JPH02500388A - 手で案内する座標測定機 - 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】 本発明は、探査要素の座標値を検出する方法及び同非常に多様な実施形態の多重 座標測定機が存在する。

Ｍ、　ＤｉｅｔｓｃｈとＨ，Ｌａｎｇ　ｆ）ｂ文（「精密作業技術と測定技術」 ８６巻、１９７８年、Ｐ２６２〜２６９）に＆ミ種々の構造型式についての概要 が示されている。そこで説明されたすべての測定機は、原理的には同一の構造を 基礎としている。即ち、各測定機は、３個の、互いに直角に配置されかつ互いに 重合して構成された案内部と、３個の、該案内部に付属の直線スケールとから成 るものフあり、該案内部に沼って探査ヘラｒが移動可能になっている。

第１の案内部は、その都度、上に重合して構成された他の案内部の重量を支承し なければならないので、十分に高い測定精度を得るためには、測定過程中の変形 を防止するところの堅固な構造が、同案内部に対して要求される。それゆえ、座 標測定機は、高価でぜいたくな精密器具である。

デカルト座標系ではなくて、球又は円柱座標において測定を行う座標測定機もま た公知である。したがって、例えば、英国特許第１４　９８００９号明細書には 、そのような座標測定機が記載されている。同測定機の場合、探査ヘッドは、６ 個の相前後して配置された継手によって、可動的に保持されている。探査ヘッド の位置は、この測定機の場合、継手内に配設された角度検出器を利用して確認さ れる。類似の構成の座標測定機が米国特許第４２　４０　２０５号明細書に開示 されている。この測定機の場合、探査ヘッドは、鉛直方向に移動可能な主軸に固 定されており、同主軸自体は、鉛直に配置された回転軸線を持つ、６個の継手を 介して、１千面内において案内されている。同平面内の主軸の位置は、スケール と回転検出器を用いて測定直線案内部の代わりに、探査ヘッドを案内するための 一回転軸を使用するところの、後者の２つの測定機においても、同測定機の可動 部は、互いに重合して支持されている。それゆえ、可動の機械部分を約９合わせ るためのカウンターウェイトが必要になる。しかし、このことは、移動せしめら れる機械部分の重量、即ち質量の増大を意味する。その上、回転軸の軸受構造は 、その都度上に設けられる部材の重量を支持しなければならないために、非常に 堅固に仕上げる必要がある。

それでもなお、この測定機を用いて十分に正確な測定を実施することはできない 。なぜなら、リンク機構の個々の部材は、測定の間に荷重状態の変動を被り、そ れゆえ変形を抑制し得ないからである。

さらに、いわゆる高さ測定機が公知である。同測定機は、平面内において手動に より自由に移動可能な支持体から成るもので、同支持体には、測長探査部が鉛直 方向に移動可能に案内されている。案内部に付設されたスケールを用いて、平面 上の種々の位置における、同平面からの探査部の高さのみが測定され、かつ報知 される。平面内の高さ測定機の位置は、検知されない。

要するに、高さ測定機の探査ヘッドは、鉛直線に溢ってのみ変位可能である。

それゆえ、この公知の高さ測定機は、１次元の測定のみに役だつものであるから 、多重座標測定機ではない。確かに、つなぎリンクガイドを介して２つの座標に おいて案内され、かつ平面内のその位置座標が、同つなぎリンクガイドに付設さ れたスケールによって検出されるところの高さ測定機もまた公知である。しかし ながら、この測定機は、またも、公知の多重座標測定機の、冒頭に記載の原理的 構造に合致するものであって、それゆえとシわけ、案内部の垂直的誤差が測定結 果に直接影響するという欠点を有している。その上、この公知の測定機は回転さ せることができず、その結果被測定工作物用の回転テーブルが付加的に必要にな る。

西独国特許出願公間第３２　０５　３６２号明細書並びに西独国特許出願公間第 ３６　２９　６８９号明細書には、手動ないしはロボットによシ被測定工作物上 に案内される探査要素を基礎にした座標測定機が開示されており、同探査要素は 、種々の方向から、レーデ遠隔測定器を用いて測定される。しかしながら、この 測定機は、探査要素の角度の適切な調整については多大なコストを費やしてのみ 可能であって、そうした場合でさえ測定空間内のすべての位置においてその調節 が可能になるわけではないという欠点を有する。その上、探査要素を、被測定工 作物の周囲で簡単に回すことはできない。なぜなら、その場合には、測定光線の 少なくとも数本がさえぎられることになるからである。

本発明の課題は、可能な限り低コストで、多数の異なる測定課題を、すべての空 間的方向において十分に高い精度をもって実施することを可能にするところの、 探査要素の座標値を検出する方法を提示すること、並びに同方法の実施に役だつ 座標測定機を提供することこの課題は、請求項１ないしは７に記載の特徴によっ て解決される。

本発明の解決策は多くの利点を有する。探査ヘラｒの支持体は、平坦な案内板の 上に支えられ、かつそこにおいて自由に手動又はモータによシ移動可能である。

それゆえ、平面内の支持体の位置を、まったく重量を支持する必要のないリンク 機構とそれに付設された測定系を用いて、確認することができる。このリンク機 構は、案内板の１端゛部と支持体の他端部に簡単に枢着され、そして例えば付加 的な空気軸受をも介して、同案内板上で支持され得るものである。それゆえ、大 型の回転軸又はカウンターウェイトは不要であシ、その結果構成全体の質量は小 さく、容易に移動が行われる。

リンク機構自体は荷重を受けないので、リンク機構に歪は発生せず、したがって 測定機ρ測定精度は向上する。さらに、互いに重合して構成される案内部はまっ たく使用されないので、平面座標を検出する際の垂直的誤差は回避されている。

本発明の構成は、構造がコンパクトかつ簡単で、同時に測定空間への接近性が良 好な座標測定機を提供することを可能にする。

支持体を案内板に係合せしめる、１個又は数個のリンク機構は、種々の形式及び 方法で構成することができる。したがって、例えば、３つの回転軸から成る１個 のリンク機構、又は２つの回転軸と１つの可変長さの引き出し部材とから成る１ 個のリンク機構を使用すること、あるいはそれどころか２個のリンク機構を用意 することすら可能である。平面内の支持体の位置は、回転軸に付設された角度検 出器ないしは可変長さの引き出し部材に付設されたスケールによって、難なく検 出される。−この場合、厳密な座標値の算出は、各測定値検出器の信号に基づい て、同検出器に接続された電子計算器によって行われる。

１個又は数個のリンク機構が支持体の上端に枢着されていて、そこにおいて同リ ンク機構が、平坦な案内板上に配列された工作物と衝突し得ないならば、特に有 利である。この場合には、支持体を工作物の回シに３６００自由に巡回させるこ とができ、その結果別個の、工作物用の回転テーブルは無くても済む。

リンク機構が枢着されている鉛直回転軸線と探査球との間隔はできる限り小さい 方が特に有利である。なぜなら、この間隔が小さければ小さいほど、その回転角 度を測定するために使用される角度測定系は、よシ精度の悪いもので済まされる からである。ないしは、その場合には、角度検出器に対して特に高い分解能が要 求されないからでアル。

この条件を幾何学的に満足させるために、支持体は、合目的的には、比較的大き い横断面積の基板上に細い支柱を立設す、ることにより、はぼＣ字形の形状を備 えている。この支柱は、上端部において、探査−ンの方向に沼って突出する腕を 有している。この腕に回転継手が配設されていて、同回転継手を介してリンク機 構が高さ測定機に結合されている。

さらにこの場合に、支持体が、その基板をテーブル面の下へ進入せしめ、それで もって工作物に接近することができるように、工作物テーブルには、中心に配置 された細い足が具備されている。工作物テーブルのこの形状は、さらに別の利点 を提供する。というのは、テーブルの足は、リンク機構の基準点として利用でき るからである。リンク機構が、この足の回りで回転可能に工作物テーブルに対し て枢着されているならば、支持体は、同様に３６００自由に工作物の回９を巡回 することができる。

測定精度を可能な限シ高めるためには、鉛直軸線回りの支持体の傾動に基づいて 測定誤差が生ずることがないように、保証しなければならない。案内板までの距 離を測定する測定系を支持体の基板内に配設するか、又は傾斜を測定する電子水 準器を直接支持体に取シ付けることによって、この測定誤差を補正することがで きる。

平坦な案内板の表面までの距離を測定するセンサを用いて作業を行う場合、その 案内板の精度、ないしは理想平面からの案内板のトボログラフィの偏差が測定結 果に影響を及ぼす。この影響を排除するために、この平坦な案内板のトボログラ フイを、まえもって別個の修正作業において把握し、そして２次元的修正マトリ ックスとして記憶することは、合目的的である。

本発明の方法に基づいて作動する座標測定機は、手動で動かすことも、支持体を 平面内で移動せしめる駆動装置を備え付けることもできる。この種の駆動装置は 、好ましくは支持体の重心に係合すべきであろう。

これは、高い移送速度及び加速度を実現する。しかしながら、このような駆動装 置は、場合によっては、支持体の３６０°の自由な回転を阻害することがある。

その場合には、工作物を回転テーブル上に配置し、それでもってあらゆる方向か ら自由に接近できるよう保証するか、又は固設された工作物の両側から、２つの 同一構成の測定器を用いて測定することになる。

本発明のその他の利点は、添付の第１〜１ｏ図に基づいて、以下の実施例の記載 から明らかになる。

第１図は、本発明の座標測定機の第１の実施例の機械部分についての原理見取り 図であシ、第２図は、本発明の、リンク機構に関して変更を施した第２の実施例 の原理見取シ図であシ、第６図は、２個のリンク機構を有する、本発明の第３の 実施例の原理見取シ図であシ、 第４図は、本発明の第４の実施例の原理見取シ図であり、 第５図は、本発明の第５の好ましい実施例の原理見取り図であシ、 第６図は、第５図のすべり棒１１３の一部の下面を示し、 第７図は、第５図の１つのすベシ棒１１３の側面図であシ、 第８ａ図は、第５ないし６図に記載の測定機に関して代替的に使用可能な光波干 渉式リンク機構の鉛直面における詳細図であり、 第８ｂ図は、第８ａ図のリンク機構の平面図であり、第９ａ図は、第５〜８図に 記載の型式の測定機を平面的に示す、簡単な原理見取り図であシ、第９ｂ図は、 第５〜８図に記載の型式の測定機を側面的に示す、簡単な原理見取シ図であシ、 第１０図は、本発明のモータ駆動式の実施例の原理見取り図である。

発明を実施するための最良の形態 第１図に示された座標測定機は、本質的には、公知の構成の高さ測定機２の上に 構成されてシシ、同高さ測定機は、平坦な定盤（みかげ石）１上で移動可能であ る。この高さ測定機は、鉛直の支柱３によシ構成され、同支柱に沿って、キャリ ッジ４が、高さ方向即ちＺ方向に移動可能である。Ｚ座標を測定するために、支 柱３はスケール８を備えており、同スケールは、キャリッジ４内の図示されてい ない光電式検出システムによって走査される。キャリッジ４内には、腕５が水平 方向に移動可能に支持されている。腕５は、その端部に探査ヘッド７を担持する とともに、キャリッジ４内において締め付は手段によって、符号６で示されたレ バーを介して締め付は固定される。

キャリッジ４、測定腕４及び探査ヘッド７の重量は、支柱３内で案内されている カウンターウェイトによってバランスされている。

高さ測定機２は、摩擦無しで移動できるように、支柱３のベース９内に一体化さ れた空気軸受を介して、定盤１上で支持されている。

もつとも、探査ヘッド７は１次元の測長用の探査体ではなく、例えば米国特許第 ４１７７５６８号明細書に記載の形式の、３方向すべてに有効な６次元探査ヘッ ドである。

第１図に基づいてここで説明された高さ測定機は、同一構成においては、第２〜 ４図の各実施例の構成要素でもある。

既に冒頭で詳しく述べたように、高さ測定機は、単に、探査ヘッド７によって探 査された測定点の高さＺを把握するだけである。定盤１の平面内の座標Ｘ、　Ｙ をも測定技術的に把握できるようにするべく、高さ測定機２のベース９が、リン ク機構１８を介して、固定状態の定盤１に連結されている。

リンク機構、１８は、２つの部材から成り、第１の部材は、第１の回転継手１１ によって、定盤１にねじで固定された保持板１０に対して回転可能に支持されて おり、第２の部材は、第２の回転継手１２によって第１の部材に連結されるとと もに、第３の回転継手１３によって高さ測定機２のベース９に枢着されている。

これによシ、リンク機構１８は、高さ測定機２の自由な移動を可能にするのであ って、その自重以外のどのような荷重も支持する必要はない。それゆえ、リンク 機構は、回転継手１１，１２．１３の支持部も含めて安価に製造され得る。さら に、リンク機構１８の自重は、継手１２の下部に付設された空気軸受によって支 えられるので、測定過程の間に回転継手の支持部に関して荷重状態が変化するこ とはない。即ち高さ測定機の運動は、測定技術的に重要な同機の各構成要素にな んら力を及ぼさない。

６つの回転継手１１，１２．１３には、６つの角度エンコーダが組み込まれてお り、その角度エンコーダによって、回転ないしは旋回せしめられた部材の角度位 置α、β、ｒが測定される。継手１１と１２ないしは１２と１３の回転軸線間の 部材の既知の長さａｌ＋ａ２及び高さ測定機の測定腕５の引き出し長さＬをも考 慮して、探査ヘッド７の探査−ンにおける探査球１９の位置が一義的に確定され る。

継手１１，１２．１３の回転検出器及び高さ測定機２のスケール８の検出システ ムは、計算器１７に接続されておシ、同計算器は、得られた角度α、β、ｒ１測 定された高さの値Ｚそして事前に得られたパラメータａ１＋　ａ２ｙ　”から、 デカルト座標における探査球１９の位置を算出し、表示する。

す／り機構１８の長さａｌ＋ａ２は、変更不可能であって、かつ不変のパラメー タとして計算器１７内に記憶され得るものである。それに対し測定腕５の引き出 ｌｃｗ　）　−＋＋　硬μＬＪ＆　＋謙＋　−１１ｅ　モ＋ｊｈ　Ｌ　Ｗｑ　Ｌ 　＞　ｌ−Ｉ＋？”　？つて変更可能であって、種々の測定課題に対して適合可 能である。しかしながら、付加的なスケールを用いて腕５の引き出し長さＬを割 シ出す必要はない。高さ測定機２とリンク機構１８から成る座標測定機は、むし ろ、引き出し長さＬを変更して腕５を再度締め付けた後で、測定機の測定範囲内 に配設された較正装置を用いて、新たに較正される。このために、例えば、較正 装置の測定点は、高さ測定機２の明らかに異なる位置から、何度も係合される。

種々の位置における測定値を比較することによって、未知の引き出し長さしが帰 納的にめられる。

第２図に示された実施例は、高さ測定機２を定盤（みかげ石）１に対して枢着せ しめているリンク機構２８の構造に関して、第１図のものと相違している。

リンク機構２８は、直線案内部２２内に支持された、可変長さの引き出し部材２ ６から成る。この案内部２２は、第１の回転継手２１を介して、定盤にねじで固 定された保持部材２０に旋回可能に連結されておシ、他方長さのスケール２４が 備えられた引き出し部材２６は、第２の回転継手２３を介して、高さ測定機２の ベースに連結されている。

引き出し部材２６０案内部２２内には、スケール２４を走査する検出システム２ ５が存在する。ここにおいても、継手２Ｌ　２３には、リンク機構とベース間、 及びベースと高さ測定機２間の回転角度δ１及びδ２を測定するための角度エン コーダが備えられている。

測定機の計算器２７は、高さ測定機２の探査ヘッドの探査球の座標Ｘ、Ｙ、Ｚを 、回転継手２１．２３内の角度検出器の測定値δ１．δ２と、リンク機構２８の 測定された引き出し長さｒユと、較正によって確定された、高さ測定機２の測定 腕５の長さＬとから算出する。

第６図の実施例には、第２図に基づいて説明された形式の２つのリンク機構３８ ．４８を用いて、定盤の平面内の位置を確定するところの座標測定機が示されて いる。このために、第１の回転継手３１を介して保持部材３０及び定盤に旋回可 能に連結された、第１のリンク機構３８の引き出し部材３６は、第１の長さスケ ール３４を備え、そして同様に第２の回転継手４１を介して第２の保持部材４０ に対して旋回可能な、第２のリンク機構４８の引き出し部材４６は、同種の長さ スケール４４を備えている。両スケールは、リンク機構３８．４８の直線案内部 ３２．４２内の対応する検出器３５．４５によって走査され、そして両リンク機 構の引き出し長さに関する測定値γ２．γ３を提供する。両リンク機構は、１端 部において、互いに不変の間隔を置いて、定盤に固定されるとともに、共通の回 転軸を持つ二重継手３３を介して、高さ測定機２のベースに枢着されている。単 に継手３３のみに、両引き出し部材３６．４６の一方に相対的な、高さ測定機２ の回転角度を測定するところの角度エンコーダが配設されている。

両リンク機構のベース間距離すと引き出し長さγ２゜γ３が解れば（辺の長さが 既知の三角形が成立）、定盤の平面内の継手３３０回転軸線の位置が一義的に決 定する。この位置を原点として、探査球の位置が、回転継手３３内の角度エンコ ーダの測定値δ３と高さ測定機２の測定腕の引き出し長さＬに基づいて算出され る。

このために必要な三角法的計算を、前述の測定値検出器の出力側と接続している ところの計算器３７が実行する。

この実施例の場合、確かに、リンク機構は、多くの場所を必要とし、かつ測定機 の運動範囲及び利用可能な測定範囲を制限する。しかしながら、同リンク機構は 、利点として比較的高い達成可能な精度をもたらす。

第４図に示−された実施例の場合、平面座標Ｘ、Ｙを測定するために使用される リンク機構５８は、高さ測定機２の支柱の上端部に枢着されている。このリンク 機構５８は、ロッドから成るもので、同ロンドの１端部は、第１のカルダン方式 の２１継手５３を介して、あらゆる方向に可動的に、高さ測定機２に連結されて いる。ロッド５６は、第２の継手５２に同様にカルダン方式で支承されたスリー ブ内において移動可能に支持されておシ、同スリーブは、固定の支持体５０の、 測定領域上に突出する部材５１に連結されている。このスリーブ内にはロッド５ ６に付設された線形スケール５４用の検出システムが存在する。

さらに、カルダン継手５２には、角度ψ１．ψ２を測定するための２つの回転検 出器が配設されており、同角度は、ロッド５６が高さ測定機２０ベース１に対し て成すところの角度である。さらに、高さ測定機２の上部の継手５３には、角度 ψ３を測定する回転検出器が。

配設されておシ、同角度は、高さ測定機が鉛直軸線の回りで回転せしめられる際 の角度である。

スケール５４の長さの測定値γ４、角度エンコーダの角度ψ０．ψ２．ψ３、そ して高さ測定機２におけるスケルのＺ値から、座標測定機の計算器５７が、同測 定器の探査球のデカルト座標ｘ、ｙ、ｚを計算する。この時、極座標γ４．ψ０ ．ψ２は、定盤の平面に投影されたデカルト座標系に変換される。

高さ測定機２の上端部にリンク機構５８を枢着した結果、平面内における同測定 機の可動性は、他の実施例と比較して、最も干渉を受けにくいものになる。

リンク機構が同様に高さ測定機の上端部に枢着されているところの、本発明の他 の実施例は、第５図に示されている。この実施例において、高さ測定機１０２は 、垂直断面において、はぼＣ字型の形状を有しており、同Ｃ字の下方の脚をベー ス板１０９が構成するもので、同ベース板上に垂直支持体１０３が立設されてい る。この支持体１０３には、探査ヘッド１０７用のキャリッジ１０４が、鉛直方 向に移動可能に支持されている。このキャリッジ１０４には、ヨーク１０６が備 えられており、同ヨークを利用して、測定機１０２は平坦な定盤（みかげ石）１ ０１上で移動可能であシ、かつ探査ヘッド１０７は高さ調節可能である。

支持体１０３の上部１０８は、探査ピンの先端方向に突出して、０字の上方の脚 を構成している。この前方に突出する部分１０８には、平面Ｘ、Ｙ内の高さ測定 機の位置を測定するためのスケールを備えたすべり棒が、回転可能に枢着されて おり、その回転軸線は、符号Ａで示されている。この場合、この回転軸線の位置 は、同軸線が、探査ヘッド１０７の探査球Ｔｋの中心点を通過するか、又はその 中心点からほんの少ししか離れないように、選択されている。

定盤１０１の後面には、２本の支柱１１０，１２０が固設されている。同支柱は 、共にその上面に回転軸受を担持しておシ、同回転軸受によシ、同位置に保持体 １１１，１２１を用いて連結されたすベシ棒１１３゜１２３が、第６図の実施例 の場合と同様に、回転可能に保持されている。すベシ棒１１３，１２３は、第６ 図から明らかなように、その下面に目盛格子１１９を備えている。すペシ棒は、 高さ測定機の上端部の、軸線Ａの回りで回転可能な案内ケーシング１１４，１２ ４内において、直線的に移動可動に支持されるとともに、高さ測定機１０２の前 面を越えて突き出ている。もちろん、すベシ棒が支柱１１０，１２０を越えて後 方に突き出るように、同すベシ棒を取シ付けることも可能である。

測定精度に対する要求が比較的低くて、剛性のすべり棒の代わりに巻き尺が利用 されている場合には、すベシ棒の突出は回避される。この場合、巻き尺は、方向 転換ローラを介して、支柱１１０，１２０の内側に案内され、そこ°に取り付け られたばねによって張力を受けて保持される。

すべり棒１１３，１２３は、その後端に、それぞれ１つのカウンターウェイト１ １２，１２２を担持している。このカウンターウェイトによって、すベシ棒１１ ３．１２３は、釣り合わされて、支持体１０３の上面に無荷重で当接する。これ によって、高さ測定機１０２と支柱１１０ないしは１２０間の距離が変化した場 合でも、荷重状態の変動は回避される。

支柱１１０と高さ測定機１０２をすべり棒１１３によって連結する方法は、第７ 図にさらに詳しく示されている。部分断面において、回転軸受１１７は支柱１１ ０の上側に、そして回転軸受１２９は高さ測定機の上部１０８内に認められる。

後者の軸受１２９に、角度エンコーダ１２８が配設されており、同角度エンコー ダは、すベシ棒１１３の指向方向に相対的な高さ測定機１０２の回転位置を測定 する。すべり棒１１３゜１２３が縦方向に案内されているケーシング１１４゜１ ２４は、さらに光電増分式検出システムを含んでおシ、同検出システムにより、 すベシ棒１１３，１２３内の直線スケールの、第６図に示された目盛格子１１９ が走査される。

両支柱１１０，１２０は、その上端部において、例えばインノぐ−のような、熱 膨張係数の小さな棒１１８によって、互いに連結されている。この措置は特に重 要な役割を果す。というのは、両支柱の間隔、ないしは同支柱によって担持され た回転中心の間隔が、第９　ａ　％　９　ｂ図に基づいて更に説明されるように 、高さ測定機１０２の平面座標を測定するためのベースを構成するからである。

さらに加えて、直線スケールが同様に熱膨張係数の小さい材質から成るか、又は 棒及びスケールの熱膨張が温度測定により把握されるならば、回転軸線入ないし は平面Ｘ、Ｙ内の高さ測定器の位置は、非常に高い精度で割り出される。

測定するべき工作物は、第５図において符号１１７で示されている。同工作物は 、工作物テーブルの上に置かれておシ、同テーブルの板１１５は、中心に取シ付 けられた細い足１１６を介して定盤１０１上に固定されている。この措置により 、かつすべり棒１１３゜１２３が上部に取り付けられている状態の高さ測定機の 回転自在性に関連して、高さ測定機１０２を工作物１１７の回りに完全に巡回さ せること、ないしは工作物をあらゆる面から測定することが可能になる。

工作物の回シにおける３６０°の前述の回転自在性は、その他では、第１．２図 に示された実施例の場合においても得られる。これは、次のようにして達成され る。

即ち、同様に工作物テーブルが、単一の、中心に取シ付けられた足をもって、測 定領域内に据えられておシ、そして単一のリンク機構のための、符号１０又は２ ０で示された、不動の基準点が、測定領域の縁部にではなく、工作物テーブルの 下に位置づけられていて、同リンク機構が、テーブルの足の回シで回転可能であ ることにより達成される。この場合、高さ測定機の上端部における枢着は不要で ある。

第５図で説明された構成の座標測定機を用いて、非常に多くの測定課題を解決す ることができる。その測定課題では、例えば角柱状の工作物内の傾斜孔又は回転 部材の場合のように、これまでは、高価な円形テーブル、又は面到な形状の探査 体、又は回転・揺動継手を必要としていた。

第５〜７図に記載の実施例の、直線スケールを備えるすべり棒１１３，１２３は 、その他に、光波干渉測長システムによって置き換えることができる。所望され る測定長さが長大であって、すべり棒を用いると、それが扱いにくいほど長くな ってしまう場合に、同システムは特に有利である。長大な測定長さに対して修正 された実施例は、第８ａ、８ｂ図に示されている。

それによれば、定盤１０１の後端にある両支柱の各々において、回転可能に支持 された板４１１上に、干渉計４１５を備えるレーデ光源４１２がある。第８ａ図 においては、該当する支柱が符号４１０で示されている。高さ測定機の上部１０ ８の回転軸受１２９には、支持板４１４が取シ付けられておシ、この支持板には 、干渉計４１５によシ測長される反射プリズム４２１が固定されている。第２の 反射プリズム４２２は、プリズム４２１の支持体上に回転可能に支承されていて 、他の支柱上の、図示されていない第２の干渉計によって測長されることになる 。支持板４１４は、引っ張りワイヤ４１６によって、干渉計の測定光線４１３が 反射プリズム４２１に垂直に入射するように、常に調節される。このために、引 つ張シワイヤ４１６は、回転可能な板４１１上の２つのローラ４１８，４１９を 介して案内される。ワイヤの引つ張シは、カウンタウェイト４２０によシ確保さ れる。このカウンタウェイトは、中空の支柱４１０内で案内されている。第２の プリズム４２２にも、調節用の相応の手段が備えられている。

２つの干渉測定光線４１３，４２３を用いて、水平面Ｘ、Ｙ内の回転軸線Ａの位 置を、簡単な三角法的関係に基づいて、明確に特定することができる。これは、 第９ａ図から直ちに明確になる。そこでは、支柱１１０゜１２０の両回転軸線間 の距離はＬで示されておシ、同各回転軸線から高さ測定機の回転軸線Ａまでの、 スケールないしは干渉計システムによシ測長された距離は、γ４ないしはγ５で 示されている。

座標測定を実行するためには、しかしながら、平面内の探査味Ｔｋの正確な位置 を把握する必要がある。

このためには、さらに、高さ測定機１０２ないしは支持体１０３の回転位置を確 定しなければならない。これは、角度検出器１２８（第７．８ａ図）によって行 われるのであつヤ、同検出器は、探査ピン軸線と両すペシ棒ないしは両測定光線 の一方とが成す角度δ４を検出するものである。それによって、探査味Ｔｋと回 転軸線Ａとの距離ｌを把握した上で、平面内の探査味の座標Ｘ、Ｙを算出するこ とができる。この距離Ｖは、第９ａ図において拡大して示されている。この距離 を可能な限シ小さくすることは合目的的である。なぜなら、その場合には、角度 δ４を測定するには、比較的低い分解能を有する安価な検出器だけが必要とされ るのであって、同検出器は高精度である必要はない。前述の必要条件が与えられ ておらず、そして引つ張シワイヤ４１６によって、角度検出器１２８の測定対象 となる基準線が、十分正確に確定されない場合には、引つ張シワイヤの１本と交 換して、又はさらに付加的に剛性のすべり棒を使用することができる。

測定光線ｒ４＋　ｒ５によって形成された平面の下側に探査味Ｔｋが存在するた めに、キャリッジ１０４の２方向の案内が、同平面に対して絶えず垂直に行われ ていない場合には、測定誤差が発生するであろう。このような案内の傾きは、例 えば、高さ測定機の移動時の動的外力によって引き起されるか、又は定盤１０１ の不完全な平坦性が原因である。同定盤上において、高さ測定機１０２は空気軸 受によって滑動するからである。これに相応する状況が、第９ｂ図において横か ら見た図として具体的に示されている。平面Ｘ、Ｙ内における探査味Ｔｋの、高 さＺに影響される位置の誤差は、符号α４で示された傾き角度に基因して生ずる 。図示の例において、傾き角α４は、表示をなるべく簡単にするために、探査ビ ンの軸線を含む鉛直面内で描かれている。しかしながら、傾きはあらゆる方向に 発生し得ること、そしてそれゆえ、図面に垂直な方向の傾き角度の成分も考慮し なければならないことは明白である。

高精度の測定を実施するために適合せしめられた実施形態においては、第９ａ、 ９ｂ図に示されているように、高さ測定機１０２の基板１０９内に、３個の誘導 式キーヤＪ　、　Ｍ２　、　Ｍ３が埋設されておシ、同キーヤは、定盤１０１の 表面までの距離を測定するものである。誘導式キーヤの信号から、傾き角度α４ ないしは、平面Ｘ、Ｙ内の位置に関連してその傾きが生ぜしめているところの修 正座標ｘ２＋　Ｙ２が算出される。その他、傾きは、Ｚ・スケール１０８と探査 味Ｔｋとの間の距離に影響される高さ誤差Ｚユを生ぜしめる。この修正値もまた 、センサＭｌ　ｒ　Ｍ２　＋　Ｍ３を利用して算出することができる。修正デー タの必要な処理計算は、計算器１２７において実行される。この計算器には、誘 導式キーヤソニー＋　Ｍ２　＋　ＭＳの測定値の他に、干渉計、角度検出器１２ ８及びスケール１０８の検出器から得られるところの測定値γ４ｖ’Ｓｑ　δ４ ＋　Ｚが供給されている。前述の傾き誤差の修正方法は、定盤１０１の表面が平 坦であることを前提としているために、計算器１２７の記憶部には、さらに、す べての平面偏差が記録されているところの２次元的修正マ）　ＩＪラックス記憶 されている。この平面偏差の把握、即ち定盤１０１０表面のトポログラフィは、 例えば電子傾斜計を利用した１回限りの較正作業において、確定される。

これまでの実施例においては、もっばら手動の、本発明の座標測定機だけが説明 された。即ち、各々の座標測定機は、人間の手によって定盤上で移動せしめられ るものであった。第１０図には、モータ形式の測定機が示されている。第１０図 に記載の実施例は、本質的には第５図に記載の手動の測定機に相当する。同一部 分については再度説明しないので、参照符号も付していない。

第１０図に記載のモータ駆動式測定機の支持体２０３の後面に、連接棒２１１が 係合している。この連接棒２１１は、キャリッジ２１２上のケーシング２０９内 に存在する直線駆動装置によって移動せしめられる。

キャリッジ自体は、両支社２１０，２２０間のクロスビーム２０８に沿って、第 ２の直線駆動装置にょシ移動可能である。この測置線駆動装置は、測定機を平面 Ｘ、Ｙ内で移動せしめるものである。

連接棒２１１は、高さ測定機のほぼ重心の高さにおいて、係合している。それゆ え、同測定機は、障害となる傾転モーメントを受けることなく、迅速に操作する ことができるものである。

この実施例において特別に示されたこの、駆動装置に基づいて、工作物のすべて の側面を巡回することは不可能であるために、テーブル２１５が、定盤２０１に 関連して多数の特定された角度位置ψを占めることができるところの回転テーブ ル又はコントロールデスクとして構成されている 国際調査報告 １ｍ５ｌＰｌ＋１ｅＲｊｌ幻ｏ１．ｗｂａｐ　ｍ、　ＰＣπ／ＥＰ　８８１００ ４５０国際９査１告　国際調査報告８２００４５゜

Claims (21)

【特許請求の範囲】
1. １．−探査要素用の、定盤（１０１）上で水平方向に移動可能な支持体の平面内 の位置座標（Ｘ，Ｙ）が、不変の相互間隔（ｂ，Ｌ）を有する２点からの距離の 測定によつて、あるいは１点からの距離及び角度の測定ないしは複数の角度の測 定によつて検出され、 −鉛直の回転軸線（Ａ）回りの前記支持体の回転位置δ４が、角度検出器によつ て検出され、−前記回転軸線（Ａ）と前記探査要素（Ｔｋ）間の既知の距離（ｉ ）、並びに前記測定された角度（δ４）から、前記平面内の位置座標に対する修 正値（Ｘ１，Ｙ１）が算出され、 −前記測定された平面内の位置座標（Ｘ，Ｙ）が、前記修正値（Ｘ１，Ｙ１）と 結合され、そして−前記支持体（１０３）中を鉛直方向に移動し得る前記探査要 素（Ｔｋ）の鉛直座標（Ｚ）が、該支持体（１０３）内のスケール（１０８）に よつて検出されること を特徴とする探査要素の座標値を検出する方法。
2. ２．鉛直線（Ｚ）に対する前記支持体の傾斜位置（α４）が、補足的測定手段に よつて検出され、その補足的測定値及び前記測定された鉛直座標（Ｚ）から、第 ２の修正値（Ｘ２，Ｙ２，Ｚ１）が算出され、かつ同様に前記測定された位置座 標（Ｘ，Ｙ）ないしは前記鉛直座標（Ｚ）と結合されることを特徴とする請求項 １に記載の方法。
3. ３．前記傾斜位置（α４）の測定は、前記支持体（１０３）内の電子傾斜計によ つて行われることを特徴とする請求項２に記載の方法。
4. ４．前記傾斜位置（α４）の測定は、前記支持体（１０３）の基部（１０９）内 の、少なくとも３個の、間隔を置いたセンサ（Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３）によつて行わ れ、該センサは、該支持体の平面的案内部までの距離を測定することを特徴とす る請求項２に記載の方法。
5. ５．前記平面的案内部（１０１）のトポログラフイ（地形）が、別個の測定過程 において把握され、かつ２次元修正マトリツクスとして記憶されること、前記傾 斜位置を確定するために、前記修正マトリツクスと前記センサ（Ｍ１，Ｍ２，Ｍ ３）の測定値が利用されることを特徴とする請求項４に記載の方法。
6. ６．前記平面内の位置座標（Ｘ，Ｙ）が、レーザ干渉計（４１５）の利用により 測定されることを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
7. ７．鉛直方向に移動可能な探査ヘッド（７，１０７）及び該探査ヘッドの鉛直位 置（Ｚ）を測定するスケール（８，１０８）を備えるところの平面内で自由に移 動可能な支持体（３，１０３，２０３）を基礎とした座標測定機において、 前記探査ヘッド（７，１０７）は、複数の空間方向に沿つて作用する探査ピンを 担持しており、前記支持体は、少なくとも１つのリンク機構を介して、少なくと も１つの固定の基準点（１０；２０；３０，４０；５０；１１０，１２０；２１ ０，２２０）に連結されており、この場合該リンク機構は、前記平面内の前記支 持体の位置を測定する複数の回転検出器ないしはスケールを有していることを特 徴とする座標測定機。
8. ８．前記リンク機構（１８）は、３個の継手（１１，１２，１３）から成り、そ して該継手には回転検出器（α，β，γ）が配設されていることを特徴とする請 求項７に記載の座標測定機。
9. ９．前記リンク機構（２８）は、２個の継手（２１，２３）と可変長さ（γ１） の引き出し部材（２６）から成り、そして該継手には回転検出器（δ１，δ２） が、該引き出し部材にはスケール（２４）が配設されていることを特徴とする請 求項７に記載の座標測定機。
10. １０．２個の前記リンク機構（３８，４８）に、それぞれ２個の継手（３１，３ ３；４１，３３）と１個の可変長さ（γ２，γ３）の引き出し部材（３６，４６ ）とが備えられており、各々の該引き出し部材にはスケール（３４，４４）が、 そして少なくとも１個の該継手（３３）には回転検出器（δ３）が配設されてい ることを特徴とする請求項７に記載の座標測定機。
11. １１．１個又は数個の前記リンク機構（５８，１１３，１２３）が、前記移動可 能な支持体（２，１０２）の上端に枢着されていることを特徴とする請求項７か ら１０までのいずれか１つに記載の座標測定機。
12. １２．前記支持体（１０３）は、１個又は数個のすべり棒の下方で３６０°自由 に回転できることを特徴とする請求項１１に記載の座標測定機。
13. １３．１個又は数個の前記すべり棒が、回転継手によつて前記支持体（１０３） に係合されており、該回転継手の鉛直回転軸線（Ａ）は、前記高さ測定機に固定 の探査ヘッドの探査球（Ｔｋ）を通過するか、又は該探査球（Ｔｋ）から小間隔 （Ｌ）を存していることを特徴とする請求項１１に記載の座標測定機。
14. １４．前記支持体（１０３）が、横断面積の大きい基板（１０９）上に直立して いて、該支持体の移動範囲内に工作物テーブル（１１５）が、設置されており、 該工作物テーブルは、該支持体の該基板（１０９）がテーブル面（１１５）の下 に進入てきるように、中心に配置された細い足（１１６）の上に置かれているこ とを特徴とする請求項７に記載の座標測定機。
15. １５．前記固定の基準点が、前記工作物テーブルの前記足であって、前記リンク 機構が、該足に回転可能に係合していることを特徴とする請求項１４に記載の座 標測定機。
16. １６．前記リンク機構（１１３，１２３）が、前記支持体（１０３）の上面に本 質的に力を及ぼすことなく載るように、釣り合わされていることを特徴とする請 求項１１に記載の座標測定機。
17. １７．前記両リンク機構（１１３，１２３）が、２本の鉛直支柱（１１０，１２ ０）によつて、前記支持体（１０３）の平面的案内部（１０１）に固定されてお り、該支柱は、その上端部において、熱膨張係数の小さい剛性の横棒（１１８） によつて固定されていることを特徴とする請求項１６に記載の座標測定機。
18. １８．前記リンク機構（１１３，１２３）が、前記支持体（１０３）の上部（１ ０８）における連結点（Ａ）を越えて突出することを特徴とする請求項１７に記 載の座標測定機。
19. １９．前記支持体（２０３）において前記探査ヘッドを鉛直移動（Ｚ）せしめる ための第１の駆動部及び該支持体を水平移動せしめるための第２の駆動部（２１ １）が設置されていることを特徴とする請求項７に記載の座標測定機。
20. ２０．前記第２の駆動部（２１１）が、前記支持体（２０３）の重心の高さにお いて、該支持体に係合することを特徴とする請求項１９に記載の座標測定機。
21. ２１．前記第２の駆動部は、前記２本の支柱（２１０，２２０）間の、前記座標 測定機の測定領域の側に設置された直線駆動部（２１２）であつて、該直線駆動 部自体は、該駆動部に直角に作用する第２の直線駆動部（２１１）を支持してい ること、そして前記支持体（２０３）の移動範囲内に、測定すべき工作物のため の回転テーブル（２１５）が配設されていることを特徴とする請求項１９に記載 の座標測定機。