JPH06506533A - 多軸座標走査測定装置 - 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】 多軸座標走査測定装置 本発明は、多軸座標走査測定装置であって、ケーシングとケーシングに対して相 対的に主座標軸の方向に移動可能で、第１のユニバーザルジヨイントを用（１て 、主座標軸の上にある第１の旋回点を中心としてあらゆる方向に旋回可能にケー シングに案内された、弾性的に不作用位置にバイアスのかけられた、走査先端で 主座標軸の上に位置する走査アームと、ケーシング内で主座標軸の方向に移動可 能に案内された連結部材と、第１の旋回点に関し、走査アームとは反対側に走査 アームから突出し、第１の旋回点から遠い端部が連結部材に枢着された連結アー ムとを有し、連結アームが連結部材を、走査アームが主座標軸に移動した場合で も、走査アームが不作用位置から第１の旋回点を中心として旋回する場合でも主 座標軸の方向に連行するようになっており、さらにケーシングに対する連結部材 の位置を検出する測定装置を有している形式のもに関する。

前記形式の多軸座標走査測定装置はＤＥ−Ａ−３７０１７３０号により公知であ る。このような走査測定装置は走査アームの不作用位置に対して、主座標軸の方 向にも、主座標軸に対して半径方向のあらゆる方向にも、間隔の測定を可能にす る。このためには走査アームは球継手を用いてあらゆる方向に旋回可能にケーシ ングに支承されている。この場合、球継手の、走査アームを保持する球はその受 け金白で付加的に主座標軸の方向に移動可能である。走査アームとは反対方向に 球からは連結アームが突出しており、この連結アームにはケーシング内で主座標 軸に沿って移動可能に案内された連結部材が支えられている。連結部材はほぼ円 錐状の切欠きを有し、該切欠き内には連結アームが係合しており、さらに連結部 材は測定計器と結合されており、該測定計器により、主座標軸の方向での、ケー シングに対する連結部材の偏位が測定されるようになっている。連結部材におけ る切欠きの形は測定計器の検量ピッチが走査先端の、主座標軸の方向の偏位も、 この方向に対して直交する方向の偏位も表示するように選択されている。連結部 材を球継手に向かって負荷するばねは、走査先端が主座標軸の上にある不作用位 置へ走査アームを自動的に戻すために役立つ。

公知の測定装置においては、連結アーム端部を受容するために決められた連結部 材の切欠きは、回転放物線の形を有していなければならない。このような曲面形 態は比較的に多大の費用をかけなければ十分な精度で製造することはできない。

さらに、放物線形状に基づき、走査アームに作用する、不作用位置への戻し力が 減少し、この結果として、不作用位置の再現性が不正確になる。

本発明の課題は、簡単に製作可能な部分から成り、走査アームが安定した不作用 位置を有する多軸標走査測定装置を提供することである。

冒頭に述べた形式の多軸座標走査測定装置から出発して、本発明の課題は、連結 アームの、第１の旋回点から遠い端部が、第２のユニバーザルジヨイントを用い て第２の旋回点を中心としてあらゆる方向に移動可能にリンク部材と結合されて おり、該リンク部材と自体が第３のユニバーザルジヨイントを用いて、主座標軸 の上で移動可能な第３の旋回点を中心としてあらゆる方向に移動可能にケーシン グに案内されており、前記リンク部材が主座標軸を取囲む、第１の旋回点から離 れた方向に向いたリング肩を有し、該リング肩が連結部材の主座標軸を同様に取 囲む、反対に向けられたリング肩に接触していることによって解決されている。

このような構成ではリング肩は不作用位置で主座標軸から比較的に大きな半径方 向の間隔をおいて互いに支えられる。これによってリンク部材には比較的に大き な戻しモーメントが作用し、該戻しモーメントは連結アーム、ひいては走査アー ムを、走査先端が主座標軸の上にある不作用位置に安定的に保持する。走査先端 が主座標軸の方向に偏位すると、リンク部材はもっばら並進的に主座標軸に沿っ て移動する。これによって測定装置で監視された連結部材の偏位は走査先端の偏 位と同じになる。走査先端が走査アームの不作用位置から出発して主座標軸に対 して横方向に偏位させられると、リンク部材は第３のユニバーザルジヨイントの 、距離補償のために主座標軸に沿って移動可能な第３の旋回点を中心として傾動 する。同時にリンク部材のリング肩は連結部材のリング肩に向かって傾動させら れ、この結果として、連結部材は主座標軸に沿って測定装置により検出された偏 位を行なう。リンク部材の寸法を適当に選ぶことによって、主座標軸の方向での 連結部材の偏位は高い精度で、走査先端の、主座標軸に対して直な偏位と同じに なる。

本発明の走査測定装置は簡単に製作可能な部分から構成される。特に製作誤差が 装置の測定精度に影響を及ぼず湾曲した内面を成形する必要はない。立体的に湾 曲した面が必要である限りにおいては、これは例えば有利には球継手として構成 されたユニバーザルジヨイントの球面のようなコンベックスな面であるか又は例 えばリンク部材のリング肩のリング縁に沿って設けられるような接触ナイフェツ ジの丸味付は面である。

特に連結部材には測定精度に影響を及ぼす複雑な内面は設けられていない。連結 部材のリング肩は有利な実施例では主座標軸に対して直交する平らな接触面とし て構成されている。

主座標軸に対して横に間隔測定する場合の測定誤差は、リンク部材のリング肩に より決められた傾動用の平面からの第３の旋回点の間隔が、第２の旋回点からの 第３の旋回点の間隔よりも大きいと、特に小さくなる。この場合にはこの傾動用 に対する接線は連結部材のリング肩に接するリンク部材が連結部材に対する相対 的な傾動運動に際して旋回する旋回中心軸を形成する。

さらに測定精度を高めることには、リンク部材のリング肩により規定された、第 ２と第３図の旋回点の結合線を含む傾動用が、第２の旋回点から第３の旋回点ま での間隔とほぼ等しい半径を有していることが役立つ。連結部材のリング肩にお ける摩耗障害を回避するためには傾動用のまわりの縁のエッヂには丸味を付けて おくことができる。

測定精度を高める別の手段は、第１の旋回点からの走査アームの走査先端の間隔 が不作用位置で、第１の旋回点からの第２の旋回点の間隔と等しくすることであ る。この関係からは、走査アームの走査先端は幾何学的な意味での先端だけでは ないことを付言しておく。走査アームの走査先端は測定特性に影響を及ぼすこと なく、中心が測定技術的に走査先端を形成する球頭を備えていることもできる。

測定装置の部材の製作誤差を補償できるように、有利な実施例においては、第１ の旋回点及び（又は）第３の旋回点からの第２の旋回点の間隔は調整可能である 。このためには有利な実施例においては、連結アームはテレスコープ案内面で互 いに案内され、特に接着により互いに固定された２つのアーム部分を有している 。走査測定装置を製造する場合には、走査測定装置の構成に相応して２つの旋回 点の正確な間隔を規定しようとする両方のアーム部分は精密ゲージで、例えばユ ニバーザルジヨイントの継手球又は継手受は金を機械的にあとから加工する必要 なく、互いに相対的に調整される。

さらに第２の旋回点から第３の旋回点の正確な間隔も、第２のユニバーザルジヨ イントが球継手として構成され、継手球を受容するための円筒状の継手受は金に 少なくとも１つのスペーサ円板が挿入されていると、リンク部材のあと加工なし で調整される。スペーサ円板は調整を目的として問題なく交換するか研削により 所望の厚さに加工することができる。

操作測定装置の不注意な取扱いに際しては装置の機構に不可逆の損傷が生じる慣 れがある。場合によって発生する損傷をできるだけ小さく保つためには有利な構 成によれば走査アームに、第１のユニバーザルジヨイントと走査先端との間に挿 入されたセラミック部分の形をした目標破断個所が設けられている。正しくない 取扱いに際しては走査アームの走査先端が折れるが、それ以上の故障は回避され る。修理は若干の数少ない部分の交換に限定される。

多座標軸の走査測定装置は通常は工作機械の工具受容部に締込むことのできる緊 締シャフトを備えている。正確な測定のためには、例えば急勾配円錐シャフトと して構成された緊締シャフトの軸線は走査測定装置によって規定された主座標軸 に対して同軸に延びることが必要である。先に述べた走査装置としてこの他の走 査装置の場合にも有利である本発明の有利な構成においては、ケーシングと緊締 シャフトは主座標軸に対して直角である。互いに配属された接触面を有し、少な （とも１つの、主座標軸の方向に延びる締付けねじで互いに固定されている。ケ ーシング又は緊締シャフトはこれらの部分の主座標軸に対して同軸的なセンタリ ングビンを有している。該センタリングビンは半径方向の遊びをおいて他の部分 のセンタリング開口に係合している。センタリング開口の周囲には少なくとも３ つの、主座標軸に対して半径方向に調節可能な調整ねじが分配されて配置されて いる。ケーシングと緊締シャフトとにおける接触面は軸の平行性に役立つのに対 し、調整ねじは整合誤差を補償するために役立つ。

センタリング開口もしくはセンタリングビンは緊締シャフトもしくはケーシング に直接的に設けることができる。本発明の有利な実施例ではセンタリングビンは ケーシングにかつセンタリング開口は急勾配円錐シャフトのプレス嵌め坐に固着 するアダプタに設けられている。この構成は調整を変えることなく急勾配円錐シ ャフトの交換を可能にする。

次に図面を用いて本発明の詳細な説明する。

図面には多軸座標走査測定装置が軸方向断面図で示されている。

工作機械又は測定装置又はそれに類似したものに保持されるために急勾配円錐シ ャフトを備えた多軸座標走査測定装置は、ケーシング３を有し、該ケーシング３ からは急勾配円錐シャフト１によって規定された主座標軸５に対して同軸に走査 アーム７が突出している。

先端に球状の走査先端９を有する走査アーム７は主座標軸に沿って、図示の不作 用位置から出発して移動可能であり、主座標軸に対して横方向に偏位可能である 。ケーシング３に保持された計器１１は統一的の目盛で軸方向又は半径方向の偏 位を表示する。

走査アーム７はケージング３内で第１の球継手１３を介してあらゆる方向に旋回 可能に支承されている。

球継手１３は走査アーム７と固定的に結合された球セグメント１５を有している 。この球セグメント１５は走査先端９に向かって狭まった、カッティングエッチ 状の球受は金１７に旋回点１９を中心としてあらゆる方向へ旋回可能に支承され ている。球受は金１７からは主座標軸５の方向に、走査ピン９には反対方向に延 びる円筒状の案内開口１２が延びており、走査アーム７が主座標軸５に向かって 軸方向に移動することを可能にする。

走査アーム７はケーシング３内へ延長されており、ここに連結アーム２３を形成 している。該連結アーム２３は球継手１３とは遠い端部に第２の球継手２５を介 して旋回点２７を中心としてあらゆる方向に旋回可能にリンク部材２９と連結さ れている。リンク部材２９自体は第３の球継手３１において主座標軸５の−りに 位置する旋回点２３を中心としてあらゆる方向に旋回可能にケーシング３に案内 されている。球継手３１はリンク部材２９に一体成形された継手球３５を有し、 該継手球３５は、円筒状の、主座標軸５に同心的な継手受は全開ロ３７内に位置 している。開口３７に配置された圧縮ばね３９はリンク部材２９を連結アーム２ ３に押し、球継手２５．１３の遊びを補償する。さらにケーシング３においては ほぼスリーブ状の連結部材４１が主座標軸５に対して同軸的に正確に嵌合して案 内されている。連結部材４１はピン４３を介して計器１１と連結されている。該 １器１１は連結部材４１のケーシング３に対する偏位を検出する。連結部材４１ は、走査先端９に向いた、主座標軸５に対して直角に延びる、平らな接触面４７ を有する、半径方向内方へ突出するリング肩４５を備えている。ケーシング３と 連結部材４１との間の、周方向に分配された複数の圧縮ばね４９は、リング肩４ ５の接触面４７を、この範囲で皿状であるリンク部材２９の、走査ピン９とは反 対に向いたリング肩５１に対して押圧する。ばね４９は連結部材４１を介して比 較的に高い戻し力をリンク部材２９に作用させる。この戻し力は不作用位置で球 継手２５．３１の旋回点が安定的に主座標軸５の上に位置するようにする。走査 先端９が図示の不作用位置から主座標軸５の方向に偏位すると、リンク部材２９ はそのリング肩５１の全周に亙って移動力を連結部材４１に伝達する。１器１１ は直接的に走査先端９の偏位を検出する。

走査先端９が主座標軸に対して横方向に偏位すると、走査アーム７の旋回運動は 連結アーム２３を介してリンク部材２９に伝達される。リンク部材２９は旋回点 ３３を中心として旋回する。該旋回点３３は同時に、球継手１３のケーシング３ に関して定置の旋回点１９への長さ補償運動を行う。リンク部材２９のリング肩 ５１は傾動用に対して接線方向に延びる潜在的な旋回軸を中心とする旋回運動に 基づき傾動する。前記旋回軸の平面は球継手２５と３１の結合線に対して直角に 延び、その交差点は図面において符号５３で示されている。傾動用５３の周囲の リング肩５１の縁エッヂはトルソンセグメント状に丸味が付けられて、傾動運動 に際して相互に接触する面に摩耗損傷が回避されるようになっている。走査先端 ９の半径方向の偏位に基づくリンク部材２９の傾動運動は、連結部材４１の同じ 大きさの軸方向の偏位をもたらし、この偏位は計器１１で検出される。したがっ て計器１１は統一的な度量の場合に走査ピン９の偏位を軸方向にも半径方向にも 測定することができる。

走査先端９が半径方向に偏位した場合に同じ大きさの軸方向の偏位に関する計器 １１の表示誤差をできるだけ小さく保つためには、走査先端９からの旋回点１９ の間隔ａは旋回点工９からの旋回点２７の間隔すと等しく選ばれいている。さら に旋回点２７からの旋回点３３の間隔Ｃも傾動用の半径ｅと等しく選ばれ、傾動 用の平面からの旋回点３３の間隔は間隔Ｃよりも大きく選ばれている。間隔Ｃと ｄを間隔すに対して適正化することによって走査先端９の半径方向と軸方向の偏 位の間の表示差は計器１１の測定精度内で許容され得る値に減少させられる。

間隔ａ、ｂ、ｃは球状の端部の中心によって決められる。それでも間隔ａとｂと の間の製作誤差及び間隔Ｃの製作誤差を球状の端部の費用のかかる加工なしで補 償するためには、連結アーム２３はテレスコープアームとして構成されており、 球継手２５はリンク部材２９に円筒孔状の継手受は金５５を有し、該継手受は金 ５５内へ球継手の継手球５７の間隔を調整するために適宜の厚さのスペーサ円板 ５９が挿入されている。

スペーサ円板５９は間隔Ｃの調整を可能にする。

間隔すの調整のためには球継手２５の継手球５７はピン６１に保持され、該ピン ６１は、継手球１５を保持しかつ走査アーム７へ一体に継続するシャフト６５の 円筒孔６３内に保持されている。ピン６１は組立ての開孔６３内で移動可能で、 ビン６１がシャフト６５に例えば接着で固定される前に、例えば調節ゲージを用 いて走査先端９からの継手球５７の間隔が調整可焼である。

不当な取扱いの場合に測定装置の機構の損傷を回避するためには走査先端９はセ ラミック小管６７を用いてシャフト６５に保持されている。該セラミック小管６ ７は、測定装置の他の伝達部分を過負荷に対して保護する目標破断個所を形成す る。

急勾配円錐シャフト１の軸線は測定装置の他のコンポーネントにより決定される 主座標軸５に対して同軸的に延びている。整合誤差を補償するためにはケーシン グ３は急勾配円錐シャフト１にアダプタ６９を用いて固定されている。該アダプ タ６９は急勾配円錐シャフト１の軸線に対してケーシング３の主座標軸５の軸平 行な調整を可能にする。アダプタ６９は急勾配円錐シャフト１の中心孔７１内に プレス嵌めされるシャフト７３を有し、締付けねじ７５でシャフトに交換可能に 保持されている。急勾配円錐シャフト１とケーシング３との間にはシャフト７３ は、急勾配円錐シャフトの軸に対して正確に直交する、平らな接触面７９をケー シング３のために有するリングフランジ７７を備えている。接触面７９の中心に はセンタリング開口８１が設けられ、該センタリング開口８１には半径方向の遊 びをおいて、ケーシング３から突出するセンタリングビン８３が係合している。

リングフランジ７７の周囲に分配されて配置された少なくとも３つの半径方向の 調整ねじ８５は、接触面７９に移動可能に案内されたケーシング３の半径方向の 調整を可能にする。中心の固定ねじ８７はケーシング３をアダプタ６９に保持す る。急勾配円錐シャフト１に対して相対的なケーシング３の半径方向の調整のた めにはねじ８７はまず軽く締められて、ケーシング３がいくらか接触面７９に対 して緊張させられる。調整後には調整ねじ８５は、ねじ８７が急勾配円錐シャフ ト１のケーシングから離れた端部から締付けられるまでケーシングを所望の位置 に不動に保持する。

国際調査報告 国際調査報告

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．多軸座標走査測定装置であって、 −ケーシング（３）と、 −王座標軸（５）の方向にケーシング（３）に対して相対的に移動可能でかつ第 １のユニバーザルジョイント（１３）を用いて、主座標軸（５）の上にある第１ の旋回点（１９）を中心としてあらゆる方向に旋回可能にケーシング（３）に案 内された、走査先端（９）が不作用位置で主座標軸（５）の上にある、弾性的に 不作用位置にバイアスのかけられた走査アーム（７）と、 −ケーシング（３）内で主座標軸（５）の方向に移動可能に案内された連結部材 （４１）と、−第１の旋回点（１９）に関し、走査アーム（７）に対して反対方 向に走査アーム（７）から突出し、第１の旋回点（１９）から遠い端部が連結部 材（４１）と枢着されて、連結部材（４１）を、走査アーム（７）が主座標軸（ ５）の方向に移動した場合にも、走査アーム（７）がこの不作用位置から第１の 旋回点（１９）を中心として偏位した場合にも王座標軸の方向に連行する連結ア ームと−ケーシング（３）に対する連結部材（４１）の位置を検出する測定装置 （１１）と、 を有する形式のものにおいて、連結アーム（２３）の、第１の旋回点（１９）か ら遠い端部が第２のユニバーザルジョイント（２５）を用いて第２の旋回点（２ ７）を中心として旋回可能にリンク部材（２９）と結合されており、該リンク部 材（２９）が第３のユニバーザルジョイントを用いて、主座標軸（５）の上で移 動可能な第３の旋回点（３３）を中心としてあらゆる方向に旋回可能にケーシン グ（３）の案内されており、リンク部材（２９）が王座標軸（５）を取囲む、第 １の旋回点（１９）から離れた方向に向いたリング肩（５１）を有し、該リング 肩（５１）が連結部材（４１）の、同様に王座標軸（５）を取囲む、反対に向け られたリング肩（４５）に接触していることを特徴とする、多軸座標走査測定装 置。 ２．連結部材（４１）のリング肩（４５）が主座標軸（５）に対して直角に延び る、平らな接触面（４７）を有している、請求項１記載の多軸座標走査測定装置 。 ３．リンク部材（２９）のリング肩（５１）が丸味の付けられた接触ナイフエッ ヂを有している、請求項１又は２記載の多軸座標走査測定装置。 ４．リンク部材（２９）のリング肩（５１）によって規定された傾動円（５３） の平面からの第３の旋回点（３３）の間隔（ｄ）が第２の旋回点（２７）からの 第３の旋回点（３３）の間隔（ｃ）よりも大きい、請求項１から３までのいずれ か１項記載の多軸座標走査測定装置。 ５．リンク部材（２９）のリング肩（５１）が、第２の旋回点（２７）と第３の 旋回点（３３）との結合線を取囲む傾動円（５３）を規定する縁エッヂを有し、 傾動円（５３）の半径（ｅ）が第２の旋回点（２７）からの第３の旋回点（３３ ）の間隔（Ｃ）とほぼ等しい、請求項１から４までのいずれか１項記載の多軸座 標走査測定装置。 ６．不作用位置において第１の旋回点（１９）からの走査アーム（７）の走査先 端（９）の間隔（ａ）が、第１の旋回点（１９）からの第２の旋回点（２７）の 間隔（ｂ）と等しい、請求項１から５までのいずれか１項記載の多軸座標走査測 定装置。 ７．第１の旋回点（１９）及び（又は）は第３の旋回点（３３）からの第２の旋 回点（２７）の間隔（ｂｃ）が調整可能である請求項１から６までのいずれか１ 項記載の多軸座標走査測定装置。 ８．連結アーム（２３）がテレスコープ案内面で互いに案内された、特に接着に より互いに固定された２つのアーム部分（６１，６５）を有している、請求項７ 記載の多軸座標走査測定装置。 ９．第２のユニバーザルジョイント（２５）が球継手として構成され、継手球（ ５７）を受容するために決められた円筒状の継手受け金がリンク部材（２９）に 設けられかつ少なくとも１つのスペーサ円板（５９）を有している、請求項７又 は８記載の多軸座標走査測定装置。 １０．走査アーム（７）が特に第１のユニバーザルジョイント（１３）と走査先 端（９）との間に間挿されたセラミック部分（６７）の形をした目標破断個所を 有している、請求項１から９までのいずれか１項記載の多軸座標走査測定装置。 １１．−ケーシング（３）と、 −主座標軸（５）の方向にケーシング（３）に対して相対的に移動可能で、ユニ バーザルジョイント（１３）を用いて、主座標軸（５）の上に位置する旋回点（ １９）を中心としてあらゆる方向に旋回可能にケーシング（３）に案内された、 弾性的に−方向にバイアスがかけられ、走査先端（９）が不作用位置で主座標軸 （５）の上に位置する走査アーム（７）と、 −走査アーム（７）と連結され、不作用位置からの走査先端（９）の偏位を王座 標軸の方向にもこの王座標軸と直交する方向にも検出する測定装置（１１）と、 −ケーシング（３）を保持する緊締シャフト（１）と、 を有する、特に請求項１から１０までのいずれか１項記載の多軸座標走査測定装 置において、ケーシング（３）と緊締シャフト（１）とが主座標軸（５）に対し て直角である、互いに配属され合った接触面（７９）を有し、少なくとも１つの 、主座標軸（５）の方向に延びる締付けねじ（８７）によって互いに結合されて おり、ケーシング（３）又は緊締シャフト（１）がこれらの部分の主座標軸（５ ）に対して同心的なセンタリングピン（８３）を有し、該センタリングピン（８ ３）が半径方向の遊びをおいて他の部分のセンタリング開口（８１）に係合して おり、センタリング開口（８１）の周囲に少なくとも３つの、主座標軸（５）に 対して半径方向に調節可能な調整ねじ（８５）が分配されて配置されていること を特徴とする、多軸座標走査測定装置。 １２．センタリングピン（８３）がケーシング（３）に設けられかつセンタリン グ開口（３１）が急勾配円錐シャフト（１）に嵌合させられたアダプタ（６９） に設けられている、請求項１１記載の多軸座標走査測定装置。