JPH0269612A - 座標測定機におけるプローブヘッド用の支承部 - 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】 ［産業上の利用分野１ 本発明は、座標測定機における機械式又は光学式のグロ
ーブヘッド、プローブヘッド内の可視のグローブ又は交
換式のプローブ部材のための支承部に関する。

［従来の技術１ 座標測定技術において使われるいわゆる切替えタイプの
機械式のプローブは可動のプローブもしくはプローブビ
ンを有しており、このプローブもしくはプローブピンは
１つのばねによってゼロ位置を高精度に再現する支承部
へ押圧される。測定すべきワークとの接触の瞬間にグロ
ーブはばね力に抗して支承部から転位し、ブロービング
を特色づけるパルス状の切替信号を発生する。プローブ
ピンの支承のためには米国特許第４１５３９９８号明細
書に記載されているいわゆる「動的な三点支承」が利用
されるのが通例であり、この三点支承の場合半径方向で
突出する３つの円筒状のアームがポール又はローラから
成るＶ型支承部内に位置している。この配置は極めて良
好な再現性を有し、プローブ縦軸線を中心とする不都合
な回動に対するねじり強さを有している。

同様の形式の支承部は交換式のプローブビンをプローブ
ヘッドにおける相応のホルダーに固定するためにも使わ
れる。この種の交換ホルダーについては例えば米国特許
第４６３７１１９号明細書に記載されている。

このような支承部を、多重座標測定機の測定アームにプ
ローブヘッド全体を交換可能に固定するために使う例が
「マイクロテクニク（Ｍｉｃｒｏｔｅｃｎｉｋ）　Ｊ誌
２／１９８６、第４３頁〜第４６頁に記載されている。

以上述べた三点支承部は種々の難点を有している。例え
ば、支承される部材が自動調心的に支承部へ戻る範囲が
比較的小さい。というのはこの範囲が支承部のボール組
の直径によってきまるからである。切替えタイプのプロ
ーブヘッドにプローブピンを支承するために使う場合に
は別の難点を伴う。すなわち、測定すべきワークへ及ぼ
すプローブピンの接触力が方向によって左右される。こ
の接触力は、プローブピンがその変位の際直接１つの支
承個所を介して傾動するか又は２つの支承個所の結線を
中心として傾動するかによって変動する。接触力のこの
ような角度依存性によって座標の決定の際測定誤差が生
ずる。この点に関するテストが「テヒニッシェ・メツセ
ンＴ　Ｍ　（Ｔｅｃｈｎｉｓｃｈｅｓ　ＭｅｓｓｅｎＴ
Ｍ）Ｊ誌２／１９７９、第４７頁〜第５２頁、第１６１
頁〜第１６９頁に記載されている。

西独特許第３２２９９９２号明細書によって知られるプ
ローブヘッドの場合、プローブの支承部が円すい台と円
環との組合わせから成っている。この支承部の場合、支
承部が対称形であるためにたしかに接触力が角度によっ
て左右されることはない。しかし、プローブピンがその
縦軸線を中心とした不都合な回動を防止されていない。

従って、プローブ球を偏心的に、つまりグローブ縦軸線
の外側に配置させたプローブピンを使用することはでき
ない。

西独特許出願公開第３６０３２６９号明細書によって知
られるプローブヘッドにおける支承部は、支承と同時に
回り止めとして働くように、要するに縦軸線を中心とし
たプローブピンの回動を防止するように構成されている
。このため、プローブピンのホルダーは角すい台として
製作されていてプローブビンケーシングの不動部分内で
３つのポールの間に位置している。プローブピンはその
傾動に対しては円筒状のプローブヘッドケーシングの後
端部内の第２の同様の支承部によって防止される。両方
の支承部は部分されているプローブピン軸を押し離す１
つのばねとポールガイドとによって互いに結合されてい
る。

この公知のプローブヘッドは多くの難点を有している。

すなわち、このプローブヘッドは一面において比較的高
価な構造をなしていて、他面においてはポールガイドの
品度がプローブピンの支承部の精度に関連する。さらに
、プローブピンのねじり強さが大きくない。というのは
プローブピンの角すい台状の部分が面の中央で、すなわ
ちねじりに抗して働く戻し力が極めて小さい個所で、支
承部のポールと接触しているからである。

［発明が解決しようとする課題１ 本発明の課題は、座標測定機におけるグローブヘッド、
プローブヘッド内のプローブ又は交換式のグローブ部材
のための支承部を、できるだけ簡単な構造であってねじ
り強さを有し、かつできるだけ大きな範囲にわたって自
動調心可能であるように構成することである。

［課題を解決するための手段１ このような課題を本発明は請求項１の前提事項に示す形
式の支承部において次のようにして解決した。すなわち
、支承されている部材が角すい台の縦軸線を中心として
軸線方向および半径方向で互いにずらされた少なくとも
６つの支持個所において支承部内で支えられているので
ある。

このような構成によれば、課題通りの利点が得られると
共に、角度によってほとんど左右されない接触力を生ず
るグローブヘッドが得られる。本発明の場合点状又は面
状の支持個所が比較的大きな対応面と協働するので、支
承部の自動調心性が極めて大きな範囲にわたって保証さ
れる。

前記の西独特許出願公開第３６０３２６９号明細書に記
載のプローブヘッドに比較して、本発明によるプローブ
ヘッドは著しく簡単な構造をなしている。支承部内に支
承された部材は少なくとも６つの個所で同時に支持され
ているので、軸線方向にずらした第２の対応支承部を省
略することができる。各支持個所が互いにずらされてい
て、しかも角すい台の各面の中心線の外側に位置してい
るので、支承部は大きなねじり強さを有する。

支承される部材が６つの分散した支持点において支えら
れるように、支承部を構成すると効果的である。この場
合、支承される部材の位置は動的に明確に決定され、支
承部の摩擦は点状の支持の結果として低減し、従って支
承された部材のゼロ位置の再現性も極めて良好となる。

これらの利点は、支持部が摩擦のない空気軸受又は液体
軸受によっ−Ｃ構成されているならば、面状の支持であ
っても得られる。さらに、例えばナイフェツジ又はロー
ラによって実施し得る線状の支持も適している。

摩擦の低減および支承精度の向上を目的として、支承部
内の支持個所もしくは接触点が支承部もしくは支承され
る部材の本体に比して硬質の別の材料から成っているな
らば効果的である分散した各支持点としてボールを使う
場合には、これらのボールを摩擦の低減のためにボール
ケージ内に回転可能に保持させるとよい。この場合、そ
の相互間にボールが位置する面と対応面とを正確に仕上
げて、ボール、ひいては支持点の変位によって支承され
る部材の位置が正確さを欠くことがないようにすると効
果的である。

支承される部材のねじり強さに関しては、支承部の角す
い台が三辺の角すい形を有していると特に有利である。

三辺の角すい台によれば、各支持点を対称形に配置して
、角すい台の各面いずれも各２つの支持点を有するよう
に構成することができる。このような配置によれば、プ
ローブビン縦軸線に対して直角な平面内の変位に対抗す
る力も極めて一様になる。

角すい台に関して上述したことから判るように、支持点
の配置は立体的となる。支承部の画部分、すなわち不動
の支承部材内の支承面と支承される部材との両方がそれ
ぞれ正もしくは負の角すい台の形をなしていてもよいが
、これは必ずしも不可欠のことではない。画部分の一方
のみ、つまり支承面のみか又は支承される部材のみが角
すい台の形を存してもよい。この場合一方は面状の支持
部をなして、他方には支持点が設けられる。また、支承
面は支持点範囲のみ角すい形の一部をなしている必要が
ある。支承面の残りの部分は別の形状にすることができ
、ただしこの場合支承される部材の自動調心性を妨げな
いような形状にする必要がある。

角すい台の各コーナーを部分的にカットしてもよい。こ
れによって、支承部の外径がきまっている場合にも支承
ベース、つまり支持点相互間の間隔を大きくすることが
できる。

次に図面に示した実施例に従って本発明を説明する： 第１図に示すプローブヘッドは円筒状のケーシングｌを
備えており、このケーシングｌはスリーブナツト２によ
って直接にか又は延長片を介して座標測定機の測定アー
ムに固定される。

このケーシングｌは端面側に差込ブツシュｌＯを備えて
おり、この差込ブツシュｌＯの接点ピンにはプローブヘ
ッドの種々の電気接続部が設けられている。

ケーシングｌの反対側の端部は円すい状をなしている。

この端部においてケーシング■は支承部７へ移行してお
り、この支承部７はプローブヘッドの可動のプローブピ
ン６用のホルダー５を収容している。支承部７内に保持
されているこのホルダー５は１つのばね３によってその
ゼロ位置へ押圧される。プロービング過程音検出するた
めに部材５．６間に１つの圧電センサ１７が接続されて
いる。この圧電センサ１７はグローブピン６がワークに
接触した瞬間Ｉこ信号を発する。このようなセンサの作
用形式については米国特許第４１７７５６８号明細書に
詳述されており、従ってここでは回連を避ける。

グローブピン６のゼロ位置を検出するために、発光ダイ
オード１１および四象限ダイオード装置１３か不動のケ
ーシングｌに、また反射レンズ１２が部材５の上側にそ
れぞれ配置されている。反射レンズＩ２は四象限ダイオ
ード装置１３への発光ダイオード１１の反射面をなして
いる。この機構の信号はブローピング過程中に発する圧
電センサ１７の最初の信号を検証するために使われる。

両方の信号を処理する電子装置が符号１４で示されてい
る。このような機構についても前記米国特許明細書中に
詳述されており、従って回連は避ける。

第２図の断面図および第３ａ図の斜視図によって判るよ
うに、プローブピン６のホルダー５は三辺の角すい台の
形を有しており、この角すい台はケーシングｌの下部に
おける支承部７の相応の形状の対応面に６つの分散した
支持点を介して支えられている。支持点は部材５におけ
る突起によって形成されている。これらの突起は第２図
および第３ａ図において符号９ａ、９ｈ、９ｃおよび８
ａ、８ｂ、８ｃで示されている。

この実施例の場合、角すい台の３つの面いずれにも２つ
の支持点が配置されている。これらの支持点組８ａ・９
ａ、８ｂ・９ｂ１８Ｃ・９Ｃは角すい台の各面の中心線
１０ａ、ＩＯｂ。

］Ｏｃの外側に位置し、具体的には、３つの支持点８ａ
、８ｂ、８ｃが角すい台の広い底面に沿って中心線１０
ａ、　　ｌｏｂ、ｌｏｃの左側に配置され、軸線方向で
角すい台頂部側へずらされた３つの支持点９ａ、９ｂ、
９ｃは中心線１０ａ、ｆｏｂ、１０ｃの右側に配置され
ている。支持点がこのように半径方向で位置をずらされ
ていることによって支承部のねじり強さが保証される。

支持点８．９はもちろん直接に球形もしくは円筒形の突
起として部材５の外面か又は支承部７の内面に形成する
ことができるが、良好な耐摩耗性および小さな摩擦を考
慮した場合第４ａ図および第４ｂ図に示す実施例も効果
的であるこの実施例においては、支承部のアルミニウム
等の比較的軟質の材料から成る本体２５もしくは３５内
に硬質合金製の挿入片２４もしくは３４が埋め込まれて
いる。本来の支持点は支承部の対応面２７もしくは３７
内に埋め込まれた硬質合金ピン２６もしくは球３６から
成っている。硬質合金ピンもしくは球の端部もしくは表
面は研磨仕上げされている。

支承部の精度は支承ベース、つまり各支持点と角すい台
対称軸線との半径方向間隔にも関連する。プローブヘッ
ドのあたえられた外径の範囲内でこの支承ベースを角す
い台の各コーナーをカットすることによって拡大するこ
とができる。この実施例が第３ｂ図ｊこ示されている。

支持点の配置に関する別の実施例が第３ｃ図にも示され
ている。この実施例においては第１の面に３つの支持点
１９ａ、１９ｂ、１９ｃが配置され、第２の面には２つ
の支持点１９ｄ。

１９ｅが配置されており、第３の面はたんに１つの支持
点１９ｆで支えられる。この実施例においても、支承部
のねじり強さを保証するために、多くの、つまり４つの
支持点が角すい台の各面の中心線の外側に配置されてい
る。

第５図に示す実施例においては、分散した支持点が設け
られていないで、線状の支持範囲が設けられており、こ
の場合角すい台として構成されたホルダー４５の３つの
面のいずれにも硬質合金製の各１つのローラ４９ａ、４
９ｂ、４９ｃが埋め込まれている。ローラ４９ａ、４９
ｂ、４９ｃは角すい台の各面の中心線を斜めに交さして
おり、これによって支承部の不都合な回動に対する安全
性を保証する。

第１Ｏ図に示す実施例の場合、保持される部材は角すい
形もしくは角すい台の形を有している必要がない。プロ
ーブピン軸線９６に沿って互いにずらされた２つの個所
９５ａ、９５ｂにそれぞれ１２０度の角度で半径方向に
突出した３つのアームが設けられており、これらのアー
ムは外方端部にポール８９ａ、８９ｂ、８９ｃおよびポ
ール９９ａ、９９ｂ、９９ｃを保持している。これらの
ポールは立体的に配置されていて、それぞれ三辺の角す
いの角すい台の各面に位置している。上側および下側の
それぞれ３つのポールから成るトリプルポール組がプロ
ーブピン軸線を中心として相対的に角度をずらされてい
るので、負の角すい台から成る支承部内に第１図および
第２図の形式でのねじりに強いグローブピン９６の配置
が生ずることになる。

テストによれば、角すい台の各面によって形成される角
度に関して７０度と１１０度との間の値を選んだ場合に
プローブピンの位置再現性が特に良好であると判っｔ；
。

第６図に示されているプローブヘッドの場合、以上述べ
た実施例と異なって、点状もしくは線状の支持の代りに
面状の支持が、プローブピン５６の角すい台形のホルダ
ー５５と、プローブヘッドのケーシング５１における相
応の対応面を有する支承部５７との間に設けられている
重なり合う面相瓦間の摩擦、すなわちゼロ位置へのグロ
ーブピン５６の再現可能な戻りを妨害することになる摩
擦を除去するために、支承部５７の角すい台形の内面が
空気軸受として構成されている。このことは格別高コス
トを意味するわけでなはない。というのは、座標測定機
が多くの場合元来空気軸受で案内されていて、プローブ
ヘッド５１の導入口５９への圧力空気接続を容易に実施
し得るからである。プローブピン５６用のホルダー５５
はこの場合約２μｍの厚さの空気クツション５８上に支
えられ、従って摩擦を伴うことなく常にその支承部５７
によって規定されたゼロ位置へ復帰する。

以上述べた実施例においてはいずれも転位可能もしくは
可撓なプローブか本発明による支承部を備えているプロ
ーブヘッドについて示されている。これに対して第７図
には交換ホルダーの実施例が示されている。これは例え
ば種々のグローブピンもしくは種々のタイプのプローブ
ヘッド自体の自動制御式の交換のために測定機に適用さ
れるものである。第７図中に不動の支承部が符号６１で
示されている。この支承部６■は下部が三辺の角すい台
の形をなしており、断面図で見える面が符号６７ａ、６
７ｂで示されている。この支承部６１内にはさらに組み
合わされた永久・電磁石６２がばね６３の力に抗して角
すい台頂部への方向でしゅう動可能に組み付けられてい
る。この磁石６２は支承される部材６５内の可動板７０
、ひいては、内面が負の角すい台として構成されている
この部材６５を支承部の面６７ａ、６７ｂ、６７ｃに向
かって引き付ける。

この電磁式のチャック機構の作用形式については冒頭に
記した米国特許第４６３７１１９号明細書に記載のチャ
ック機構と原理的に同じなので詳述を避ける。

支承される部材、すなわち交換器６５はその対応面に６
つの分散した支持点を有しており、これらの支持点は例
えば第３ａ図又は第３ｃ図において暗示した立体的配置
をなしている。この交換器６５は下部に組付はダイス６
６を保持しており、この組付はダイス６６には例えばプ
ローブピン用の交換機構の場合種々の向きでの多くのプ
ローブピンがねじ付けられている。相応に大きな寸法の
場合には交換器６５にプローブヘッド全体を装着するこ
ともでき、この場合機械式プローブヘッドだけでなくて
例えばいわゆる三角測量プローブのような光学式プロー
ブヘッドをも装着することができる。

第８図および第９図には交換器の別の実施例が示されて
いる。不動の支承部が符号７１で、磁石が符号７２でそ
れぞれ示されている。第７図の例と異なって支持点が転
勤可能に保持されたポールから成っており、これらのポ
ールは支承部７１および交換器７５の角すい台の３つの
面の間に位置している。第９図の拡大図から判るように
、ポール７８．７９は例えばプラスチック製のポールケ
ージ８０内で面７７ｂと面７７ａとの間に位置している
。ポールケージ８０まクリップ技術によってそのボタン
状の肉厚部８１が支承部７１の相応のみぞ８２内へ押し
嵌められている。このポールケージ８０はやはり角すい
台の形をなしていて支承部７１の６つのポールすべてを
保持しており、多くの個所において不動の支承部７１に
固定されている。

以上の実施例においては三辺の角すい台について述べた
が、四辺の角すい台であってもよいまた、支持点は必ず
しも支承される部材側に突出して設ける必要はなく、す
べてを支承部に、又は一部を支承部にかつ一部を支承さ
れる部材に分けて設けることもできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による支承部を備えたプローブヘッドの
暗示縦断面図、第２図は第１図中の■−■線による断面
図、第３ａ図は第１図および第２図の可動のグローブの
斜視図、第３ｂ図はプローブの別の実施例の斜視図、第
３Ｃ図はさらに別のプローブの斜視図、第４ａ図はプロ
ブの支持点の１つを示す断面図、第４ｂ図は第４ａ図の
例とは異なる実施例の断面図、第５図は第３ａ図の例と
は異なる実施例の斜視図、第６図は第１図の例とは異な
るプローブへ７ドの実施例を示す暗示縦断面図、第７図
は交換ホルダー用の支承部の暗示縦断面図、第８図は第
７図の例とは異なる実施例の暗示縦断面図、第９図は第
８図中の支持点の拡大図、第１Ｏ図は第３ａ図の例とは
異なるプローブの斜視図である。 ｌ・・・ケーシング、２・・・スリーブナツト、３・・
・ばね、５・・・支承される部材（プローブピンホルダ
ー）、６・・・グローブピン、７・・・支承部、８ａ８
ｂ、８ｃ　；９ａ、９ｂ、９ｃｍ・・支持点、ｌＯａ　
、　　ｌ　Ｏｂ　、　　ｌ　Ｏｃ−−−中心線、ｌ　ｌ
　−・・発光ダイオード、１２・・・反射レンズ、１３
・・・四象限ダイオード装置、１４・・・電子装置、１
７・・・圧電センサ、１９ａ、１９ｂ、１９ｃ、１９ｄ
、１９ｅ、１９ｆ−支持点、２４．３４−・・挿入片、
２５．３５・・・本体、２６・・・硬質合金ピン、２７
゜３７・・・対応面、３６・・・ポール、４５・・・ホ
ルダー４６　・・・グローブピン、４９ａ、４９ｂ、４
９Ｃ・・・ローラ、５１・・・ケーシング、５５・・・
ホルダ５６・・・プローブピン、５７・・・支承部、５
８・・空気クツション、５９・・・導入口、６Ｉ・・・
不動の支承部、６２・・・磁石、６３・・・ばね、６５
・・・支承される部材（交換器）、６７ａ、６７ｂ、６
７ｃ・・・角すい台の面、７０・・・可動板、７１・・
不動のホルダー　７２・・・磁石、７５・・・交換器、
７７ａ、７７ｂ・・・角すい台の面、７８．７９・・・
ポール、８０・・・ポールケージ、８２・・・みぞ、８
９ａ、８９ｂ、８９ｃ；９９ａ、９９ｂ、９９ｃ・・・
ポール、９６・・・プローブピン軸線Ｆｉｇ、１ Ｆｉｇ、６

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、座標測定機における機械式又は光学式のプローブヘ
   ッド、プローブヘッド内の可撓のプローブ又は交換式の
   プローブ部材のための支承部であって、支承される部材
   が限定されたゼロ位置へ力によって押され、支承部もし
   くは支承される部材がほぼ角すい台の形状をなしている
   形式のものにおいて、支承されている部材が角すい台（
   ５．７：５５、５７：６５、６７）の縦軸線を中心とし
   て軸線方向および半径方向で互いにずらされた少なくと
   も６つの個所で支承部内に支えられていることを特徴と
   する、座標測定機におけるプローブヘッド用の支承部。 ２、支持点（８ａ、８ｂ、８ｃ：９ａ、９ｂ、９ｃ）の
   内少なくとも一部は角すい台（５、７）の各面の中心線
   （１０ａ、１０ｂ、１０ｃ）の外側に配置されている、
   請求項１記載の支承部。 ３、支承されている部材（５５）が支承部（５７）内に
   面状に支えられている、請求項１記載の支承部。 ４、面状の支持部が空気軸受（５８）又は液体軸受から
   成っている、請求項３記載の支承部。