JPH02234009A - 直角座標測定機 - Google Patents

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】 産東上五机肛免乱 本発明は測定用プローブが互いに直交する軸に沿って精
密に制御され調整された運動をするようにキャリッジ上
に支持されている型の直角座標測定機に関するものであ
る．この運動は、被測定ワークピースを支持するテーブ
ル上で、プローブ先端がワークピース上の諸点を横切る
時、諸点間の距離の正確な測定がなされ得るようにテー
ブル上方でなされる． の　　　と　　の， 垂直ブローブ型の直角座標測定機の一例は米国特許第４
，６１０，０８９号“ブリッジ型コオーディネ−ト・メ
ジャリング・マシン”ベノレほか、１９８６年９月９日
に．＊た水平アーム機の一例は米国特許第４，３０５，
２０７号“スリー・アクシス・インスペクシ１ン・マシ
ン”ランツ、１９８１年１２月ｌ５日に見ることができ
る． これらの機械においては，ベースやキャリッジなどのよ
うな支持構造の非反復性ゆがみを避けることが絶対必要
である．このようなゆがみは、プローブ運動の範囲と被
測諸点間の距離との間の精密に繰返し可能な対応を失わ
せるため、直接的に測定誤差の原因となる．こうして、
ブローブを支持するのに使用するキャリッジの剛性と重
量は、キャリッジ支持ベース構造の安定性と同様、この
種機械の設計における重要因子である．その他の重大な
設計上の要因は、周囲温度変化に伴う摺動摩擦の変化な
どで運動に対する抵抗に変動が生じる度合である．増加
した（又は減少した）抵抗はプローブが諸点間をトラバ
ースすることにより課される構造上のゆがみの程度を変
化させるからである． キャリッジを支持するのには精密なウェイ（ｗａｙ）が
要求されるから、これらウェイ部材の製作と修理の容易
さとは，不時の衝撃によるウェイの損傷が回避される程
度と同様に、重要である．動力式キャリッジの関連では
，駆動力を適用する点を中心に据え，キャリッジに作用
する非反復性ゆがみ力を招きやすいねじれ傾向を最小に
することが有益である。

変換及び駆動要素を包被するコンパクトな構造もまたこ
の種機械では非常に望ましい要因である．見１Δ髪！ 本発明は改良されたキャリッジ・ウェイ（ｗａｙ）機構
を有する直角座標測定機を提供するものであって、この
ウェイ機構は一対の直立しているウェイ部材をベースの
上表面に取外し可能に取付け，該ウェイ部材は互いに離
間し、キャリッジ運動の軸線に平行をなしている．各ウ
ェイ部材は細長く，内方へ曲がった張出し部分をウェイ
部材の長さ方向に、且つもう一方のウェイ部材の張出し
部分に向って有している． 各張出し部分の上表面はキャリッジを支持するための水
平上表面を形成する．支持されたキャリッジは２つのウ
ェイ部材の間に配置され、上記水平上表面の上に差し掛
かるように外側へ延びる第一部分（すなわちウィング）
を有し，水平上表面との間に支持空気ベアリングが挿置
される．各ウェイ部材の張出し部分には、水平上表面と
対向する下側に下表面水平ウェイが形成される．キャリ
ッジはまた取外し可能に下方へ延びるブラケットから成
る第二部分を有し、該ブラケットの端部は上記下表面水
平ウェイの下方に延びていて、該水平ウェイとの間に予
荷重をかけた空気ベアリングが挿置されて前記上方の支
持ベアリングに予荷重を作用させる． ウェイ部材とベースは好適に花こう岩（グラナイト）製
とする．その理由は安定性、耐久性及び低価格にある．
他方、キャリッジは軽量金属，即ちアルミニウム製とし
、質量を減少させる．キャリッジ第二部分であるブラケ
ットは延展性ある鉄で製作し、ウェイ部材張出し部とキ
ャリッジウィングの組合せに比し大体等しい熱膨張とな
るようにし、温度変化に伴う支持ベアリングと予荷重ベ
アリングの間隔の変差を最小にするようにする．ベース
には、キャリッジブラケットと脚との間に延びる細長い
レールが取付けられ、このレールはキャリッジと一体的
に下向きに延びる部分との間に配置したガイドベアリン
グが係合する垂直ガイド表面を提供し、Ｘ軸に沿う運動
を精密にガイドする． 本発明は、測定誤差を生じさせる非反復性荷重や熱ゆが
みを回避させる、コンパクトで剛性あるキャリッジ構造
をもたらす利点がある．この形状は、キャリッジの駆動
要素及び距離変換器を収納する保護された内方空間をも
たらし、且つ運動軸線に沿うキャリッジの駆動の中心位
置づけを可能ならしめるものである。

ベースとウェイ部材とは容易に製作され得ると共に、キ
ャリッジのための正確で安定な支持をもたらす．ウェイ
部材の形状は、精密表面に対する損傷の可能性を減少さ
せ、修理及び（又は）交換を容易ならしめるものである
． 失直透 以下，図示の具体的実施例について特定の用語を用いて
説明するが、これら用語は例示のためであって限定のた
めではなく、，本発明は特許請求の範囲の規定する枠内
で種々の形態及び変更をとり得るものである． 第１図は水平アーム型直角座標測定機１０を略示するも
ので、これは本発明に係る改良キャリッジ・ウェイ機構
を包含している。

このような直角座ｍｍ定機１０は丁字形ベース１２を有
し，この上に第１の水平軸（Ｘ軸）に沿って可動な垂直
コラム体１４が支持されている．垂直コラム体１４は、
プローブ・チップ１８を取付けた水平アーム１６を可動
に支持し、該水平アーム１６は第２の直交軸（Ｙ軸）に
沿って垂直に可動である．水平アーム１６はまたその長
軸に平行な第３の軸（Ｚ軸）に沿って水平に可動であり
、ｘ，ｙ．ｚ軸は公知のように互いに直交している． ベースｌ２はロータリーテーブル２０を支持し、その上
に被測定ワークピース（図示せず）がブローブ・チップ
１８により接近され得るように載置される．このような
直角座標測定機は大体において周知であるから，本発明
の関係する垂直コラム体１４を支持するためのＸ軸キャ
リッジ・ウェイ機構を除いては、詳細を省略する． 第２図は、好適に花こう岩の厚板２２を空気式絶縁体２
３の上に支持して成るベース１２を含むウェイ機構の詳
細を一部断面で示す．ベースｌ２にボルト（図示せず）
などにより取外し可能に取付けられた一対の間隔をおい
たウェイ（ｖａｙ）部材２４、２６は各々Ｘ軸に沿って
互いに平行に長く延びている．ウェイ部材２４、２６は
その上端が各々内側へ角度をなし、向き合った張出し部
２８、３０となっている．張出し部２８、３０の上表面
は機械加工されて精密な水平上表面３２、３４を形成し
、他方反対側の下表面は上表面３２、３４の直下で下表
面水平ウェイ３６．　３８を形成している． Ｘ軸キャリッジ４０が取付板４１により取付けられたコ
ラム体１４を支持し、Ｘ軸に沿う直線運動を可能にする
．このキャリッジ４０は、角度をなしたウェイ部材２４
、２６間のスペースに配置される．Ｘ軸キャリッジ４０
はアルミ鋳物を機械加工して成り、この一体的な第一部
分は外側へ延びるウィング４２、４４から成り，それぞ
れ水平上表面３２、３４の上に差し掛かっている． 折曲げたカバープレート３５が各ウェイ部材２４、２ａ
の上に取付けられ、可動なダストベルト３７及びエンド
キャップ３９と共に内部空間３ふを完全に包被する． ウィング４２、４４とウェイ上表面３２、３４との間に
、支持空気ベアリングの後部４６ａ，ｂ及び前部４８ａ
，ｂの対が挿置され、対をなす各ベアリングは互いにＸ
軸キャリッジ４０に対しＸ軸の方向に離間されている． Ｘ軸キャリッジ４０は第二部分を形成されており、これ
はＸ軸キャリッジ４０の底からウェイ部材張出し部２１
１，３０の間へ垂下する後部ベアリング支持ブラケット
５Ｇと、右及び左前部ベアリング支持ブラケット５２及
び５４とから成り・，各ブラケット５０、５２，５４の
端部５６，　５８．　６０はそれぞれ下表面水平ウェイ
３６．　３８の下へ外方に延びている。これらの間に予
荷重をかけた空気ベアリング、すなわち後部ベアリング
６２ａ，ｂと前部ベアリング６４　ａ　，　ｂの対が挿
置され、対をなす各ベアリングはＸ軸の方向に離間され
，対応する支持空気ベアリング４６ａ又は４６ｂ；４８
ａ又は４８ｂの下にほゾ一致して位置づけられている． Ｘ軸キャリッジ４０はまた一体的な第三部分を形成され
ており、これは横方向に離間したガイドベアリング脚６
６ａ，ｂと６８ａ，ｂの対から成り，これらはベース１
２の表面に取付けたガイドレール７０を跨いでいる．ガ
イドレール７０は同様に好適に花こう岩製とし、アルミ
ニウム製のＸ軸キャリッジ４０との熱膨張の差の効果を
最小にするため細幅のものとする．鋼製の変換器グレー
ティング・スバ−（ｓｐａｒ）７１がガイドレール７０
の頂面にビンとスロット（図示せず）接合などにより取
付けられ、それらの間に相対的熱膨張を許すようになっ
ている．ガイドレール７０の両側にはＸ軸に平行な垂直
ガィド表面７２、７４が形成される．ガイド空気ベアリ
ング７６ａ，ｂと７８　ａ　，　ｂの対がガイドベアリ
ング脚６６、６８の各々とそれぞれのガイド表面７２，
７４との間に挿置される． ガイドベアリングの対７６ａ，ｂと７８　ａ　＊　ｂは
同様にＸ軸方向に離間されているものである．花こう岩
厚板２２は、ロータリーテーブル２０を支える花こう岩
スペーサ２５の下に接着されている．Ｘ軸キャリッジの
駆動機構はスバー及び歯形ベルト組立体８０を有し，こ
れはＸ軸沿いにブラケット５０、５２、５４と脚６６ａ
，ｂ及び６８ａ，ｂとの間の中央スペースを通って延び
ている． モータ動力制御と変換器信号リード線等々のためのそれ
ぞれの導線はケーブル８ｌにまとめられ、このケーブル
は厚板２２の上方のウェイ部材２４．　２６間の空間に
キャリッジ４０と共に容易に進退できるようループ状に
されている． 第３図はスパー及びベルト組立体８０が剛性スバ−（ｓ
ｐａｒ）部材８８から成り、その一端がブラケット８２
に取付けられ、該ブラケットはベース厚板２２の一端に
ボルト８４で取り付けられていることを示す．剛性スバ
−８８はそのブラケット８２と反対端で単にピン・スロ
ットブラケット９０で支えられ，安定性をもたらすが、
圧縮荷重をレール７０に伝えないようにすると共にＸ軸
方向に自由な熱膨張を許容するようになっている．歯形
ベルト８９の両端は取付゜け具８６ａ及び８６ｂでスバ
−８８に取付けられ、こうしてベアリング７６ａ，ｂ及
び７８ａ，ｂに著しい側圧を及ぼすことなく、ミスアラ
イメントに起因するわずかな横方向運動をベルトに許容
するようになっている． 剛性スバ−８８は、同じくキャリッジ駆動組立体８０に
含まれる固定歯形駆動ベルト８９の緊張により及ぼされ
る負荷を吸収して，機械構造自体にひずみ誤差の原因と
なる荷重をかけないようにしている． ダストベルト３７は，エンドキャップ３９で包被された
厚板２２の両側でブラケット９４、９６に支持された一
連のローラ９２によって厚板２２の下を循環される．バ
ンパービンストップ機構９８ａ，ｂと１００ａ，ｂが厚
板２２の両端にガイドレール７０の両側中心上で位置づ
けられ、それぞれの脚部分６６ａ，ｂ及び６８ａ，ｂと
係合して衝撃を和らげると共に、ベアリング７６ａ，ｂ
と７８ａ，ｂにかかる荷重を最小にしている． 第４図は、後部ブラケット５０の底部５６が比較的広幅
であって、前部予荷重支持ベアリング６４ａ，ｂ及び４
８ａ，ｂに比して，後部支持空気ベアリング４６ａ，ｂ
と同様、比較的由な間隔にある予荷重ベアリング６２ａ
，ｂの両方を支持していることを示している．これはキ
ャリッジ４０をウェイ３２．　３４、３６、３８上に３
点支持に似せて支持し、それらの間の精密な平行四辺形
の要件を緩和するものである．空気ベアリングの各々は
、従来市販されている直角座標測定機に利用されてぃ゛
る周知の設計のものである．これは、例えば黒鉛などの
多孔性ベアリングパッド１０２を、管体（図示せず）か
ら圧縮空気を供給される内部空間をもったベアリングキ
ャップ１０４に支持させたもので、圧縮空気は多孔性ベ
アリングパッド１０２から吹き出して周知の態様で接触
支持をもたらす空気薄膜を形成する．キャップ１０４は
クランプパー１１０により固定された位置調整ピン１０
ａ内の円錐形座部に座着されるボール１０６上に支持さ
れる．この構成は，ウェイの表面のわずかな変動を吸収
するためキャップ１０４とバッド１０２のわずかな傾き
を許容する．空気薄膜の厚さはピン１０８の位置を調整
することにより調整される． 正面から見て左側（第４図で右側）の前部予荷重ベアリ
ングブラケット５４及び後部ベアリング支持ブラケット
５０の左端にケーブル保持ブラケット１１２が取付けら
れ、それにケーブルループ８１の一端が取付けられる． グレーティング変換器取付けブラケット１１４が読取り
ヘッド１１６を左後部ガイドベアリング脚６６ａに適正
位置で固着し，グレーテイングスパー７１に取付けたグ
レーティングを走査させる．キャリッジ駆動体には、第
４図で見てキャリッジの左端に取付けたモータ・プーり
駆動パッケージ１１８が含まれ，これには駆動モータ１
２０と減速プ−り１２２、１２４、これに駆動されるス
プロケット１２６、その周りをアイドラ１２８，１３０
により案内される固定歯形駆動ベルト８９が含まれる．
スプロケット１２６がいずれかの方向へ回転するとＸ軸
キャリッジ４０はＸ軸沿いに前後いずれかへ直線運動を
する． 第５図は，Ｙ軸キャリッジ（図示せず）の或る駆動要素
がＸ軸キャリッジ４０にブラケット１３２により取付け
られることを示し、該ブラケットには、駆動モータ１３
４、減速プーり１３６、１３８、及び駆動スブロケット
１４０、これに駆動される無端ベルト１４２が取付けら
れ、ベルト１４２にはＹ軸キャリッジ（図示せず）が調
節可能にクラッチ接続される．第６図は後部ガイド空気
ベアリング７６ａ，ｂの支持体の詳細の一部を示す．自
己整合性ボール１０６は、予荷重ピン１４６の一端のボ
ス１５０に固着したばね座金１４８に支持された座部１
４４に受け入れられる．反対側のガイド空気ベアリング
７８ａ，ｂは所定の調整位置に固定される。この予荷重
は，レール７０の熱膨張に起因する締め付けを防ぐため
に取られるべきベアリング７６ａ，ｂと７８ａ，ｂとの
間の隙間の限られた変動を許容するものである．以上、
本発明の好適実施例について詳説したが、直角座標測定
機のその他の詳細については、それらが本発明自体を構
成しないものである以上，ここでは説明を省略する．適
当な構造は当業者に明らかであるからでもある・．

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る改良キャリッジ・ウェイ機構をも
つ水平アーム型直角座標測定機の斜視図、第２図は第１
図に示した測定機の一部断面拡大側面図、 第３図は第１、２図に示した測定機の一部省略正面図， 第４図は第２、３図に示したキャリッジと付属構造の拡
大部分背面図、 第５図は第２〜４図に示したキャリッジと付属構造の拡
大部分側面図， 第６図は第１〜５図の測定機に使用されるばね予荷重ガ
イド空気ベアリングの拡大詳細図である．まＪ冒１１ １２・・・ベース　　　　　　１６・・・水平アーム２
４、２６・・・ウェイ部材　　２８、３０・・・張出し
部分３２、３４・・・水平上表面　　３６、３８・・・
下表面水平ウェイ ４０・・・キャリッジ　　　　４２、４４・・・第一部
分５６、５８、６０・・・第二部分 ６６ａ，ｂ；６８ａ，ｂ−第三部分 ４６ａ，ｂ；　４８ａ，ｂ・・・支持ベアリング手段６
２ａ，ｂ；　６４ａ，ｂ・・・予荷重ベアリング手段７
０・・・ガイドレール ７２、７４、７６ａ，ｂ：　７８ａ，ｂ＝ガイドベアリ
ング手段

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ベース（１２）とチップ（１８）付きプローブ・ア
   ーム（１６）と該プローブ・アームを直交する３つの軸
   （Ｘ、Ｙ、Ｚ）の各々に沿って運動させるように取付け
   る取付手段（１４、１２）とを有する型の、改良キャリ
   ッジ・ウェイ機構を含む直角座標測定機（１０）であっ
   て、前記取付手段が前記プローブ・アーム（１６）を支
   持するキャリッジ（４０）と、・ウェイ機構とを有し、
   該ウェイ機構は、前記３軸の１つに沿って延びる水平上
   表面（３２、３４）と、支持ベアリング手段（４６ａ、
   ｂ；４８ａ、ｂ）と、前記キャリッジ（４０）を前記水
   平上表面（３２、３４）に沿って直線運動させるよう支
   持し案内するガイドベアリング手段（７２、７４、７６
   ａ、ｂ；７８ａ、ｂ）とを有しており、 前記ウェイ機構が、前記ベース（１２）を構成する部材
   （２２）に取付けられて対をなし離間している一対の細
   長いウェイ部材（２４、２６）を有し、該ウェイ部材の
   各々はそれぞれ前記１つの軸（Ｘ）沿いに延びる水平上
   表面（３２、３４）を形成する内方へ張出した部分（２
   ８、３０）を有し、 前記キャリッジ（４０）は、前記ウェイ部材（２４、２
   ６）の間に配置されると共にそれぞれのウェイ部材（２
   ４、２６）上の水平上表面（３２、３４）の上に差し掛
   かるよう外側に延びる第一部分（４２、４４）を有し、 前記支持ベアリング手段（４６ａ、ｂ；４８ａ、ｂ）は
   、前記キャリッジ第一部分（４２、４４）の各々とウェ
   イ部材水平上表面（３２、３４）のそれぞれとの間に挿
   置されて、これに沿うキャリッジ運動を可能にしている
   ことを特徴とする直角座標測定機。 ２、前記ウェイ部材（２４、２６）のそれぞれの前記張
   出し部分（２８、３０）の各々が前記水平上表面（３２
   、３４）の下にそれと平行をなす下表面水平ウェイ（３
   ６、３８）を形成されており、 前記キャリッジ（４０）が前記下表面水平ウェイのそれ
   ぞれの下へ外方に延びる第二部分（５６、５８、６０）
   を有し、さらに前記キャリッジ第二部分と下表面水平ウ
   ェイ（３６、３８）の間で作用して前記支持ベアリング
   手段（４６ａ、ｂ；４８ａ、ｂ）に予荷重を与える力を
   発揮する予荷重ベアリング手段（６２ａ、ｂ；６４ａ、
   ｂ）をも有している請求項１に記載の直角座標測定機。 ３、前記キャリッジ第二部分（５６、５８、６０）が前
   記キャリッジ（４０）に取付けた下方へ延びるブラケッ
   ト（５０、５２、５４）により取付けられ、前記キャリ
   ッジ（４０）、前記ウェイ部材（２４、２６）及び前記
   ブラケット（５０、５２、５４）がそれぞれ熱膨張係数
   の異なる材料で構成されており、且つ、前記ベアリング
   （４８ａ及び６４ａ）、（４８ｂ及び６４ｂ）、（４６
   ａ及び６２ａ）、（４６ｂ及び６２ｂ）と前記ウェイ部
   材（２４、２６）の張出し部分（２８、３０）の総合熱
   膨張が前記下方へ延びるブラケットの熱膨張と実質的に
   等しく、以って前記支持ベアリング（４６ａ、ｂ；４８
   ａ、ｂ）の予荷重が変動する周囲温度により実質的に変
   化されない請求項２に記載の直角座標測定機。 ４、前記支持ベアリングが、前記水平上表面（３２、３
   ４）のいずれよりも上方で前記１軸（Ｘ）の方向に沿っ
   て離間された空気ベアリング（４６ａ、ｂ；４８ａ、ｂ
   ）の対から成る請求項１に記載の直角座標測定機。 ５、前記予荷重ベアリング手段が、前記運動１軸（Ｘ）
   に沿う方向に離間された、前記下表面水平ウェイ（３６
   、３８）の下の空気ベアリング（６２ａ、ｂ；６４ａ、
   ｂ）の対から成り、これら予荷重ベアリング（６２ａ、
   ｂ；６４ａ、ｂ）の対は支持空気ベアリング（４６ａ、
   ｂ；４８ａ、ｂ）の下に大体整合して配置されている請
   求項４に記載の直角座標測定機。 ６、前記支持ベアリングの対の一方（４６ａ、ｂ）は、
   前記キャリッジ（４０）の３点支持に近似させるため前
   記１軸（Ｘ）の方向に比較的近接して離間されている請
   求項４に記載の直角座標測定機。 ７、前記ガイドベアリング手段が、前記１軸（Ｘ）に沿
   って延びる前記ベース部材（２２）の上に固定された長
   いレール（７０）から成り、その対向垂直面（７２、７
   ４）は前記１軸（Ｘ）の方向に平行に延びており、前記
   キャリッジ（４０）が前記レールの両側に１つずつ下方
   に延びる第三部分（６６ａ、ｂ；６８ａ、ｂ）を有し、
   この第三部分（６６ａ、ｂ及び６８ａ、ｂ）と前記レー
   ル垂直面（７２、７４）との間にガイドベアリング（７
   ６ａ、ｂ；７８ａ、ｂ）が挿置されている請求項１に記
   載の直角座標測定機。 ８、前記ベース部材（２２）、前記ウェイ部材（２４、
   ２６）及び前記レール（７０）が花こう岩から成り、前
   記キャリッジの第一部分（４２、４４）及び第三部分（
   ６６ａ、ｂ；６８ａ、ｂ）がアルミニウムから成り、前
   記キャリッジ第二部分（５０、５２、５４）が延展性鉄
   から成る請求項７に記載の直角座標測定機。 ９、前記ガイドベアリングが前記レール（７０）の両側
   で前記１軸（Ｘ）の方向に離間された空気ベアリング（
   ７６ａ、ｂ；７８ａ、ｂ）の対から成り、ベアリング（
   ７６ａ、ｂ）の各々は前記ガイドレール（７０）の反対
   側で空気ベアリング（７８ａ、ｂ）の対の１つと整合し
   ている請求項７に記載の直角座標測定機。 １０、前記ガイドレール（７０）とキャリッジ（４０）
   との間の熱的不一致による対向ガイド空気ベアリング（
   ７６ａ、ｂ；７８ａ、ｂ）間の間隔の変動を限られた反
   りによって吸収するため、ばね予荷重手段（１４８）が
   設けられている請求項９に記載の直角座標測定機。 １１、前記キャリッジ第一部分がキャリッジ（４０）の
   頂面から前記水平上表面（３２、３４）のそれぞれの上
   へ差し掛かるように水平に延びるウィング（４２、４４
   ）を有する請求項７に記載の直角座標測定機。 １２、前記キャリッジ第二部分が、前記キャリッジから
   取外し可能な下向きに延びるブラケット（５０、５２、
   ５４）から成り、該ブラケットの各々は下表面水平ウェ
   イ（３６、３８）の１つの下に延びる外方へ向いた端部
   （５６、５８、６０）を有している請求項１１に記載の
   直角座標測定機。 １３、前記キャリッジの第三部分が前記キャリッジ（４
   ０）と一体をなす下向きに延びる脚（６６ａ、ｂ；６８
   ａ、ｂ）から成り、前記第二及び第三部分は前記キャリ
   ッジ（４０）の中心を間隔を以って跨いでいる請求項１
   ２に記載の直角座標測定機。 １４、前記キャリッジ（４０）の頂面に取付けられた垂
   直コラム体（１４）を有し、該コラム体上で自身の軸線
   方向に水平軸（Ｚ）運動と垂直軸（Ｙ）運動とをするよ
   うに支持された水平アーム（１６）を有している請求項
   １に記載の直角座標測定機。