JPH11505622A - 座標位置決定装置用検査システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 座標測定装置はその可動アーム（１０）にアダプター（２００）を介してモジュール型接触トリガー・プローブ（１００）を取付けている。このプローブ（１００）はアダプター（２００）に取付けられた保持モジュール（１０２）と、交換できるように保持モジュール（１０２）に磁気的に接続されたスタイラス・モジュール（１０４）とから成る。アダプターは一対のカップリング部材（２０２，２０４）から成り、これらカップリング部材は磁石（２１２）によって互いに係合するように付勢されている。スタイラス・モジュールを自動的に交換するにはアーム（１０）を移動させてスタイラス・モジュール（１０４）を保持モジュール（１０２）から分離させることによって行なう。同様に、プローブの交換は、アーム（１０）を移動させて下部カップリング部材（２０４）を上部カップリング部材（２０２）から分離することによって行なう。カップリング部材（２０２，２０４）間の磁気吸引力は保持モジュールとスタイラス・モジュール（１０２，１０４）間の吸引力よりも大きいので、下部カップリング部材（２０４）は切り離し操作中の分離リング（２２０）の下方相対移動によって動作する３つのレバー（２２２）を有する。これらレバー（２２２）は、アームがカップリング部材（２０２，２０４）間の比較的大きな磁気吸引力を克服して移動できるようにするために必要な機械的補助を与える。

Description

【発明の詳細な説明】 座標位置決定装置用検査システム 本発明は、例えば座標測定装置や検査ロボットなどの座標位置決定装置に使用 する検査システムに関する。 座標測定装置に使用する従来の検査システムを図１に示す。座標測定装置には 検査される部品Ｗを支持するテーブル１２に対してｘ、ｙ、ｚの３つの方向に相 対的に移動可能なアーム１０が設けられる。ｘ、ｙ、ｚのそれぞれの方向のアー ムの変位は、各々スケール１４と読み込みヘッド（図示せず）を含む３つの対応 するエンコーダーによって測定される。それぞれのエンコーダーは漸増する出力 を発生し、その瞬時値がカウンター１６に表示される。したがってｘ、ｙ、ｚエ ンコーダーの各カウンター１６は原点に対する可動アーム１０の瞬時位置座標ま たはデータを表示すると考えることができる。ｘ、ｙ、ｚ軸に沿う装置のアーム 移動はｘ、ｙ、ｚサーボ（これらはｘ、ｙ、ｚエンコーダーを含む）によって行 い、サーボは制御ユニット１８によって制御される。制御ユニット１８は、ユー ザーが装置に実行させようとする動作手順を前もってプログラムしたソフトウェ アにしたがって、あるいはオペレータが動かすジョイスティック（図示せず）の 瞬時制御動作に応じて、動作する。 可動アーム１０には接触プローブ２０が設けられ、その接触プローブ２０には 自由端に球状検知端２４を有する細長いスタイラス２２が設けられる。接触プロ ーブ２０は、ほぼ直角の回転軸Ｄ，Ｅ回りにプローブ２０を回転することができ る関節式プローブ・ヘッド２６を介してアーム１０に取り付けられている。使用 に際して、制御ユニット１８はｘ、ｙ、ｚ軸のサーボおよび必要に応じてプロー ブ・ヘッド２６のＤおよびＥ軸のサーボを制御して装置の可動アーム１０を駆動 し、プローブ２０の検知端２４を測定すべき部品Ｗの表面Ｓに接触させる。 検知端２４と表面Ｓが接触すると、信号がプローブ・インターフェイス・ユニ ット３０に送られる。プローブ・インターフェイス・ユニット３０はステップ 状の変化信号あるいはトリガー信号を制御ユニット１８に送る。トリガー信号を 受け取ると、制御ユニットはｘ、ｙ、ｚカウンターの値を記録し表面Ｓの位置を 得て、可動アーム１０の動きを止める。 融通性を高めるために、各種検査作業に合った複数の異なるタイプの検査プロ ーブを含むプローブ交換マガジン４０を設ける。一つのプローブを別のプローブ に取り替えるには、まず制御ユニットで、プローブ・ヘッド２６に取り付けられ ているプローブ２０がマガジン４０のポート５０の一つに一致する位置に来るよ うに可動アーム１０を駆動し、そしてマガジン４０内に設けられた駆動機構によ ってプローブ２０をプローブ・ヘッド２６から取外す。その後、アームは別のポ ート５０に移動され、プローブ・ヘッド２６に別のプローブを選び出し再びプロ ーブ交換マガジン４０内の駆動機構によって新しいプローブをヘッドに装着する 。そのようなプローブ交換マガジンは例えばＥＰ１４２３７３においても知られ ている。 さらに融通性を高めたものとして（図１においてプローブ・ヘッド２６に載置 された）一つのタイプのプローブがある。これには電子保持モジュール６０と、 それに取外し可能に磁力で取り付けられ、かつ、スタイラス交換マガジン８０内 に支持された複数の代替のスタイラス・モジュールの一つと交換できるスタイラ ス・モジュール７０とから成る。スタイラス・モジュールの交換はプローブの交 換と同様にして行なわれるが、大きな違いはｘ、ｙ、ｚサーボによって駆動され る可動アーム１０を使って電子保持モジュール６０からスタイラス・モジュール ７０を取付けあるいは取外す。スタイラス・モジュール７０の取付け取外しにス タイラス交換マガジン８０が役割を果たしていないという意味でスタイラス・モ ジュールの交換は“受動的”であると見なすことができる。このタイプのプロー ブおよびスタイラス・モジュールの自動的な“受動的”交換法は米国特許第5,50 5,005 号および第5,327,657 号にそれぞれ記載されている。 プローブの交換時およびスタイラスの交換時に、交換動作によってプローブ回 路に外乱が生じるが、これを防止しなければプローブ・インターフェイス・ユニ ット３０によってトリガー信号が放出され装置のアームの動きが停止し、交換動 作が中断される。交換動作中におけるトリガー信号の抑制はマガジン４０， ８０に設けられた電子回路（図示せず）から送られる信号によって行なわれる。 交換動作中にインターフェイス３０からのトリガー信号を抑制するために両方の マガジンに必要な回路を設けたこと、およびマガジン４０内にプローブ交換用駆 動機構を設けたことにより、必然的にこれらのシステムの装置への設置が複雑に なりマガジン４０，８０のコストが大幅に増大する。 本発明は、単一のマガジンのみを使ってプローブとスタイラス・モジュールの 両方を柔軟に且つ受動的に交換でき、しかも通信または処理回路を必要としない 検査システムを提供する。開示された検査システムは多数の独立した独創的な特 徴を含む。その一例として互いに対して移動可能なアームとテーブルを有する座 標位置決定装置があり、以下のように構成されている。すなわち複数の収納ポー トを有する少なくとも一つのマガジンであって、前記複数の収納ポートの少なく とも一つが接触プローブを含み、この接触プローブが保持モジュールと前記保持 モジュールに分離可能に磁気的に係合可能なスタイラス・モジュールとから成り スタイラス・モジュールを交換させることができるように構成されたマガジンと 、 前記収納ポートの一つに収容された少なくとも一つのスタイラス・モジュール と、 前記装置の前記アームに接続された第一カップリング部材と、 前記少なくとも一つのプローブが取付けられた少なくとも一つの第二カップリ ング部材であって、前記第一カップリング部材と係合可能であり、前記第一と第 二カップリング部材がそれぞれ一つの強磁性要素を有し、この強磁性要素が互い に協働して前記第一と第二カップリング部材を係合させ、前記保持モジュールと スタイラス・モジュール間の吸引力よりも大きい磁気力で前記第一と第二カップ リング部材を係合状態に保持するように構成された第二カップリング部材とから 成り、 前記第一と第二カップリング部材の一つが、カップリング部材に対して移動可 能な分離部材と、一端において前記分離部材に回動可能に接続され、支点におい て前記カップリング部材に回動可能に接続された少なくとも一つのレバーとを有 し、前記分離部材と前記カップリング部材の相対運動が前記レバーの自由端の対 応する回動運動を生じさせ、それによって磁気吸引力に抗して前記第一と第二カ ップリング部材を分離させる、ことを特徴とする座標位置決定装置である。 スタイラス・モジュールまたはプローブの交換は装置の可動アームを動かすだ けでモジュールまたはカップリング部材を分離して受動的におこなうことができ る。モジュール間の磁気的吸引力は装置が克服できるほど十分に小さい。またカ ップリング部材間の比較的大きな吸引力はレバーの助けによって克服される。 一つの実施例において、分離部材は第二カップリング部材に接続され、このカ ップリング部材がマガジンに収納されると、マガジン内の収納ポートは分離部材 に係合する。交換作業中、可動アームと共に第二カップリング部材が収納ポート に対して移動すると第二カップリング部材と分離部材が相対的に移動しレバーを 回動させる。 プローブの一つの実施例において、表面が存在することは検出回路内の抵抗の 変化によって検出される。この回路はまたスタイラス・モジュールが保持モジュ ールから分離されたときにも開路する（例えばスタイラス・モジュールを交換す るとき）。 したがってスタイラス・モジュールが分離するとトリガー信号が発生し、すで に説明したように、装置のアームの動きが停止する。このため交換作業ができな くなる。本発明のさらに独立した特徴は座標位置決定装置に使用する接触プロー ブである。この接触プローブは、装置の可動アームに取付けることができる保持 モジュールと、位置測定すべき表面に接触する検知端部を自由端に有するスタイ ラスを取付けたスタイラス・ホルダーを含むスタイラス・モジュールとから成り 、スタイラス・モジュールは保持モジュールに分離可能に係合し、それによって スタイラス・モジュールを交換することができ、プローブはそれが表面を検知す ると抵抗が変化する電気回路を含み、この電気回路は保持モジュールからスタイ ラス・モジュールが分離したとき開路し、また保持モジュール内のスイッチ手段 が特定の外的影響に応じて前記電気回路を短絡させるように動作する。前記特定 の外的影響は代表的には（例えばマガジン内の磁石またはエレクトレットが形成 する）磁界または電界であってもよい。その場合、前記スイッチ手段はそのよ うな電界または磁界で動作するリード・スイッチでもよい。あるいは、前記影響 は保持モジュール内の一対の端子に係合する一対の短絡接点等の機械的装置であ ってもよい。後者の場合、短絡接点は交換作業中に保持モジュールとともに動く ことができるようにマガジンに取付けることもできる。 本発明の実施例を例示的におよび添付図面を参照しながら説明する。 図２は本発明の様々な特徴を有する検査システムの概略図である。 図３は本発明の一つの特徴による接触プローブの断面図である。 図４は図３のプローブの斜視図である。 図５Ａと図５Ｂは図３と図４のプローブの回路の詳細である。 図６Ａから図６Ｃは図３から図５のプローブ内のスタイラス・モジュールと電 子保持モジュールの交換動作を示すものである。 図７は本発明の特徴によるプローブ・カップリングの二つの部分の斜視図であ る。 図８は図７の詳細断面図である。 図９は図７のカップリングの動作を示すグラフである。 図１０Ａから図１０Ｃは図７のプローブ・カップリングの交換動作を示す。 図１１は本発明の特徴によるマガジンである。 図１２は図１１のマガジンの詳細である。 図１３は図３と図４のプローブの変形例の斜視図である。 図１４は図７のカップリングの変形例の斜視図である。 図２において、図１の要素と同一の要素には同じ参照番号を用いるが、座標位 置決定装置は可動アーム１０とテーブル１２を有し、それらのｘ、ｙ、ｚ方向の 相対変位はエンコーダー１４によって測定されカウンター１６上に表示される。 可動アーム１０の動きは制御ユニット１８によって特にカウンター１６の値に基 づいて制御される。 モジュール型プローブ１００は中間の関節式プローブ・ヘッド２６によって可 動アーム１０に取付けられている。このプローブ・ヘッド２６はほぽ直交する軸 Ｄ，Ｅ回りにプローブ１００の回転運動を与える。 図３と図４をさらに参照すると、プローブ１００は、プローブ・ヘッド２６に カップリング・アダプター２００を介して取付けられた保持モジュール１０２と 、保持モジュール１０２に取外し可能に取付けられたスタイラス・モジュール１ ０４とを含む。保持モジュール１０２は固定構造を有している。この固定構造は 、円筒ハウジング１０６と、この円筒ハウジング１０６に固定接続され且つ保持 モジュール１０２の内部電気構造を支持する一対の保持インサート１０８，１１ ０とによって与えられる。保持モジュール１０２はコネクターとしてのネジを切 ったボス１１２を介してアダプター２００に取付けられている。このボス１１２ はナイロン・ワッシャー１１４とＯリング１１６を介してハウジング１０６とイ ンサート１０８の間に固定保持されている。スタイラス・モジュール１０４は上 下の本体１１８Ａ，１１８Ｂからなる固定ケーシング１１８を有する。固定ケー シング１１８は、ケーシング１１８上に隣接して配置された三対のボール１２２ と可動スタイラス支持部材１２０から突出した３つのローラー１２４によって与 えられる運動学的(kinematic)位置において、可動スタイラス支持部材１２０を 支持している。可動スタイラス支持部材１２０はケーシングから突出し、その突 出端において、検査部品に接触する細長いスタイラス１２６を支持する。スタイ ラス１２６はその自由端に球状の検知端１２８を有する。スタイラス支持部材１ ２０はコイル圧縮ばね１３０によってケーシング１１８に対してその位置に軸方 向に付勢されている。スタイラス・モジュール１０４は一対の互いに協働する強 磁性要素１４０，１４２によって保持モジュール１０２に取外し可能に取付けら れている。この例において、強磁性要素（いずれかを例えば軟鉄に取り替えるこ とができる）は、保持モジュール１０２の固定構造のインサート１１０およびス タイラス・モジュール１０４のケーシング１１８上にそれぞれ配置される。スタ イラス・モジュール１０４が保持モジュール１０２に取付けられたとき、ケーシ ング１１８内の半径方向に延びる３つのＶ字型溝１５０と保持インサート１１０ に等間隔に設けられた３つの球体１５２との相互接触によって運動学的に位置づ けられる。 さらに図５を参照すると、それぞれのボール１２２は導電ばね１６２を介して 印刷配線基板１６０に電気的に接続され、ローラー１２４とボール１２２の接触 による電気的接触を有する直列電気検出回路を構成する。検出回路の出力端子 １７０はケーシング１１８の上面に設けられ、スリーブ１７２によって電気的に ケーシング１１８から絶縁されている。出力端子１７０は、保持インサート１１ ０内に支持されスリーブ１９２によってインサート１１０から絶縁され一対のば ねで付勢された電気接続ピン１９０を介して、同軸端子１８０，１８２に電気的 に接続される。同軸端子はネジを切られたコネクター１１２に組み込まれている 。ボール１２２とローラー１２４の接点を有する電気検出回路は、同軸接続端子 １８０，１８２、カップリング・アダプター２００、プローブ・ヘッド２６内の 回路、および座標測定装置自体（図示せず）内部の更なる回路を介してインター フェイス３０に直接接続されている。使用に際して、装置の可動アームを駆動し てスタイラス１２６の検知端１２８を表面Ｓに接触させると、検知端１２８の接 触によりスタイラス支持部材１２０の位置が移動する。その結果、ボール１２２ とローラー１２４との接触点の少なくとも一つの電気抵抗が変化する。抵抗の変 化はインターフェイス３０で検知されるが、抵抗が特定のしきい値に達すると、 インターフェイス３０は制御ユニット１８にトリガー信号を発し、制御ユニット １８はその時にカウンター１６の出力を記録する。トリガー信号を受けると、制 御ユニット１８はまた部品Ｗに対するアーム１０の相対運動を停止させる。検知 端１２８が表面Ｓに接触した後でしかもアーム１０の動きが停止される前の、ケ ーシング１１８に対するスタイラス支持部材１２０の動き（越動として知られて いる）は、スタイラス支持部材１２０がそれ自身の位置をケーシング１１８に対 して変位させる能力によって許容することができる。一旦アーム１０が逆方向に 移動しはじめたなら、付勢ばね１３０はその運動学的位置にスタイラス支持部材 １２０を再度位置づける。 検査の過程においてスタイラス・モジュール１０４を交換することができるの で、様々な方向に向いた部品Ｗの各表面を、異なったスタイラス・モジュール１ ０４の異なった形状のスタイラス１２６を使って検査することができる。さらに 異なった形状のスタイラス１２６の質量は異なるので、それぞれのスタイラス・ モジュール１０４のばね力は当該スタイラス１２６の特定の形状に適応させるこ とができる。この目的のために、複数のスタイラス・モジュール１０４が複数の 収納ポート３１０を有するマガジン３００に保持されている。 図６Ａから図６Ｃを参照して、一つのスタイラス・モジュール１０４を別のス タイラス・モジュールに交換する方法を以下に説明する。可動アーム１０を移動 させて空の収納ポート３１０に一致させた後に、可動アーム１０を操作してプロ ーブ１００を移動させスタイラス・モジュール１０４を空の収納ポート３１０に 収納させる。図６Ｂから分かるように、保持モジュール１０２が収納ポート３１ ０内に移動する際、保持モジュール１０２の円筒ハウジング１０６は上方に回動 する蓋３１６に圧接してポート３１０の内方突出部３１２（図１１参照）を外部 に曝す。スタイラス・モジュール１０４が収納ポート３１０に収納されると、プ ローブ１００が上方に移動し、スタイラス・モジュール１０４のケーシング１１ ８に設けたフランジ１３２が内方延長突出部３１２に当接する。（注意：内方延 長突出部３１２に設けた永久磁石はマガジン３００の向きに関係なくスタイラス ・モジュール１０４を収納ポート３１０内に保持する。）スタイラス・モジュー ル１０４が収納された後も、可動アーム１０は保持モジュール１０２を内方延長 突出部３１２から垂直上方に移動させ続け、保持モジュール１０２をスタイラス ・モジュール１０４から分離する（図６Ｂ参照）。この分離の後、アームは収納 ポート３１０から離れるので、蓋３１６はばね３１７によって回動して閉じ、Ｖ 字型溝１５０によって与えられる当接要素がほこり等の空気中の微粒子によって 汚染されるのを防ぐ。保持モジュール１０２を別のスタイラス・モジュール１０ ４と結合させるには上記の工程と逆の工程をとればよい。すなわち蓋３１６が回 動されてスタイラス・モジュール１０４が外部に曝された後、保持モジュール１ ０２が下方に移動しながらスタイラス・モジュール１０４に当接し、同時に装置 が下方移動するため、保持モジュール１０２は磁石の保持力に逆らって収納ポー ト３１０からスタイラス・モジュール１０４を取り出す。 保持モジュール１０２とスタイラス・モジュール１０４とが分離すると、ボー ル１２２とローラー１２４間の接点を組み込んだインターフェイス３０からの電 気検出回路が開路する。通常の動作条件のもとでは検出回路の抵抗が特定のしき い値を超えたときインターフェイス３０がトリガー信号を発するので、またこの トリガー信号によって制御ユニット１８が可動アーム１０の動きを止めるので、 もし可動アーム１０をさらに別の収納ポート３１０に移動させて別のスタイラ ス・ジュール１０４に結合させるのであればアーム移動停止を防ぐための機構が 必要となる。さらに図３から図５を参照して説明する。電子保持モジュール１０ ２は４つのリード・スイッチ１６４を有し、これらのスイッチは互いに並列にば ねで付勢された接点１９０間に接続されている。図５Ａを参照すると、各スイッ チ１６４には強磁性電気接点１６８が内部に延びている非強磁性ケーシング１６ ６が設けられる。接点１６８の外部両端はケーシング１６６の外部に突出して電 気的接続ができるようになっている。接点１６８の内側端１６８Ａは比較的断面 が小さく比較的柔軟である。磁界がリード・スイッチ１６４の近くにもたらされ ると、磁束が接点を通過するので接点の柔軟端は接触して閉じた磁気回路を形成 する。したがって磁界が存在するときのみ電流が一つの接点１６８から他の接点 へ流れることができる。 収納ポート３１０の蓋３１６はそれぞれ前方の縁に一つまたは複数の永久磁石 ３１８を組み込んでいる。保持モジュールがマガジン３００から一定距離内にあ るときにマガジンの蓋３１６内に設けた永久磁石３１８からの磁界によって４つ のリード・スイッチ１６４の一つが閉路状態を保ち検出回路を短絡する。そこで 保持モジュールは、スタイラス・モジュール１０４がそれから分離したとき、イ ンターフェイス３０からトリガー信号を発することなく一つの収納ポート３１０ と別のポートとの間を移動することができる。保持モジュール１０２がその軸回 りの方向に関係なくこのシステムの動作を容易にするために、このようなリード ・イッチ１６４が４つ設けられていることに留意されたい。 交換動作中に電気検出回路を短絡することを磁気リード・スイッチを含む回路 を例にとって説明したが、マガジン３００の特徴によって作動可能な他のスイッ チを使用してもよい。例えば、交換操作時に、保持モジュール１０２または上部 コネクター２０２内の機械スイッチをラック上の突起または爪で作動してもよい 。 一つのスタイラス・モジュール１０４を自動的に交換するだけでなく、本発明 はまた一つのプローブ１００全体を自動的に交換することができる。図７と図８ を参照するに、プローブ１００をプローブ・ヘッド２６に接続するカップリング ・アダプター２００には、プローブ・ヘッド２６に直接固定的に取付けられた 上部コネクター２０２によって与えられる第一カップリング部材と、プローブ１ ００が直接または延長棒２１０を介して接続される下部コネクター２０４によっ て与えられる第二カップリング部材とが設けられる。下部コネクター２０４は、 下部コネクターの３つのＶ字型溝２０６を、適切に配置された上部コネクターの ３つのボール２０８に接触させることによって、上部コネクター２０２上に運動 学的に設置することができる。下部コネクター２０４は、上部コネクターの３つ の永久磁石２１２が下部コネクター２０４の強磁性体と協働して保持力を発生す ることによって、上部コネクター２０２に結合保持される。上部コネクター２０ ２と下部コネクター２０４との間に要求される保持力の大きさは、下部コネクタ ー２０４が延長棒２１０端においてプローブ１００を支持することができ、しか もスタイラス・モジュール１０４の自動交換作業中に上部と下部コネクター２０ ２、２０４を分離するように作用する引張り力に容易に耐えることができるもの である。したがって上部と下部コネクター２０２，２０４間の保持力はスタイラ ス・モジュール１０４と保持モジュール１０２間の保持力よりも相当大きくなけ ればならない。保持力の大きさがこのように大きいので、交換作業中に装置が可 動アーム１０を単に移動するだけでは上部および下部コネクター２０２，２０４ を分離させるほど大きな力を生じる可能性は低い。装置の可動アームを動かすこ とによって上部および下部コネクター２０２，２０４を分離できるようにするた めに、下部コネクター２０４には３つのレバー２２２を作動させる軸方向に移動 可能な分離リング２２０が設けられる。分離リング２２０を下方に動かすとレバ ー２２２の自由端２２２Ａは上方に移動し上部コネクター２０２に圧接する。レ バー２２２の力学的補助により分離リング２２０に比較的小さい力を与えること によって、上部と下部コネクター２０２，２０４の初期分離が果たせる。上部と 下部コネクター２０２，２０４間の磁気吸引力は分離が大きくなるにつれて急に 減少するので、その後の分離は比較的容易に行なえる。 図８において、レバー２２２はネジ２２４によって下部コネクター２０４に保 持されているが、ネジの直径はレバー２２２がネジ２２４に保持された状態で下 部コネクター２０４に対して垂直に移動できるような大きさである。レバー２２ ２が回動接触する下部コネクター２０４の表面２３０は、上部と下部コネク ター２０２，２０４間の分離が増大する時に生じるコネクター間の磁気吸引力の 変動を補償するようにレバー２２２の力学的補助が変化するように形成されてい る。これによってコネクター２０２，２０４間の分離を増大させるために分離リ ング２２０に与えるべき力がレバー２２２の全回動運動にわたってほぼ一定とな る。さらに図９を参照すると、コネクター２０２，２０４を分離するのに必要な 線形力は一点鎖線２４０で示され、スタイラス・モジュール１０４を保持モジュ ール１０２から分離するのに必要な力は破線２４０で示される。この図から、コ ネクター２０２，２０４を分離するのに必要な最初の力は、スタイラス・モジュ ール１０４を保持モジュール１０２から引き離すのに必要な力の約６倍から７倍 であることが分かる。連続線２４４はコネクター２０２，２０４を分離するため に分離リング２２０に与えなければならない力を表しており、これがほぼ一定で あること、またスタイラス・モジュール１０４を保持モジュール１０２から分離 するのに必要な最初の力よりも約１０％大きいことが分かる。レバー２２２の動 作範囲は、レバーが全動作範囲を回動したときコネクター２０２，２０４間の保 持力が一点鎖線２４０で与えられる線形磁気吸引力に等しくなるように設定され ていることが好ましい。 図１０Ａから図１０Ｃを参照するに、プローブを交換する操作において、可動 アーム１０を動作させて関節式プローブ・ヘッド２６を、したがってアダプター ２００も、収納ポート３１０に一致させる。前記と同様に、収納ポート３１０の 蓋３１６に設けられた永久磁石３１８は上部コネクター２０２に設けられたリー ド・スイッチ２６４を動作させるので、下部コネクター２０４の電気接続端子２ ８０，８２が上部コネクター２０２のばね負荷ピン２９０，２９２から離れてプ ローブ１００内のボール１２２とローラー１２４間の接点を組み込んだ電気検出 回路を開路するときに、インターフェイス３０からトリガー信号が発生しない。 前に述べたように、収納ポート３１０内にアダプター２００が入ると蓋３１６が 上方且つ後ろ側に傾いて収納ポート３１０の内方延長突出部３１２を外部に曝し 、この内方延長突出部３１２は分離リング２２０のフランジ２２８（図７参照） に係合する。これに続く可動アーム１０の上方移動、したがってアダプター２０ ０の上方移動に伴って、収納ポート３１０の内方延長突出部３１２が分 離リング２２０のフランジ２２８に係合し、下部コネクター２０４は分離リング ２２０に対して上方に移動する。これは分離リング２２０がアダプター２００に 対して下方に移動するのと同じである。分離リング２２０のこの移動によってレ バー２２２が回動し、したがって上部と下部コネクター２０２，２０４が互いに 分離される。そして装置が操作されて上部コネクター２０２が収納ポート３１０ から取り出され（そのとき蓋３１６は閉じる）別の収納ポート３１０に一致する までマガジン３００に沿って移動される。先に述べたように、蓋３１６内に設け た永久磁石３１８はリード・スイッチ２６４を閉じたままの状態に保つので検出 回路は短絡したままとなり、装置は上部コネクターを一つの収納ポート３１０か ら別の収納ポートに移動させることができる。上部コネクターの向きは交換操作 の前に関節式プローブ・ヘッド２６によって調整できるので、上部コネクターに は一つのリード・スイッチ２６４のみを設けてある。 図１１と図１２を参照して説明するに、マガジン３００は、それぞれの収納ポ ート３１０が一対のスタイラス・モジュール１０４または（例えば延長棒２１０ によって）プローブ１００を保持した単一の下部コネクター２０４のいずれかを 支持するように構成されている。これを可能とするために、マガジンは内方延長 突出部３１２が複数対設けられるように形成された強磁性体板３２０を含む。こ の内方延長突出部３１２はその上に下部コネクター２０４を磁気力で支持できる ように互いに離れている。一対のスタイラス・モジュール１０４を保持できる収 納ポート３１０を設けるために、適合インサート３３０が設置されている。これ は強磁性体板３２０の突出部に固定することができる。さらに、適合インサート ３３０は強磁性体板３２０に対して２つの方向のうちいずれかの方向に向けて配 置することにより、比較的小さい寸法の一対のスタイラス・モジュール１０４か あるいは一つの大きいスタイラス・モジュール（図示せず）を収容することがで きるようになっている。 本発明のさらに独立した特徴は、座標位置決定装置の動作領域内で複数の動作 モジュールを保持するための複数の収納ポートを有するマガジンである。そのう ちの少なくとも一つの収納ポートはインサート板を有し、このインサート板には 第一の方向に延びる一対の第一の顎と第一の方向とは反対の第二の方向に延びて より狭い間隔の二対の第二の顎が設けられる。各々のインサート板は取外し可能 にそれぞれの収納ポートに固定されており、それによって各収納ポートが一つの 比較的大きいモジュールまたは２つの比較的小さいモジュールを保持するために 使用できる。 モジュール型プローブの変形例を図１３を参照して説明する。このプローブは 保持モジュール４０２と、スタイラス・モジュール４０４と、３つのボール４５ ２を有する。スタイラス・モジュール４０４は前記と同様に、保持モジュール４ ０２とスタイラス・モジュール４０４にそれぞれ設けられた一対の永久磁石４４ ０，４４２によって保持モジュール４０２に取外し可能に取付けてもよい。ボー ル４５２は保持モジュール４０２に設けられ、それぞれスタイラス・モジュール ４０４における半径方向に伸びた三対のＶ字型溝４５０によって与えられる収束 する表面に嵌合する。スタイラス・モジュール４０４は電気検出回路を含み、こ の検出回路の端子４７０は保持モジュール４０２内において軸方向に突出しばね で付勢された２つの接続ピン４９０に接触可能である。上記のモジュール型プロ ーブは図３から図５を参照して説明したプローブと機能的に同一である。 しかし、スタイラス・モジュールが（例えば装置の破壊によって）保持モジュ ール４０２に対して正しく位置付けられないでいずれの接続ピン４９０も端子４ ７０に接触していないにもかかわらず、インターフェイス３０はプローブがまだ 正常動作していると考えられるような検出回路の抵抗を検出することがあり得る ことが分かった。このような事態は、スタイラス・モジュール４０４のケーシン グ４１８の上面５００がばねで付勢された接続ピン４９０の一つに当接し同時に 保持モジュール・ハウジング４０６のリム４０６Ａに接触する場合に発生する。 このハウジングは電気的接地として機能するので、検出回路の電流は接続ピン４ ９０の一つと（ハウジング４０６によって与えられる）接地との間を効果的に短 絡するので、インターフェイス３０が検出する検出回路の抵抗はプローブの正常 動作中の抵抗と同じになる。この状態を避けるために、ハウジング４０６のリム ４０６Ａを延長させ、さらに軸方向に突出した一対の位置決めピン５１０を設け る。位置決めピン５１０は保持モジュール・ハウジング４０６の開放端の保 持インサート４１０から延び、接続ピン４９０の端部を越えて突出する。位置決 めピンによって、スタイラス・モジュール・ケーシング４１８の上面５００が接 続ピン４９０をハウジング４０６に短絡させることが防止される。これは位置決 めピンの存在によって上面５００がもはや接続ピン４９０とハウジング・リム４ ０６Ａとに同時に接触することがないからである。延長ハウジング・リム４０６ Ａと位置決めピン５１０を収容するために、スタイラス・モジュール・ケーシン グ４１８の上面５００には一対の軸方向に延びる凹部５１２が設けられ、またス タイラス・モジュールのケーシング４１８には首部５１４が設けられる。保持モ ジュール４０２とスタイラス・モジュール４０４が互いに接続されると、位置決 めピン５１０と首部５１４とが凹部５１２とハウジング４０６とにそれぞれ突入 するが、その際保持モジュール４０２におけるスタイラス・モジュール４０４の 位置が運動学的係合要素４５０，４５２のみによって決まるような間隙をもって 嵌合する。 本発明の更なる特徴は、座標位置決定装置の可動アームに使用する接触プロー ブであり、可動アームに取付けることができる保持モジュールと、保持モジュー ルに分離可能に係合できるスタイラス・モジュールとを有し、スタイラス・モジ ュールの交換を可能としたもので、前記保持モジュールは、 ほぼ円筒状のハウジングと、 前記ハウジングの一端から突出し、一対の同軸電気端子を有する電気コネクタ ーと、 前記ハウジングの軸回りにほぼ等間隔に、前記電気コネクターから離れた側の 前記ハウジングの開放端に配置された３つの運動学的係合要素と、 前記ハウジングの開放端に向けて軸方向に付勢され、それぞれが前記同軸端子 の一つに電気的に接続された一対の軸方向に突出した電気接触ピンと、 前記ハウジングの開放端に配置された一対の軸方向に突出した位置決めピンと から成り、 前記スタイラス・モジュールは、 スタイラスが突出する開口を一端に有するほぼ円筒状のケーシングと、 前記ケーシング内のスタイラス・ホルダーであって、少なくとも一つの着座要 素を有しその着座要素が対応する着座要素と嵌合して前記スタイラス・ホルダー をケーシング内に位置決めするように構成されたスタイラス・ホルダーと、前記 スタイラス・ホルダーに軸方向の付勢力を与えて着座要素を付勢して互いに嵌合 させる付勢手段と、 前記着座要素を組み込んだ電気回路であって、前記開口部から離れた側の前記 ケーシング端に配置され前記保持モジュールのばねで付勢された接点ピンに係合 可能な一対の軸方向に向いた出力端子を有する電気回路と、 前記開口部から離れた側の前記ケーシング端において軸回りにほぽ等間隔に配 置され、互いに係合して前記スタイラス・モジュールを保持モジュール上に位置 付けるさらに３つの運動学的係合要素と、 前記開口部から離れた側の前記ケーシング端に配置された一対の軸方向に延び る凹部であって、スタイラス・モジュールが保持モジュールに係合したときに保 持モジュールの位置決めピンを受け入れるように構成された凹部とから成り、ス タイラス・モジュールと保持モジュールが係合したとき、前記開口部から離れた 側の前記スタイラス・モジュール・ケーシング端は前記保持モジュール・ハウジ ングの開放端に突入する。 本発明の更なる特徴は接触プローブ用のスタイラス・モジュールであり、この スタイラス・モジュールは ケーシングと、 前記ケーシング内のスタイラス・ホルダーであって、スタイラス・ホルダーと ケーシングとがスライラス・ホルダーがケーシング内で着座する少なくとも一対 の互いに係合可能な要素を有するスタイラス・ホルダーと、 互いに係合可能な着座要素を付勢して係合させるべく前記スタイラス・ホルダ ーに軸方向の付勢力を与える付勢力印加手段と、 着座要素を分離させることになる前記スタイラス・ホルダーのたわみを検出し 、さらに前記ケーシングの上端に一対の出力端子を有する電気検出回路とから成 り、 前記ケーシングの上端はさらに 前記スタイラス・モジュールを磁気的に保持モジュールに保持させる強 磁性要素と、 前記保持モジュールの対応する要素とともに運動学的支持を与え、軸回 りにほぼ等間隔に配置される３つの運動学的係合要素と、 一対の軸方向に延びる凹部とを含む。 さらなる変形例においては、図１３のプローブは単一のリード・スイッチのみ を有し、保持モジュール４０２のハウジング４０６がネジ山を有するコネクター に対して回転し、ラック内の磁石に隣接するようにリード・スイッチを整列させ ることができる。 図１４は図７のプローブ・カップリングの変形例をしめす。このプローブ・カ ップリングは上部および下部カップリング部材６０２，６０４から成り、磁石６ １２によって互いに係合するように付勢され、またボール６０８とＶ字型溝６０ ６によって運動学的位置を占めるように構成される。前記の場合と同様に、下部 カップリング部材６０４は３つのレバー６２２のそれぞれの一端に回動可能に接 続され軸方向移動可能な分離リング６２０を有する。これらのレバー６２２はボ ルト６２４によって下部カップリング部材６０４に回動可能に取付けられている 。このカップリングの実施例において、カップリング部材間の電気的接続は上部 カップリング部材６０２の軸方向に付勢された接続ピン６９０Ａ，６９０Ｂと下 部カップリング部材６０４の端子６８０Ａ，６８０Ｂとの係合によって行なわれ る。装置が破壊したとき下部カップリング部材６０４はずれて上部カップリング 部材６０２から離れるが、端子６８０Ｂは接続ピン６９０Ａが端子６８０Ｂ内に 捕まるように形成されているので、カップリング部材６０２、６０４は互いに近 接状態に保たれ、下部カップリング部材６０４がプローブおよび／またはそれに 取付けられた延長棒とともに完全に離れて落下することが防止できる。 上記システムの様々な特徴によれば、プローブとスタイラス・モジュールを別 々におよび組み合せて受動的に取り替えることができるため、マガジン３００と 装置のインターフェイス３０との間の連絡の必要性がない。これによって従来の システムよりも著しく構造が単純化される。 本発明の様々な特徴は上記の特定の機能または特徴によって必ずしも実現する 必要はなく、上記の特徴または機能は同一または類似の機能を行なう他の特徴お よび同一または類似の効果をもたらす他の機能で代用することもできる。例えば 、前記検査システムの要素を位置決めすることは運動学的支持体によって行なっ たが、要求される作業に対して位置的に繰り返しするのに適した他の位置選定方 法を採用することもできる。これに関して、作業の繰り返し性という用語を使用 するとき、一対の係合要素間に設けた位置決め機構がユーザーの要求通りに機能 できるように係合要素を特定の形状に形成するという条件以外、精度については 何ら言及しておらずまた要求していないことを理解しなくてはならない。 本発明の上記の各種特徴は必ずしも上記の実施例に関連する特徴に限定される ものではない。本発明の多くの特徴はここで述べた本発明の他の実施例にも一般 に適用できるものである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ヘレン，グラハム，アンドリュー 英国 ビーエス17 ５ティーイー サウス グロスターシャ ブリストル ノース イェイト マウント バトン クロース 56 (72)発明者 サリヴァン，ジョナサン，シェイマス 英国 ジーエル12 ８エスエフ グロスタ ーシャ州 ワットン−アンダー−エッジ キングズウッド ブラムリー クロース 24 【要約の続き】 の分離リング（２２０）の下方相対移動によって動作す る３つのレバー（２２２）を有する。これらレバー（２ ２２）は、アームがカップリング部材（２０２，２０ ４）間の比較的大きな磁気吸引力を克服して移動できる ようにするために必要な機械的補助を与える。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．座標位置決定装置の可動アームにプローブを接続するための分離可能なカッ プリング機構であって、 前記アームと前記プローブにそれぞれ接続可能な第一および第二のカップリン グ部材であって、それぞれ少なくとも１つの着座要素と、前記着座要素を互いに 係合させるように付勢する協働可能な少なくとも１つの強磁性要素とを有する第 一および第二のカップリング部材と、 前記カップリング部材の一つに移動可能に接続された分離部材と、 駆動端と自由端を有する少なくとも一つの長いレバーであって、その駆動端に おいて前記分離部材に回動可能に接続され、その両端間で前記一つのカップリン グ部材に回動可能に接続されているレバーとを含み、 前記第一と第二のカップリング部材が係合しているとき前記一つのカップリン グ部材に対して前記分離部材が移動することにより、前記レバーの自由端が協働 する強磁性要素の付勢力に逆らって前記カップリング部材を互いに離すように作 用することを特徴とするカップリング機構。 ２．前記分離部材は、前記強磁性要素の付勢力によって規定される軸方向におい て前記第二カップリング部材に対して移動可能なリングであることを特徴とする 請求項１による機構。 ３．前記少なくとも一つのレバーは前記第二カップリング部材の湾曲面上で回動 することにより、前記分離リングによって前記レバーに与えられる駆動モーメン トを変えることを特徴とする請求項１または２による機構。 ４．３つのレバーを備え、それぞれのレバーは前記駆動端において前記分離部材 に、また前記両端の間において前記第二カップリング部材に回動可能に接続され ていることを特徴とする先行する請求項のいずれかの機構。 ５．前記分離リングは外方に突出するフランジを有し、このフランジによって前 記第二カップリング部材がマガジンの収納ポートに保持されることを特徴とする 請求項２から４のいずれかの機構。 ６．前記強磁性要素のそれぞれが永久磁石であることを特徴とする先行する請求 項のいずれかの機構。 ７．前記第一カップリング部材が所定の外部影響によって作動可能なスイッチ手 段を含み、このスイッチ手段は前記第二カップリング部材に接続された一つのプ ローブを他のプローブに交換するときに検出回路を短絡させることを特徴とする 請求項５の機構。 ８．前記所定の外部影響が磁界であることを特徴とする請求項７の機構。 ９．互いに対して移動可能なアームとテーブルとを有する座標位置決定装置にお いて、 複数の収納ポートを有する少なくとも一つのマガジンであって、前記複数の収 納ポートの少なくとも一つが接触プローブを含み、この接触プローブが保持モジ ュールと前記保持モジュールに分離可能に磁気的に係合可能なスタイラス・モジ ュールとを備え、スタイラス・モジュールを交換させることができるように構成 されたマガジンと、 前記収納ポートの一つに収容された少なくとも一つのスタイラス・モジュール と、 前記装置の前記アームに接続された第一カップリング部材と、 前記少なくとも一つのプローブが取付けられた少なくとも一つの第二カップリ ング部材であって、前記第一カップリング部材と係合可能であり、前記第一と第 二カップリング部材がそれぞれ一つの強磁性要素を有し、この強磁性要素が互い に協働して前記第一および第二カップリング部材を係合させ、前記保持モジュー ルとスタイラス・モジュール間の吸引力よりも大きい磁気力で前記第一および第 二カップリング部材を係合状態に保持するように構成された第二カップリング部 材とを備え、 前記第一および第二カップリング部材の一つが、カップリング部材に対して移 動可能な分離部材と、一端において前記分離部材に回動可能に接続され、支点に おいて前記カップリング部材に回動可能に接続された少なくとも一つのレバーと を有し、前記分離部材と前記カップリング部材の相対運動が前記レバーの自由端 の対応する回動運動を生じさせ、それによって磁気吸引力に抗して前記第一およ び第二カップリング部材を分離させる、ことを特徴とする座標位置決定装置。