JPH07108479A - コンピュータ制御多軸装置をプログラミングする方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 正確かつ低コストで、プログラミングに時
間、及び労力を要しない三次元測定機、及びその使用方
法を提供する。 【構成】 新規な携帯可能座標測定機は、好適な実施例
においては直径が６〜８フィートの範囲の球面である、
ボリュームを正確かつ容易に測定するための、多数のジ
ョイント（６つのジョイントが好ましい）で連結され手
動で位置決めでき測定確度が２シグマ±０．００５イン
チである腕を有する。測定腕に加えて、本発明では、腕
とホストコンピュータの間の電子インタフェースとして
機能する制御器（すなわち直列ボックス）を使用する。
本発明の座標測定機は多軸マシニングセンタおよびロボ
ットの工具経路をプログラミングする新規な方法におい
てとくに有用である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】関連出願の相互参照 この出願の優先権主張の基礎を成す原米国特許出願は１
９９３年２月２３日付けで出願された米国特許出願Ｎ
ｏ．０２１９４９の一部継続出願である。

【０００２】

【産業上の利用分野】本発明は全般的に三次元座標測定
機（すなわち、ＣＭＭ）に関するものである。更に詳し
くいえば、本発明は、携帯可能で、確度が高く、使用が
容易である新規かつ改良した三次元ＣＭＭ、及び多軸工
作機すなわちロボットの工具経路をプログラミングする
ための新規な方法へのＣＭＭの応用に関するものであ
る。

【０００３】

【従来の技術】物理的世界におけるあらゆるものは体積
すなわち空間を占めることがわかるであろう。空間中の
位置は長さ、幅および高さで定義することができる。そ
れらの長さ、幅および高さは、技術用語では、Ｘ座標、
Ｙ座標、Ｚ座標としばしば呼ばれる。Ｘ、Ｙ、Ｚの数は
長さの次元と幅の次元と高さの次元、すなわち三次元を
表す。三次元物体は位置と向きによって記述される。す
なわち、ある物体が存在する場所だけではなくて、その
物体が指す向きで記述される。空間中の物体の向きはそ
の物体上の３点の位置によって決定できる。向きは、空
間中の物体の整列角度によっても記述できる。Ｘ座標、
Ｙ座標、Ｚ座標は３つの直線定規によって最も簡単に測
定できる。いいかえると、空間の長さ、幅および高さに
沿って定規を置くと、空間中の点の位置を測定できる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】現在は、座標測定機す
なわちＣＭＭは３本の直線定規を用いて空間中の物体を
測定している。それらの装置は通常は持ち運びができ
ず、高価で、容易に測定できる寸法または体積が限られ
る。

【０００５】アメリカ合衆国フロリダ州レイク・メアリ
ー（Ｌａｋｅ Ｍａｒｙ）所在のＦＡＲＯ Ｔｅｃｈｎ
ｏｌｏｇｉｅｓ，Ｉｎｃ．（本発明の譲受人）が、医学
分野用の電子ゴニオメータ型デジタル化装置シリーズの
製造に成功している。具体的には、ＦＡＲＯ社は、ＭＥ
ＴＲＥＣＯＭ（商標）として知られている骨格分析装置
と、ＳＵＲＧＩＣＯＭ（商標）として知られる、外科用
に使用されるシステムとを製造している。ＭＥＴＲＥＣ
ＯＭシステムおよびＳＵＲＧＩＣＯＭシステムで具体化
される種類の電子ゴニオメータ型装置が米国特許第４６
７０８５１号と、１９９０年１０月２日に出願された米
国特許出願第５９３４６９号および１９９０年７月３１
日に出願された米国特許出願第５６２２１３号の各明細
書に記載されている。それらは全て本願譲受人に譲渡さ
れ、参照することにより本願に組み込まれる。

【０００６】ＭＥＴＲＥＣＯＭおよびＳＵＲＧＩＣＯＭ
の電子ゴニオメータ型デジタル化システムは、その意図
する目的には良く適するが、部品および組立体の三次元
測定がしばしば求められる汎用工業応用にはあまり良く
適していない。したがって、工業用および関連する用途
のための改良した、正確かつ低コストのＣＭＭに対する
需要が依然存在している。

【０００７】ロボットおよび５軸マシニングセンタのよ
うなＣＮＣすなわちコンピュータ数値制御装置の実際的
な使用における大きな制約は、典型的なロボット機能
（溶接または研磨など）または典型的な工作機械機能
（複雑な成型部品の機械加工など）、あるいはその両方
を行う前に、複雑に入り組んだ経路をプログラムするた
めに時間および労力を要することである。現在は、この
プログラミング過程は試行錯誤に基づいた慎重で正確な
段階的シミュレーションを必要とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】従来技術の上記問題、そ
の他の問題、及び欠点は、本発明の三次元測定機（たと
えば、電子ゴニオメータ）、およびそれを使用する方法
によって克服または軽減される。本発明によれば、新規
で、携帯可能な座標測定機が、好適な実施例において
は、直径が好ましくは６フィートから８フィートの範囲
（しかしこの範囲より広いか、狭い直径もカバーでき
る）の球面を構成するボリュームを正確かつ容易に測定
し、測定確度が好ましくは２シグマ±０．０００５イン
チ（最適には２シグマ±０．００１インチ）である、手
動で位置決めできるマルチジョイント（好ましくは６ジ
ョイント）測定腕を備える。この測定腕に加えて、本発
明は、腕とホストコンピュータの間の電子的インタフェ
ースとして作用する制御器（または直列ボックス）を使
用する。

【０００９】本発明のＣＭＭにおいて使用される機械的
測定腕は、複数の転送ハウジング（各転送ハウジングは
継手を含み、１つの回転自由度を定義する）と、相互に
取り付けられた延長部材とで構成され、隣接する転送ハ
ウジングは直角に配置されて、好ましくは５個または６
個の自由度を持つ可動腕から構成される。各転送ハウジ
ングは測定トランスデューサと新規な軸受構造を含む。
それらの新規な軸受構造は、対向して配置された円錐こ
ろ軸受と、高い曲げスチフネスのための、低い輪郭構造
を持つ補強スラスト軸受とで構成されるプレストレス軸
受を含む。また、各転送ハウジングは、機械的な応力に
起因する機械的過負荷に対して保護するためにビジュア
ルおよびオーディオ終端止め指示器を含む。

【００１０】可動腕はベースまたはポストに取り付けら
れる。ベースまたはポストは（１）温度安定度を監視す
るための温度監視ボードと、（２）ユニバーサル符号器
選択のための符号器装着板と、（３）単位混乱を避ける
ように較正データおよび識別データを含むＥＥＰＲＯＭ
回路板と、（４）高く増幅した信号を制御器中の遠隔カ
ウンタ・ボードへ送るための符号器装着板近くに装着さ
れたプリアンプ・ボードとを含む。

【００１１】従来のＭＥＴＲＥＣＯＭシステムにおける
ように、転送ハウジングは可変組み立て構成が行えるモ
ジュール式であり、熱膨張率（ＣＴＥ）を一定なものに
するために可動腕組立体全体は１種類の材料で構成す
る。ＭＥＴＲＥＣＯＭシステムにおけるのと同様に、回
転止めによる内部配線経路とワイヤコイル空所によっ
て、多数のワイヤを完全に囲い込むことができる。また
従来のＭＥＴＲＥＣＯＭシステムと一貫するように、本
発明は、ユーザを快適にするためのバネによって釣り合
いを取る衝撃吸収支持機構と、手動取扱いによる高精度
測定を行えるようにするための２スイッチ（獲得／受取
り）データ・エントリ装置とを含む。また、従来のＭＥ
ＴＲＥＣＯＭシステムにおいて用いられる種類の一般化
された測定機が、三次元における可変量（たとえば、選
択したポートに取り付けた熱電対を用いて温度を三次元
で測定できる）の測定のために提供される。

【００１２】マイクロプロセッサをベースにした個別制
御器ボックスを使用することは本発明の重要な特徴であ
る。というのは、その制御器ボックスによって、ホスト
コンピュータレベルの処理要求なしに特定の計算を前処
理できるからである。これは、プログラム可能な適応性
と、各種の外部ホスト（たとえば、外部コンピュータ）
との互換性とを与える知能プリプロセッサを制御器ボッ
クスに装着することによって行われる。直列ボックス
は、ホストからの通信要求を検出することによって、知
能マルチプロトコル評価と自動スイッチングも行う。た
とえば、１つの製造者からのソフトウエアで動作してい
るホストコンピュータが１つのフォームの呼び出し要求
を発生する。その呼び出し要求は制御器ボックスによっ
て自動的に検出される。制御器ボックスの更に別の特徴
は、各種の産業環境における標準化した長距離通信のた
めの直列ポート通信と、あらゆる符号器（転送ハウジン
グ内に配置されている）を同時に捕らえるための新規な
アナログ−デジタル／デジタル・カウンタ・ボードとを
含み、その結果として非常に正確な測定が行われること
になる。

【００１３】ＣＭＭ確度評価に対する装着の潜在的な複
雑化を避けるために、ＣＭＭのベースに位置させられて
いる基準ボールを使用することによって本発明のＣＭＭ
の効率的な現場較正が改善される。また、本発明のＣＭ
Ｍは、好ましくは新規な円錐ボールバー装置を用いて、
一時的に体積確度測定プロトコルを行うための手段を含
む。

【００１４】本発明の更に別の実施例によれば、成型し
た部品（多軸工作機に通常関連させられる）の研削また
は溶接（ロボットに通常関連させられる）および機械加
工のような典型的な機能の実行において、ロボットおよ
び多軸マシニングセンタを動作させるために求められる
複雑な経路をプログラミングするために新規な方法が得
られる。この方法によれば、経験を積んだ人間オペレー
タの動作すなわち経路（向きおよび方向の両方によって
定められる）を、コンピュータ制御機械において複写す
ることが望まれる。これは、本発明のＣＭＭを用いて行
われる。本発明のＣＭＭでは、デジタル化器端部にシミ
ュレートされた工具を有し、希望する工具経路または希
望の製作動作をエミュレートする、軽量で、取扱いが容
易な、上記受動電子ゴニオメータ装置をＣＭＭオペレー
タは使用する。この経路または動作がエミュレートされ
るにつれて、ＣＭＭの位置および向きデータ（Ｘ、Ｙ、
Ｚの向きまたはＩ、Ｊ、Ｋの向き、あるいは両方におけ
る）を累積し記憶する。それから、工業標準フォーマッ
トを用いてそのデータを、ＣＭＭを用いてエミュレート
される運動を再現するためのロボットまたはマシニング
センタなどのコンピュータ数値制御（ＣＮＣ）装置に転
送される。その結果、コンピュータ制御装置が、含まれ
ている複雑さとは無関係に、あるタスクを実行するため
の正確な経路または正確な動作、あるいはその両方をそ
れに迅速かつ効率的なやり方で供給する。この方法以前
は、そのようなタスクのプログラミングはシミュレーシ
ョンおよび試行錯誤を用いる、細心かつ慎重にプログラ
ムされる段階的シーケンスを含んでいた。

【００１５】

【実施例】以下図面を参照して本発明を詳細に説明す
る。

【００１６】まず図１を参照する。本発明の三次元測定
装置は座標測定機（ＣＭＭ）１０を一般に含む。この座
標測定機は手動操作されるマルチジョイント腕１２と、
支持ベースすなわち支持ポスト１４と、制御器すなわち
直列ボックス１６と、ホストコンピュータ１８とで構成
される。ＣＭＭ１０は直列ボックス１６と電子的に通信
し、直列ボックス１６はホストコンピュータ１８と電子
的に通信することがわかるであろう。

【００１７】後で詳しく説明するように、ＣＭＭ１０
は、回転位置決めデータを集めて、この基礎データを直
列ボックス１６へ送るトランスデューサ（たとえば、各
自由度ごとに１つのトランスデューサ）を含む。直列ボ
ックス１６は、複雑な計算を扱うためのホストコンピュ
ータ１８の全体的要件を軽減させ、ある種の予備的デー
タ操作を行う。図２に示すように、直列ボックス１６は
ホストコンピュータ１８（図２に示されているようなノ
ート型コンピュータ）の下に位置するよう設計されてい
て、データ操作ソフトウエアを含むＥＥＰＲＯＭと、マ
イクロコンピュータ・プロセッサと、信号処理ボード
と、いくつかの指示灯２０とを含む。上記のように、基
本的なトランスデューサ・データがＣＭＭ１０から直列
ボックス１６に送られる。それから直列ボックス１６は
生のトランスデューサ・データを受けとりつつ処理し、
ホストコンピュータの問合せに希望の三次元位置または
向き情報で応答する。

【００１８】好ましくは、本発明の三次元測定装置を構
成する３つの部品（たとえば、ＣＭＭ１０、直列ボック
ス１６、およびホストコンピュータ１８）の全てが、頑
丈な板または標準的な光学測定機器ねじあるいはその両
方を用いて固定された装着面に装着され、それに続い
て、図３に２２で示されているような既知の標準的経緯
儀可動スタンドに取り付けられる。経緯儀スタンド２２
はＢｒｕｎｓｏｎ製の部品番号ＭＷＳ７５０を含むこと
が好ましい。そのような可動スタンドは、延長可能な垂
直塔と共通アタッチメントおよび固定機構を有する安定
なローリング台によって特徴づけられる。図２および図
３に示すように、ＣＭＭ１０の支持ベース１４はスタン
ド２２の垂直支持部材２４へねじその他の手段によって
取り付けられ、直列ボックス１６とホストコンピュータ
１８は、第１のジョイント２８において腕３０に枢着さ
れた棚２６の上に支持される。腕３０は第２のジョイン
ト３２に枢着される。連結部材３４がジョイント３２
を、垂直支持部材２４の頂部の上に装着されたキャップ
３８に取り付けられたスイベル連結部３６に相互に連結
する。

【００１９】ここで図１および図４〜９を参照してＣＭ
Ｍ１０について詳しく説明する。図５に最も良く示され
ているように、ＣＭＭ１０はベース１４を有する。この
ベースは、第１の転送ハウジング４０を含む２つの転送
ハウジングの第１のセットに連結される。第１の転送ハ
ウジング４０は第２の転送ハウジング４２（転送ハウジ
ング４０に対して横に配置されている）に連結される。
第１の延長部材４４が、第３の転送ハウジング４６を含
んでいる２つの転送ハウジングの第２のセットに固着さ
れる。第３の転送ハウジング４６は第４の転送ハウジン
グ４８に対して横に取り付けられる。第１の延長部材４
４は転送ハウジング４２と４６の間に垂直に位置する。
第２の延長部材５０が転送ハウジング４８に整列して固
着される。頑丈な延長部材５０は、第５の転送ハウジン
グ５２を含む２つの転送ハウジングの第３のセットに取
り付けられる。第５の転送ハウジング５２は第６の転送
ハウジング５４に横に取り付けられる。第５の転送ハウ
ジング５４にはハンドル／プローブ組立体５６が取り付
けられる。

【００２０】一般に（および後で詳しく説明するよう
に）、位置検出トランスデューサは６つの転送ハウジン
グ４０、４２、４６、４８、５２、５４のおのおのに取
り付けられる。各転送ハウジングは軸受支えとトランス
デューサ区画で構成される。それから、４５度の角度で
曲げられている取り付けねじ（図６）を用いて、それら
のトランスデューサ区画は相互に円筒形状に取り付けら
れる。ベース１４のところには、腕１２を標準的な垂直
構造で支持するための釣り合わされたばね装置６０があ
る（図８）。

【００２１】次に図６Ａおよび図７を参照して転送ハウ
ジングおよびそれの内部構造について詳しく説明する。
図６Ａは転送ハウジングの分解図であり、図７は、横に
向けて取り付けられた転送ハウジング（他は転送ハウジ
ング４６および４８）の拡大図を示すことがわかるであ
ろう。各転送ハウジングは内部キャリヤ６２と外部ケー
シング６４を含む。内部キャリヤ６２と外部ケーシング
６４の間の機械的安定性は、それぞれの円錐レース７
０、７２を押し付けるように位置させられている２個の
対向して位置する（たとえば、向き合って配置されてい
る）円錐形ころ軸受６６、６８によって保たれる。円錐
レース７０、７２は外部転送ケーシング６４の内部に永
久に取り付けられる。軸１２２がキャリヤ６２から延長
してねじ７４に終端する。円錐軸受６６と６９は焼き入
れ鋼で製作することが好ましく、レース７０、７２も焼
き入れ鋼で製作する。

【００２２】転送ケーシング４８の組立中に、ナット７
３を用いて圧縮力を加える。そのナットは雄ねじに特定
のトルクで締め付けられて、応力を予め加えられた支持
状況を提供し、通常加えられる負荷の下で軸線方向の運
動以外の運動を行わなくする結果をもたらす。手動取扱
い中には輪郭を低くすること、すなわちそのような腕を
必要とするため、およびそれに付随して全体のスチフネ
スを減少させる必要があるために、キャリヤ６２とケー
シング６４の間の境界部にスラスト軸受７６を取り付け
ることも好ましく、実際にある用途においてはそうする
ことが求められる。スラスト軸受７６は転送ハウジング
のキャリヤ６２とケーシング６４の間を一層機械的に補
強する。スラスト軸受７６は５個の素子、すなわち、ス
ラスト調整環３００と、平らな環状レース３０２と、こ
ろ軸受および籠３０４と、環状レース３０６と、向き合
うスラスト・カバー３０８とを備える。スラスト軸受７
６は一連の設定ねじ７８によって調整され、高い曲げス
チフネスを提供する。トランスデューサ、（Ｈｅｉｎｄ
ｅｎｈａｉｎからＭｉｎｉ−Ｒｏｄ、部品番号４５０Ｍ
−０３６００の商品名で市販されているような符号器８
０が好ましい）、がユニバーサル装着板８２に装着され
る。この装着板８２は転送ケーシング内に装着される。
ユニバーサル装着板８２は、トランスデューサ８０の製
作の変更、したがって取り付けねじの構成の変更を装着
板８２の変更によって対処できるように、部品の生じ得
る入手問題を満たすという点で重要である。装着板８２
は、隅を丸められた三角形の板として図６Ｂに示されて
いる。図６Ｂはねじ部材８８、９０と、ピン８６と、結
合器８４も示す（それらについては後で全て説明す
る）。

【００２３】符号器８０を用いる高確度回転測定には、
符号器へ負荷が加えられないこと、転送ケーシングの軸
線と符号器の軸線との間に小さいを不一致があるにも拘
らず、転送ケーシングの運動を符号器まで正確に送るべ
きである。確度転送誤差は出版されている符号器の文献
から当業者にとっては周知である。符号器８０との通信
は、ＲｅｍｂｒａｎｄｔからＢ１００４Ｒ５１Ｒの名称
で市販されているような結合器８４を介して行われる。
符号器８０を転送ケーシング６４に最終的に結合するた
めに延長軸８６を利用する。軸８６はねじ孔７４にねじ
込まれた止めねじ８８、９０を用いて結合器８４とキャ
リヤ６２の端部に取り付けられる（図７参照）。本発明
の重要な特徴に従って、電子プリアンプ・ボード９２が
符号器８０に非常に近接して位置し、キャップ・カバー
９６の内側に装着される（雄ねじ９４で）。キャップ・
カバー９６は雄ねじ９７によって転送ケーシング６４に
取り付けられる。転送ハウジング９８がキャップ・カバ
ー９６を雄ねじ９７と１００によって転送ケーシング６
４に取り付ける。転送ハウジングの環境に対する密封
は、ジョイントに設けたＯリング溝１０２の内部に標準
のゴム製Ｏリング１０４をはめ込むことによって行われ
る。回転端部止め１０６（後述する）が図６Ｃに最も良
く示されている。この回転端部止め１０６は正方形の金
属ハウジングを含む。このハウジングには開口部が貫通
している。回転端部止め１０６はハウジングの開口部に
ねじこまれたボルト１０８を用いてケーシング６４に取
り付けられる。長期間の使用による摩耗を防止するため
のワイヤを通すハトメが、キャリヤ６２の場所１１０と
ケーシング６２の場所１１２に設けられる。隣接する２
つの転送ケーシングの相対的な向きを維持するために、
位置決定ピン１１４が、キャリヤ６２に設けられてい
る、そのピンの形に対して相補的な形を持つ受け１１６
により受けられる。

【００２４】図７を参照する。環境上の理由およびその
他の理由で、全てのワイヤを見えないように完全に隠
し、したがって、腕１２の内部に収めることが重要であ
る。図７は、相互に垂直に装着され、ワイヤが通ってい
ることを示す２つの組立てられた転送ハウジング４６、
４８を示す。ＣＭＭ１０の使用中に、符号器８０からの
符号器情報がワイヤ１１８を介してそのプロセッサ・ボ
ード９２に送られる。それからその情報は増幅されてか
ら、機械加工された通路１２０により腕を通される。そ
れからワイヤ１１８は転送ケーシング６４の内部キャリ
ヤ６２の軸１２２の通路１２０と、ハトメ孔１２４を通
る。その時にそのワイヤは、転送ハウジング４６の外部
ケーシング６４に機械加工された大きい空所１２６中に
入る。空所１２６によって転送ケーシングの回転中に編
組ワイヤをコイル状にすることができ、ワイヤの摩耗を
生じないように、およびワイヤの曲りを最小限にするよ
うに、空所１２６は構成される。しかし、ワイヤは完全
に回転する全体の性能を制限するので、不完全な球面状
溝１２８を形成する。その溝の内部に端部停止ねじ１３
０が位置する。その端部停止ねじは完全回転を、この場
合には３３０度までに制限する。通過通路１２０とワイ
ヤをコイル状にする空所１２６は各転送ケーシングにお
いて引き続いて繰り返され、ベース１４に設けられてい
るコネクタまでワイヤがそれ自身の経路を順次とれるよ
うにして、ワイヤが露出することがないようにする。

【００２５】次に図８を参照する。アルミニウム腕およ
び各種の軸受ならびにトランスデューサの構造の結果と
して、ＣＭＭ１０のプローブ・ハンドル組立体５６にお
ける累積重量が約１０〜１５ポンドになる。正常な環境
の下では、これによって使用中の疲労が非常に大きくな
り、従ってそれに対して釣り合いを取らねばならない。
携帯可能性を考慮すると、重量釣り合いおもりは装置の
総重量を大幅に増大するので、重量釣り合いおもりは好
ましくない。したがって、好適な実施例においては、プ
ラスチック・ケーシング１３４内に収められて、ベース
１４において４転送ハウジング４２に装着されて、腕１
２を持ち上げるねじりバネ１３２を含む釣り合いを設け
ることにより装置６０を用いて釣り合いをとる。全体の
プレストレスに影響を及ぼす種々の位置にコイル状ねじ
りバネ１３２が装着され、従って種々の長さおよび種々
の重量の腕１２で使用できる。同様に、腕１２の重さ
と、後退したバネの作用とのために、腕を保管位置に再
び位置させたときに大きな衝撃荷重が生ずることがあ
る。腕を後退させた時に腕の大きな衝撃を阻止するため
に、釣り合いおもりばね装置６０のプラスチック・ハウ
ジング１４２内にピストン衝撃吸収機１３４も組み込ま
れる。この結果として、衝撃荷重が吸収され、休止位置
へ徐々に緩んでいくことになる。図８は押されている状
態にある衝撃吸収機１３４を示し、図１６〜１８は完全
に延びた位置にある衝撃吸収機１３４を示すことがわか
るであろう。

【００２６】図９Ａおよび図９Ｂにプローブ・ハンドル
組立体５６の平面図と底面図がそれぞれ示されている。
このプローブ・ハンドル組立体５６は鉛筆またはピスト
ルの銃把６として保持されるようになっており、データ
収集のための２個のスイッチ（図９Ａにおける物品１５
０、１５２）と、希望によって使用する電子装置を接続
するためのコネクタ（図９Ｂにおける物品１５４）と、
各種のプローブを取り付けるためのねじこみ式装着部材
１５６とを有する。ＣＭＭ１０は手動測定装置なので、
ユーザは測定を行うことができなければならず、それか
ら測定を受け入れることができるか否かをＣＭＭ１０に
ついて確認しなければならない。これは２個のスイッチ
１５０、１５２を用いて行われる。前方スイッチ１５０
を用いて三次元データ情報を取り、後方スイッチ１５２
を用いてその情報を受け入れられるかどうかを確認し、
それをホストコンピュータ１８に送る。スイッチ外囲器
１５８（ハウジング１５０、１５２）の後方にコネクタ
１５４が設けられる。このコネクタは何本かの電源線
と、レーザ走査装置または接触プローブなど、いくつか
の希望の付属機器へ全体的に接続するためのアナログ−
デジタル変換器線とを有する。

【００２７】各種のプローブをハンドル組立体５６にね
じ込みにより取り付けることができる。図１０Ａには直
径１／４インチの硬いボール・プローブ１５８が示さ
れ、図１０Ｂには点プローブ１６０が示されている。両
方のプローブ１５８、１６０は装着部材１５６に（雄ね
じ部材１５７を用いて）ねじ式に取り付けられる。その
装着部材はプローブ・ハウジング５８にねじ式に取り付
けられる。装着部材１５６は、レンチを使用してのプロ
ーブの着脱を容易にするために複数の平らな表面も含
む。

【００２８】次に図１１と図１２を参照して制御器すな
わち直列ボックス１６について説明する。図１１は制御
器すなわち直列ボックス１６の前面パネル１６２を示
す。この前面パネル１６２は電源表示灯１６４と、誤り
状態表示灯１６６と、各転送ハウジング内に配置されて
いる６個のトランスデューサ（１〜６で示されている）
にそれぞれ対応する６個の表示灯２０とを含む８個の表
示灯を有する。電源が投入されると、腕１２へ電力が供
給されたことを電源表示灯１６４が表示する。その時
に、６個のトランスデューサ表示灯の全てが６個のトラ
ンスデューサのおのおのの状態を表示する。本発明の好
適な実施例においては、トランスデューサは増分デジタ
ル光学的符号器８０であって、照合を必要とする。（あ
まり好適ではない実施例においては、トランスデューサ
はアナログ装置とすることができる。）したがって、起
動されると、６つのジョイント（たとえば、転送ハウジ
ング）のおのおのを回転させて、６個の表示灯が消える
時刻である基準位置を見付けなければならない。

【００２９】本発明の重要な特徴によれば、使用中に、
トランスデューサのいずれかがそれの回転端部停止１０
６へ２度以内から接近したとすると、その特定のトラン
スデューサに関連する表示灯が点灯し、かつ可聴音が鳴
って、ユーザーが端部停止へ接近し過ぎたこと、従って
腕の向きを現在の測定のために再調整すべきことをユー
ザーへ指示する。直列ボックス１６は測定を続けるが、
そのような端部停止状態が除去されるまではデータを取
ることは許されない。この端部停止機能を必要とする典
型的な状況は、特定のトランスデューサがそれの端部停
止限界まで回転し、したがって、腕へ力を加えて測定さ
れない偏向および測定の不正確さを行わせることによっ
て、自由度が失われるような場合である。

【００３０】測定中の任意の時刻に、通信および計算に
おける種々の誤りが起こることがある。それらの誤りは
誤り状態表示灯の明滅によりユーザーへ知らされ、それ
から６つのトランスデューサの表示灯の組合わせが符号
によって特定の誤り状態を指示する。前面パネル１６２
は、英数字誤り警告および端部停止警告を与える英数字
ＬＣＤパネルを代わりに利用できることがわかるであろ
う。

【００３１】次に図１２を参照する。直列ボックス１６
の背面パネル１６８は各種の標準ＰＣコネクタと、マイ
クロプロセッサをリセットするリセットボタン１７０を
含むスイッチと、空気循環用ＡＣ入力ファン１７２と、
標準ＰＣ ＡＴキーボード用コネクタ１７４と、直列ボ
ックス１６の内部動作監視ＶＧＡボード用コネクタ１７
６と、ＣＭＭデータ用の各種の信号線を受けるためのコ
ネクタ１７８と、ホストコンピュータ１８のための標準
ＲＳ２３２コネクタ用コネクタ１８０とを含む。

【００３２】直列ボックス１６はＣＭＭの温度を監視
し、それの運動を記述する運動学と数学を、温度変化に
よる各種の部品の膨張収縮を記述する式に従って実時間
で修正する。この目的のために、および本発明の重要な
特徴に従って、温度監視ボード１８２（温度トランスデ
ューサを含む）がカバー１８４の内部の第２のジョイン
ト４２の場所に設けられる（図４、図５参照）。ＣＭＭ
１０の外部は航空機級アルミニュウムで製作し、陽極酸
化することが好ましい。ステンレス鋼で製作する取り付
けねじを除き、腕１２全体を同じ材料で製作することが
好ましい。腕１２の膨張収縮特性を一様にし、電子的補
償を一層行いやすくするために同じ材料を全体にわたっ
て使用する。一層重要なことに、広い温度範囲にわたっ
て全ての部品の間で極端な安定性が求められるために、
部品の間に熱膨張の差が存在しないことが求められる。
先に述べたように、温度トランスデューサ１８２を転送
ハウジング４２の所に配置することが好ましい。という
のは、その場所が最大質量の領域、従って大きい温度変
動の後で最後に安定する領域を定めるものと考えられる
からである。

【００３３】次に、ＣＭＭ１０および直列ボックス１６
の電子装置の全体のブロック図が示されている図１３を
参照する。６つの符号器８０が示されている。信号転送
中のノイズの混入を最少にするために、各符号器に増幅
器ボード９２が接近して配置される。希望によってはポ
ート１５４を設けることができる。このポートは、各種
の付属機器を取り付けるためにハンドル５６において利
用できる６ピン・コネクタである。測定プロセスを直列
ボックス１６へ指示するための２個の制御ボタン１５
０、１５２も示されている。

【００３４】温度トランスデューサに温度回路板１８２
が組合わされる。その温度回路板は図１３に示すように
腕１２内にも配置される。本発明の更に別の重要な特徴
によれば、温度回路板１８２はＥＥＰＲＯＭボードを有
する。そのＥＥＰＲＯＭは小型のコンピュータ化した記
憶装置（電気的消去可能プログラム可能読出し専用メモ
リ）であって、腕における種々の特定の較正データおよ
び一連番号データを含むために用いられる（図１９〜図
２１についての説明を参照されたい）。これは本発明の
非常に重要な特徴であって、ＣＭＭ１０を非常に良く制
御でき、重要なことに、ソフトウエアおよび腕の不注意
による混乱を排除するものである。このことは、ＣＭＭ
腕１２が、別のマシンにより別々にサービスすること、
または切り換えることあるいは両方を行うことを必要と
することがある直列ボックス１６に、特定の較正データ
が常駐することを必要としない自律装置であることも意
味する。

【００３５】それから、腕の電子装置からの電子データ
およびパルスデータが、組合わされているアナログ−デ
ジタル変換器／デジタル計数ボード１８６へ送られる。
そのアナログ−デジタル変換器／デジタル計数ボード
は、１１２ビット・アナログ−デジタル変換器および多
チャネル１６ビット・デジタル・カウンタを備えた、対
にされたセットである。アナログ−デジタル変換器／デ
ジタル計数ボード１８６は直列ボックスの標準バス上に
位置する。計数情報がコア・モジュール１８８（Ａｍｐ
ｒｏから部品番号ＣＭＸ−２８６−Ｑ５１として入手で
きるような、市販されているＩｎｔｅｌ２８６を含む）
と、直列ボックスにやはり常駐して、ＥＥＰＲＯＭに記
憶されているプログラムとを用いて処理される。それか
ら後続するデータが直列通信ポート１８９を通って送ら
れる。

【００３６】マイクロプロセッサをベースとする直列ボ
ックス１６は、ＣＭＭ１０に特有の計算の前処理を、ホ
スト・レベルの処理を必要とせずに、行うことが可能で
ある。そのようなプリプロセッサ計算の典型的な例が、
座標系変換、単位変換、中間ジグを用いることによる１
つの座標系から別の座標系への蛙跳びと、２個のボール
（ＡＮＳＩ Ｂ８９ボールバーにおけるような）の間の
距離の計算を含む、ある証明手続きの実行と、各種のホ
ストおよびユーザー・プログラムへダウンロードするた
めに求められる特定のフォーマットでデータを出力する
こととを含む。

【００３７】直列ボックスは、ＰＣ、ＭＳＤＯＳ、Ｗｉ
ｎｄｏｗｓ、Ｕｎｉｘ、Ａｐｐｌｅ、ＶＭＥ、およびそ
の他のものを含めた各種のホスト・フォーマットと通信
するために構成される。このようにして、直列ボックス
は生のトランスデューサ・データを受けながら処理し、
ホストコンピュータの情報要求すなわちポーリングに、
希望の三次元位置情報または三次元向き情報で応答す
る。直列ボックスの言語は、シリアルポートをドライブ
し、ＣＭＭ１０と通信するように、マイクロプロセッサ
１８８中のドライバすなわちコンピュータ通信サブルー
チンがホストコンピュータの言語で書込まれるようなフ
ォームである。この機能は「知能マルチプロトコル・エ
ミュレーションおよびオートスイッチング」機能と呼ば
れ、次のように作用する。すなわち、各種のホストプロ
グラムをホストコンピュータにインストールできる。そ
れらのホストプログラムはシリアルポートを、直列ボッ
クスが応答せねばならない各種の要求でポーリングす
る。各種のポピュラーなソフトウエアに対してシリアル
ポートにおけるポーリングすなわち質問に対する応答の
ために、いくつかのプロトコルが直列ボックス中に予め
プログラムされている。ソフトウエアによるポーリング
要求が特定の応答を要求する。直列ボックスはポーリン
グ要求を受け、どのプロトコルにそれが属しているかを
定め、適切なやり方で応答する。こうすることによって
ＣＭＭ１０と、コンピュータ支援設計および品質管理ソ
フトウエア、たとえば、Ａｕｔｏｄｅｓｋ社のＡｕｔｏ
Ｃａｄ（登標）、Ｃａｄｋｅｙ社のＣＡＤＫＥＹ（商
標）その他のＣＡＤプログラム、およびＧｅｏｍｅｔ
Ｓｙｓｔｅｍｓ社のＧＥＯＭＥＴと、Ｂｒｏｗｎ Ｓｈ
ａｒｐｅ社のＭｉｃｒｏｍｅａｓｕｒｅ ＩＩＩのよう
な品質管理プログラムなど広範囲なアプリケーション・
ソフトウエアとの間の明らかな通信を行えるようにされ
る。

【００３８】次に、本発明の三次元ＣＭＭの動作につい
て説明する。電源が投入されると、直列ボックス１６中
のマイクロプロセッサ１８８は自己検査手順を開始し
て、電力を機器ポートを介してＣＭＭ１０の腕１２に供
給する。マイクロプロセッサと、ＥＥＰＲＯＭ１８２に
常駐しているソフトウエアとが、電力を最初に供給した
時に符号器８０のいずれも初期化されていないことを判
定する。したがって、マイクロプロセッサ１８８は信号
を表示ボードへ送って表示灯２０の全てを点灯させて、
参照する必要があることを表示する。それからユーザー
が腕を機械的に動かす。そうすると腕はトランスデュー
サにそれの範囲を個々に走査させる。その時には参照マ
ークがパスさせられる。参照マークがパスされると、デ
ジタル・カウンタ・ボード１８６がそれの場所をトラッ
プすることによって応答し、トランスデューサが参照さ
れたことを前面表示ボード２０で確認し、それから表示
灯を消す。全てのトランスデューサが参照されると、Ｃ
ＭＭはホストとの間の直列通信を設定し、以後の命令を
待つ。ハンドル５６の前方ボタンまたは後方ボタンを押
すと測定プロセスを初期化する。前方ボタン１５０を押
すと現在のトランスデューサ指示が捕らえられる。後方
ボタン１５２を押すと、それらの値を三次元座標へ変換
し、シリアルポートを通ってホストコンピュータ１８へ
送るようマイクロプロセッサに指示する。それから、ホ
ストコンピュータ１８と直列ボックス１６は相互のシリ
アルライン要求に反応し続ける。

【００３９】次に図１９、図２０および図２１を参照す
る。ＣＭＭ１０の組み立てに続いて、組み立てまたは機
械加工における測定されるどのような不完全も考慮する
ために、プログラム・ソフトウエアを変更することによ
って装置を最適化すなわち較正する。最初の較正は本発
明の重要な特徴であって、２段階で行う。第１の段階
は、位置、向きおよび装置のボリューム全体にわたる次
元を含む各種の次元測定を行う。それから、各ジョイン
ト軸において生ずる実際の整列の狂いを決定し、従って
腕の運動を記述する運動式を調整するために最適化ソフ
トウエア・プログラムを用いる。これの全体的な結果と
して、不完全な機械加工および不完全な組み立てが、そ
れらの不完全さの識別および装置の運動中にそれらの不
完全さを含ませることによって、完全にさせられること
になる。

【００４０】図１９および図２０Ａ〜２０Ｅを参照し
て、データの量が膨大であること、およびそれらのデー
タを正確かつ容易に得られることという要求のために、
較正および試験ジグが３２０で示されている。ジグ３２
０は大きい花崗岩の板３２２で構成される。この花崗岩
板へ隔てられた２つの塔３２４、３２６が取り付けられ
る。それらの塔は水平面内で３６０度回転できる。ＣＭ
Ｍ１０は塔３２６へ取り付けられ、調整可能な次元試験
ジグ３２０が別の塔３２４へ装着される。ジグ３２０は
延長可能な垂直腕３２８に装置される。その腕は塔３２
４の貫通開口部３３０の内部で垂直に移動可能である。
腕３２８は完全に伸ばされた位置にある様子が示されて
いる。

【００４１】図１９と図２０を更に参照して、調整可能
な次元試験ジグ３２０は、２４インチの棒３３２と、そ
れの長さに沿って位置させられる一連の孔３３６と、２
４インチの精密ステップ・ゲージ３３８（図２０Ａ〜図
２０Ｅに詳しく示されている）とで構成される。棒３３
２の上には１組の精密ボール３３４が設けられる。試験
ジグの種々の位置と、腕のボリュームの全ての領域とに
おける孔の位置、ステップの位置およびボールの位置を
測定するために腕３３２が用いられる（図２９参照）。
それからこのデータを最適にする。要約すれば、この重
要な最適化手順を下記のように記述できる。物体の所定
の位置および向きを持つ標準試験ジグ３２０を腕１０に
よって測定する。それからそのデータを、相対的な位置
の狂いと、腕の全ての主な部品の寸法とを提供するため
に作成された多変数最適化プログラムを用いて処理す
る。最適化を行った時に、腕の全体の特性を含む較正フ
ァイルを作成する。それらの全体の特性および以後のト
ランスデューサの指示を種々の運動式で組み合わせる。
そうすると絶対座標系でのＸ、Ｙ、Ｚのそれぞれの値が
発生される。

【００４２】性能を一層最適にするために、ＣＭＭ１０
のベース１４へ取り付けられている着脱可能なマウント
１９４から新規な基準ボール１９２が横へ延長する（図
１４、図１５参照）。基準ボール１９２をベース１４の
所に配置することによって、ボール９２はＸ軸、Ｙ軸お
よびＺ軸に対応する装置の絶対原点（０，０，０）を表
す。基準ボール１９２の位置は既知であるから、図１５
に示すように、先端部を位置させることによって本発明
は、デジタイザの先端部１５８の座標をＣＭＭ１０の最
後のリンクに関連して決定できるようにされる。この位
置を知ることによって、ＣＭＭ１０は続いて測定したと
きにボールの中心位置を決定できる。一般的な意味で
は、これは、特定の用途に応じて各種のプローブを取り
付けることができ、各プローブを基準ボールに対して較
正できる。

【００４３】本発明のＣＭＭは可搬型なので、種々の環
境において取扱い方の大きな誤りや、位置決めのやり直
しを受けることがある。したがって、便利な保守スケジ
ュールに従って装置を使用する前に、ユーザーがある程
度の体積確度を決定できるようにするプロトコルを本発
明は含む。体積確度というのは、ＡＳＭＥ ＡＮＳＩＢ
８９１．１．１２（１９８９）規格に従って、装置がそ
れの作業ボリューム中で種々の向きに位置する固定長を
装置が測定するための能力、として定義される。図１６
は、第１のボールバー手法を用いてこれを行う本発明の
性能を示し、図１７、図１８は第２のボールバー手法を
示す。

【００４４】図１６は標準的なボールバー１９６を示
す。そのボールバー１９６の各端部に精密球面ボール１
９８、２００が設けられる。それらのボール１９８、２
００は２個の磁気ソケット２０２、２０４の中にそれぞ
れ装着される。ソケット２０２はＣＭＭ１０のベース１
４に配置され、ソケット２０４はプローブ・ハンドル５
６の所に配置される。腕１２が動くにつれて、ソケット
２０２、２０４とボール１９８、２００は回転してこの
運動を行えるようにし、ＣＭＭ１０はボール２００の中
心と、ハンドル５６におけるソケット２０４と、ベース
１４におけるボール１９８との間の固定されている距離
を測定することを求められる。もちろん、ベース１４に
おけるソケット２０２はＣＭＭ１０の０、０、０座標を
表すこと、およびそれから直列ボックス１６中の較正ソ
フトウエアが０、０、０からプローブの所のボールの中
心までのベクトル長さを計算し、試験中はもちろん変化
しないこの長さを、ハンドルおよびその他のジョイント
との多数の構成および回転にわたって、ボリューム全体
を通じて絶えず測定しなければならないことを記憶され
たい。

【００４５】ハンドルにおけるソケット２０４は、ハン
ドルにおける特定のプローブの確度を実証することを希
望する時には、不便で、決定的でないものになりがちで
あることがわかるであろう。したがって、本発明の重要
な特徴に従って、図１７に２０６で示されているような
新規な円錐ソケット・ボールバーが用いられる。円錐ソ
ケット・ボールバー２０６は一端に円錐２０８を含み、
他端に２個のボール２１０、２１２を含む。円錐および
ボールは、曲がった部分２０９を有するバー２０７によ
って相互に連結される。バーの角度αは２０度を含むこ
とが好ましい。ボール２１２は、バー２０７から横に延
びるマウント２１１に取り付けられる。ボール・プロー
ブ１５８または点プローブ１６０が１つの円錐ソケット
２０８の中に位置し、ボール２１０をＣＭＭ１０のベー
ス１４の標準磁気ソケット２０２中に装着できる。図１
６の較正方法におけるように、ボールおよびバーのいく
つかの位置とジョイント位置を測定し、円錐ソケット２
０８とボール２１０との間の距離を一定に保たなければ
ならない。ユーザーが機械の離れている方の側（要素２
１４によって示されている位置）に到達できないであろ
うというのがソケット２０２の位置決めの性質である。
そのために、図１８に示すようにボール２１２が使用さ
れる。こうすることによって、ボール２１２の中心と円
錐ソケット２０８の中心との間の距離を測定するため
に、ＣＭＭ１０の反対側の離れている方の側に到達する
ように、ユーザーが円錐ボールバー２０６を位置させる
ことができるようにされる。

【００４６】本発明に従って、多軸工作機およびロボッ
トのようなコンピュータ制御装置のための作業経路をプ
ログラミングするためにＣＭＭ１０を用いる新規な方法
が得られる。先に述べたように、ロボット及び多軸工作
機の使用可能性における大きな制約は、溶接ロボットま
たは研磨ロボットによるような機能、あるいは複雑なプ
ラスチック型を機械加工することを求められる工作機に
おけるような機能を行うための努力において入り組んで
絡み合っている工具の経路をプログラムするために時間
と労力を要することである。しかし、本発明の自由度が
６個である電子ゴニオメータ装置はプローブの端部にお
けるＸ、Ｙ、Ｚ位置およびプローブのＩ、Ｊ、Ｋすなわ
ち方向余弦すなわち向きを提供する。そのようなコンピ
ュータ制御装置をプログラミングするための新規な方法
においてそれらの位置および向きの全てを使用できる。
プログラミングされている多軸装置またはロボットの機
能性を決定するのはこの位置または向きあるいは両方で
ある。回転の６番目の軸は切断機または研磨機の回転
軸、あるいはロボットの６番目の軸に装着されている固
定位置溶接グリップである。

【００４７】本発明の多軸装置のプログラミングは３
軸、４軸、５軸、６軸、７軸およびそれより多い回転軸
を含むあらゆる自由度に適用されることがわかるであろ
う。たとえば、自由度を３個しか持たない座標測定機は
位置データまたは向きデータ（位置データと向きデータ
の両方ではなくて）を測定し記憶でき、かつ工具経路す
なわち製作作業手順を３軸（またはそれ以上）マシニン
グセンタまたはロボットに供給できる。少なくとも５度
の自由度を持つＣＭＭは位置（Ｘ，Ｙ，Ｚ）および向き
（Ｉ，Ｊ，Ｋ）についてのデータを５軸（またはそれ以
上）のマシニングセンタまたはロボットに供給する。

【００４８】本発明の方法に従って、および図２２の流
れ図のステップＡ〜Ｄに概略述べられているように、ユ
ーザーは、工具経路すなわち製作作業をエミュレートす
るためにデジタイザ端部におけるシミュレートされる工
具で、本発明の取扱いが容易で、軽量の受動電子ゴニオ
メータ装置を簡単に手動操作し、ＣＭＭは製作工具の
Ｘ、Ｙ、ＺデータまたはＩ、Ｊ、Ｋ向きデータを所定の
速度で累積する。それから、電子ゴニオメ−タ１０を用
いてエミュレートした運動を再現するために、そのデー
タは工業規格フォーマットに従って、ロボットすなわち
マシニングセンタのようなＣＮＣすなわちコンピュータ
数値制御装置に転送される。

【００４９】コンピュータ制御５軸工作機へ適用される
この方法の一例が図２３Ａ〜２３Ｃに示されている。図
２３Ａには多軸マシニングセンタで複製せねばならない
複雑な部品が示されている。この例においては、複雑な
部品はうさぎチョコレートを製造するための型４００で
ある。型４００を複製するために、マシニングセンタを
求められている工具経路でプログラミングしなければな
らない。工具経路は位置（Ｘ，Ｙ，Ｚ）または向き
（Ｉ，Ｊ，Ｋ）、あるいは両方によって定められる。５
軸（またはそれ以上）マシニングセンタまたはロボット
をプログラムすることを求められたとすると、位置と向
きの両方についてのデータを必要とする。３軸マシニン
グセンタすなわちロボットをプログラムすることを求め
られたとすると、位置だけまたは向きだけの情報を必要
とする。

【００５０】図２３Ｂにおいて、ＣＭＭ１０は、測定腕
１２の端部におけるハンドル／プローブ組立体５６にお
けるコレットに取り付けられた切削工具４０２（または
シミュレートした切削工具）を有する。それからユーザ
ーは線４０４によって示されているような希望の工具経
路をシミュレートする（図２２におけるブロックＡ）。
先に詳しく説明したように、測定腕２２は工具４０２の
位置と向きを記録し、このデータを工業フォーマット化
したデータ・ファイルに保管（または記憶）する（図２
２のブロックＢ）。

【００５１】次に図２３Ｃを参照する。記憶されたデー
タ・ファイルを多軸マシニングセンタ４０６のマイクロ
プロセッサにロードする（図２２のブロックＣ）。それ
から、ＣＭＭ１０によって最初に得た位置データおよび
向きデータに基づいて、複雑な部品（うさぎチョコレー
トの型４００）を工作機４０８によって複製すなわちエ
ミュレートする（図２２のブロックＤ）。

【００５２】この点において、ユーザーは工具経路、ま
たは速さのような別の切断パラメータ、あるいは両方を
最適にできる。もっと多くのデータを求められたなら
ば、更に別のシミュレーション（たとえば、図２２のブ
ロックＡ〜Ｃを反復できる）を行い、データを元のデー
タセットに追加できる。ＣＭＭは人間によって操作され
るから、データにはジッタ等によってひき起こされるい
くらかの誤りを含むことになる。したがって、ＣＮＣ
Ｓｏｆｔｗａｒｅ社によるＭＡＳＴＥＲＣＡＭ、または
Ｓｕｒｆｗａｒｅ社によるＳＵＲＦＣＡＭのような既知
の平滑化または純化ＣＡＤ／ＣＡＭプログラムで処理す
ることが好ましい。

【００５３】図２４はロボット応用に関連した本発明の
方法の例を示す。多軸ロボット用製作作業のプログラミ
ングは図２２Ａ〜図２２Ｄまたは図２３Ａ〜図２３Ｃに
記載されているステップと同じステップを利用する。こ
の場合には、複雑な部品の表面を研磨するというような
製作作業に使用されるロボットは、測定腕１２の端部に
設けられている研磨ディスク工具４１０の使用によって
「シミュレーション訓練される」。位置データと向きデ
ータはＣＭＭ１０によって記憶され、それからデータ・
ファイル（ロボット工業規格フォーマットの）がロボッ
ト・プロセッサにロードされ、または実行され、あるい
はロボット・プロセッサへのロードと、実行の両方が行
われる。本発明の方法にとって有用なロボット（および
機械加工）作業の別の例には切削、機械加工、つや出
し、研削、塗装、清掃および溶接が含まれる。

【００５４】以上、好適な実施例について説明したが、
本発明の要旨および範囲を逸脱することなしに種々変更
および置換を行うことができる。したがって、本発明を
例によって説明したこと、その説明は本発明を限定する
ものではないことを理解されるであろう。

【図面の簡単な説明】

【図１】座標測定機と制御器ボックスおよびホストコン
ピュータを含む本発明の三次元測定装置の正面図であ
る。

【図２】運動可能な腕に取り付けられた直列ボックスに
装着されたホストコンピュータを示す側面図である。

【図３】経緯儀台に装着された本発明の三次元測定装置
の側面図である。

【図４】図１に示すＣＭＭの背面図である。

【図５】図１のＣＭＭの部分縦断面図である。

【図６Ａ】図１のＣＭＭにおいて用いられる転送ハウジ
ングの分解側面図である。

【図６Ｂ】図６の線６Ａ−６Ａに沿う図である。

【図６Ｃ】図６の線６Ｂ−６Ｂに沿う図である。

【図７】組み立てられて横に向けられた２つの転送ハウ
ジングの横断面図である。

【図８】図１のＣＭＭに用いられる釣り合いおもりを設
けられたばねの拡大側面図である。

【図９Ａ】図１のハンドル／プローブ組立体の平面図で
ある。

【図９Ｂ】図１のハンドル／プローブ組立体の底面図で
ある。

【図１０Ａ】ボールプローブの側面図である。

【図１０Ｂ】点プローブの側面図である。

【図１１】図１の制御器ボックスの拡大正面図である。

【図１２】図１の制御器ボックスの拡大背面図である。

【図１３】図１の三次元測定装置の電子部品のブロック
図である。

【図１４】プローブ先端部較正装置を示す図１のＣＭＭ
の側面図である。

【図１５】プローブ先端部の較正方法を示す概略平面図
である。

【図１６】ボールバーで較正されている図１のＣＭＭの
側面図である。

【図１７】新規な円錐ボールバー装置によって較正され
た図１のＣＭＭの側面図である。

【図１８】新規な円錐ボールバー装置によって較正され
た図１のＣＭＭの側面図である。

【図１９】最適化ジグを用いて図１のＣＭＭを最適にす
る方法を示す側面図である。

【図２０Ａ】図１９のジグで用いられる精密ステップ・
ゲージの正面図である。

【図２０Ｂ】図１９のジグで用いられる精密ステップ・
ゲージの背面図である。

【図２０Ｃ】図１９のジグで用いられる精密ステップ・
ゲージの平面図である。

【図２０Ｄ】図１９のジグで用いられる精密ステップ・
ゲージの右側面図である。

【図２０Ｅ】図１９のジグで用いられる精密ステップ・
ゲージの左側面図である。

【図２１】図１９の装置を用いて図１のＣＭＭを最適に
する方法を示す略図である。

【図２２】本発明のＣＭＭを用いてコンピュータ制御工
作機およびロボットをプログラミングするための方法ス
テップを示す流れ図である。

【図２３Ａ】コンピュータ制御工作機に関連して実行さ
れている図２２の方法の逐次線図である。

【図２３Ｂ】コンピュータ制御工作機に関連して実行さ
れている図２２の方法の逐次線図である。

【図２３Ｃ】コンピュータ制御工作機に関連して実行さ
れている図２２の方法の逐次線図である。

【図２４】コンピュータ制御ロボットに関連して実行さ
れている図２２の方法の線図である。

Claims (23)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 （１）受動三次元座標測定機（ＣＭＭ）
   の測定腕を、選択した三次元経路または三次元動作を介
   して動作させるステップと、 （２）（ａ）位置および（ｂ）向きの少なくとも一方の
   三次元データをステップ（１）から発生し、そのデータ
   を記憶するステップと、 （３）前記データを多軸装置の制御器に転送するステッ
   プと、 （４）前記多軸装置に、ＣＭＭによって発生された前記
   データに基づいて、選択した経路または選択した動作を
   繰り返させるステップとを含むことを特徴とする、コン
   ピュータ制御多軸装置をプログラミングする方法。
2. 【請求項２】 前記多軸装置が、少なくとも３本の軸を
   有する装置を備え、ステップ（２）において発生したデ
   ータが位置データまたは向きデータを含むことを特徴と
   する請求項１に記載の方法。
3. 【請求項３】 前記多軸装置が少なくとも５本の軸を有
   する装置を備え、ステップ（２）において発生したデー
   タが位置データまたは向きデータを含むことを特徴とす
   る請求項１に記載の方法。
4. 【請求項４】 前記多軸装置が機械加工装置を備えるこ
   とを特徴とする請求項１に記載の方法。
5. 【請求項５】 前記多軸装置がロボットを備えることを
   特徴とする請求項１に記載の方法。
6. 【請求項６】 前記製作動作が、溶接、研磨、切断、機
   械加工、つや出し、研削、塗装および清掃から成る群か
   ら選択されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
7. 【請求項７】 繰り返す経路または動作を、ステップ
   （１）〜（３）を繰り返すことによって最適にするステ
   ップを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
8. 【請求項８】 ステップ（２）から発生したデータを平
   滑化するステップを含むことを特徴とする請求項１に記
   載の方法。
9. 【請求項９】 ＣＡＤ／ＣＡＭコンピュータ・プログラ
   ムを用いて前記データを平滑化することを特徴とする請
   求項８に記載の方法。
10. 【請求項１０】 前記ＣＭＭが６個の自由度を含むこと
    を特徴とする請求項１に記載の方法。
11. 【請求項１１】 前記ＣＭＭが、 両側の第１の端部および第２の端部を有する可動腕と、 前記可動腕の前記第１の端部に取り付けられたサポート
    ベースと、 前記可動腕の前記第２の端部に取り付けられたプローブ
    と、 電子回路手段とを備え、前記腕が、選択したボリューム
    内で前記可動腕が動くことができるように、おのおの１
    つの自由度に対応する複数の継手を含み、各前記継手が
    トランスデューサ手段を収めるための回転転送ハウジン
    グを備え、前記トランスデューサが位置信号を発生し、 前記電子回路が、前記トランスデューサから前記位置信
    号を受けて、選択されたボリューム内の前記プローブの
    位置に対応するデジタル座標を供給することを特徴とす
    る、請求項１に記載の方法。
12. 【請求項１２】 前記転送ハウジングが、 それから延長する軸を有するキャリヤと、 前記キャリヤの前記軸を受けるための開口部が貫通して
    いるケーシングと、 前記開口部内の前記軸におけるころ軸受手段とを更に含
    むことを特徴とする請求項１１に記載の方法。
13. 【請求項１３】 前記転送ハウジングが、前記位置トラ
    ンスデューサを前記キャリヤに装着するためのユニバー
    サル装着板を含むことを特徴とする請求項１２に記載の
    測定装置。
14. 【請求項１４】 前記転送ハウジングが、 前記位置トランスデューサに取り付けられた結合器手段
    と、 前記トランスデューサを前記キャリヤの前記軸に連結す
    る延長軸とを含むことを特徴とする請求項１２に記載の
    測定装置。
15. 【請求項１５】 前記位置トランスデューサが符号器を
    備え、前記転送ハウジングが、前記符号器の近くの位置
    にある、増幅した信号を前記可動腕の外部へ送るための
    プリアンプ回路板手段を含むことを特徴とする請求項１
    １に記載の測定装置。
16. 【請求項１６】 前記転送ハウジングが、その転送ハウ
    ジングの機械的ストレスに起因する機械的過負荷を阻止
    するための端部停止指示器を更に含むことを特徴とする
    請求項１１に記載の測定装置。
17. 【請求項１７】 前記腕の温度安定性を監視するため
    の、前記腕中の温度監視手段を含むことを特徴とする請
    求項１１に記載の測定装置。
18. 【請求項１８】 前記腕中に装着され、特定の腕に特有
    の較正データおよび識別データで符号化されるＥＥＰＲ
    ＯＭ回路板手段を含むことを特徴とする、請求項１１に
    記載の測定装置。
19. 【請求項１９】 前記電子回路手段の少なくとも一部を
    含み、かつ前記位置データをホストコンピュータへ転送
    する前に位置データを予め処理するためのマイクロプロ
    セッサ手段を含む、前記腕と通信する個別直列ボックス
    を含むことを特徴とする請求項１１に記載の測定装置。
20. 【請求項２０】 前記個別直列ボックスが、前記位置ト
    ランスデューサの全てからのデータを同時に捕え、かつ
    捕えた前記データを前記マイクロプロセッサ手段に転送
    するためのアナログ−デジタル／デジタル・カウンタ回
    路板手段を更に含むことを特徴とする請求項１９に記載
    の測定装置。
21. 【請求項２１】 各前記回転転送ハウジングが互換可能
    なモジュラ構成であることを特徴とする請求項１１に記
    載の測定装置。
22. 【請求項２２】 ほぼ一貫して熱膨張率を維持するため
    にほぼ同じ材料で前記腕を構成することを特徴とする請
    求項１１に記載の測定装置。
23. 【請求項２３】 前記腕が配線を含み、前記配線が前記
    腕と一体であることを特徴とする請求項１１に記載の測
    定装置。