JP7065217B2 - 座標位置決め機械 - Google Patents

Description

本発明は、座標位置決め機械に関し、詳細には６脚座標位置決め機械などの非デカルト座標位置決め機械に関する。座標位置決め機械は、たとえば、座標測定機械（ＣＭＭ）および工作機械を含む。

添付の図の図１に概略的に示すように、非デカルト座標位置決め機械１は、通常、間に設けられた複数の伸縮式または伸長可能な脚部６によって支持され、互いに対して動かされる、第１および第２のステージまたはプラットフォーム２、４を備える。伸長可能な脚部６は、時に、支柱またはラムとも称され、６本のそのような伸長可能な脚部（図１に示すように）が存在する場合、この機械は一般的に６脚と呼ばれる。

伸長可能な脚部６は、通常、ボール継手８を介してプラットフォーム２、４に装着され、各脚部６は、その一方または両方の端部（図１に示すように）にそれ独自のボール継手８を有するか、またはボール継手８を一方または両方の端部にある隣接する脚部６と共有する。

第１のプラットフォームと第２のプラットフォーム２、４との間のさまざまな相対位置および向きは、図１の矢印７によって示すように、脚部６をさまざまな量で伸長させることによって達成することができる。いずれの場合の相対位置および向きも、複数の長さ測定トランスデューサ１０によって監視され、たとえば１つのトランスデューサは、各伸長可能な脚部６に関連付けられている。長さ測定トランスデューサは、読み取りヘッドと対にされたエンコーダスケールを備えることができる。

プラットフォーム２、４の一方は、通常、位置決め機械１の固定された構造体の一部として設けられ、プラットフォーム４、２の他方は、固定された構造体に対して動く５、３。構成要素（たとえばプローブまたは工具）を動くプラットフォームに装着し、工作物を固定された構造体に装着するか、またはその逆の形で装着して、工作物上で作業を実行することを可能にすることができる（たとえば座標測定機械の場合は測定、プロービング、もしくは走査、または工作機の場合は機械加工）。

たとえば、図１に示すように、下側プラットフォーム４は固定され、上側プラットフォーム２は可動であり、工作物１２は下側プラットフォーム４に装着され、プローブ構成要素１４は上側プラットフォーム２に装着されている。上側プラットフォーム２と下側プラットフォーム４の間には可動範囲９が画定され、プローブ構成要素１４は、伸縮可能な脚部６の作動によって可動範囲９内に位置決めされる。垂直矢印３が、運動を示すように示されているが、さまざまな脚部６の適切な制御により、当然ながらプラットフォーム２は、水平にも可動であり、傾斜可能とすることもできる。

あるいは、上側プラットフォーム２を固定し、下側プラットフォーム４を可動とすることができ、プローブは下側プラットフォーム４の下側表面に装着され、工作物はその下方の固定された構造体の一部に装着され、それにより、機械の可動範囲（または作動範囲）は、上側プラットフォーム２と下側プラットフォーム４との間ではなく、下側プラットフォーム４の下方にある。

さまざまなタイプの非デカルト座標位置決め機械は、特許文献１、特許文献２、特許文献３、特許文献４、特許文献５、特許文献６、特許文献７、特許文献８、特許文献９、特許文献１０、および特許文献１１により詳細に説明される。

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たとえば、特許文献１は、上記で説明した図１に示すものに原理的に類似する、６本の油圧式の伸長可能な脚部によってベースに取り付けられた上側の可動式プラットフォームを備える６脚工作機械を説明する。伸長可能な脚部は、ボール継手を介してベースおよび可動式プラットフォームに取り付けられる。伸長可能な脚部は油圧式であり、シリンダ内で可動であるピストンロッドを備える。脚部の伸長量は、磁気スケールをシリンダに、適切な読み取りヘッドをピストンロッドに装着することによって測定される。したがって、脚部の伸長は、スケールに読み取りヘッドを通過させ、それによって脚部の長さを測定することを可能にする。コンピュータ制御装置は、必要なプラットフォーム運動をもたらすために各脚部の長さを設定するように作用する。

あらゆる計量装置と同様に、位置精度および反復性が重要であり、非デカルト座標位置決め機械内の位置精度および反復性を向上させるために、さまざまな案がこれまで提案されてきている。

たとえば、特許文献８は、使用中に装置内に起こる負荷力が装置の計量要素内に歪みを導入することがあり、それによって位置の不正確性を招くことを認識している。したがって、特許文献８は、特許文献１に対する改良を説明しており、この文献では、位置測定装置には、推力フレームとは別個の計量フレームが設けられる。負荷支承構造体内に起こり得る負荷力は、それによって計量構造体まで進まず、したがって計量フレームの大きな歪みを防止し、それによって測定精度を劣化させないことを確実にする。負荷支承構造体の計量構造体からの分離は、６本の伸長可能な脚部の各々に適用され、この場合各脚部には、負荷支承外側構造体および計量内側構造体が設けられており、脚部の計量構造体は、負荷支承構造体から機械的に隔てられる。これは、特に特許文献８の図３から明らかである。

特許文献２は、各伸長可能な脚部の長さが干渉法によって（interferometrically）測定される、上記で説明した６脚装置の変形形態を説明する。

本発明の第１の態様によれば、非デカルト座標位置決め機械であって、構成要素を機械の可動範囲内に位置決めするための伸長可能な脚部アセンブリと、伸長可能な脚部アセンブリに関連付けられ、伸長可能な脚部アセンブリの所定部分に、可動範囲内の構成要素の同じ位置において重力に対して実質的に同じ向きをもたらすための拘束部材とを備える、非デカルト座標位置決め機械が、提供される。

構成要素は、測定プローブなどの計量構成要素または計量器具を備えることができる。所定部分は、伸長可能な脚部アセンブリの端部間の分離、または伸長可能な脚部アセンブリに関連付けられた何らかの他の長さを測定するために使用される計量要素などの計量要素を備えることができる。

計量要素の１つのそのような例は、エンコーダスケールである。計量要素がエンコーダスケールの場合、本発明の実施形態を使用して、エンコーダスケールは、エンコーダスケールを使用した計量測定に影響を与えやすい応力および緊張を受ける可能性がある伸長可能な脚部アセンブリの運動を防止するか、または少なくとも低減することができる。

エンコーダスケールの特有の例に関連する本発明の利点が、次により詳細に説明される。

さらに上記で説明したタイプの従来技術の６脚装置では、伸長可能な脚部は、通常、必要に応じて各脚部を伸長させ、後退させるように作用するピストンまたは電子駆動モータを備える。通常、各脚部はまた、脚部の伸長量を測定するためのいくつかの手段を備える。たとえば、上記で述べたように、特許文献１は、シリンダ内で可動であるピストンロッドを備える油圧式の伸長可能な脚部を説明する。脚部伸長量は、磁気スケールをシリンダに、適切な読み取りヘッドをピストンロッドに装着することによって測定される。脚部の伸長または後退は、したがって、スケールに読み取りヘッドを通過させ、それによって脚部の長さを決定することを可能にする。

本出願人は、特許文献１に説明するタイプの装置の重要な欠点を理解している。スケールはシリンダの外側表面に固着されているため、重力によるシリンダの曲がりは、スケールの歪みを引き起こしやすい。さらに、スケールの歪みの量およびタイプは、正確には、スケールがどこに、どの向きで固着されるかに依存する。

この問題は、添付の図の図２および３に示される。スケール１０が、図２Ａに示すように伸長可能な脚部６の上側表面に装着される場合、重力による曲がりが、上側表面（およびスケール）を収縮させ、これは図２Ｂに示される。スケールマーキングは、その結果、より密集し、長さの測定に誤差を招く（伸長可能な脚部の伸縮セクション間の相対運動量は、実際の場合より多く測定される）。

その代わりにスケール１０が、図３Ａに示すように伸長可能な脚部６の下側表面に装着される場合、重力による曲がりは、下側表面（およびスケール）を伸長させ、これは図３Ｂに示される。スケールマーキングは、その結果、より広い間隔になり、長さの測定に誤差を招く（伸長可能な脚部の伸縮セクション間の相対運動量は、実際の場合より少なく測定される）。

さらに悪いことに、エンコーダスケール１０の向きは、伸縮可能な脚部６を調整して、一方または両方のプラットフォーム２、４、それによって構成要素（たとえばプローブ１４）に可動範囲を動き回らせるときに変化する。

特許文献２に説明された課題は、部材の中心（中立軸）の下方で測定を行うことによっていくらかの重力影響を低減し、特許文献８は、負荷支承構造体を計量構造体から隔てることによって重力影響を低減するが、そのような装置は、複雑であり、実施に費用がかかる。

それとは対照的に、本発明を具体化した伸長可能な脚部アセンブリは、拘束部材を使用してエンコーダスケールの向きを拘束または制御することによって、上記の問題に対して相対的に簡単な安価な解決策を提供する。拘束部材は、エンコーダスケール（またはエンコーダスケールによって画定された平面）に、可動範囲内の構成要素のすべての位置において重力に対して実質的に同じ向きをもたらすために使用され得る。特に、拘束部材は、構成要素が可動範囲を動き回るときにエンコーダスケールを垂直平面内に保つように構成され得る。そのようにするとき、伸縮可能な脚部の曲がりによって引き起こされる問題は、克服されるか、または少なくとも大幅に低減される。これは、側部を向く表面が、上部にいくらかの拘束を、底部にいくらかの伸長を受け、中立軸はほとんど影響されないためである。エンコーダスケールは、この中立軸に沿って配置され得る。エンコーダスケールは有限領域を有し、中立軸の影響は受けないが、全体的な効果は中立である。これは、図３を参照して説明する問題を克服する。

上記で説明したシナリオでは、拘束部材は、所定部分（エンコーダスケールまたはエンコーダスケールの平面）に、重力に対して実質的に一定の向きをもたらすように配置される。しかし、本発明の他の実施形態では、所定部分は、必ずしも、可動範囲内の構成要素のすべての位置において重力に対して同じ（または固定されたまたは一定）の向きを有する必要がない。所定部分が同じ位置において重力に対して同じ向きを有することだけが必要とされる。

この点に関して、たとえば、座標位置決め機械が、座標測定機械としてではなく比較器として使用される場合、重力に対して変化する（ただし反復的な）向きは、有益である。比較器を用いて、一部分の測定値が、可動範囲における同じ位置および向きの基準部分の測定値と比較される。所定部分が同じ位置において重力に対して同じ向きを有することを確実にすることにより、図３を参照して上記で説明した重力影響は、可動範囲内のプローブの各位置に対して同じであり、比較（または差違）が加えられたとき、効果的に相殺する。

したがって、比較器の場合、重力に対するエンコーダスケールの向きが反復的であることは、重力に対するエンコーダスケールの向きが固定されていることより重要である。他方では、座標位置決め機械が座標測定機械である場合、絶対的な測定精度が重要であるため、所定部分（たとえばエンコーダスケール）の向きは、重力に対して固定される（たとえば重力と位置合わせされる）ことがより重要である。固定されるとき、この向きもまた、定義上、反復可能である。

したがって、本発明の実施形態における拘束部材の使用は、構成要素が位置から位置に可動範囲を動き回るとき、伸長可能な脚部アセンブリの所定部分（たとえばエンコーダスケール）は、各位置において反復可能である重力に対する向きを有することを確実にする。換言すれば、構成要素が第１の位置から第２の位置に動かされ、次いで第１の位置に戻される場合、所定部分は、実質的には、第２の位置に動く前後の両方における第１の位置では重力に対して同じ向きを有する。したがって、拘束部材は、構成要素が可動範囲を動き回るときの種々の時点で、所定部分が、構成要素の同じ位置において重力に対して実質的に同じ向きを有することを確実にする。

この向きは、所定部分、たとえば所定部分の平面状のまたは平面様の表面によって画定された平面のものであってよい。平面の向きは、好都合には、平面に対する法線によって画定され得る。この点において、平面は、（平面の位置を設定する）点および（平面の向きを設定する）法線ベクトルによって画定することができる。したがって、本明細書における記述、すなわち平面が重力に位置合わせされるということは、平面に対する法線が重力の方向に対して直角であるか、または重力に対して直角に、平面が配向される（その法線ベクトルが指す）ことに等しい。

本発明は、重力に対する向きが正確に固定されなくても、または正確に反復可能でなくても、一部の利点を提供することが理解されよう。構成要素の同じ位置への種々の訪問の場合に、向きのいくらかの相違を可能にすることができ、この場合、これらの相違は、関係する用途（たとえば測定精度が必要とされる）の場合受け入れ可能であるか、または許容可能である。換言すれば、拘束におけるいくらかの「あそび」または許容は、全般的に受け入れ可能とすることができる。同じ位置における重力に対する向きは、互いに１０％以内（パーセント表示された、（最大値－最小値）÷最小値）、より好ましくは互いの５％以内、より好ましくは互いの２％以内、より好ましくは互いの１％以内であることが好ましく、受け入れ可能であるものは、用途および必要とされる精度によって決まる。

本発明はまた、所定部分が、重力以外の基準方向、たとえば外部の重力場ではなく機械の所定の特徴によって定義された基準方向に対して実質的に同じ向きを有するように作製される場合にも適用可能であると理解されるであろう。たとえば、機械の所定の特徴は、支持またはフレーム部材などの、使用時に実質的に垂直に配向されるものである。または、システム上に作用する別の力が存在する場合、基準方向はこの力の方向でよい。たとえば、基準方向が実質的に水平である本発明の用途が存在してよい。

所定部分は、長さ測定デバイスなどの測定デバイス、またはその一部を備えることができる。所定部分は、測定場所において、機械の別の部分と相互作用（または共働）して、伸長可能な脚部アセンブリに関する測定値を提供し、または少なくともそのような測定値を導出することができる信号を提供することができる。所定部分および別の部分は、一緒になってトランスデューサを形成することができる。測定値は、伸長可能な脚部アセンブリの長さであってよく、またはこれに関連付けられてよい。そのような測定値を使用して、可動範囲内の構成要素の位置を決定することができる。所定部分は、スケールを備えることができ、別の部分はスケールリーダを備える。この別の部分は、伸縮可能な脚部アセンブリの一部であってよい。

伸長可能な脚部アセンブリは、これが長さを変化させるときに互いに対して動く第１の部材および第２の部材を備えることができる。たとえば、第１の部材および第２の部材は、互いの上をまたは互いを通りすぎて、たとえば伸縮式に摺動することができる。第１の部材および第２の部材は、一緒になって伸長可能な脚部アセンブリの細長い部材を形成することができる。伸長可能な脚部アセンブリの所定部分は、第１の部材上に設けられてよく（または第１の部材によって提供されてよく、または第１の部材の一部を形成することができ）、別の部分は、第２の部材上に設けられる（または第２の部材によって提供されるか、またはその一部を形成する）。

伸長可能な脚部アセンブリは、伸長可能な脚部アセンブリの端部（または継手）などにおいて少なくとも１つの支持体によって機械内に支持（または保持）され得る。伸長可能な脚部アセンブリは、機械の第１のプラットフォームと第２のプラットフォーム間に設けられてよく、第１のプラットフォームおよび第２のプラットフォームは、伸長可能な脚部アセンブリによって互いに対して配置される。構成要素は、第１のプラットフォームおよび第２のプラットフォームの一方に取り付けられ得る。第１のプラットフォームおよび第２のプラットフォームの一方は固定されてよく（静止状態）、構成要素は、第１のプラットフォームおよび第２のプラットフォームの他方に取り付けられている。動くプラットフォームの重量は、少なくとも部分的に（好ましくは実質的には完全に）平衡装置によって支持され得る。プラットフォームという用語は、あらゆるタイプの構造体を説明する幅広い用語であり、形態および形状に対していかなる限定も示唆することは意図しない。

測定場所は、そのまたは各支持体から離れるようにまたは分かれるように離間され得る。そのような装置では、伸長可能な脚部アセンブリは、その測定場所においては少なくともある程度支持されず（または自己支持式であり）、したがってその測定場所では、少なくともある程度、重力によって誘発された曲がりを受ける（そして本発明の不在下では、重力による細長い部材の曲がりによって引き起こされた応力により、図３を参照して上記で説明したタイプの技術的問題を被りやすい）。測定場所と少なくとも１つの支持体の少なくとも１つとの間の間隔は、構成要素が可動範囲を動き回るとき（また、伸長可能な脚部アセンブリの長さが変化するとき）変化し得る。

伸長可能な脚部アセンブリは、第１の位置および第２の位置、たとえば伸長可能な脚部アセンブリの第１の端部および第２の端部それぞれにある第１の支持体および第２の支持体によって支持（たとえば保持）され得る。測定場所は、第１の位置と第２の位置との間に配置され得る。測定場所は、第１の位置および第２の位置の両方から離間され得る。測定場所と第１の位置および第２の位置の少なくとも１つとの間の間隔は、構成要素が可動範囲を動き回るとき（また伸長可能な脚部アセンブリの長さが変化するとき）変化し得る。

可動範囲内の構成要素の少なくとも１つの位置（または完全に伸長されているなどの伸縮可能な脚部アセンブリの少なくとも１つの伸長もしくは長さ）において、測定場所は、所定部分がその上にまたはそれによって提供される細長い部材の幅（または直径）の少なくとも５倍、またはその幅の少なくとも１０倍、またはその幅の少なくとも２５倍、またはその幅の少なくとも５０倍だけ少なくとも１つの支持体の少なくとも最も近いものから離間され得る（たとえば、第１の位置および第２の位置の一方または両方から離間され得る）。可動範囲内の構成要素の少なくとも１つの位置（または完全に伸長されているなどの伸縮可能な脚部アセンブリの少なくとも１つの伸長もしくは長さ）において、測定場所は、可動範囲内の構成要素のその位置における伸縮可能な部材（または伸縮可能な脚部アセンブリ）の全体長さの少なくとも１０％、またはその全体長さの少なくとも４分の１、またはその全体長さの少なくとも３分の１、またはその全体長さの約半分（たとえばその１０％以内）だけ少なくとも１つの支持体の少なくとも最も近いものから離間され得る（たとえば、第１の位置および第２の位置の一方または両方から離間され得る）。

たとえば、所定部分がその上にまたはそれによって提供される伸長可能な脚部アセンブリの細長い部材の幅または直径は、約８ｍｍであってよい。細長い部材は、シェル内に封入されてよく、シェルの外径は、約３５ｍｍであってよい。伸縮可能な脚部アセンブリの長さは、構成要素が可動範囲を動き回るにつれて約５００ｍｍ長さから約８５０ｍｍまでの間で変化し得る。これらの値は、単に例にすぎず、いかなる形でも本発明を限定するものではないことを理解されたい。

構成要素が可動範囲内の特定の場所まで動かされると本明細書において説明する場合、これは、座標位置決め機械によって提供された、たとえば、伸縮可能な脚部アセンブリそれ自体の一部としてのまたはこれに少なくとも関連付けられた駆動手段によるものとすることができるか、またはこれは、何らかの外部影響、たとえばオペレータによる構成要素の手動による位置決めによるものとすることができることを理解されたい。

伸長可能な脚部アセンブリが構成要素を可動範囲内で位置決めするためのものであることが説明される場合、これは、構成要素の位置を可動範囲内に（構成要素をその位置に能動的に動かすことによって）設定すること、または可動範囲内の構成要素の位置を決定すること（構成要素は何らかの手段によってその位置に動かされている）のいずれか、またはこれらの組み合わせを意味すると理解されるものである。いずれの場合も、構成要素を可動範囲内に位置決めすることは、構成要素に可動範囲を動き回らせることに関連付けられ、可動範囲内に置かれた静的構成要素（たとえば工作物）の位置を決定することだけを対象とすることを意図するものではない。

構成要素は、伸長可能な脚部アセンブリの端部に直接的にもしくは間接的に取り付けられ、かつ／またはこの端部と共に動かされてよく、それにより、伸長可能な脚部アセンブリの作動によって構成要素に可動範囲を動き回らせることができる。構成要素は、測定プローブまたはその一部（スタイラスまたはスタイラス先端部など）であってよい。構成要素は、たとえば金属または他の剛性材料を成形または機械加工するための機械加工工具に通常見られる工具などの、工具またはその一部であってよい。構成要素は、たとえば、伸長可能な脚部アセンブリそれ自体の可動式端部、たとえばこの端部にあるボール継手によって画定される部分であると考えることもできる。

可動範囲内の構成要素の同じ位置とは、構成要素が実質的に（６自由度すべてによって定義された）同じ位置および向きを有することを意味する。同じ位置では、構成要素は実質的に同じ範囲を占有する。

さらに、用語「可動範囲」は、本発明が影響を与える可動範囲の部分のみを意味するものとする。たとえば、説明する拘束体は、構成要素が伸長可能な脚部アセンブリによって物理的には動くことができる全体範囲にわたって作動しなくてよく、その一部にわたってのみ作動することができる（または効果的に作動することができる）。用語「可動範囲」は、適宜解釈されるものであり、該当する場合「可動範囲の少なくとも一部」と読み取らなければならない。

拘束部材は、伸長可能な脚部アセンブリが機械内に配置されたとき、拘束部材によって画定された平面に対する所定部分の回転を拘束するように適合され得る。

伸長可能な脚部アセンブリは、伸縮可能な細長い部材を備えることができ、所定部分は、伸縮可能な細長い部材と共に可動である。所定部分は、細長い部材に取り付けられ得る（または細長い部材に固着され、またはこの一部として形成され、またはこれによって画定され得る）。所定部分は、細長い部材の表面の中心にもしくは中心近くに、または表面の中央を下降する線に沿って取り付けられ得る。

拘束部材は、細長い部材および座標位置決め機械の別の部材に取り付け可能とすることができ、拘束部材は、細長い部材および別の部材に取り付けられたとき、拘束部材によって画定された平面に対する所定部分の回転を拘束するように適合される。

拘束部材は、細長い部材および／または別の部材に取り付けられたとき、拘束部材によって画定された平面に対する細長い部材の動作を拘束するように適合されてよい。所定の部分は、拘束部材によって画定された平面に対する細長い部材の向きによって影響されるタイプのものであってよい。この要素が取り付けられた細長い部材の表面は、拘束部材によって画定された平面に対して平行になるように配置され得る。拘束部材が、これによって画定された平面が実質的に垂直である（または実質的に重力と位置合わせされる）ように座標位置決め機械内に配置される場合、およびこの要素が固着される細長い部材の表面が、この平面に対して平行であるように配置される場合、拘束部材は、エンコーダスケールを垂直平面内で保つように作用する。

図３を参照して説明した技術的問題を克服する上記で説明した利点とは別に、本発明の実施形態による拘束体を提供することはまた、別の形でも有益となり得る。たとえば、伸長可能な脚部アセンブリに取り付けられた（または伸長可能な脚部アセンブリに固着された、またはその一部として形成された、またはこれによって画定された）要素が存在してよく、この場合、この要素が、長手方向軸周りのおよび／または平面に対する伸長可能な脚部アセンブリ（または伸長可能な脚部アセンブリの細長い部材を形成する部分）の向きに影響を与え得る。

たとえば、要素は、細長い部材の端部間の分離、または伸長可能な脚部アセンブリに関連付けられた長さを変更するために使用される駆動要素などの機械的要素を備えることができる。駆動要素は、伸長可能な脚部アセンブリを伸長および後退させるためのモータであってよい。

そのような機械的要素は、相対的に重いものであってよく、細長い部材の長手方向軸から離れて配置された場合、これは通常のことであるが、細長い部材のその長手方向軸周りの回転を引き起こす傾向がある。そのような回転は、特に、継手が隣り合う脚部アセンブリ間で共有され、脚部アセンブリが継手に近接近して位置する場合、問題を招く恐れがある。この状況では、細長い部材のその長手方向軸周りの回転が、隣り合う脚部アセンブリを互いに衝突させることがあり、それによってその後脚部アセンブリを継手からわずかに持ち上げる可能性がある。これは、測定誤差を招きやすく、または脚部アセンブリを継手から完全に外す可能性もある。

したがって、そのような状況において拘束部材を回転防止デバイスとして使用することが有益であり、その理由は、拘束部材が長手方向軸周りのそのような回転を防止するか、または少なくともそのような回転を、隣り合う脚部アセンブリの端部が衝突する大きなリスクが存在しなくなる程度まで十分低減するためである。

そのような状況では、拘束部材は、これによって画定された平面が、細長い部材および隣接する細長い部材によって画定された平面と実質的に位置合わせされて（たとえばこの平面に対して平行にして、またはこれと一致させて）機械内に配置され得る。

細長い部材の長手方向軸周りの細長い部材の回転は、細長い部材の第１の回転自由度であると考えることができる。この自由度は拘束される。拘束部材はまた、細長い部材が平面から出る回転を拘束するように適合され得る。これは、細長い部材の第２の回転自由度であると考えることができる。拘束部材はまた、この平面内の細長い部材の回転を可能にするように適合されてもよい。これは、細長い部材の第３の回転自由度であると考えることができる。

拘束部材は、細長い部材の長手方向軸を横断する（たとえば直交する）ベクトルの、拘束部材によって画定された平面に対する回転を拘束するように適合されることが考えられ得る。

拘束部材は、これによって画定された平面と、細長い部材の長手方向軸を横断するベクトルとの間に実質的に一定の角度を維持するように適合され得る。ベクトルは、細長い部材に対して固定される（そのため細長い部材と共に動き、回転する）。そのような拘束は、細長い部材の長手方向軸周りの細長い部材の回転（上記で述べた第１の自由度）を効果的に防止する（または少なくとも低減する）。

横断ベクトルはまた、拘束部材によって画定された平面を横断してよい（ならびに、細長い部材の長手方向軸に対して横断してよい）。そのような場合、拘束体はまた、上記で述べた細長い部材の第２の自由度の回転を防止する（または少なくとも低減する）ことを効果的に達成する。

しかし、そのような拘束体は、細長い部材の第３の自由度の回転を可能にするが、その理由は、そのようにするとき、平面と横断ベクトルとの間の角度は一定のままであるためである。

拘束部材は、これを別の部材に取り付けるために使用される取り付け特徴によって画定された取り付け軸周りの平面の回転を可能にするように適合され得る。取り付け軸は、拘束部材によって画定された平面内にまたは平面に対して平行に位置することができる。取り付け軸は、使用時、重力と位置合わせされてまたは重力に対して平行であるように配置され得る。

第１の方向と第２の方向の間に非ゼロの角度が存在する場合、第１の方向は、第２の方向を横断すると考えられることに留意されたい。特定のケースは、第１の方向が、第２の方向に対して直交する場合である。

さらに、「回転を拘束する」ことは、そのような回転が、拘束部材の作用によって実質的に防止される、または少なくとも低減されることを意味する。

拘束部材は、これを別の部材に取り付けるために使用される取り付け特徴によって画定された取り付け軸周りの平面の回転を可能にするように適合され得る。取り付け軸は、平面内にまたは平面に対して平行に位置することができる。取り付け軸は、使用時、重力に位置合わせされまたはこれに対して平行であるように配置され得る。

拘束部材は、細長い部材に取り付けられてよく、またはこれは、たとえば細長い部材に取り付けるために用意された部材のキットとして、細長い部材とは別個に提供されてよい。

同様に、拘束部材は、別の部材に取り付けられてよく、またはこれは、たとえば別の部材に取り付けるために用意された部材のキットとして、別の部材とは別個に提供されてよい。

拘束部材は、細長い部材および別の部材の一方または両方に直ぐにかつ容易に取り付け可能であり、取り外し可能であるように適合され得る。

細長い部材は、細長い部材のその長手方向軸周りの回転を拘束部材の不在下で可能にするようにして機械内に支持され得る。

細長い部材は、ボール継手などのピボット継手によって一方または両方の端部において支持され得る。

細長い部材の長手方向軸は、通常、細長い部材の両端にある継手間に位置すると考えられる。

本発明の実施形態において使用されるピボット継手の場合、軸受け装置を細長い部材の第１の端部に設けることができ、軸受け装置は、機械上に設けられた少なくとも部分的に球状の軸受け表面を支承するための３つの接触点、または実質的に点様の接触表面を提供し、この場合、接触点または接触表面によって画定された平面は、細長い部材の長手方向軸に対して実質的に直交する。それによって軸受け装置は、細長い部材と機械との間に運動学的または少なくとも疑似運動学的結合をもたらす。少なくとも部分的に球状の軸受け表面は、機械に関連して固定されたボールまたはその一部によって提供され得る。そのような軸受け装置は、細長い部材の両方の端部に設けられ得る。３つの接触点または接触領域は、３つのボールなどの３つの少なくとも部分的に球状表面によって提供されてよく、ボールの各々は、機械に関連付けられた少なくとも部分的に球状の表面（またはボール）より小さくなり得る。

本発明の別の態様によれば、本発明の第１の態様による座標位置決め機械において使用するのに適した伸長可能な脚部アセンブリおよび関連する拘束部材が、提供される。

本発明の別の態様によれば、構成要素を非デカルト座標位置決め機械の可動範囲内に位置決めするための伸長可能な脚部アセンブリを有するその機械のための拘束部材であって、伸長可能な脚部アセンブリの所定部分に、可動範囲内の構成要素の同じ位置において重力に対して実質的に同じ向きをもたらすように適合される、拘束部材が提供される。

本発明の別の態様によれば、非デカルト座標位置決め機械用の伸長可能な脚部アセンブリであって、そのような拘束部材を備える、伸長可能な脚部アセンブリが提供される。

本発明の別の態様によれば、非デカルト座標位置決め機械内で伸長可能な脚部アセンブリの運動を拘束するための拘束部材であって、伸長可能な脚部アセンブリの細長い部材および座標位置決め機械の別の部材に取り付け可能であり、拘束部材は平面を画定し、拘束部材が細長い部材および別の部材に取り付けられたとき、その平面に対する細長い部材の回転を拘束するように適合される、拘束部材が提供される。本発明の第１の態様における拘束部材に関連して上記で述べた付随特徴のすべてもまた、この態様に適用される。

本発明の別の態様によれば、非デカルト座標位置決め機械のための伸長可能な脚部アセンブリであって、細長い部材と、細長い部材および座標位置決め機械の別の部材に取り付け可能である拘束部材とを備え、拘束部材は、細長い部材および別の部材に取り付けられたとき、細長い部材の長手方向軸周りの細長い部材の回転を拘束するように適合される、伸長可能な脚部アセンブリが提供される。拘束部材は、細長い部材および別の部材に取り付けられたとき、拘束部材によって画定された平面に対する細長い部材の回転を拘束するように適合され得る。本発明の第１の態様に関連して上記で述べた付随特徴のすべてもまた、この態様に適用される。

本発明の別の態様によれば、非デカルト座標位置決め機械ための伸長可能な脚部アセンブリであって、細長い部材と、細長い部材および座標位置決め機械の別の部材に取り付け可能である拘束部材とを備え、拘束部材は、細長い部材および別の部材に取り付けられたとき、拘束部材によって画定された軸および／または平面に対する細長い部材の回転を拘束するように適合される、伸長可能な脚部アセンブリが提供される。本発明の第１の態様に関連して上記で述べた付随特徴のすべてもまた、この態様に適用される。

本発明の別の態様によれば、非デカルト座標位置決め機械用の伸長可能な脚部アセンブリであって、細長い部材を備え、その第１の端部には、３つの接触点、または実質的に点様接触表面を提供する、機械上に設けられた少なくとも部分的に球状の軸受け表面を支承するための軸受け装置が設けられ、接触点または接触領域によって画定された平面は、細長い部材の長手方向軸に対して実質的に直交する、伸長可能な脚部アセンブリが提供される。軸受け装置の好ましい特徴は、本発明の第１の態様に関連して上記で述べられている。

本発明の別の態様によれば、非デカルト座標位置決め機械であって、構成要素を機械の可動範囲内に位置決めするための伸長可能な脚部アセンブリと、伸長可能な脚部アセンブリに関連付けられ、伸長可能な脚部アセンブリの所定部分に、機械内の伸縮可能な脚部アセンブリの同じ位置において重力に対して実質的に同じ向きをもたらすための拘束部材とを備える、非デカルト座標位置決め機械が提供される。

本発明の別の態様によれば、非デカルト座標位置決め機械であって、可動式構成要素を機械の可動範囲内に位置決めするための伸長可能な脚部アセンブリと、伸長可能な脚部アセンブリに関連付けられ、伸長可能な脚部アセンブリの所定部分に、伸縮可能な脚部アセンブリの端部の同じ相対位置決めにおいて重力に対して実質的に同じ向きをもたらすための拘束部材とを備える、非デカルト座標位置決め機械が提供される。

本発明の別の態様によれば、非デカルト座標位置決め機械ための伸長可能な脚部アセンブリであって、細長い部材および拘束部材を備え、拘束部材は、伸長可能な脚部アセンブリが機械内に配置されたとき、拘束部材によって画定された平面に対する細長い部材の回転を拘束するように適合される、伸長可能な脚部アセンブリが提供される。

本発明の別の態様によれば、非デカルト座標位置決め機械のための伸長可能な脚部アセンブリであって、細長い部材と、細長い部材の所定部分または表面を、使用時に重力に実質的に位置合わせして維持するための拘束部材とを備える、伸長可能な脚部アセンブリが提供される。次に、例として添付の図を参照する。

上記で論じた、６本の伸長可能な脚部を有する６脚非デカルト座標位置決め機械の概略図である。 エンコーダスケールが図１の非デカルト座標位置決め機械の伸長可能な脚部の上側表面に固着されていることに関連する問題を示す図である。 エンコーダスケールが図１の非デカルト座標位置決め機械の伸長可能な脚部の上側表面に固着されていることに関連する問題を示す図である。 エンコーダスケールが図１の非デカルト座標位置決め機械の伸長可能な脚部の下側表面に固着されていることに関連する問題を示す図である。 エンコーダスケールが図１の非デカルト座標位置決め機械の伸長可能な脚部の下側表面に固着されていることに関連する問題を示す図である。 本発明の実施形態による伸長可能な脚部アセンブリを備える非デカルト座標位置決め機械の全体図である。 伸長可能なアセンブリと機械の下側プラットフォームとの間の連結をより詳細に示す、図４の機械の一部の拡大図である。 伸長可能な脚部アセンブリと機械の上側プラットフォームとの間の連結を示し、特に、伸長可能な脚部アセンブリの２つに関連付けられた拘束部材を示す、図４の機械の一部の拡大図である。 本発明の実施形態による拘束部材をより詳細に示す図である。 ある角度から本発明の実施形態による拘束部材を示す図である。 別の角度から本発明の実施形態による拘束部材を示す図である。 別の角度から本発明の実施形態による拘束部材を示す図である。 別の角度から本発明の実施形態による拘束部材を示す図である。 ある角度から本発明の実施形態による伸長可能な脚部アセンブリを示し、特に、拘束部材と、伸長可能な脚部アセンブリの細長い部材に固着されたエンコーダスケールとの間の相対位置および関係を示す図である。 別の角度からの本発明の実施形態による伸長可能な脚部アセンブリを示し、特に、拘束部材と、伸長可能な脚部アセンブリの細長い部材に固着されたエンコーダスケールとの間の相対位置および関係を示す図である。 別の角度からの本発明の実施形態による伸長可能な脚部アセンブリを示し、特に、拘束部材と、伸長可能な脚部アセンブリの細長い部材に固着されたエンコーダスケールとの間の相対位置および関係を示す図である。 別の角度からの本発明の実施形態による伸長可能な脚部アセンブリを示し、特に、拘束部材と、伸長可能な脚部アセンブリの細長い部材に固着されたエンコーダスケールとの間の相対位置および関係を示す図である。 拘束部材と、伸長可能な脚部アセンブリの細長い部材に固着されたエンコーダスケールとの間の相対位置および関係、ならびに細長い部材の動作が拘束部材によって拘束される方法をより詳細に示す図である。 図１０に類似するが、異なる角度から見た図である。 スケールがスケールリーダと相互作用する様子をより詳細に示す、伸縮可能な脚部アセンブリの細長い部材の概略図である。 スケールがスケールリーダと相互作用する様子をより詳細に示す、伸縮可能な脚部アセンブリの細長い部材の概略図である。 スケールがスケールリーダと相互作用する様子をより詳細に示す、伸縮可能な脚部アセンブリの細長い部材の概略図である。 本発明の実施形態において使用するのに適した拘束体の別のタイプを示す図である。 非デカルト座標位置決め機械の２本の伸長可能な脚部間に設けられる、本発明の別の実施形態における拘束部材の使用を示す図である。 図１４の拘束部材の拡大図である。 図１４の拘束部材の代替策を示す、角度を付けた図である。 図１４の拘束部材の代替策を示す、上面図である。 図１４の拘束部材の代替策を示す、角度を付けた図である。 図１４の拘束部材の代替策を示す、上面図である。

図４は、本発明を具体化した非デカルト座標位置決め機械１００の全体図を提供する。非デカルト座標位置決め機械１００は、図１を参照して上記で説明したものに原理的に類似する。しかし、重要な違いは、非デカルト座標位置決め機械１００における拘束部材５０の使用であり、これによって知られている非デカルト座標位置決め機械に関連付けられた上記で述べた技術的問題に対処する。

図４に示す非デカルト座標位置決め機械１００は、上側プラットフォーム２０と下側プラットフォーム４０との間に配置された、全体的に同じ構造の６本の伸長可能な脚部アセンブリ６０を備える。６本の伸長可能な脚部アセンブリ６０の各々は、上側チューブ６２と、下側チューブ６４とを備え、上側チューブ６２は下側６４内に伸縮式に摺動する。

図４に示す特定の例では、上側プラットフォーム２０は固定され、下側プラットフォーム４０は、６本の伸長可能な脚部アセンブリ６０の作動によって上側プラットフォームに対して可動であり、プローブ１４が下側プラットフォーム４０の下側表面に装着されている。この構成では、工作物（図示せず）は、下側プラットフォーム４０の下方の機械１００の固定された構造体の一部に装着され、それにより、機械１００の可動範囲は、上側プラットフォーム２０と下側プラットフォーム４０との間ではなく、下側プラットフォーム４０の下方となる。下側（動く）プラットフォーム４０の重量は、通常、平衡装置（図示せず）によって少なくとも部分的に支持される。

図１の機械と同様に、伸長可能な脚部アセンブリ６０は、構成要素（図４に示す例では、構成要素はプローブ１４、またはプローブ１４の先端部などのプローブ１４の少なくとも特有の部分である）を、機械の可動範囲内に位置決めするためのものである。伸長可能な脚部アセンブリ６０にそれぞれ関連付けられた拘束部材５０は、伸長可能な脚部アセンブリの所定部分（この例では、以下でさらに説明するエンコーダスケール）に、可動範囲内の講師要素の同じ位置において重力に対して実質的に同じ向きをもたらすためのものである。

各伸長可能な脚部アセンブリ６０の上側端部および下側端部はそれぞれ、個々のボール継手８０を介して上側プラットフォーム２０および下側プラットフォーム４０に連結される。伸長可能な脚部アセンブリ６０の最前部の２本用の下側ボール継手８０を図４で見ることができ、図５でより詳細に示している。

下側ボール継手８０は、下側プラットフォーム４０の支持ブロック４２によって支持され、一方で上側プラットフォーム２０は、上側プラットフォーム２０の支持ブロック２２を介して上側ボール継手８０上に支持される。上側プラットフォーム２０と伸長可能な脚部アセンブリ６０との間の連結は、図６により詳細に示される。

各伸長可能な脚部アセンブリ６０の上側および下側チューブ６２、６４は、図４の伸長可能な脚部アセンブリの１つ内に点の輪郭線で示す細長い部材６６を封入し、エンコーダスケール１０が細長い部材６６に固着されている。細長い部材６６は、たとえば伸縮式装置として、それ自体伸長可能なものである。各細長い部材６６は、その上側継手８０からその下側継手８０まで延び、下側プラットフォーム４０（したがってプローブ１４の）正確な位置決めおよび向きを決定するものは、細長い部材６６のそれぞれの長さである。したがって、工作物表面に接触したときのスタイラスの先端部の正確な場所を決定するために、工作物上の測定または走査作動中に正確に測定されなければならないのは、細長い部材６６の長さである。伸縮可能な細長い部材６６の作動は、図１２を参照して以下でより詳細に説明される。

上側端部において、各伸長可能な脚部アセンブリ６０には拘束部材５０が設けられ（または関連付けられ）、この拘束部材は、伸長可能な脚部アセンブリ６０の細長い部材６および上側プラットフォーム２０上に設けられた別の部材（支持ブロック２２）に取り付けられる。拘束部材５０は、細長い部材６６のその長手方向軸周りの望ましくない回転を防止する（または少なくとも低減する）ために、細長い部材６６を上側プラットフォーム２０に効果的に結び付ける。拘束部材５０の構造および作動は、図６から１１を参照して以下でより詳細に説明される。

図５は、伸長可能な脚部アセンブリ６０と下側プラットフォーム４０との間の連結をより詳細に示す拡大図である。特に図５の底部を拡大した図に示すように、３つのボール８４が細長い部材６６の下側端部において三角形配置で設けられ、三角形配置の平面は、細長い部材６６の長手方向軸に対して実質的に直交する。支持ブロック４２には、より大きい固定されたボール８２が設けられ、このボールは、３つのボール８４を細長い部材６６の端部上で支持するように作用し、より大きいボールはより小さいボール８４内に嵌め込まれる（ｎｅｓｔｌｅ）。

３つのボール８４を使用することは、結合が、３つの接触点（または３つの接触点を近似する少なくとも３つの小さい接触領域）を伴った性質的に運動学的なものであるか、または少なくとも疑似運動学的なものであることを意味する。３つのボール８４上方の要素の重量が、過度拘束を有さずに、細長い部材６６をボール８２に対して反復可能な位置になるように自然に強制し、したがって、反復性が重要である計量器具に特に適した継手を形成する。ボール８４を使用することは必須ではなく、その代わりに、運動学的カップまたはコーンを効果的に形成する３つの接触点（または小さい接触領域）を提供する軸受け装置を使用することができる。また、ボールが使用される場合、これらは完全なボールである必要はなく、軸受け表面として使用される領域内で少なくとも部分的に球状のものであればよいことも理解されよう。

図５に示すボール継手配置は、他の知られているボール継手配置に勝る特定の利点を有する。他の配置では、単一のボールが細長い部材の端部に設けられ、固定されたコーンまたはカップ配置によって支持される。あるいは、３つの点接触を有するリングが、固定されたボールと側部から係合する。本出願に示すような配置の利点は、細長い部材６６がより多様な角度においてボール８２上にしっかりと保持されて、ボール８２周りの細長い部材６６の多様な角度動作をもたらすことである。他の知られているボール継手配置では、この動作はより制限されるおよび／または固定性に欠ける可能性があり、細長い部材が継手からより係合解除しやすくなる可能性がある。

図５のピボット継手配置は、本発明の態様に関するものであるが、拘束部材５０の使用に関する態様からは独立しており、異なるタイプの継手の使用が拘束部材５０と併用して完全に実行可能であることが強調される。

次に図６から８を参照して拘束部材５０をより詳細に説明する。図６は、伸長可能な脚部アセンブリ６０と機械１００の上側プラットフォーム２０との間の連結をより詳細に示す拡大図であり、特に、図４の伸長可能な脚部アセンブリ６０の２つに関連付けられた拘束部材５０をより詳細に示す。図７は、支持ブロック２２から取り外されたときの拘束部材５０の１つを示し、図８Ａ～８Ｄは、さまざまな角度からの（ここでも支持ブロック２２から取り外された）拘束部材５０を示す。特に、図８Ａは、ボール継手８２、８４が見える、拘束部材５０の正面図を示し、図８Ｂは、後面図を示し、図８Ｃは斜視図を示し、図８Ｄは側面図を示す。

拘束部材５０は、全体的に、マルチパートまたはマルチセクションヒンジとして説明することができる。図示する例は、実質的に平行な回転軸を有する回転継手またはナックル５３、５５、および５７によって連結された４つの部分またはセクション５２、５４、５６および５８を備える。継手５３、５５、および５７は、標準的なピンおよび軸受け構造のものであってよく、摩擦影響を低減するためにボール軸受けを使用することができる。

図示するように実質的な平行な回転軸を有する継手５３、５５および５７によって連結された４つの部分５２、５４、５６、および５８により、１つに対する部分５２、５４、５６、および５８の運動は平面内の運動に制限され、この平面は、継手５３、５５、および５７の回転軸に対して直交する。このようにして、拘束部材５０は、平面を画定し、これは図１０および１１を参照して以下でより詳細に説明する。

最も上側の部分５８は、回転継手５３、５５、および５７の回転軸（たとえば、継手５５の回転軸は、図７の５５Ａとしてマークされる）に対して実質的に直交して配向された回転軸５９Ａ（図７を参照）を有する回転継手５９を介して支持ブロック２２に連結される。これは、拘束部材５０が上側プラットフォーム２０に連結されたとき、継手５９の軸５９Ａ周りの拘束部材５０の回転を可能にし、したがって拘束部材５０によって画定された平面の軸５９Ａ周りの回転を可能にする。

図９Ａ～９Ｄは、図８Ａから８Ｄそれぞれに示すものと同じ拘束部材５０の４つの図であるが、図９Ａから９Ｄでは、図は、対向する端部まで下降する細長い部材６６を含むように広げられている。図９Ａから９Ｄはまた、細長い部材６６、特に重力に対して制御または拘束される向きを有する伸長可能な脚部アセンブリ６０の所定部分の位置決めを示すために、部分的に開かれた伸長可能な脚部アセンブリ６０を示す。この所定部分はエンコーダスケール１０であり、このエンコーダスケールは、スケールリーダまたは読み取りヘッド（図示せず）と併用して、拘束部材５０に対する細長い部材６６の長さを測定するために使用される。スケール１０およびスケールリーダは、図１２を参照してより詳細に以下で説明される。

図１０および１１は、エンコーダスケール１０および拘束部材５０の相対的位置決めをより詳細に示す。図１０は、図９Ｄのものに対応する側面図であり、図１１は、図９Ｃのものに対応する斜視図である。上記で述べたように、拘束部材５０は、図１０に示すように平面５１を画定し、この平面５１の部分（または平面５１に対して平行である平面）は、５１Ａ（拘束部材５０の近傍）および５１Ｂ（エンコーダスケール１０の近傍）にマークされる。

この実施形態では、細長い部材６６は、全体的に正方形の断面であり、その４つの辺の２つが平面５１と実質的に平行であり、他の２つの辺が平面５１に対して実質的に直交するように、拘束部材５０に対して配置される。エンコーダスケール１０は、平面５１に対して平行である表面に固着される。したがって、図９Ａに示すような拘束部材５０の正面図では、エンコーダスケール１０は、細長い部材６６の側部表面に固着され、図９Ｄおよび図１０に示す側面図では、エンコーダスケール１０は、細長い部材６６の前部表面に固着される。さらに、平面５１は、これが重力の方向９９に対して平行であるように（すなわち、方向９９が平面５１内に位置するように）配置される。回転継手５９の回転軸５９Ａもまた、重力の方向９９に対して平行に配置される。エンコーダスケール１０は、細長い部材６６の長手方向軸９４から、拘束部材５０によって画定された平面５１Ａ、５１Ｂに対して直交する方向９０、９２Ａに離間される。

本発明のこの実施形態の作動において、拘束部材５０は、細長い部材６６および座標位置決め機械１００の別の部材（この実施形態では、別の部材は、支持ブロック２２の形態である）に取り付けられたとき、拘束部材５０によって画定された平面５１に対する細長い部材６６の動作を拘束するように適合される。そのように行うとき、拘束部材５０は、エンコーダスケール１０が回転して重力に平行な所望の向きから離れることを防止することができるが、下側プラットフォーム４０を上側プラットフォーム２０に対して運動させるために必要とされる、細長い部材６６と上側プラットフォームおよび下側プラットフォーム２０、４０との間の角度変化を依然として可能にする。

拘束部材５０は、拘束部材５０によって画定された平面５１と、細長い部材６６の長手方向軸９４を横断する（そして細長い部材６６と共に動く）ベクトル９２Ａ、９２Ｂとの間に実質的に一定の角度を維持することによって作動する。たとえば、ベクトル９２Ａは、長手方向軸９４に対して直交し、エンコーダスケール１０が取り付けられた細長い部材６６の表面に対しても直交する。エンコーダスケール１０の取り付け表面は、平面５１Ｂに平行であるため、ベクトル９２Ａは、拘束部材５０によって画定された平面５１Ｂに対しても直交する。これは、図１０および図１１の両方に示される。

次に、拘束部材５０によって可能にされる細長い部材６６のすべての可能な運動、ならびにこれらの運動が、拘束部材５０によって画定された平面５１とベクトル９２Ａとの間の角度に与える影響を考える。拘束部材５０は、長手方向軸９４の周りの回転である第１の回転自由度７０周りの回転を防止する。拘束部材５０はまた、平面５１から出る細長い部材６６の回転である、第２の回転自由度７２周りの回転も防止する。他方では、拘束部材５０は、平面５１内の細長い部材６６の回転である、第３の回転自由度７４周りの回転を可能にする。

拘束部材５０によって画定された平面５１内に、またはこれに対して平行である第３の回転自由度７４に運動を拘束することにより、平面５１とベクトル９２Ａとの間の角度は、実質的に一定に維持される。この角度が変化すると、平面５１Ｂから出るエンコーダスケ－ル１０の回転を招き、エンコーダスケールは、図３を参照して上記で説明する望ましくないタイプの歪みを受ける。

細長い部材６６の隣接する表面に対して直交するベクトル９２Ｂなどの長手方向軸９４を横断する他のベクトルに関して、類似の分析を行うことができる。ベクトル９２Ｂと平面５１の間の角度は、細長い部材６６のすべての運動において実質的に一定（ゼロ）のままである。考察中のベクトルは、長手方向軸９４に対して直交する必要はなく、長手方向軸９４を横断するだけでよいが、すべての場合において、選択されたベクトルと平面５１との間の角度は、実質的に一定のままである。

横断ベクトル９２Ａ、９２Ｂの角度を、拘束部材５０によって画定された平面５１に対して拘束することにより、細長い部材６６のその長手方向軸９４周りの回転が効果的にロックされるが、細長い部材６６と上側プラットフォームおよび下側プラットフォーム２０、４０との角度運動は依然として可能にされる。

拘束部材５０が、回転継手５９の形態の取り付け特徴によって上側プラットフォーム２０に取り付けられた状態では、平面５１の回転は、回転継手５９によって画定された取り付け軸５９Ａ周りで可能にされる。これは、伸長可能な脚部アセンブリ、したがって動く（下側）プラットフォーム４０に対して大きな自由の運動を可能にするが、平面５１（したがってエンコーダスケール１０）を重力９９と位置合わせした状態に依然として維持する。これは、図３を参照して上記で説明した問題を克服することを確実にする。

図１２は、伸縮可能な脚部アセンブリ６０の細長い部材６６の概略図であり、スケール１０がスケールリーダと相互作用する様子をより詳細に示す。特に、図１２は、スケール１０が、測定場所Ｍにおいて、スケールリーダ１１と相互作用して（または共働して）細長い部材６６（または等価的には伸長可能な脚部アセンブリ６０）の長さに関連する測定値を提供する様子を示す。そのような測定値は、この例では、可動範囲内のプローブ構成要素１４の位置を決定するために使用される。

細長い部材６６は、伸長可能な脚部アセンブリ６０が長さを変化させたときに互いに対して動く第１の細長い部材および第２の細長い部材６３および６５を備える。第１の細長い部材および第２の部材６３、６５は、互いに実質的に合致して配置されたそれぞれの長手方向軸を有し、伸長可能な脚部アセンブリ６０が伸長し後退するときに互いの上をまたは互いを通り過ぎるように摺動する。図１２に示す例では、第１の部材６３は、第２の部材６５の内側に伸縮式に摺動する。スケール１０は、第１の部材６３上に設けられ、またはこれによって提供され、スケールリーダ１１は、第２の部材６５上にまたはこれによって提供される。

伸縮可能な脚部アセンブリ６０は、第１の位置および第２の位置Ｐ１およびＰ２において支持され、これらの位置は、この例では、伸縮可能な脚部アセンブリ６０の第１の端部および第２の端部であり、測定場所Ｍは、第１の位置Ｐ１と第２の位置Ｐ２との間である。この配置では、伸縮可能な脚部アセンブリ６０は、測定場所Ｍにおいて実質的に支持されず（または自己支持式であり）、それによりこれは、その結果として測定場所Ｍにおいて重力によって誘発された曲がりを受ける（また、本発明がなければ、図３を参照して上記で説明した技術問題を引き起こしやすい）。

測定場所Ｍは、第１の位置および第２の位置Ｐ１およびＰ２の両方から離間され、測定場所に、またはその近傍に支持を与える座標位置決めデバイスとは区別されるものである（したがって、図３を参照して説明した種類の問題を被らない）。

測定場所Ｍと第１の位置および第２の位置Ｐ１、Ｐ２の少なくとも１つとの間の間隔は、プローブ構成要素１４が可動範囲を動き回るとき（および、伸長可能な脚部アセンブリ６０の長さが変化するとき）変化する。図１２Ａ、１２Ｂ、および１２Ｃは、可動範囲内のプローブ構成要素１４の３つの対応する位置において３つの異なるそれぞれの伸長を有する伸縮可能な脚部アセンブリ６０を示す。

図１２Ａでは、伸縮可能な脚部アセンブリ６０は、完全に伸長され、または少なくともスケール１０およびスケールリーダ１１が許す限り完全に伸長される。この点において、スケールリーダ１１は、スケール１０を読み取り可能とし、測定値を得るために、スケ－ル１０上に位置決めされなければならない。測定場所Ｍと第１の位置Ｐ１との間の間隔Ｓ１は、測定場所Ｍと第２の位置Ｐ２との間の間隔Ｓ２とほぼ等しい。

図１２Ｂでは、伸縮可能な脚部アセンブリ６０は、幾分後退され、スケールリーダ１１は、スケールの長さ上を約半分進んでいる（またはスケール１０は、どちらの端部が可動であるかに応じて、スケールリーダ１１の下方を進んでいる。両方が可動であってもよい）。伸縮可能な脚部アセンブリ６０は、約半分伸長されている。測定場所Ｍは、第２の部材６５に固着されたスケールリーダ１１の位置によって決定されるため、間隔Ｓ２は変更されない。測定場所Ｍと第２の位置Ｐ２との間の間隔Ｓ２は、低減されている。

図１２Ｃでは、伸縮可能な脚部アセンブリ６０は、さらに後退されて、完全に後退した状態になる。これ以上の進行は可能ではないが、スケール１０およびスケールリーダ１１が測定値を生み出すように正しく共働できることは依然として確実にする。ここでも、間隔Ｓ２は変更されず、間隔Ｓ２はさらに低減されている。

特に図１２Ａの完全に伸長された構成に関して、測定場所Ｍと一方または両方の位置Ｐ１およびＰ２との間の分離が大きいことを見ることができる。

図１２Ａの完全に伸長された構成の場合、測定場所Ｍは、第１の位置および第２の位置Ｐ１およびＰ２の両方から、細長い部材６６の幅「Ｗ」の約１０倍だけ離間され、測定場所Ｍの近傍の支持の欠如の結果、著しい曲がりを生じさせ、エンコーダ１０、１１からの計量測定値に大きな影響が与える。異なって表現すると、測定場所Ｍは、第１の位置および第２の位置Ｐ１およびＰ２から、伸縮可能な脚部アセンブリ６０の全体長さ（Ｓ１＋Ｓ２）の約半分だけ離間される。伸縮可能な脚部アセンブリ６０が後退するにつれて、間隔Ｓ１は低減するが、図１２Ｃの完全に後退された構成であっても、測定場所Ｍは、第１の位置および第２の位置Ｐ１およびＰ２の両方から、伸縮可能な脚部アセンブリ６０の全体長さ（Ｓ１＋Ｓ２）の少なくとも約３分の１（より小さい分離Ｓ１）離間される。当然ながら、図１２の例は例示にすぎず、運動範囲および相対的間隔は、実施形態ごとに変化することが理解されよう。重要なことは、伸縮可能な脚部アセンブリ６０が、測定場所Ｍの近傍では自己支持式であるということである。

エンコーダスケール１０が細長い部材６６に固着されると上記で説明してきたが、エンコーダスケールはまた、細長い部材６６の一部を形成するか、またはこれによって画定する、たとえば、細長い部材６６の表面内に直接的に形成することができる。

また、本発明の利点は、上記で説明したような、細長い部材６６に付けられたエンコーダスケール１０の使用に限定されないことも理解されたい。本発明は、上記で説明したものと同じようにして影響を受ける可能性がある計量要素を組み込むいかなる用途にも利点がある。これは、エンコーダスケールのように、計量要素がほぼ平面状であり、拘束部材５０によって画定された平面に対して実質的に平行に配置される場合に特に有益である。

さらに、座標位置決め機械内のすべての伸長可能な脚部アセンブリに、本発明の実施形態による拘束部材を設ける（または関連付ける）ことは必須ではない。１つのそのような伸長可能な脚部アセンブリが設けられる場合であってもいくらかの利点が得られるが、２つ以上、好ましくはすべてに拘束部材が設けられる（または関連付けられる）ことが有益であることは明確である。

伸長可能な脚部アセンブリは、構成要素が可動範囲を動き回るときに長さが変化し、構成要素を可動範囲内に位置決めするために（すなわち、可動範囲内の構成要素の位置を測定するか、または可動範囲内の構成要素の位置を設定するか、またはその両方を行うために）使用されるのは、長さのこの変動であることが説明されてきた。本発明の実施形態は、固定された長さ測定要素によって動かされる固定された長さのアームを有し、エンコーダスケールが構成要素の位置の表示を提供するために固定された長さのアーム上に設けられている、非デカルト位置決め要素とは区別されるものである。

さらに、重力に対する向きが本発明の実施形態において慎重に制御される所定部分は、上記では、長さ測定部分であるとして説明されているが、本発明は、重力に対する向きに影響を受け得る他のタイプの部分にも適用可能である。異なる用途では、したがって、伸長可能な脚部アセンブリの長さではない特性が、所定部分によってまたはこれを用いて、測定されるか、または別の形で決定されることが考えられる。

本発明は、図示するマルチパートヒンジの形態の拘束部材５０に限定されず、他の可能な配置が当業者には明らかであることも強調されなければならない。たとえば、拘束部材５０の他の選択肢は、ヒンジを作り出す形成された、薄くされたセクションを有するプラスチックの一体品である。また、付属の図に示すようなタイプの拘束部材では、図示するものより多いまたは少ない継手を設けることができる。

上記で説明した実施形態では、拘束部材５０は、細長い部材６６と座標位置決め機械１００の支持ブロック２２との間に取り付けられ、それにより、細長い部材６６の運動は、座標位置決め機械１００に対して拘束され、この拘束された動作は、拘束部材５０、およびこれの、回転継手５９を介した支持ブロック２２への取り付けによって定められる。支持ブロック２２は、取り付け特徴として作用し、座標位置決め機械１００の「別の部材」を構成する。拘束部材５０は、細長い部材６６を別の部材に効果的に結び付けて、別の部材に対する細長い部材６６の動作を拘束する。

拘束部材が、伸長可能な脚部アセンブリ６０と上側プラットフォーム２０との間の連結部に設けられることは必須ではなく、その代わりに、伸長可能な脚部アセンブリ６０と下側プラットフォーム４０との間の連結部、またはその両方にも設けることができることに留意されたい。伸長可能な脚部アセンブリ６０の中でそのような配置の混合が存在することもできる。

また、拘束部材は、上記で説明したヒンジ連結された拘束部材５０などの単一アセンブリを形成する必要はなく、実際には、必要とされる拘束をもたらすために、各々が細長い部材６６および別の部材に取り付けられた２つまたはそれ以上の別個のアセンブリからなることもできる。

拘束部材の他のタイプは、伸長可能な脚部アセンブリ６０の所定部分（たとえばエンコーダスケール１０）に、構成要素が可動範囲を動き回るときに構成要素の同じ位置において重力に対して実質的に同じ向きをもたらすのに適することが理解されよう。たとえば、図１３は、おもり５０１の形態の拘束部材を示し、このおもりは、上側チューブ６２の下側表面に取り付けられ、ここから吊り下げられ、重力によって方向９９に引っ張られる。おもり５０１のチューブ６２への取り付け点５０３は、長手方向軸９４から、エンコーダスケール１０が固着される細長い部材６６の表面に対して実質的に平行な方向に離間され、したがって、おもり５０１は、エンコーダスケール１０を、重力に対して固定された向きで（重力に位置合わせして）維持するように作用する。

図１３の実施形態は、拘束部材（おもり）５０１が、平面５１を画定し、（エンコーダスケール１０を備えた）細長い部材６６の回転は、平面５１に対して拘束されるという、先に説明した実施形態の特徴を共有する。この実施形態における平面５１は、吊り下げおもり５０１および細長い部材６６の両端にある２つのボール継手の位置によって、あるいは、おもり５０１、取り付け点５０３、および細長い部材６６の端部のいずれかによって画定される。拘束部材５０１の作動は、（エンコーダスケール１０が取り付けられた細長い部材６６の表面に対して直交する）ベクトル９２Ａを、ベクトル９０と位置合わせして（平面５１に対して直交して）保ち、したがって、エンコーダスケール１０を実質的に重力と位置合わせして保つ。

図１４および１５は、本発明の別の実施形態における拘束部材の使用の概略図を提供する。この実施形態は、絶対的精度が機械の重要要求事項ではなく、反復性が依然として非常に重要である場合に有用である。この実施形態では、拘束部材は、支柱がその主要（長手方向）軸周りの拘束を有さずに回転することを防止することによって反復性を確実にし、それにより、伸長可能な脚部アセンブリの所定の（向きに影響される）部分は、可動範囲内の構成要素の同じ位置において重力に対して実質的に同じ向きを有する。

上記で説明した実施形態と同様に、図１４の実施形態は、伸長可能な脚部アセンブリに関連付けられ、伸長可能な脚部アセンブリの所定部分に、可動範囲内の構成要素の同じ位置において重力に対して実質的に同じ向きをもたらすための拘束部材を提供する。図１４の拘束部材はまた、細長い部材および別の部材に取り付けられたとき、拘束部材によって画定された平面に対する細長い部材の回転を拘束するように適合される。

図１４に示す拘束部材５１０は、全体的に、先の図に示す拘束部材５０に類似するタイプのものであり、同じ参照番号は同じ部分を指す。しかし、図１４の実施形態は、この実施形態において「別の部材」は、実際には別の伸長可能な脚部アセンブリの細長い部材６５である点において先の実施形態とは異なる。図１４の拘束部材５１０は、第１の伸長可能な脚部アセンブリの細長い部材６６－１と第２の隣接する伸長可能な脚部アセンブリの細長い部材６６－２を結び付けるために効果的に使用される。拘束部材５１０は、２つの細長い部材６６－１、６６－２間で共通し、または共有される。先の実施形態と同様に、図１４の拘束部材５１０は、平面５１を画定するが、図１４の実施形態では、拘束部材５１０によって画定された平面５１は、重力に位置合わせされるのではなく、２つの細長い部材６６－１、６６－２によって画定された平面に実質的に平行である。細長い部材６６－１、６６－２は、図１４から１７に概略的に示されるだけであり、図は、細長い部材６６－１、６６－２を形成するために使用される具体的な構築方法もしくは材料または具体的な断面形状を示し、または示唆することを意図するものではないことが強調される。

使用時、拘束部材５１０が座標位置決め機械の２つの細長い部材６６－１、６６－２間に取り付けられる以外の、図１４の拘束部材５１０と先の図の拘束部材５０との間の主要な相違は、図１４の拘束部材５１０が、図６から８の回転連結５９ではなく、固定された連結部を介して別の部材６６－２に連結され、したがって、別の部材６６－２に対する平面の回転、または実際にはその逆の形の回転を可能にしないことである。図１４の拘束部材５１０は、したがって、両方の細長い部材６６－１、６６－２のそのそれぞれの長手方向軸周りの回転を防止するように作用しながら、細長い部材６６－１、６６－２間の角度運動を可能にする。

図１４の実施形態は、伸長可能な脚部アセンブリの所定部分、特にエンコーダスケールに反復的であるが変化する向きを確実にする拘束をもたらす。図１４に示さないが、エンコーダスケールは、図１２を参照して説明したものに類似して、細長い部材６６－１、６６－２に関連して配置される。重力に対するエンコーダスケールの向きは、可動式構成要素（たとえばプローブ）が可動範囲を動き回るときに変化するが、その向きは、可動範囲内の同じ位置を訪れる度に同じである。機械が比較器として使用される場合、基準部分をプロービングするときに同じ量およびタイプの曲がりが同じ位置に存在することになるため、この変動は問題ではない。曲がりの量およびタイプが、基準部分のプロービングから実際の部分のプロービングまで、可動範囲を全体的に動き回るときに反復可能であることがより重要である。

拘束部材の存在はまた、脚部アセンブリを伸長させるためのモータなどの、細長い部材６６－１、６６－２の一方または両方の外側に取り付けられた重量のある構成要素が存在する場合に有用である。構成要素上に作用する重力は、細長い部材６６－１、６６－２をその長手方向軸周りで、すなわち拘束部材５１０によって画定された平面に対して回転させる傾向がある。

そのような回転によって影響を受け得るエンコーダスケールなどの計量要素の不在下であっても、そのような回転は依然として問題を招き得る。たとえば、２つの脚部アセンブリ間で継手を共有することがあり、それにより、脚部アセンブリは、継手に近接近して位置する。この状況では、細長い部材のその長手方向軸周りの回転が、隣接する脚部アセンブリを互いに衝突させることがあり、それによってその後脚部アセンブリを継手からわずかに持ち上げる可能性がある。これは、測定誤差を招きやすく、または脚部アセンブリを継手から完全に外す可能性もある。

そのような状況における拘束部材５１０の使用は、長手方向軸周りのそのような回転を防止し、またはそのような回転を、隣接する脚部アセンブリの端部の衝突のリスクが最小限になる所望の程度に少なくとも低減する。

図１６Ａおよび１６Ｂは、図１４および１５の拘束部材の代替策を示す。図１６Ａおよび１６Ｂの拘束部材５２０は、第１の拘束アームおよび第２の拘束アーム５２２、５２４と、第１の取付具および第２の取付具５２６、５２８とを備える。第１の拘束アームおよび第２の拘束アーム５２２、５２４は、実質的にＬ字形状であり、第１の取付具および第２の取付具５２６、５２８（たとえば、低摩擦ブッシュ）によって互いに摺動可能に連結されて、全体的に矩形の形状を形成する。第１の拘束アームおよび第２の拘束アーム５２２、５２４によって形成された矩形形状の両側は、それぞれ細長い部材６６－１、６６－２によって保持され、矩形形状は、アームの保持された側の長手方向軸周りの枢動または回転のみが自由である。

第１の拘束アーム５２２と第２の拘束アーム５２４との間の摺動可能な連結により、矩形形状は、細長い部材６６－１、６６－２間の角度運動を可能にするように伸縮可能であるが、矩形形状は、いずれかの細長い部材６６－１、６６－２をそのそれぞれの長手方向軸周りの回転に対して制限する。拘束部材５２０は、拘束部材５２０によって形成された矩形形状によって画定された平面が、細長い部材６６－１、６６－２によって画定された平面に対して実質的に直交するように配置される。

したがって、図１４および１５の拘束部材と同様に、図１６Ａおよび１６Ｂの拘束部材５２０は、平面５１を画定し、（図１６Ｂを参照）、平面５１はまた、２つの細長い部材６６－１、６６－２によって画定された平面に実質的に平行である。拘束部材５２０の存在により、各細長い部材６６－１、６６－２の回転は、拘束部材５２０によって画定された平面５１に対して拘束される。

図１７Ａおよび１７Ｂは、図１４および１５の拘束部材の別の代替策を示す。図１７Ａおよび１７Ｂの拘束部材５３０は、第１の拘束プレートおよび第２の（たとえば金属の）拘束プレート５３２、５３４を備える。第１の拘束プレート５３２は、第２の細長い部材６６－２の一方の側に固定され、対向する（第１の）細長い部材６６－１上の第１の軸受け５３６と接触するように磁気的に事前装填される。同様に、第２の拘束プレート５３４は、第１の細長い部材６６－１の他方の側に固定され、対向する（第２の）細長い部材６６－２上の第２の軸受け５３８と接触するように磁気的に事前装填される。

したがって、細長い部材６６－１、６６－２の対は、細長い部材６６－１、６６－２のねじり（そのそれぞれの長手方向軸周りの回転）に抵抗し、これらを平行に保つ働きをする２つのプレート５３２、５３４および軸受け機構５３６、５３８を有する。図１４および１５の拘束部材と同様に、拘束部材５３０は、２つの細長い部材６６－１、６６－２によって画定された平面に実質的に平行である平面５１（図１７Ｂを参照）を画定する。拘束部材５３０の存在により、各細長い部材６６－１、６６－２の回転は、拘束部材５３０によって画定された平面５１に対して拘束される。

座標位置決め機械に、推力フレームとは別個の計量フレームが設けられた特許文献８をこれまで参照してきた。述べたように、計量構造体からの負荷支承構造体の分離は、６本の伸長可能な脚部の各々に適用され、各伸長可能な脚部には、負荷支承構造体および計量構造体が設けられ、計量構造体は、負荷支承構造体から機械的に隔てられる。そのような場合、本明細書において説明する拘束部材を、計量構造体の向きを（たとえば重力に対して）制御するために、各伸長可能な脚部アセンブリの計量構造体に関連付けるだけでよいが、任意選択により、拘束部材を各伸長可能な脚部アセンブリの負荷支承構造体に関連付けることもできる。

添付の図を示す非デカルト座標位置決め機械は、６本の伸長可能な脚部アセンブリを有するが、本発明を具体化した非デカルト座標位置決め機械は、当然ながら、６本の伸長可能な脚部アセンブリを有することに限定されず、伸長可能な脚部アセンブリの数および構成は、関係する用途によって決定される。

本発明の実施形態を主に座標測定機械および比較器の文脈で説明してきたが、本発明は、より全般的には、走査機械、工作機械、ロボット、（たとえば光学構成要素用）の位置決めデバイス、プロトタイプ製造機械などの座標位置決め機械の任意のタイプ、およびさまざまな他の用途に適用可能である。

Claims (16)

1. 非デカルト座標位置決め機械のための伸長可能な脚部アセンブリであって、
   細長い部材を備え、前記細長い部材の端部には、３つの接触点、または少なくとも実質的には点様接触表面または接触領域を有する、前記機械上に設けられた少なくとも部分的に球状の軸受け表面を支承するための軸受け装置が設けられ、前記接触点または接触表面または接触領域によって画定された平面は、前記細長い部材の長手方向軸に対して実質的に直交する伸長可能な脚部アセンブリ。
2. 前記軸受け装置は、前記細長い部材と機械との間に運動学的または少なくとも疑似運動学的結合をもたらす請求項１に記載の伸長可能な脚部アセンブリ。
3. 前記機械に関連付けられた前記少なくとも部分的に球状の軸受け表面は、機械に関連して固定されたボールまたはその一部によって提供される請求項１又は２に記載の伸長可能な脚部アセンブリ。
4. そのような軸受け装置は、前記細長い部材の両方の端部に設けられる請求項１から３のいずれか１項に記載の伸長可能な脚部アセンブリ。
5. 前記細長い部材に関連付けられた前記３つの接触点または接触表面または接触領域は、３つの少なくとも部分的に球状表面によって提供される請求項１から４のいずれか１項に記載の伸長可能な脚部アセンブリ。
6. 前記細長い部材に関連付けたれた前記３つの少なくとも部分的に球状表面の各々は、前記機械に関連付けられた前記少なくとも部分的に球状の表面より小さい請求項５に記載の伸長可能な脚部アセンブリ。
7. 前記細長い部材に関連付けたれた前記３つの少なくとも部分的に球状表面は、それぞれ３つのボールまたはその一部によって提供される請求項５又は６に記載の伸長可能な脚部アセンブリ。
8. 前記細長い部材に関連付けたれた前記３つの少なくとも部分的に球状表面は、運動学的カップまたはコーンにより提供される請求項１から７のいずれか１項に記載の伸長可能な脚部アセンブリ。
9. 前記伸長可能な脚部アセンブリの端部間の分離、または前記伸長可能な脚部アセンブリに関連付けられた何らかの他の長さを測定するための計量要素を更に備える請求項１から８のいずれか１項に記載の伸長可能な脚部アセンブリ。
10. 前記計量要素は、エンコーダスケールを備える請求項９に記載の伸長可能な脚部アセンブリ。
11. 構成要素を前記機械の可動範囲内に位置決めするために、請求項１から１０のいずれか１項に記載の伸長可能な脚部アセンブリを複数備える非デカルト座標位置決め機械。
12. 座標測定機械である請求項１１に記載の機械。
13. 比較器である請求項１１又は１２に記載の機械。
14. ６つの伸長可能な脚部アセンブリを備える請求項１１から１３のいずれか１項に記載の機械。
15. ６脚非デカルト座標位置決め機械である請求項１１から１４のいずれか１項に記載の機械。
16. 前記構成要素は、測定プローブを備える請求項１１から１５のいずれか１項に記載の機械。

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