KR101496702B1 - 좌표 측정 기계 - Google Patents

Abstract

좌표 측정 기계(coordinate measuring machine)(1)는, 제 1 축을 따르는 가이드를 구비한 기계 베드(2); 및 상기 가이드(16a, 16b, 16c)를 따라 이동가능한 하나 이상의 메인 캐리지(5)를 포함하며, 상기 기계 베드(2)는 상기 가이드(16a, 16b, 16c)를 구비하는 폐쇄형 외주 금속 프레임(15)과, 상기 프레임(15) 내에 수용되는 워크테이블(17)을 포함하며, 상기 워크테이블(17)과 상기 프레임(15)은 그 변형을 분리하는 구속 수단(35)에 의해 서로 구속된다.

Description

좌표 측정 기계{MACHINE BED FOR A CO-ORDINATE MEASURING MACHINE}

본 발명은 좌표 측정 기계에 관한 것이다.

공지된 바와 같이, 좌표 측정 기계는 일반적으로 제 1 축에 평형한 가이드를 따라 기계 베드 상에서 이동가능한 제 1 캐리지, 상기 제 1 캐리지에 의해 이송되며 상기 제 1 축에 직교하는 제 2 축을 따라 이동가능한 제 2 캐리지, 및 상기 제 2 캐리지에 의해 이송되며 상기 제 1 및 제 2 축에 직교하는 제 3 축을 따라 이동가능한 제 3 캐리지를 포함한다. 상기 제 3 캐리지에 의해 측정 센서가 이송된다.

전술한 타입의 기계에서, 상기 기계 베드는 통상적으로 화강암으로 제조되며, 부재를 지지하며 상기 제 1 캐리지를 위한 가이드를 형성하는 이중 목적을 갖는다.

이는 상이한 결함을 수반한다.

우선, 특히 부재의 중량이 상당한 경우에 상기 기계 베드 상에 부재를 위치설정하면, 상기 기계 베드 자체의 변형을 초래하여, 가이드를 변형시키고 측정 오차를 유발한다.

더욱이, 가이드들을 따라 이동가능한 유닛의 캐리지들, 특히 메인 캐리지의 운동은 상기 기계 베드 상의 변형을 유발하므로, 부재의 위치를 변경시킨다. 이에 따라, 이는 또 다른 측정 오차를 결정한다.

화강암으로 제조된 기계 베드의 사용과 관련된 다른 결함은 비용, 중량, 및 화강암을 단시간에 공급하기 어려움으로 나타난다.

부재의 중량과 관련된 문제점을 적어도 부분적으로 해결하기 위해, 지지 구조체로부터 화강암 베드를 분리하는 것이 제안되어 있다.

WO 89/03505호에는, 이동형 유닛을 위한 가이드를 이송하며 화강암으로 제조된 워크테이블을 놓는 금속 베이스를 포함하는 측정 기계가 도시되어 있다.

GB-A-2080954호에는, 경질 재료로 이루어진 워크테이블이 위치설정 요소를 거쳐 이동형 유닛을 위해 운동 없이 그리고 응력을 전달하지 않도록 가이드를 구비하는 중첩형 금속 베이스로 구속되는 측정 기계가 도시되어 있다.

기계 베드에 대한 상술한 양자의 해결책은 복잡하고 비용이 드는 베이스 구조이며, 임의 경우에 수반되는 모든 결함을 갖는 화강암 테이블을 이용한다.

본 발명의 목적은 당해기술에 관련된 상술된 결함이 없는 좌표 측정 기계를 제공하는 것이다.

전술한 목적은 청구항 1에 다른 좌표 측정 기계에 의해 성취된다.

본 발명을 보다 잘 이해하기 위해, 첨부된 도면을 참조하여 바람직한 실시예에 따른 비제한적인 예로서 기술한다.

도 1은 본 발명에 따른 좌표 측정 기계의 사시도,
도 2는 도 1의 기계 베드에 대한 사시도로서, 명확성을 위해 부품을 제거한 상태의 도면,
도 3은 도 2의 기계 베드의 저면 사시도,
도 4는 도 2의 기계 베드의 개략적인 평면도,
도 5는 도 3의 V-V선에 따른 단면도,
도 6은 본 발명의 제 2 실시예의 기계 베드의 개략적인 평면도,
도 7은 도 6의 VII-VII선에 따른 단면도,
도 8은 도 6의 VIII-VIII선에 따른 단면도,
도 9는 본 발명의 제 3 실시예의 기계 베드의 단면도로서, 도 5와 유사한 도면,
도 10은 도 9의 세부사항에 대한 사시도 및 부분 단면도,
도 11은 본 발명의 제 4 실시예의 기계 베드의 단면도로서, 도 5와 유사한 도면.

도 1은 브릿지 측정 장치(1)를 도시한다.

상기 장치(1)는 측정될 물체(도시하지 않음)를 지지하도록 설계된 수평방향 작업면(3)을 구비한 기계 베드(2); 및 좌표 축에 따른 기계 베드(2)에 대해 이동가능한 유닛(4);을 포함한다.

유닛(4)은 수평방향 축(Y)을 따라 기계 베드(2)에 대해 이동가능한 메인 브릿지 캐리지(5)(이하, 간결함을 위해 "브릿지(5)"로 언급함)를 포함한다. 브릿지(5)는 한 쌍의 직립부(6, 7); 및 축(Y)에 직교하는 수평방향 축(X)에 평행한 방향으로 직립부(6, 7) 사이에서 연장되는 크로스 부재(8)를 구비한다.

유닛(4)은 크로스 부재(8)에 의해 이송되며, 축(X)을 따라 크로스 부재 자체 상에서 이동가능한 제 2 캐리지(9); 및 상기 캐리지(9)에 의해 이송되며 축(X, Y)에 직교하는 수직방향 축(Z)을 따라 이동가능한 측정 칼럼(10)을 더 포함한다.

칼럼(10)의 하단부 상의 프로브 부재(도시하지 않음)가 2축 관절 장치(two-axes articulation device)(도시하지 않음)를 거쳐 장착된다.

브릿지(5), 캐리지(9) 및 칼럼(10)은 측정 및 제어 유닛(도시하지 않음)에 의해 교대로 제어되는 각각의 전기모터(도시하지 않음)의 제어 하에서 이동가능하다. 상기 측정 및 제어 유닛은 기계 축 및 프로브 부재에 관련된 위치 변환기(도시하지 않음)에 연결되어, 기계 축의 순간 좌표의 포착을 위한 가능한 신호를 수신한다.

도 2 및 도 3은 기계 베드(2)를 더욱 상세하게 도시한다.

기본적으로, 기계 베드(2)는 축(Y)에 평행한 브릿지(5)를 위한 가이드(16a, 16b, 16c)를 형성하는 장방형 금속 프레임(15); 및 편리하게 콘크리트로 제조되며 상기 프레임(15) 내에 수용되는 워크테이블(17)을 포함한다.

보다 상세하게, 프레임(15)은 축(Y)에 평행한 한 쌍의 종방향 섹션 요소(18, 19); 및 축(X)에 평행한 한 쌍의 횡방향 섹션 요소(20, 21);를 포함한다.

섹션 요소(18, 19, 20, 21)는 종래 타입의 연결 조립체(22), 예컨대 가셋 플레이트(gusset plates)(23)와 연결 스크류(24)를 거쳐 프레임(15)의 에지에 서로 연결된다.

섹션 요소(19, 20, 21)는 편리하게 섹션을 갖는다. 섹션 요소(18)는 편리하게 중공형의 장방형 크로스 섹션을 갖고 상측 가이드(16a)와 측부 가이드(16b)를 이송하며, 제 3 가이드(16c)는 섹션 요소(19)에 의해 상측에서 이송된다.

워크테이블(17)은 프레임(15) 내에서 측방향으로 운동하게 수용되며, 측정 기계(1)의 작업면(3)을 형성하는 화강암의 상부측(17a)에 의해 편리하게 코팅된다.

프레임(15)과 워크테이블(17)은 3개의 공통 지지부(25, 26, 27)에 의해 지지되며, 그 중 2개는 섹션 요소(18)의 단부에 근접하게 배치되고, 하나는 섹션 요소(19)의 중간에 배치된다.

도 5에 명확하게 도시된 바와 같이, 지지부(25,26, 27) 각각은 레스팅 풋(resting foot)(28); 및 진동 감쇄 지지부(30)를 거쳐 레스팅 풋(resting foot)(28) 상에 고정된 브래킷(29)을 각각 포함한다.

축(Y)에 평행한 방향에서 볼 때, 브래킷(29)은 실질적으로 L자형이며, 수평방향 측부(33)는 레스팅 풋(28)에 고정된 일단부를 갖고, 수직방향 측부(34)는 수평방향 측부(33)의 대향 단부로부터 상측으로 연장된다.

프레임(15)은 브래킷(29)의 수직방향 측부(34)에 견고하게 고정된다.

워크테이블(17)은 프레임(15)의 변형으로부터 워크테이블(17)의 변형을 분리하도록 설계된 구속 수단(35)을 거쳐 브래킷(29)의 수평방향 측부(33) 상에 지지된다.

이론적으로, 워크테이블(17)과 프레임(15) 사이에서의 완전한 분리를 얻기 위해, 구속 수단(35)이 이소스태틱(isostatic)일 필요가 있다. 실제로, 워크테이블(17)과 프레임(15) 사이의 상대 평행이동이 무시할 정도로 고려될 수 있는 경우, 예컨대 도 5에 도시한 바와 같이 그리고 상세하게 후술하는 바와 같이 적어도 상대 회전을 가능하다면 구속 수단(35)이 이소스태틱(isostatic)일 수 있다.

도 5의 확대도를 참조하면, 구속 수단(35) 각각은, 예컨대 각각의 브래킷에 대해 고정된 볼록한 구형 표면(44), 및 워크테이블(17)에 대해 고정되며 볼록한 구형 표면(44)의 것보다 큰 곡률반경을 갖는 오목한 구형 표면(45)에 의해 구성될 수 있다. 이에 따라, 임의의 상대 평행이동이 방지되지만, 상대 회전은 방지되지 않는다.

볼록한 구형 표면(44)은, 바람직하게 축방향 조절가능한 방식으로 수직방향으로 브래킷(29)에 고정된 포스트(46)의 상부 말단면에 의해 편리하게 형성된다.

상대 평행이동이 무시가능할 정도로 고려될 수 없는 경우에는, 이소스태틱(isostatic)의 구속 시스템을 제공하는 것이 필요하다.

일반적으로, 이소스태틱(isostatic)의 구속 시스템은 워크테이블(17)과 프레임(15) 사이의 상대 운동의 모든 그리고 6가지만의 자유도를 제거한다. 6가지 자유도를 제거하기 위해, 일반적으로, 3개의 구속부가 사용되어야 하는데, 하나의 구속부는 3가지의 자유도를 제거하고, 다른 하나는 2가지의 자유도를 제거하며, 세 번째의 구속부는 나머지의 자유도를 제거한다.

이소스태틱(isostatic)의 구속부에 대한 예는 도 6 내지 도 11에 기술된 실시예를 참조하여 제공된다.

도 6 내지 도 8은 기계 베드(2)의 제 2 실시예를 도시한다.

기계 베드(2)는 또 다른 장방형 금속 프레임(15)을 포함한다. 그러나, 이 경우, 워크테이블(17)은 프레임(15)을 위한 지지 기능을 가지며 콘크리트로 제조되는 베이스(36)의 일체형 상부에 의해 구성된다.

실지로, 베이스(36)는 섹션 요소(18, 19) 아래에 배치된 한 쌍의 바닥측 플랜지(37, 38)를 각각 갖는다.

이소스태틱(isostatic)의 구속 수단(35)은 플랜지(37, 38)와 각각의 섹션 요소(18, 19) 사이에 설정된다.

본 실시예에 따르면, 구속 수단은 지지부(25)의 수직방향으로 배치된 제 1 관절 구속부(39), 지지부(26)의 수직방향으로 배치된 제 2 슬라이딩 구속부(40), 및 지지부(27)의 수직방향으로 배치된 제 3 단순 베어링 구속부(41)를 포함한다.

제 1 구속부(39)는, 예컨대 베이스(36)에 대해 고정된 볼록한 구형 표면(44); 및 프레임(15)의 섹션 요소(18)에 대해 고정되며 볼록한 구형 표면(44)의 것보다 큰 곡률반경을 갖는 오목한 구형 표면(45)에 의해 형성될 수 있다. 오목한 구형 표면(45)은, 바람직하게 축방향으로 조절가능한 방식으로 수직방향으로 베이스(36)에 고정된 포스트(46)의 상측 말단면에 의해 편리하게 형성된다. 이러한 구속부는 평행이동에 대한 3가지 자유도를 제거하지만, 상대 회전을 가능하게 한다.

제 2 구속부(40)는, 예컨대 프레임(15)의 섹션 요소(18) 아래에 형성된 홈부(48)와 협력하는 구형 표면(47)에 의해 형성될 수 있다. 홈부(48)는 V자형 오목한 단면을 갖고 축(Y)에 평행하게 연장된다. 이러한 구속부는 축(X, Z)에 평행한 방향으로의 임의의 평행이동을 방지하는 한 2가지의 자유도를 제거한다.

제 3 구속부(41)는 프레임(15)의 섹션 요소(19)를 놓는 베이스(36)에 대해 고정된 구형 표면(49)에 의해 형성될 수 있다.

상술한 모든 구속부는 수직방향으로 평행이동에 관해 단일 방향성인데, 이는 워크테이블의 중량이 구형 표면들 사이의 분리 방향으로 임의의 상대 평행이동을 방지하는 한 충분하다.

구형 표면(47, 49)은, 바람직하게 축방향으로 조절가능한 방식으로 수직방향으로 베이스(36)에 고정된 포스트(46)의 각각의 상측 말단면에 의해 편리하게 형성된다.

도 9 및 도 10은 도 5의 기계 베드(2)의 변형례를 도시하며, 브래킷(29)은 평면 플레이트(50)에 의해 구성되고, 제 1 구속부(39)는 축(Y)에 평행한 수평방향 축을 갖는 힌지에 의해 구성되며, 제 3 구속부(41)는 카르단 타입(Cardan type)을 가지며, 즉 축(X) 및 축(Y) 둘레에서 상대 회전을 가능하게 하고, 상기 축들에 대해 상대 평행이동을 가능하게 한다.

본 경우에, 제 2 구속부(40)(상세하게 도시하지 않음)는 단순한 받침대에 의해 구성될 수 있다.

도 11은 도 5의 해결책에 대한 또 다른 변형례를 도시하며, 브래킷(29)은 프레임(15)에 일체 형성된다.

본 발명에 따라 제조되는 기계(1)의 특징에 대한 검토로부터, 성취가능한 이점이 명백해진다.

우선, 이동형 유닛의 위치가 변함에 따라 이동형 유닛에 의해 발휘되는 가변 하중으로 인한 가이드의 변형, 및 측정된 부재의 중량으로 인한 기계 베드의 변형은 기계 베드의 복합 구조에 의해 분리된다.

가이드의 기능과 부재의 지지 기능 사이의 분리는 비용이 들며 구하기 어려운 화강암의 큰 표면에 대한 사용을 회피하게 한다.

시간이 경과함에 따라서가 아니라 측정 사이클에서만 치수 안정성이 요구되기 때문에, 워크테이블(또는 도 6 내지 도 8의 해결책에 대한 경우에서의 베이스)은 콘크리트 등의 재료 또는 열가소성 수지를 포함하는 적절한 필러 등의 다른 비금속성 주입가능한 재료로 적어도 일반적으로 제조될 수 있고, 프레임(15)은 금속 구조 작업으로 제조될 수 있다.

기계 베드의 총비용은 상당히 낮춰지며, 중량은 감소된다.

마지막으로, 청구범위의 보호 범위로부터 벗어나지 않고서, 기계(1)에 대한 변형 및 수정이 이루어질 수 있다. 특히, 기계는 브릿지 타입 대신에 임의의 다른 타입일 수 있다. 특히, 기계(1)는 수평방향 아암 타입, 즉 기계 베드의 종방향 측을 따라 이동가능한 칼럼의 형태의 메인 캐리지, 상기 칼럼을 따라 수직방향으로 이동가능한 제 2 캐리지, 및 기계 베드의 종방향 축에 직교하는 축을 따라 축방향으로 이동가능한 수평방향 측정 아암을 포함한다.

더욱이, 프레임(15)은 금속 섹션 요소 대신에 복합 또는 석재 재료로 제조되는 복수의 빔으로 제조될 수 있다.

Claims (15)

1. 제 1 축을 따라 가이드 수단(16a, 16b, 16c)을 형성하는 기계 베드(2); 및 상기 가이드 수단(16a, 16b, 16c)을 따라 이동가능한 하나 이상의 메인 캐리지(5)를 포함하는 가동형 유닛(4)을 포함하는 좌표 측정 기계(coordinate measuring machine)(1)에 있어서,
   상기 기계 베드(2)는 상기 가이드 수단(16a, 16b, 16c)을 구비하는 폐쇄형 외주 프레임(15)과, 상기 폐쇄형 외주 프레임(15) 내에 적어도 부분적으로 수용되는 워크테이블(17)을 포함하며,
   상기 워크테이블(17)과 상기 프레임(15)은, 상기 워크테이블(17)과 상기 프레임(15)의 변형을 분리시키는 구속 수단(35; 39, 40, 41)에 의해 서로 구속되고,
   상기 워크테이블(17)은 주입가능한 비금속 재료로 제조되고,
   상기 외주 프레임(15)은 장방형 형상을 가지며 서로 견고하게 연결되는 복수의 금속 섹션 요소(18, 19, 20, 21)로 구성되는 것을 특징으로 하는,
   좌표 측정 기계.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 구속 수단(35; 39, 40, 41)은 이소스태틱(isostatic)인 것을 특징으로 하는,
   좌표 측정 기계.
   
3. 제2항에 있어서,
   상기 구속 수단은 3가지의 자유도를 제거하는 제 1 구속부(39), 2가지의 자유도를 제거하는 제 2 구속부(40) 및 1가지의 자유도를 제거하는 제 3 구속부(41)를 포함하는 것을 특징으로 하는,
   좌표 측정 기계.
   
4. 제1항에 있어서,
   변형에 따른 상기 프레임과 상기 워크테이블 사이의 평행이동이 적으며,
   평행이동의 자유도를 제거하는 하이퍼스태틱 구속 시스템(a system of hyperstatic constraint)을 포함하는 것을 특징으로 하는,
   좌표 측정 기계.
   
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 재료는 콘크리트인 것을 특징으로 하는,
   좌표 측정 기계.
   
6. 제1항에 있어서,
   상기 워크테이블(17)은 상기 구속 수단(35)을 거쳐 상기 프레임(15)에 견고하게 고정되는 지지 브래킷(29)에 의해 지지되는 것을 특징으로 하는,
   좌표 측정 기계.
   
7. 제6항에 있어서,
   상기 브래킷(29)은 상기 프레임(15)에 일체 형성되는 것을 특징으로 하는,
   좌표 측정 기계.
   
8. 제1항에 있어서,
   상기 워크테이블(17)은 베이스(36)의 상측 일체부에 의해 구성되며, 상기 프레임(15)은 상기 구속 수단(39, 40, 41)을 거쳐 상기 베이스의 지지부(37, 38)에 의해 지지되는 것을 특징으로 하는,
   좌표 측정 기계.
   
9. 제1항에 있어서,
   제 2 재료로 제조되며 상기 좌표 측정 기계(1)의 작업면(3)을 형성하는 상부층(17a)을 포함하는 것을 특징으로 하는,
   좌표 측정 기계.
   
10. 제9항에 있어서,
    상기 제 2 재료는 화강암인 것을 특징으로 하는,
    좌표 측정 기계.
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