JPS63142209A - 多座標検出ヘツド - 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） 本発明は複数の座標方向に変位可能な少なくとも１つの
検出ピンを備え、ピンは戻し力によってそのゼロ位置と
して特定された位置に押圧され、その位置は相応した数
の対抗体の表面範囲との協働によって形成されており、
その際支承体及びこれに付設された対抗体は検出ピンの
まわりに同心的に配置されている前記多座標検出ヘッド
に関する。

多数の測定及び接続する多座標検出ヘッドは公知である
が、両実施例では検出ピンが任意の方向に変位した後に
その特定されたゼロ位置に再び戻されることが特に重要
である。検出体ハウジング内の検出ピンを特別に有利に
支承部を形成するという研究はが実施された。

（従来の技術） 西独国特許公開公報第２８４１４２４号には３点支持を
有する検出ヘッドが記載されている。検出ヘッドハウジ
ング底には３つのＶ型溝が形成され星形に配置されてい
る。検出体ホルダには球状表面を備えた３つのピンが固
定されている。ピンホルダはばねによって検出ヘッドハ
ウジング底の方向に押圧されかつピンは付設のり溝内に
確定した位置を占め、その位置にピンは検出ピンの変位
後に再び戻されることになる。

更にヨーロッパ特許明細書第００８８５９６号から支承
体装置を備えた検出ピンが公知であり、支承体は同様に
３つの支承個所を有する。支承個所は１つの平面内にお
いて検出ピン軸線に対して同心的に均等に分配されてい
る。検出ピンハウジング底には３つのボールが配置され
ており、ボールは組立のために検出ピン軸線に対して平
行に移動可能である。検出体ホルダの３つの対抗体は相
違して形成されている。対抗体はボール孔の形の回転止
めとして形成されている。第２の対抗体はＶ溝を有し、
ν溝は検出ピンホルダの中心点に向けられている。第３
の対抗支承体は検出ピン軸線に対して垂直かつ押し付け
ばねの力に対して垂直な平滑な支持面である。

個々の支承個所の相違した構造によってヨーロッパ特許
明細書１１８８５９６号に記載された技術水準では静的
予圧過多や予圧不足（Ｕｎｔｅｒｓｔｉｍｍｕｎｇ）も
究明された。個々の支承個所の相違した構成によって（
球／球、球／プリズム及び球／平面）、シかし個々の支
承個所の弾性率も相違し、このことは切換え点の精度上
不都合に作用する。

この種の支承体は典型的な支承体と称され、即ちマクス
ウェル条件に従って形成されている（１９７２年スプリ
ンガ出版社による、ｓ、Ｍ、Ｐｏｌｌｅｒｍａｎ著「物
理的工学の構造要素」第２版第４章；案内と支承）。

その上相異なる検出方向における測定力の相違及びこれ
と関連したたわみ制約された切換え点差異が支承個所の
増大によって回避されることが公知である。支承個所の
増大ではしかし適合した支承部の製造のためのコストが
い著しくかつシステムが静的に過剰にされるるという危
険がある。多数の支承個所を備えたの例は西独国特許公
開公報第２７４２８１７号が引用される。

そこでは検出ホルダに一群のボールがＶ溝内に同心的に
配置されており、溝内には第２のボール群がある。ボー
ル群は向かい合って位置しかつ一つのボール群の各ボー
ルは他のボール群の隣接した２つのボールの間にある。

各ボールは表面を有し、表面は２つの隣接したボールの
湾曲した両表面に当接している。ばねはハウジングに検
出体ホルダを押圧し、そしてボールはばねにより作用さ
れる予圧に基づいてその表面と点接触する。

個々のボール群の各ボールと他のボール群の隣接した２
つのボールとの間において所望の接触が行われると、ボ
ールははじめにその溝中を自由に転がり、そこでボール
は一方のボール群の全てのボールが他のボール群の全て
のボールと接触する位置において、ばね力及び面の湾曲
に基づいて調整される。一方のボール群の２つの隣接し
たボールによって形成された面は当然他のボール群の２
つの隣接したボールの面と同様な方法で相互に湾曲され
ており、このことは同様な方法で溝中の相対する位置を
占めることになる。ボールを完全かつ迅速な整列される
ために、比較的強いばねが使用されかつ検出ヘッドは振
動しかつその際検出体は装置によって軸線方向に保持さ
れる。

ボールは記載の方法で調整されかつ整向され、一方前以
て溝中に係合したエポキシ樹脂はまだ柔らかい。接着剤
として使用される樹脂はその後硬化され一方ハウジング
及び検出体の相対的位置は不変に保持される。

検出ピンのこのような支承では全ての支持点は等しい弾
性特性を有する。

接続点の高い精度のため及びしかし等しい弾性率特性が
重要であるのみならず、むしろ支承個所の絶対的な剛性
ができる限り高くされるべきである。しかし前記の検出
体支承体では点接触なので、個々の支持個所の絶対的な
剛性は非常に高いということはない。

（発明の課題） 本発明は従来技術により代替可能に得られるよりも高い
切換え精度を可能にする多座標検出ヘッドのための支承
体を創造することにある。

（課題の解決のための手段） 本発明の課題は支承体及び対抗体は検出ピンのゼロ位置
において、支承体の各表面範囲と付設された対抗体の表
面範囲の接触地帯がそれぞれ円線を形成し、そして特に
そのように形成された円線全体は１つの平面内において
検出ヘッド軸線に対して垂直な平面内に位置することに
よって解決される。

（発明の効果） 特別の利点は各個々の支承個所で表面範囲が接触地域と
して円線を有し、このことは点接触よりも高い剛性に繋
がる。一致を回避するために支承体もこれに付設された
対抗体も組立の際に適合及び調整のための充分な自由度
を有する。

（実施例） 第１図には多座標検出ヘッドの全体構造が示されている
。この検出器は切換えする検出器として実施される。円
錐１によって検出器は図示しない測定又は工作機械のス
ピンドルに装着されることができる。検出ピン２の変位
は殆ど全ての方向に可能である。バッキング３は検出ヘ
ソドハウジシグ４と検出ピンとの間の中間室を緊塞する
。保護板５は熱いチップによるバッキング３の損傷を防
止するが、検出ピン２にそのゼロ位置からの制限された
変位を行わせる自由空間６を解放する。

検出ピン２の変位の測定のための検出装置７．８．９は
特定の変位量の時に検出パルスを発し、パルスは工作機
械の制御のため又は座標測定機の測定値を受は取る時点
を決定するために寄与する。検出装置７．８．９は検出
ヘッドハウジング４に固定されている光学的°送信器７
及びこれに対して同様に整向された位置固定の差動光電
要素８から成る。両要素７．８の光軸にはレンズ系９が
運動可能な検出ピン２に固定して取付られている。

検出器ホルダ１０は検出ピン２と固着されており、検出
ピンは自由端に検出器１１を有する。検出器ホルダ１０
の面はばね１２によって検出ヘッドハウジング４と結合
している。対抗面は検出器ホルダ１０と検出ヘッドハウ
ジング１３との間の支承部の一部である。この支承部は
正確に実施されなければならない、そのわけは充分な再
現性が保証されない場合には静的過不足が測定誤差の原
因となるからである。

検出過程の間工作物に検出器ホルダ１０がばね１２によ
ってその力が工作物上検出器１１の接触圧力に対抗作用
するようにそのゼロ位置に保持される。

ばね１２は検出器ホルダ１０が検出力が特定の値以下で
ある場合に支承部において旋回され又は持上げられるこ
とを阻止する。検出器ピン１０がばね１２によって検出
器ホルダ１３に対して押圧される限り、検出器ホルダ１
０及び検出ヘッドハウジング４は自由度ゼロの単一体を
形成する。変位の際にばね１２は接触力が緩むと検出ヘ
ッドハウジング１３に向かって検出器ホルダ１０を戻す
ように付勢する。

４点支持として実施される支承部は本発明によれば検出
器ホルダ１０の周囲に渡って均等に分配されかつ検出器
ホルダ１０に係止されている、一平面内に配置されたボ
ール１４から成る。

ボール１４は円筒状ホルダ１５中にある。ボール１４の
中心点は円筒状ホルダ１５の縦軸線の外方にある。ボー
ル１４は円軌道上を円筒状のホルダ１５が回転する際に
ホルダ１５の軸線の周りを運動することができる。

検出ヘッドハウジング底１３には円筒状対抗体１６が回
転可能に配置されている。対抗体１６はボール１４に面
したその端面に円錐形の孔１７を有し、孔は対抗体１６
の縦軸線に対して偏心している。その縦軸線の周りを対
抗体１６が回転する際に円錐孔１７の軸線は対抗体１６
の軸線の周りの円軌道を描く。

ボール１４及び円錐孔１７はそれぞれ支承個所を形成し
、この際各ボール１４の表面は円錐孔１７の円錐外被と
、接触地域が円線であるように協働する。

多数の支承個所では支承部の整列が得られるが、同心と
なることは支承部の偏心率によって阻止される。

断面を示す第２図から全ての対抗体１６が図示しない検
出ピン軸線に対して同心に位置することが示される。対
抗体１６の端面には円錐孔１７が認められ、円錐孔はそ
れぞれ対抗体１６に対して偏心している。対抗体１６が
検出ピンハウジング底１３においてその縦軸線の周りを
回転可能に固定されているので、円錐孔１７の位置は対
抗体１６の位置に依存している。

第３ａ図は対抗体を拡大して示す。端面に偏心して設け
られた円錐孔は符号１７を有する。同様に拡大されて示
されたボール１４によってどのようにしてボール１４が
円錐孔１７中に位置決めされるかが示唆されている。

第３ｂ図には拡大して示されたホルダ１５か示され、ホ
ルダはボール１４を収容する。ここでもボール１４の中
心はホルダ１５の縦軸線上には位置しない。

ボール１４は接着剤によってホルダ１５中に固定されて
いる。第３ａ図に示すのと同様に、ホルダ１５はボール
１４と最終組立の直前に結合され、その際ホルダ１５は
ボール１４とも所属の対抗体１６とも、ボール１４が完
全に円錐孔１７中に当接するまで相互に回転されかつ移
動される。ボール１４及び円錐孔１７は共通の接触地域
において１つの円線を形成する。

最終組立位置は全ての支承部がその偏心して保持された
ボール１４又は円錐孔１７と予圧をもってここでは図示
しない外部ばねによってボール１４の各々がその所属の
円錐孔１７に完全に圧入されかつ接触地帯としてそれぞ
れ円線を形成する。ホルダ１５及び又は対抗体１６の高
さ調整可能性によって個々の接触地帯の全ての円線が検
出ピンに対して垂直な１つの平面内に位置することが図
られる。記載の組立過程の間ホルダ１５も対抗体１６も
検出器ホルダ１０又は検出ヘッドハウジング底１３の孔
に固定される。接着剤は調整の後に硬化され、その結果
組立後にボール１４の位置はその円錐孔１７に対して特
定な位置に保持される。

第４図の動力学的図から偏心して配置されたボール１４
及び円錐１７が共通した位置Ｐに位置することができる
ことが明らかである。位置１５゛　はホルダ１５の縦軸
線を表し、ホルダ１５の周りをホルダ１５中に偏心して
配置されたボール１４が円軌道上を回転することができ
る。対抗体１６はその縦軸線１６”の周りに回転し、そ
の結果対抗体１６の端面の１つの偏心して設けられた円
錐孔１７は円軌道上をも運動することができる。百円軌
道はここでは関連した範囲において共通した交点Ｐを有
する。この点Ｐは実際上実施された組立上の点となり、
この点で各ボール１４が所属の円錐孔１７中に完全に位
置することになる。

第５図に示すように、ホルダの支承部は本発明による範
囲を載脱することなしに別様にも実施されることが゛で
きる。ここでは必要な要素のみしか示されていない。検
出ヘッドハウジング底１３５上には対抗体１６５か示さ
れており、対抗体はその端面に円錐孔１７５を有する。

耐抗体１６５は検出ヘッドハウジング底１３５上一平面
内を自由に移動可能であり、かつそれ自体の周りを回転
可能である。

対抗体１６５はボール１４５の収容のために役立ち、ボ
ールはホルダ１５５によって検出器ホルダ１０５に配置
されている。検出器ホルダ１０５は公知の方法で接触球
１１５を備えた検出ピン２５を有する。ホルダ１５５は
ボール１４５とともに回転可能かつ検出器ホルダ１０５
中を縦移動可能に支承されている。

組立及び調整のために検出ヘッドハウジング１３５と対
抗体１６５との間に並びに検出器ホルダ１０５とホルダ
１５５との間に接着剤層が位置し、接着剤層は前記運動
可能性を可能にする。図示しない組立装置によって検出
器ホルダ１０５が検出ヘッドハウジング底１３５に対し
て調整される。その際検出ヘッドハウジング底１３５に
自由に移動可能な対抗体１６５はその円錐孔１７５によ
って正確にボール１４５に整向されボールはそのホルダ
１５５とともに検出器ホルダ１０５においてを軸線方向
に運動可能かつ回転可能である。この方法で検出ピン２
５のためにゼロ位置が作られ、そのゼロ位置においてボ
ール１４５と所属の円錐孔１７５との間の接触地帯が円
線を形成し、円線は検出ピン軸線に対して垂直な１つの
平面内に位置する。それによって第１図〜第３図による
実施例による検出ヘッドの場合と同様に有利な支承条件
が作られる。

当業者にとって第６ａ図〜第６ｅ図による実施例は有利
な構造変形であり、これは当業者が必要に応じて選択さ
れる。第６ａ図は支承要素として検出ヘッドハウジング
底１３６上に自由に移動可能なボール１６６を示し、そ
の表面は検出器ホルダ１０６内に配置されている円筒状
のブツシュ１５６と協働する。ボール１６６とブツシュ
１５６との間の接触地域は円線である。

第６ｂ図による変形では要素は交換されている。検出ヘ
ッドハウジング°底１３７上ち自由に移動可能なブツシ
ュ１６７が記載の方法で検出器ホルダ１０７内に配置さ
れたボール１５７と協働する。

第６ｃ図による変形では、ボール１４８はホルダ１６８
内にあり、かつこれとともに検出ヘッドハウジング底１
３８上を自由に移動可能である。検出器ホルダ１０８内
には対抗体１５８が軸線方向に移動可能にかつ回転可能
に配置されており、対抗体はそのボール１４８に面した
端面に円錐孔１７８を有する。

第６ｄ図は他の構造的変形を示す。検出ヘッドハウジン
グ底１３９内に回転可能かつ軸線方向に移動可能に円筒
状体１６９が支承されている。検出ヘッドハウジング底
１３９に対して平行な表面上には移動可能な対抗体１５
９があり、その円錐孔１７９はボール１４９と協働し、
ボールは検出器ホルダ１０９内に固定されている。

本発明による検出ピンホルダのための他の可能性を第６
ｅ図が示す。検出器ホルダ１００内には孔１７０が設け
られている。検出ヘッドハウジング底１３０内には軸線
方向に移動可能なスタンプ１６０があり、検出ヘッドハ
ウジング底１３０に対して平行な表面上に回転可能かつ
移動可能な対抗体１５０が配置されており、その球状ヘ
ッド範囲１４０は検出器ホルダ１００内の孔１７０と協
働する。

特別有利に本発明による支承部は支承体として、第６ｄ
図に検出器ホルダ１０９にボール１４９を備えて示され
たような任意の方法で検出器ホルダ内に固定される。

必要な調整可能性は円錐孔７０の軸線方向の移動を可能
にする二重偏心体５０によって達成される。

二重偏心体５０は円錐孔７０が対抗体６０の端面に円錐
孔７０の軸線が対抗体６０の縦軸線に対して平行である
ように配置されることによって実現される。円錐孔７０
は縦軸線の周りの対抗体６０の回転の際に円軌道上を旋
回されることができる。対抗体６０は収容シリンダ８０
内で収容シリンダ８０の縦軸線とも対抗体６０の縦軸線
とも相互に平行であるように支承される。この方法で第
２の偏心体が形成される。

収容シリンダ８０はその収容部に−例えばここでは図示
しない検出ヘッドハウジング底−その縦軸線のまわりに
回転可能であり、その結果対抗体６０は円軌道上収容シ
リンダの軸線のまわりを旋回されることができる。対抗
体６０はその固有の軸線の周りを回転可能であり、その
結果円錐孔７０は他の円軌道上を運動される。軸線移動
は対抗体６０及び又は収容シリンダ８０によって行われ
る。

著しい利点は完全な検出器ホルダが比較的小さい寸法を
有することにある、そのわけは全ての調整要素が検出ヘ
ッドハウジング底内に配置されているからである。

勿論ここで変形は第６図に示すように実現される。

全ての実施例に共通して相互に付設された支承部又は対
抗体の表面の接触地域はそれぞれ１つの円線を形成し、
そして円線は検出ピン軸線に対して垂直な共通の平面内
に位置する。・ 明快にするために主実施例の符号のみが主特許請求の範
囲に記載されている。

「特定されたゼロ位置」では変位しない状態の検出ピン
の休止位置であると理解される。この休止位置において
検出ピンは最終的な変位の後に常に再び正確に戻され、
検出ピンは正確に再現可能でなければならない。

【図面の簡単な説明】

第１図は８→検出ヘツドの軸線断面図、第２図は第１図
の■−■線に沿う断面図、第３ａ図は対抗体のボール、
第３ｂ図は゛ホルダと対抗体上部を備えたボール、第４
図は動力学的図、第５図は検出ヘッド支承部の部分断面
図、第６ａ図〜第６ｅ図は支承部の構造的変形、そして
第７図は二重偏心体を示す図である。 図中符号 ２　・・・・検出ピン １４・・・・支承体 １６・・・・対抗体 １７・・・・表面範囲

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. （１）複数の座標方向に変位可能な少なくとも１つの検
   出ピンを備え、ピンは戻し力によってそのゼロ位置とし
   て特定された位置に押圧され、その位置は相応した数の
   対抗体の表面範囲との協働によって形成されており、そ
   の際支承体及びこれに付設された対抗体は検出ピンのま
   わりに同心的に配置されている前記多座標検出ヘッドに
   おいて、 支承体（１４）及び対抗体（１６）は検出ピン（１６）
   のゼロ位置において、支承体（１４）の各表面範囲と所
   属の対抗体（１６）の表面範囲（１７）の接触地帯がそ
   れぞれ円線を形成し、そして特にそのように形成された
   円線全体は検出ヘッド軸線に対して垂直な１つの平面内
   に位置することを特徴とする多座標検出ヘッド。
2. （２）支承体は調整可能なボール（１４、１４５、１４
   ８、１４９）として形成されており、ボールは調整可能
   な対抗体（１６、１６５、１６８、１６９）内に配置さ
   れている円錐孔（１７、１７５、１７８、１７９）と協
   働する、特許請求の範囲第１項記載の多座標検出ヘッド
   。
3. （３）支承体は軸線方向に調整可能なボール（１４、１
   ４５）として形成されており、ボールはラジアル方向に
   調整可能な対抗体（１６、１６５）内に配設されている
   円錐孔（１７、１７５）と協働する、特許請求の範囲第
   １項又は第２項記載の多座標検出ヘッド。
4. （４）支承体はラジアル方向に調整可能なボール（１４
   、１４８）として形成されており、ボールは軸線方向に
   調整可能な対抗体（１６、１６５）内に配設された円錐
   孔（１７、１７８）と協働する、特許請求の範囲第１項
   又は第２項記載の多座標検出ヘッド。
5. （５）支承体はそれぞれ軸線方向に移動可能かつ回転可
   能なホルダ（１５）内に偏心して配置されたボールに（
   １４）として形成されており、対抗体（１６）は回転可
   能かつ軸線方向に移動可能でありかつそのボール（１４
   ）に面した端面にそれぞれ円錐孔（１７）を有し、その
   軸線はそれぞれ対抗体（１６）の縦軸線に対して平行に
   経過する、特許請求の範囲第１項から第４項までのうち
   のいずれか１つに記載の多座標検出ヘッド。
6. （６）支承体は対抗体として調整可能なブッシュ（１５
   ６、１６７）と協働する調整可能なボール（１５７、１
   ６６）として形成されている、特許請求の範囲第１項記
   載の多座標検出ヘッド。
7. （７）支承体は球状スタンプ（１４０）として形成され
   ており、スタンプは軸線方向及びラジアル方向に調整可
   能であり、かつ検出体ホルダ（１００）内の孔（１７０
   ）と協働する、特許請求の範囲第１項記載の多座標検出
   ヘッド。
8. （８）対抗体（６０）はその支承体（４０）に面した端
   面にそれぞれ１つの円錐孔（７０）を有し、その軸線は
   それぞれ対抗体（６０）の縦軸線と平行であり、そして
   対抗体（６０）は回転可能な収容シリンダ（８０）内に
   偏心して支承されている、特許請求の範囲第１項記載の
   多座標検出ヘッド。
9. （９）多数の支承体（１４、１４５、１４８、１４９）
   及び対抗体（１６、１６５、１６７、１６８）が検出ヘ
   ッド軸線のまわりに同心に均等間隔で配置されている、
   特許請求の範囲第１項記載の多座標検出ヘッド。