請求項７に記載の展開機構。
9. 上記駆動部が、上記ロケータカップリングの係合を解除するために磁気クランプ力に打ち勝つことを提供することを特徴とする、請求項７に記載の展開機構。
10. さらに、上記アクチュエータ本体に接続されたガイドベアリングを備え、このガイドベアリングは、延出位置と後退位置との間の移動範囲の第一部分にわたって、上記プローブの移動を単一の軸線に制限し、上記延出位置では、上記プローブとの係合を解除し、これにより、上記プローブを上記ガイドベアリングから動力学的に切り離すことを特徴とする、請求項１に記載の展開機構。
11. 上記ガイドベアリングが上記プローブの外周に係合し、上記プローブが、上記延出位置で上記ガイドベアリングから係合解除されるための狭幅部を含むことを特徴とする、請求項１０に記載の展開機構。
12. さらに、上記プローブに連結されたガイドピンと、上記アクチュエータ本体に形成されたガイドスロットとを備え、
    上記ガイドスロットは、上記ガイドピンを収容することにより、延出位置と後退位置との間の移動範囲の第一部分にわたって上記プローブの回転を制限し、上記延出位置では、上記ガイドピンとの係合を解除して、上記プローブを上記ガイドスロットから動力学的に切り離すことを特徴とする、請求項１に記載の展開機構。
13. 上記ガイドスロットが上記ガイドピンの外周に係合し、上記ガイドスロットが、上記延出位置で上記ガイドピンとの係合を解除するための拡幅部を含むことを特徴とする、請求項１２に記載の展開機構。
14. 上記駆動部がねじ駆動部を含み、このねじ駆動部が、モータと、このモータによって回転される送りねじと、この送りねじに螺合され上記プローブと解放可能に係合される駆動ナットと、を備えたことを特徴とする、請求項１に記載の展開機構。
15. 上記駆動部がケーブル駆動部を含み、このケーブル駆動部が、モータと、このモータによって回転される駆動プーリと、この駆動プーリに係合され上記プローブに連結された駆動ケーブルと、を備えたことを特徴とする、請求項１に記載の展開機構。
16. 上記駆動部がはしご型駆動部を含み、このはしご型駆動部が、モータと、このモータによって回転される駆動歯と、上記駆動歯に係合され上記プローブと解放可能に係合されるはしご状ロープと、を備えたことを特徴とする、請求項１に記載の展開機構。
17. 上記駆動部がロッド駆動部を含み、このロッド駆動部が、モータと、このモータによって回転される駆動プーリと、この駆動プーリに係合され上記プローブと解放可能に係合されるロッドと、を備えたことを特徴とする、請求項１に記載の展開機構。
18. プローブ展開機構を有する座標測定機であって、
    検査対象物に対する相対的動きを記録できるようになされたアクチュエータ本体と、
    上記アクチュエータ本体に対して、延出位置と後退位置との間を移動可能なプローブと、
    上記プローブが上記延出位置にある時に、上記アクチュエータ本体に対する上記プローブの動きを制限するロケータカップリングと、
    上記プローブを上記延出位置と上記後退位置との間で移動させるために上記プローブに解放可能に連結された駆動部であって、上記延出位置で上記プローブから動力学的に切り離される駆動部と、
    を備え、
    上記プローブが垂直軸に沿って移動可能であり、上記駆動部は張力で、上記プローブを上記アクチュエータ本体から上記垂直軸に沿って吊り下げ、
    上記延出位置で、上記駆動部と上記プローブとの間の張力を解放するために、上記駆動部がオーバードライブされることを特徴とする座標測定機。
19. 上記駆動部が、回転モータと回転―直線運動コンバータとを含み、これにより、上記駆動部と上記プローブとの間に上記垂直軸に沿う張力を与えることを特徴とする、請求項１８に記載の座標測定機。
20. 上記プローブが上記駆動部から吊り下げられ、上記後退位置から上記延出位置への移動範囲の少なくとも一部分にわたる上記プローブの移動の過程で、上記駆動部と上記プローブとの間の張力が重力によって与えられることを特徴とする、請求項１８に記載の座標測定機。
21. さらに、上記ロケータカップリングに隣接して配置され、上記プローブの移動方向にクランプ力を与える磁気クランプを備え、
    上記磁気クランプは、上記プローブに連結された第一磁極片と、上記アクチュエータ本体に連結された第二磁極片とを含み、上記第一磁極片と上記第二磁極片の一方が磁石から成り、他方が強磁性材料から成ることを特徴とする、請求項１８に記載の座標測定機。
22. 上記プローブの上記延出位置で、上記第一磁極片と上記第二磁極片は間隙を隔てて離間し、この間隙を横切る磁気クランプ力によりロケータカップリングを一緒に締め付けることを特徴とする、請求項２１に記載の座標測定機。
23. さらに、上記アクチュエータ本体に接続されたガイドベアリングを備え、このガイドベアリングは、延出位置と後退位置との間の移動範囲の第一部分にわたって、上記プローブの移動を単一の垂直軸に制限し、上記延出位置では、上記プローブとの係合を解除し、上記プローブを上記ガイドベアリングから動力学的に切り離すことを特徴とする、請求項１８に記載の座標測定機。
24. 上記プローブは、プローブホルダと、検査対象物に接触するために上記プローブホルダに連結されたプローブチップとを含み、
    上記ガイドベアリングが上記プローブホルダの外周に係合し、上記プローブホルダが、上記延出位置で上記ガイドベアリングとの係合を解除するための狭幅部を含むことを特徴とする、請求項２３に記載の座標測定機。
25. さらに、上記プローブに連結されたガイドピンと、上記アクチュエータ本体に形成されたガイドスロットとを備え、
    上記ガイドスロットは、上記ガイドピンを収容することにより、延出位置と後退位置との間の移動範囲の第一部分にわたって上記プローブの回転を制限し、上記延出位置では、上記ガイドピンとの係合を解除して、上記プローブを上記ガイドスロットから動力学的に切り離すことを特徴とする、請求項１８に記載の座標測定機。
26. 上記ガイドスロットが上記ガイドピンの外周に係合し、上記ガイドスロットが、上記延出位置で上記ガイドピンとの係合を解除するための拡幅部を含むことを特徴とする、請求項２５に記載の座標測定機。
27. 座標測定機のためのプローブの展開機構であって、
    アクチュエータ本体と、
    上記アクチュエータ本体に対して延出位置とその上方の後退位置との間を垂直軸に沿って移動可能なプローブと、
    上記プローブが上記延出位置にある時、上記アクチュエータ本体に対する上記プローブの動きを制限するために係合可能なロケータカップリングと、
    上記プローブを上記延出位置と上記後退位置との間で移動させるために上記プローブに解放可能に連結された駆動部であって、上記延出位置において、上記プローブから動力学的に切り離される駆動部と、
    を備え、
    上記駆動部は、上記垂直軸に沿って延びるフレキシブルなケーブルと、上記プローブの上方において上記アクチュエータ本体に設置され上記ケーブルを上記垂直軸に沿って上下動させるモータ駆動部分とを有し、
    上記ケーブルの下端部に上記プローブが連結されることにより、上記プローブが上記ケーブルに吊り下げられており、
    上記プローブが上記延出位置にある時、上記モータ駆動部分がオーバードライブされると上記ケーブルがたるみ、これにより上記駆動部が上記プローブから解放されることを特徴とする展開機構。
28. 座標測定機のためのプローブの展開機構であって、
    アクチュエータ本体と、
    上記アクチュエータ本体に対して延出位置とその上方の後退位置との間を垂直軸に沿って移動可能なプローブと、
    上記プローブが上記延出位置にある時、上記アクチュエータ本体に対する上記プローブの動きを制限するために係合可能なロケータカップリングと、
    上記プローブを上記延出位置と上記後退位置との間で移動させるために上記プローブに解放可能に連結された駆動部であって、上記延出位置において、上記プローブから動力学的に切り離される駆動部と、
    を備え、
    上記駆動部は、上記垂直軸に沿って延びる細長い送りねじと、上記プローブの上方において上記アクチュエータ本体に設置され上記送りねじを回転させるモータ駆動部分と、上記送りねじの下端部に螺合された駆動ナットとを有し、
    上記プローブの上端部には、上記駆動ナットを受け入れてこの駆動ナットの回動を規制するとともに垂直方向の移動を許容するスロットが形成され、上記駆動ナットが上記スロットの上端に係止されることにより、上記プローブが上記送りねじに吊り下げられており、
    上記プローブが上記延出位置にある時、上記モータ駆動部分のオーバードライブにより上記送りねじが回転されると、上記駆動ナットが下方に移動して上記スロットの上端から離れ、これによって、上記駆動部が上記プローブから解放されることを特徴とする展開機構。
29. 座標測定機のためのプローブの展開機構であって、
    アクチュエータ本体と、
    上記アクチュエータ本体に対して延出位置とその上方の後退位置との間を垂直軸に沿って移動可能なプローブと、
    上記プローブが上記延出位置にある時、上記アクチュエータ本体に対する上記プローブの動きを制限するために係合可能なロケータカップリングと、
    上記プローブを上記延出位置と上記後退位置との間で移動させるために上記プローブに解放可能に連結された駆動部であって、上記延出位置において、上記プローブから動力学的に切り離される駆動部と、
    を備え、
    上記駆動部は、上記垂直軸に沿って延びる細長い吊り下げ部材と、上記プローブの上方において上記アクチュエータ本体に設置され上記吊り下げ部材を上記垂直軸に沿って上下動させるモータ駆動部分とを有し、
    上記吊り下げ部材の下端部が、上記プローブに形成された係止箇所に当たることにより、上記プローブが吊り下げられ、
    上記プローブが上記延出位置にある時、上記モータ駆動部分のオーバードライブにより上記吊り下げ部材が下方に移動すると、上記吊り下げ部材の下端部が上記係止箇所から離れ、これによって、上記駆動部が上記プローブから解放されることを特徴とする展開機構。

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