JPH01156616A - 座標測定装置のプローブヘッドに用いられる回転・旋回装置 - Google Patents

座標測定装置のプローブヘッドに用いられる回転・旋回装置

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JPH01156616A
JPH01156616A JP63076669A JP7666988A JPH01156616A JP H01156616 A JPH01156616 A JP H01156616A JP 63076669 A JP63076669 A JP 63076669A JP 7666988 A JP7666988 A JP 7666988A JP H01156616 A JPH01156616 A JP H01156616A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、モータにより調節可能な少なくとも２つの回
転軸を持つ座標測定機の探査ヘッド用の回転・旋回装置
、及びこのような回、転・旋回装置を用いて工作物の座
標を測定する方法に関する。
前記形式の回転・旋回装置は、まず第一に、工作物の座
標を測定するために用いられる探査ヘッドを、所望の測
定にとって最適な位置が得られるように、角度調整する
ために使用される。
測定過程の移動で探査ヘッドが設定されるところの種々
の位置は、高精度に再現されなければならないので、公
知の回転・旋回装置における回転・旋回軸受は、溝とし
て構成されている。
取り付けられた探査ヘッドの探査球の位置は、回転・旋
回装置のあらゆる休止位置において一度較正（キャリブ
レーション）される。その後、探査ヘッドは、測定過程
、の移動において、種々のきまって約７．５°相互に異
なっている角度位置へ運ばれる。その際探査球について
後で較正する必要はない。
〔従来の技術〕
前記型式の回転・旋回装置は、例えば西独特許発明第２
．８０４３９８号明細書、及びそれに相応する米国特許
第４３１３２６３号明細書、米国特許第４５７１８４７
号明細書、並びに以下の刊行物により公知である。
１、「座標測定機の三次元問題」 Ｒｅｎｉａｈａｗ　ＰＬｃ社、英国、出版備考ＢＭＭ　
１９８４．８　Ｍ　５８６ ２、製品情報ｒＨａｎｄａｃｈｓｅ　Ｊ　５ｔｉｅ　ｆ
ｅＬｍａｉｅｒ社Ｅａｓｌｉｎｇｅｎ、出版備考　２７
０４８７−０００９７０公知の回転・旋回装置の利点は
、前記溝が探針位置全決定するために、精密な支承部を
必要としないことにある。その上リンク位置用の位置測
定系も必要としていない。これに対し欠点としては、こ
の公知の回転・旋回装置を利用する場合に、探査ヘッド
の特定の角度位置に拘束されるという状況が発生する。
アクティブな係従 合動作又は走査時の客体形状への旋回角の追縦は、それ
ゆえ、このような回転・旋回装置では不可能である。そ
の上、較正グロセスは、各角度位置及び各探査体につい
て必要不可欠、である。
西独特許発明第３３２２７１４号明細書から、光学的探
査ヘッドを、工作物に沿う走査動作時に従 回転・旋回リンクに基づいて客体形状に追稼させること
は公知である。旋回角度を測定するために、回転・旋回
リンクの両軸に角度ステップ機構が設けられることにな
ろう。しかしながら、前記各文献からは、どのような方
法により客体の各点の座標が、座標測定機の直線スケー
ル及び回転・旋回装置の角度ステップ機構から割り出さ
れるかは不明である。
本発明の課題は、測定精度を損うことなく回転・旋回角
度を無段階に調整することを可能にして、座標測定機の
動作過程に関与せしめることができるところの、座標測
定機の探査ヘッド用の回転・旋回装置を提供することに
ある。
この課題は、特許請求の範囲第１項の特徴、即ち回転・
旋回装置が； ａ）回転・旋回において、再現可能な動作特性を持つ回
転軸受と； ｂ）座標測定機の計算器に調節された回転角度ないし旋
回角度を応答する高解度の角度エンコーダと； リ　回転・旋回装置の駆動部を介して探査ヘッドの事前
に調節された空間位置設定が確実に保持されるか又は測
定しようとする工作物の目的とされた係合が実現される
ように、前記角度エンコーダ及び各軸の駆動部を座標測
定機の制御装置に接続しているアクティブ・ポジション
制御回路と； 金、含むことによって解決される。
この特徴によれば、工作物を測定するための各座標が少
なくとも部分的に、座標測定機の直線駆動部を静止させ
た状態において、回転・旋回装置を用いて単に探査ヘッ
ドを移動させるだけで得られるという測定方法を行うこ
とが可能となる。
この操作方法において、座標測定機の摺動可能なキャリ
ッジのほとんど大部分は動かす必要がないので、多数の
測定作業について、測定時間の短縮外いし測定精度の向
上を達成す、ることかできる。
例えば、円筒面（孔等）は、形状検査の際、回転・旋回
軸の両軸の一方によって係合され、他方の軸により展開
される。さらに、座標測定機の駆動部を静止させた状態
で、工作物の測定されるべき点を両軸の同時動作によシ
アクチイブに係合させることも可能である。
回転・旋回装置の支承部及び角度エンコーダを製造する
念めに是認できるコストの範囲内において、発生し得る
測定誤差の原因は、例えば回転・旋回装置の両軸が、互
いに正確に直交して延びておらず、及び／又は一つの面
内に正しく位置してもおらず、小さな間隔をもって相互
に延びるか、又はその他の進路偏差金有しているという
点にある。それゆえ、回転・旋回装置に補正値を関連づ
けるとともに、座標測定機の計算器の記憶装置に入力す
ることは目的に適合している。この補正値は、事前に行
われた較正プロセスにおいて得られる。全く同様に、角
度測定装置の角度偏差は、較正プロセスにおいて決定さ
れ、後で計算により修正される。
測定の不確実性を可能な限り少なくすることを考えるな
らば、更に、回転・旋回装置の回転可能な部分への駆動
力の伝達音できる限り横力をゼロにして行うことが必要
である。このために、バンドないしはベルト伝動装置が
提案されており、それは、さらに衝突時に滑りクラッチ
として作用して、回転・旋回装置の破損金も防止するも
のである。
回転・旋回装置の軸における角度エンコーダは、有利に
は付加的な基準点を持つ総体測定系又は増分測定系であ
って、該基準点は、ピッチ円のゼロ点を再現可能に確定
する。
ダイナミックに動作している回転・旋回装置の測定値が
、座標測定機の直線スケールが提供するところの測定結
果に常に算入されるようにするために、該回転・旋回装
置に、機械座標系に関連してその距離及び位置設定が一
義的に決定されているところの特有の座標系全関連づけ
ることは目的に適合する。座標系の距離、及び回転位置
は、座標測定機の測定アームへの回転・旋回装置の取り
付は方に依存しており、検定プロ七スにおいて該取り付
は方にしたがって割り出されることになる。
前記の方式によれば、測定機の座標系における探査球の
位置を一度だけ較正しておけば十分である。同位置は、
その場合、任意の角度位置について、回転・旋回装置の
各軸の位置及び位置設定に関する計算器に記憶されたデ
ータから明らかとなる。技術水準にある回転・旋回装置
において必要不可欠であつ之ような、各探査体の多数の
異なる静止位置についての較正は、それゆえ本発明によ
れば不要である。
〔実施例〕
本発明の他の利点は、添付図面の第１〜１０図に基づ〈
実施例の以下の記載から明らかとなる。
ＭＩ、２図には、本発明の回転・旋回リンクの内部構造
が示されている。このリンクは、機械に固定の円筒形の
ケーシング部分（１）を有しており、該ケーシング部分
の一端には、同円筒形の部分（１）の他端において対称
軸ＣＢ）の回りで回転可能なケーシング部分（２）のた
めの駆動部（４）が設けられている。ケーシング部分（
２）内には、第２の軸（Ａ）つまり旋回軸の回りに回転
可能な取り付は部（１２）が支承されており、該取シ付
は部には、後で記載されるように、座標測定機の探査ヘ
ッドが取り付は可能である。
駆動部（４）は、付設されたタコジェネレータ（１０６
）と前置された伝動装置（１０５）とを備えるモータ（
１０４）から成る。駆動部の回転ローラ（３）は、何度
も方向転換された２本のひも（５ａ、５ｂ）ｋ介して、
部分（２）用の駆動ローラ（６）に連結されている。圧
縮ばねのは、ローラ（６）の回りに反転的に巻き付けら
れたひもが同−張力金堂けるように、２つの緊張レバー
（８ａ、８ｂ）と関連して作用している。この駆動部の
構成は、ケーシングに固定の部分（１）に対して回転・
旋回、リンクの回転可能な部分（２）を支承させている
回転軸受（９）への横力の作用を回避している。
部分（２）の回転角を測定するために、光電式読み取り
ヘッド（１１）によって走査されるピッチ円（１０）の
形態の角度エンコーダが利用される。符号（１１１）で
示されたゼロパルス点は、対応する発信器によって走査
されることもに、角度測定系のゼロ位置を確定するため
の初期化・母ルスを与える。
第２の駆動部（１４）は、中空の駆動ローラ（６）の内
側に突入しつつ、回転可能な部分（２）に固定されてい
る。同駆動部は、同様にモータ（１１４）、タコジェネ
レータ（１１６）及び伝動装置（１１５）から成る。２
本のひも（１５ａ。
１５ｂ）を有する第２のバンド伝動装置は、駆動部（１
４）の駆動ローラ（１３）ｔ、付設されるべき探査ヘッ
ド用の回転可能な取り付は部（１２）に連結している。
取り付は部（１２）は、ケーシング部分（２）のボール
ベアリング（１９）に支承されており、また、中空円筒
の形状を有していて、その外周にバンド伝動装置（１５
ａ、１５ｂ）が巻き付けられている。
ゼロパルス点（１２０）を備える第２のピッチ円（２０
）は、第２の光電式読み取フヘッド（２１）と関連して
、取り付は部（１２）の軸（Ａ）の回りの旋回角度を測
定するために利用される。
中空円筒形の取り付は部（１２）内において、電磁石が
軸（Ａ）に沿って可動に支持されつつスリーブ（２６）
内に取り付けられている。この電磁石は、球（２７）上
に載せられた図示されていない支持プレート全固定保持
するために利用される。この支持プレートには、交換さ
れるべき探査体が固着されている。この種の電磁石によ
る交換装置自体は公知であって、例えば米国特許第４６
３７１１９号明細書に記載されている。したがって、こ
の点について詳細に説明する必要はない。
スリーブ（２６）の周囲において、複数の接点（２３）
が、取り付は部（１２）の交換面に配設されており、該
接点は、付設された探査ヘッドからの信号を座標測定機
へ伝送するのに用いられる。付属のケーブル（２２ａ、
ｂ）は、部分（２）及び（１２）を回動ないしは旋回し
た際に引つ張り応力が発生するのを防止するために、複
数の巻きからなるリール（２４）ないしは（２５）に添
えて軸（Ａ）ないしは（Ｂ）の周囲に配置されている。
軸受（９）、（１０）については、互いに遊隙をなくし
て固定された高い回転精度のゴールベアリングが重要と
々る。このポールベアリングは、更に、再現可能な動作
特性を示すものである。このような特性は、回転・旋回
装置による測定値の把握にとって特に重要である。とい
うのは、この場合、測定値の計算による補正が、−度割
フ出された動作誤差分だけ可能になり、したがって測定
の不確実性が回避されるからである。軸受としては、例
えば欧州特許第０１１１１２５号明細書に記載されたロ
ーラ軸受が使用可能である。
第１，２図に詳細に示された回転・旋回リンクは、例え
ば第３図に記載されているように、スタンド型の機械の
横腕（５ｏ）に付設される。
この場合、回転軸ＣＢ）の張り出した駆動部（４）は、
測定腕（５０）の内側にあって見えない。
図面においては、接続式の探査ヘッド（３１）が回転・
旋回リンクの取り付は部（１２）に付設されている。こ
のような探査ヘッドは、例えば、１９８６年１０月１１
日付、発明の名称「座標測定機の測定腕へ接続式の複数
の探査ヘッドを同時に連結する構造」の特許出願第 ３６３４６８９．６号に記載されている。探査ヘッド（
３１）は、アダプタ部分（３５）によって保持プレー）
（３０）に固定されておフ、該保持プレート自体には、
回転・旋回リンクの取り付は部（１２）の球（２７’）
上に着座する対向支承部が設けられている。
更に、取り付は部（１２）に、例えば第牛図に示された
三角測量探査体（４１）のような他の探査ヘッド全固定
すること、ないし両探査ヘッドを相互に交換することが
可能である。工作物（３４）に係合するための探査ピン
（３２）及び探査法（３３）の代りにレーザ光線（４３
）全放射するものであって、工作物表面への該レーデ光
線の照射が照明光（４３）の方に傾けられた光学系によ
って評価されるところの三角測量探査体も同様に公知で
あって、それは例えば欧州特許出願公開第０１５６９９
１号明細書、又は欧州特許出願公開第０１６３３４７号
明細書に記載されている。
第５図には、門構造の座標測定機（７０）の主軸に垂直
に組み込まれた状態の回転・旋回リンクが示されている
。同図から理解されるように、回転・旋回リンク（７２
）に固定された探査体（７１）によって、機械座標系に
関連して種々の方向に傾けられている工作物（７４）の
孔（７５，７６）が係合される。この場合、原則的に２
通りの操作方式が可能である。
第１の操作方式においては、回転・旋回リンク（７２）
は、該リンクに固定されている探査体を所望の角度位置
に設定するために使用される。この場合、係合プロセス
は、直線測定系（８１）、（８２）、（８３）が関係づ
けられている機械駆動部ｘ、ｙ、ｚの移動によって行わ
れる。
第２の操作方式においては、座標測定機（７ｏ）が、探
査ヘッド（７１）を例えば工作物の孔（７５，７６）内
に位置づける。そして係合プロセスは、直線駆動部を停
止させた状態にして、回転・旋回装置（７２）を用いて
探査ヘッド（７１）ｋ単に回転ないしは旋回せしめるこ
とによって行われる。この操作方式の利点は、動かされ
るべき部材が非常に少ないことに基づいて比較的早い測
定が達成可能である点、そして測定精度が向上する点に
認められる。
第６図には、第５図の座標測定機の制御装置が簡略的に
示されている。制御エレクトロニクス（９８）の中核は
マイクロプロセッサシステム（９１）であり、該システ
ムは、データバス全経て座標測定機の制御計算器（９２
）、に接続されている。付設のタコジェネレータ（９４
ｘ。
９４Ｙ、９４ｚ）を備えた座標測定機の直線的に動かさ
れる部分の駆動部（９３ｘ、９３Ｙ、９３□）は、接続
回路（９５ｘ、９５Ｙ、９５．）を介して、マイクロプ
ロセッサによって制御される速度制御回路に接続されて
いる。
これらの速度制御回路には、直線スケール（９６Ｘ、９
６Ｙ、９６□）ないし、測定値発生器（９７ｘ、９７Ｙ
、９７．）によって閉じられる位置制御回路がそれぞれ
重ねられている。
同様にして、回転・旋回リンクの制御装置が構成されて
いる。軸ＣＢ）の回りを回転させたり、軸（Ａ）の回り
を旋回させたりする駆動モータ（１０４）、（１１４）
のタコジェネレータ（１０６）、（１１６）は、接続回
路（Ｑ５Ａ）。
（９５Ｂ）を介して速度制御回路内に配置されている。
同速度制御回路には、回転・旋回リンクの角度エンコー
ダ（９／１１）、（１０／２１）が接続されているとこ
ろの位置制御回路が重ねられている。
回転・旋回リンクに付設された探査ヘッドの探査球の測
定値ないしは係合座標が、直線スケールの測定値と角度
エンコーダの測定値からどのようにして求められるかは
、以下に述べられる。この場合、種々の座標系の位置設
定が記載されている第１０図の表示が関係している。
座標測定機全直線案内することに起因して固定された機
械座標系は、矢印ＸＭ　ｈ　ＹＭ　ｈ　ＺＭによって表
示されている。ここに、回転・旋回リンク用の座標系を
導入することは合目的である。
それは、矢印Ｘ。、ｙｃ＋ｚｃｔ”もって表示されてい
る。この第２の座標系は、その原点金もって、第１の座
標系に対して、矢印Ｐ。が示す距離だけずらされている
。更に、この第２の座標系は、その組み込み状態に依存
して、第１の座標系に対して回転しており、その回転は
、回転マトリックスＤＢによって記述することができる
。
簡単にするために、回転・旋回装置の座標系の座標方向
２゜は、同回転・旋回装置の回転軸０３）と重なってい
ると仮定する。確かに、回転・旋回装置の旋回軸（Ａ）
は、軸ＣＢ）と直交すべきであるが、これは製造上の制
約により必ずしも達成されない。実際には、両軸が互い
に離れて延びているところのわずかな間隔が存在してい
る。両軸相互の直角性の偏差は、回転・旋回装置の座標
系の矢印Ｘ。、Ｙｃ、ｚｃ　　に対して軸Ａｏヲ非平行
に位置設定することによって考慮されている。
今や、探査ヘッドの探査ピンにおける探査球に第３の座
標系を関係づけることができる。同座標系は、回転・旋
回装置の座標系の軸（Ａ）からの距離■Ｓヲ有している
。座標系ＸＢ　ｒ　Ｙｇ　＊ｚＢの方向づけは、両軸（
Ａ）、（Ｂ）の回りの瞬間的角度位置に依存している。
これに対応する変換を行うには、第３の座標系の方向づ
けを確定する動的な回転マトリックスＤＡａ　ＤＢ’ｆ
ｒ導入することが適切である。
以上の考察に基づいて、次のマトリックス方程式によっ
て算出されるいわゆる「動的探査体座標」を採用するこ
とができるようになる。
Ｄ＝■Ｃ＋ＤｃＣＤＢ・（ＤＡ−Ｐｓ十ＶＣ）　］　　
　１ここに、Ｐ　ｓ　ｒ　Ｖｃ　ｒ　Ｄ（はパラメータ
であって、後述されるように、検定ないし較正プロセス
に得られるべきものである。動的回転マトリックスＤＡ
、ＤＢには、回転・旋回リンクのエンコーダ（９）、（
１０）の角度測定値が含まれており、ベクトル■Ｃには
、座標測定機の直線スケールの測定値、即ち が含まれている。ここに、Ｐｏは、回数・旋回装置を有
しない測定機の座標系のゼロ点から回転・旋回装置の座
標系のゼロ点までの距離を表わす。
前述のパラメータを求めた上で、直線スケール及び回転
角発信器の測定値から各時点の探査球（７３）の係合座
標を算出することが可能となる。この場合、前述の式（
１）は球対称の係合体に対して有効であることを考慮す
べきである。
第４図に示された三角測量探査体を係合に使用する場合
は、該探査体によシ割り出された探査体の座標系ＺＢ　
ｒ　ＹＢ　ｓ　ＸＨにおける距離の測定値ｖｓを付は加
えるべきである。このことは、式（１）においてＰ、ｉ
　（Ｐｓ＋Ｖ８）で置き換えることによって表すことが
できる。
例えば第７図に簡略的に示されているような回転・旋回
装置が、保持台（５２）に装着され、そして単独の座標
測定機において品質検査を受けるというやり方で、回転
・旋回装置の座標系における軸ＡＣの位置設定、並びに
両軸の間隔ｖｃが、該回転拳旋回装置全組み込む前に確
認される。この場合、回転・旋回装置の取り付は部（１
２）上には、軸（Ａ）、（Ｂ）に偏心して配設された球
（５７）’を備える保持グレートが設置されている。球
（５７）の位置が軸（Ａ）。
ＣＢ）の回Ｖｔ回転する際に種々の角度位置で係合が行
われることによって、両軸（Ａ）。
（Ｂ）の位置関係が決定される。この場合、球の中心点
は、符号（５８）、（５９）により示され几円進路を移
動する。軸（Ａ）、ＣＢ）の実際の位置は、各測定点に
最も適合する円の平面に対する円の中心点を通過する法
線として生ずる。軸の位置を測定するこのような方法自
体は公知であり、例えば米国特許第４３６９５８１号明
細書に開示されている。
回転・旋回装置によって得られた角度の値についての測
定の不確実性を低減するために、回転・旋回リンクの回
転軸受の動作誤差ないし角度エンコーダの目盛り誤差を
割り出すことは、更に目的に適合している。この場合、
１９８６年１１月３日付書類整理番号Ｐ３６３７４１０
．５　（Ｄ出願における名称「回転テーブルの偏差を測
定する方法」の方法を利用することができる。
このために、プレー）（５１）に代えて、第８図に示さ
れた４個の球（５５ａ−ｄ）’を持つプレー）（５３）
が、回転−旋回リンクの取り付は部に装着される。続い
て、球の中心点が多数の角度位置において測定され、そ
れによって、回転軸の進路偏差ないし軸（Ａ）について
の角度位置偏差が確定される。同様にして、プレー）（
５３）を直角のアダプタプレー）（５４）を介して回転
−旋回リンクの取り付は部（１２）に固着することによ
って、軸（Ｂ）の誤差が確定される。勿論、軸受の進路
誤差金修正するためにこのようにして得られた測定値が
使用できるのは、軸受が再現可能であること、即ち長周
期的特性を示すことを前提としている。
前記したように、回転・旋回装置の座標系における両軸
（Ａ）、（Ｂ）相互の距離及び位置そして作動誤差を確
定した後は、必要なことは、組み込まれた状態にある回
転・旋回装置の座標系の位置を座標測定機の機械座標系
に対して相対的に決定すること、即ち式Ｈの位置ベクト
ルＰｏヲ求め、そして式■の回転マトリックスＤＣ金求
めることである。付属の６個の未知数は、既知の位置及
び寸法の幾何学的要素に係合した時の、回転・旋回装置
に装着された探査ヘッドの種々の角度位置における相当
数の測定値を採用することによって求められる。−船釣
には、例えば検定法又は検定ダイスを座標測定機の測定
空間中の定義された位置に設置し、そこにおいて係合を
行わせるという措置がとられる。ベクトル■Ｓが更に未
知である場合、Ｒすち回転−旋回装置の座標系における
探査球の位置が利用できない場合には、それらの値は、
係合されるべき測定点の数を少なくとも３個増加させる
だけで、同じ較正プロセスにおいて得ることができる。
前述の較正及び検定工程全実施した後、探査ヘッドが装
着された回転・旋回装置全測定に使用する際、座標測定
機の制御計算器（９２）は、係合工程が探査ヘッドの直
線運動によって行われるか、あるいは回転−旋回運動に
よって行われるかに拘らず、各係合点の実際の座標を座
標測定機の直線スケールの測定値、回転・旋回装置の角
度エンコーダ、並びに記憶されていた補正値から式■に
したがって算出することができる。
回転・旋回装置を用いて任意の工作物領域に点ごとに係
合する方法の他に、工作物に連続的に係合することによ
って形状検査を実施することも可能である。これには、
例えば孔のような円形又は円筒形の面が特に適している
。この典型的な使用例は、第１１図に示されている。工
作物（１３４）の孔（１３５）の内面（１３６）の形状
を検査する之めに、座標測定機の主軸は、回転・旋回装
置の回転軸（Ｂ）が孔（１３５）の軸（Ｃ）とほぼ整列
するように位置づけられる。続いて、探査ビン（１３３
）がその探査球をもって面（１３６）に当接するまで、
同面（１３６）は、探査ヘッド（１３１）が旋回される
ことにより探査される。軸（Ｂ）の回りで回転・旋回装
置を回転せしめると、孔の内面（１３６）の形状が展開
される。
類似の方法により、孔軸（Ｃ）に垂直な面（１３７）の
−様性を検査することができる（第１２図）。この場合
も、旋回軸（Ａ）によって係合が行われ、そして孔軸（
Ｃ）に整列された回転軸ＣＢ）の回りで回転させること
により展開が行われる。
他の操作方法により、種々の方向に延びる孔についても
形状検査を行うことができる。まず、回転・旋回装置の
両軸（Ａ）、（Ｂ）の交点を各孔の軸上に位置づけ、続
いて両軸（Ａ）。
（Ｂ）の動作を同時調整することにより線孔について係
合、展開全行う。
形状検査を実施するのに利用できるものとして、いわゆ
る計量型の多重座標の探査ヘッド、−次元的な表示を行
う感知レバー式探査体１、あるいは非接触的に測定全行
う光学又は容量式の走査七ンサがある。
座標測定機の機械軸は、その測定中に休止しているので
、達成可能な測定精度は、単に回転・旋回装置及び探査
ヘッドの欠点によってのみ確定される。
【図面の簡単な説明】
第１図は、第２図の線１−Ｉに沿った本発明の回転・旋
回装置の部分断面図であり、第２図は、第１図の軸ＣＢ
）の回りに９０°回転させた状態の回転・旋回装置の断
面図であり、第３図は、第１図ないしは第２図の回転・
旋回装置を取り付けた状態の立体図であり、第４図は、
第３図の回転・旋回装置において操作している探査ヘッ
ド（３１）に代えて装着されるべき光学的探査ヘッドを
示し、 第５図は、回転拳旋回装置が装備された座標測定機の立
体図であり、 第６図は、第５図の座標測定機の制御システムの概略平
面図であフ、 第７図は、回転・旋回装置の各軸の較正プロセスを明確
化するために固定されている、第１゜２図の回転・旋回
装置の立体図であり、第８図は、回転・旋回装置の軸受
の進路偏差を決定するために、第７図の較正体（５１）
に代えて回転・旋回装置上に設置可能な第２の較正体を
示し、 第９図は、角度アダプタが装着された第８図の較正体（
５３）を示し、 第１０図は、座標測定機の座標系における探査体の座標
系の位置及び回転・旋回装置の座標系の位置全明確にす
る略図であり、 第１１．１２図は、孔の形状検査をするために使用中の
回転・旋回装置を示す原理略図を示す。 １・・・機械側に固定のケーシング部分、２・・・回転
可能なケーシング部分、４、１４・・・駆動部、５．１
５・・・ベルト伝動装置、９，１９・・・回転軸受、１
０．２０・・・角度エンコーダ、１２．２７・・・取り
付は部、３１，７１，１３１・・・探査ヘッド、３４，
７４，１３４・・・工作物、５０・・・座標測定機、７
２・・・回転・旋回装置、１１１，１２０・・・基準点
、１３６．１３７・・・円形ないし円筒形の面、Ａ・・
・旋回軸、Ｂ・・・回転軸、Ｃ・・・対称軸。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １、探査ヘッドを角度的に位置設定するためのモータに
    より調整可能な少なくとも２つの回転軸（Ａ、Ｂ）を備
    える座標測定機の探査ヘッドの回転・旋回装置において
    ； ａ）前記軸（Ａ、Ｂ）において再現可能な動作特性を持
    つ回転軸受（９、１９）と； ｂ）座標測定機の計算器に調節された回転角度ないし旋
    回角度を応答する高解度の角度 エンコーダ（１０、２０）と； ｃ）前記回転・旋回装置の駆動部を介して前記探査ヘッ
    ドの事前に調節された空間位置設定が確実に保持される
    か又は測定しようとする工作物（３４）の目的とされた
    係合が実現されるように、前記角度エンコーダ（１０、
    ２０）及び前記各軸（Ａ、Ｂ）の駆動部（４、１４）を
    前記座標測定機の制御装置に接続しているアクティブ・
    ポジション制御回路と； を含むことを特徴とする座標測定機の探査ヘッドの回転
    ・旋回装置。 ２、前記回転・旋回装置には、較正プロセスにおいて得
    られた補正値が関連づけられており、該補正値は座標測
    定機の計算器に記憶されていることを特徴とする特許請
    求の範囲第１項記載の回転・旋回装置。 ３、前記補正値は、角度位置の偏差、前記回転軸（Ｂ）
    ないしは旋回軸（Ａ）相互の位置、及び／又は該軸（Ａ
    、Ｂ）の進路偏差を表わしていることを特徴とする特許
    請求の範囲第２項に記載の回転・旋回装置。 ４、前記駆動部（４、１４）から回転・旋回装置の回転
    可能な部分（２、１２）へ駆動力を横向きの力をゼロに
    して伝達せしめるために、バンドないしはベルト伝動装
    置（５、１５）が設けられていることを特徴とする特許
    請求の範囲第１項に記載の回転・旋回装置。 ５、前記角度エンコーダ（１０、２０）は、少なくとも
    １つの付加的な基準点（１１１、１２０）を持つ絶体測
    定系又は増分測定系であることを特徴とする特許請求の
    範囲第１項に記載の回転・旋回装置。 ６、前記回転・旋回装置は、回転軸と旋回軸を有してお
    り、ここに該旋回軸（Ａ）は該回転軸（Ｂ）に支承され
    ており、そして該回転・旋回装置に前記探査ヘッド（３
    １）を固定するための取り付け部（１２、２７）が、前
    記回転軸（Ｂ）に偏心して前記旋回軸（Ａ）上に配設さ
    れていることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載
    の回転・旋回装置。 ７、回転・旋回装置に探査ヘッドが固定されているとこ
    ろの座標測定機を用いて、工作物の座標を測定する方法
    において、工作物（３４、７４、１３４）の測定点は、
    前記座標測定機（５０）の直線駆動部を停止させた状態
    にして、前記回転・旋回装置（２、７２）を用いて前記
    探査ヘッド（３１、１３１、７１）を単に角運動させる
    ことによつて、少なくとも部分的に係合されることを特
    徴とする方法。 ８、前記回転・旋回装置（７２）に装着された測定を行
    う探査ヘッド（１３１）を用いて円形ないし円筒形の面
    （１３６、１３７）の形状を調べるために、まず該回転
    ・旋回装置の回転軸（Ｂ）が、前記座標測定機の駆動部
    により前記面（１３６、１３７）の対称軸（Ｃ）に位置
    決めされ、それから、調査されるべき前記面が、前記回
    転・旋回装置の旋回軸（Ａ）によつて係合され、そして
    同時に、該回転・旋回装置の前記回転軸（Ｂ）の駆動に
    よつて該円形ないしは円筒形の面の走査が行われること
    を特徴とする特許請求の範囲第７項に記載の方法。 ９、前記回転・旋回装置に装着された測定を行う探査ヘ
    ッドを用いて円形ないし円筒形の面の形状を調べるため
    に、該回転・旋回装置がまず、回転軸と旋回軸の交点を
    もつて前記面の対称軸に位置決めされ、そして続いて、
    調査されるべき前記面が、該回転・旋回装置の両軸の同
    時運動によつて走査されることを特徴とする特許請求の
    範囲第７項に記載の方法。 １０、回転・旋回装置に探査ヘッドが固定されていると
    ころの座標測定機を用いて工作物の座標を測定する方法
    において、 ａ）較正プロセスにおいて、前記回転・旋回装置の軸に
    ついての組み込み方に無関係な角度の幾何学的偏差ない
    しは進路偏差が割り出されて、補正値として前記座標測
    定機の計算器に入力されること； ｂ）前記回転・旋回装置に装着された前記探査ヘッドに
    おいて、前記座標測定機の座標測定機の座標系内で確認
    された寸法及び位置を持つ幾何学的物体が、該回転・旋
    回装置の軸（Ａ、Ｂ）の複数の位置で係合され、そして
    その測定値から、機械座標系（Ｘ＿Ｍ、Ｙ＿Ｍ、Ｚ＿Ｍ
    ）から該回転・旋回装置の座標系（Ｘ＿Ｃ、Ｙ＿Ｃ、Ｚ
    ＿Ｃ）までの位置ベクトル■＿Ｃが求められ、そして前
    記座標系（Ｘ＿Ｃ、Ｙ＿Ｃ、Ｚ＿Ｃ）の回転位置Ｄ＿Ｃ
    と、該回転・旋回装置の座標系内の探査要素の座標■＿
    Ｓ及び寸法ｒとが、パラメータとして決定され、そして
    同様に前記座標測定機の計算器に入力されるというよう
    に、該回転・旋回装置に特有の座標系が関連づけられる
    こと； ｃ）未知の工作物を続いて測定する場合に、前記座標測
    定機の長さ測定装置の測定値の他に、前記較正の際に得
    られた組み込み方に無関係な補正値と、所定の組み込み
    方に関係するパラメータと、前記回転・旋回装置のエン
    コーダのある瞬間の測定値とが、前記探査要素の実際の
    位置を算出するために一緒に考慮されること； を特徴とする方法。 １１、前記探査要素の実際の位置（動的探査座標）の算
    出は、次の式によつて行われ： ■＝■＿Ｃ＋Ｄ＿Ｃ・〔Ｄ＿Ｂ・（Ｄ＿Ａ・■＿Ｓ＋■
    ＿Ｃ）〕 そして各値の意味は、 ■＿Ｓ　回転・旋回装置の座標系における探査要素の位
    置を示す位置ベクトル ■＿Ｃ　回転・旋回装置の両軸が最も接近しているとこ
    ろの間隔ベクトル Ｄ＿Ａ　回転・旋回装置の旋回軸（Ａ）の回りの測定さ
    れた旋回角度に相当する探査ヘッドの回転を表わす回転
    マトリックス Ｄ＿Ｂ　回転・旋回装置の回転軸（Ｂ）の回りの測定さ
    れた回転角度に相当する探査ヘッドの回転を表わす回転
    マトリックス Ｄ＿Ｃ　座標測定機の機械座標系における回転・旋回装
    置の座標系の方向づけ（回転位置）を表わすマトリック
    ス ■＿Ｃ　機械座標系における回転・旋回装置の座標系の
    位置（距離）を表わす位置ベクトル であることを特徴とする特許請求の範囲第９項に記載の
    方法。
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