KR960013450B1 - 탐사침 축 평형 시스템을 가진 좌표측정기계 - Google Patents

탐사침 축 평형 시스템을 가진 좌표측정기계 Download PDF

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Abstract

내용 없음

Description

탐사침 축 평형 시스템을 가진 좌표측정기계
제1도는 본발명에 따른 평형 시스펨(counterbalance system)을 도시하는 것으로 좌표 측정기계의 부분들에 대한 부분 단면 정면도이다.
제2도는 본 발명에 따른 평형시스템의 제2실시예에 대한 부분 단면 확대도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 좌표측정기계 14 : 탐사침 축
18 : 물체 20 : 수평표면
30,30a : 실린더 32,32a : 상부 끝벽
34,34a : 가늘고 긴 튜 38,38a : 구조물
54,54a : 피스톤 58,58a : 압력 챔버
본 발명은 측정될 물체들을 지지하기에 적합한 테이블 표면 위에 위치된 수직 운동가능한 탐사침 축을 가지고 있는 타입의 좌표 측정기계에 관한 것이며, 보다 더 상세히는 탐사침 축의 중량을 지지하기 위한 평형 시스템에 관한 것이다.
좌표 측정기계들에서 탐사침 축의 중량을 지지하기 위한 평형 시스템을 제공하는 것은 관례이지만, 그러나 이러한 기계들에 그러한 시스템을 결합시키는 데에는 특별한 문제점이 있다.
어라한 문제점들은 가능한 최대 범위로 제거할 필요성이 있으며, 심지어 요소들에서의 미소한 마찰력 또는 구속력까지도 제거되어야 하는데 그 이유는 그러한 힘들이 기계부재들의 반복불가능한 약간의 변형들을 일으킴으로써 측정 에러의 원인이 된다는 것이 공지되어 있기 때문이다.
그러한 기계들에서의 탐사침 축은 측정에 있어서 대체적으로 수직이동하기 때문에, 평형 시스템이 바람직하게 여유공간을 실질적으로 차지하지 말아야 하며, 그렇지 않으면 더 큰 모텔들이 낮은 천장 공간에서 사용 불가능하게 될 것일 수도 있다.
그러한 적용을 위하여 합리적으로 단순화한 평형 시스템을 효과적으로 제공하려는 시도는 과도한 설계 수고를 필요로 하였고 결국 여러 가지 기계적, 전기적 및 공압 시스템들이 필요하게 되었다.
공압 평형 시스템들은 마찰의 문제점을 가장 잘 극복하는 것으로 알려져 있다. 그러한 시스템들에서, 실린더에 미끄럼 가능하게 장착된 피스톤 및 커넥팅 로드는 압력챔버를 형성하는데 사용되고 있는데, 이들 구성요소들은 유체압력이 탐사침 축의 중량을 효과적으로 평형시키도록 조절될 수 있는 방식으로 탐사침 축 및 고정된 기계 구조물에 연결되어 있다. 특히 상당히 큰 기계들을 위한 탐사침 축의 과도한 주행은 피스톤, 로드, 및 실린더의 오정렬로 인하여 구속의 문제를 야기시킨다.
1983년 6월 28일에 발행된 좌표측정기계용 공압 평형추 라는 제목의 미합중국 특허 제 4,389,781호 그리고 1985 년 4월 2일에 발행된 자동정렬 공압 평형추가 있는 좌표측정기계라는 제목의 미합중국 특허 제 4,507,868호 각각은 마찰 및 구 속의 문제점들이 있는 좌표측정기계용 공압타입 평형 시스템들을 설명하고 있다.
이러한 특허들 각각에 설명된 배열에 있어서, 피스톤, 로드, 및 실린더는 탐사침 축과 나란히 장착되어 있으며, 피스톤과 로드는 신장 아암에 의해 탐사침축에 연결되어 있다. 이러한 배열은 압력원과 실린더 내부와의 연결을 위한 유압 부착물이 고정되도록 하여, 이들 부품들의 운동과 관련된 문제점들을 제거한다.
여하튼, 이러한 배열들은 증가된 여유공간을 필요로 하는데, 그 이유는 측정수행시 탐사침이 접근할 수 있는 공간을 감소시킴없이 그 기계내에 형성된 측정 공간네에 실린더가 위치될 수 없기 때문이다.
1979년 5월 22일에 발행된 좌표측정기계 아암들 및 탐사침들을 위한 장착이라는 제목의 미합중국 특허 제 4,155,173호는 실린더가 탐사침 축내에 장착되어 보다 콤백트한 구조를 야기하는 고압 평형 시스템을 설명하고 있다. 이러한 특허에 설명된 시스템에 있어서, 실린더는 피스톤 및 로드가 고정되어 있는 상태에서 탐사침 축과 함께 이동한다. 한편 이러한 배열은 탐사침 축과 함께 이동하는 부착물과 유체 압력 공급 라인으로 연결되어 있어서, 설명된 피스톤 및 로드장치는 오정열, 구속력 및 마찰력들에 민감하다. 이러한 문제점들 모두는 이러한 시스템들을 상기 설명된 배열들보다 덜 유용한 상태로 되게 한다.
발명의 개요
본 발명은 탐사침 축의 내부내에 차례차례 수용되는 실린더내에 연결된 피스톤과 로드로 구성되는 공압평형 시스템을 결합시킨 수직운동 가능한 탐사침 축을 포함하고 있는 타입의 좌표측정 기계이다. 이 평형 시스켐은 피스톤 위의 영역에 의하여 구획형성된 캠버에 압력 유체를 전달하는 실린더를 차단하는 상부 끝 벽내로 뻗어 있는 튜브에 의해 특징되어진다. 피스톤은 고정 구조물에 고정되어 유체압력이 실린더 끝벽에 작용하도록 조정된다.
제1실시예에서, 이것은 한쪽 끝이 구(救)형상의 보올 피스톤에 부착된 소정 길이의 와이어에 의하여 달성되며, 이 소정길이의 와이어는 유체가 챔버를 가압하여 통과할 수 있는 갭을 형성하도록 피스톤에 못미쳐서 종결되는 튜우브를 통하여 뻗어 있다. 이 와이어의 다른 한쪽끝은 챔버에서의 유체압력의 결과로서 상대 운동에 대항하여 피스톤을 고정시키기 위하여 상기 기계내에 상대적으로 고정되어 있는 있는 구조물에 연결되어 있다.
제2실시예에서, 튜우브는 피스톤에 이음되도록 뻗어 있으며, 피스톤은 부분적인 구형상의 측벽들로 형성되어 있어 실린더와 결합되어 있다. 내부 보어 및 크로스 통로는 튜우브 내부를 실린더 압력 챔버와 연결시키고 있다.
양 실시예들에서, 피스톤의 적어도 부분적인 구형상 측벽들 및 피스톤의 와이어 지지부는 구속상태로 되려는 어떠한 조짐을 제거하기 위하여 오정렬을 실린더 벽들에 제공한다.
양 실시예에서, 튜우브는 또한 고정 구조물에 연결되어 있기 때문에 유체 압력 공급부착물과 라인들도 거기에 연결되고 그리고 탐사침 축이 올라가고 내려올 때의 온동에 영향을 받지 않는다. 튜우브는 실린더의 상부 끝벽과의 간극을 가지고서 그 상부끝벽을 통과하며 그리고 구형상 베어링으로 유지되어 있기 때문에, 튜우브의 실린더와의 사이의 오정렬은 어떠한 구속작용도 또한 야기하지 않는다.
본 발명은 탐사침 축의 조작시 유체압력 공급 구성요소들의 운동을 위하여 필요되는 것과 마찰 및 구속을 최소화하면서 탐사침 축의 내부내에서의 평형 피스톤 및 실린더 배열의 축장착을 허용하는 장점을 가지고 있다.
제1도는 탐사침 조립체(12)를 가지고 있는 종래 타입의 좌표 측정기계(10)의 부분들을 도시하고 있는데, 이 탐사침 조립체(12)는 축정된 물체(18)와 접촉하기에 적합한 탐사침 팁(16)을 지탱하는 직사각형의 탐사침 축(14)을 포함하고 있다. 물체(18)는 이 기계(10)에 포함되어 있는 고정 테이블 구조물(22)상에 형성된 표면(20)상에 지지되어 있으며, 크로스 부재(28) 아래 및 상기 표면(20)위의 공간은 측정이 수행될 수 있는 측정공간(15)을 이루고 있다. 탐사침 조립체(12)는 캐리지(26)내에 포함된 지지부재(25)둘에 의하여 지탱되는 공기 베어링(24)들에 의해 탐사침 조립체(12)의 수직운동이 연관하여 고정되는 바와 같이 상하운동에 대비하여 장착되어 있다. 케리지(26)는 제1수평 축선을 따르는 운동을 위하여 크로스부재(28) 상에 차례차례 지지되어 있는데, 크로스부재(28) 자체는 종래기술의 방법으로, 제1축선과 직각인 제2수평 축선을 따르는 운동을 위하여 통상적으로 장착되어 있다. 이러한 타입의 3차원 좌표 측정 기계의 예가 제목이 브리지(bridge)타입 좌표측정기게이고, 1986년 6월 17일에 발행된 미합중국 특허 제 4,594,791에 개시되어 있다.
이러한 배열의 최종적인 결과는 3개의 다른 직각 축선들을 따라 탐사침 축(14)의 팁1(16)의 운동을 안내하는 것이 가능하다는 것인데, 그러한 운동은 변환기들(도시되어 있지 않음)에 의하여 감지되 측정되며 그리고 적당한 전자기술(도시되어 있지 않음)에 의하여 전시되고 기록되어서 대상 부위를 사이에 탐사침 팁(16)을 종래기술의 모든 방법으로 운동시킴으로써 물체(18)의 측정을 가능하게 한다. 본 출원에 적당한 변환 및 전자회로의 기본원리들을 설명하는, 1959면 5월 12일에 발행된 측정장치라는 제목의 미합중국 특허 제 2,886,717호 및 제 2,886,718호를 참조하라.
마찰력들이 측정 에러를 발생시키는 반복 불가능한 편향들을 일으킬 수 있기 때문에, 마찰 및 구속이 여러가지 요소들의 운동에서 최소화되어야 하는 것은 그러한 기계들의 정확함을 위해 중요하다. 탐사침 조립체(12)의 중량은 탐사침 조립체(12)의 자유수직 운동을 가능하게 하면서 지지되어야 한다. 본 발명의 개념에 대한 하나의 관점에 따라서, 평형 시스템은 탐사침 축(14)의 내부내에 배치되어 있고, 그리고 탐사침 축(14)내에 세로로 뻗어있는 실린더(30)를 포함하고 있다. 실린더(30)의 상부 끝은 상부끝 캡(32)에 의하여 차단되어 있는데, 그 끝캡(32)은 또한 탐사침 축(14)의 상부 끝위에 뻗어 부착되어 있다. 튜우브(34)는 그 길이를 따라 뻗어있는 실린더(30)내에 배치되어 있으며, 그 상부 끝이 끝캡(32)의 간극 보어(36)를 관통하여 실린더(30)밖으로 돌출하여 있다. 튜우브(34)는 캐리지(26)내에 포함되어 있는 플랫포옴(38)으로 이루서진 고정된 구조물을 통하여 상향으로 뻗어있으며, 플렛포옴(38)은 연장로드(40)들상에 지지되어 있다. 튜우부(34)는 플렛포움(38)에 얹혀져 있는 플레이트(44)에 의하여 지탱되는 구형상 베어링(42)에 의하여 축선방향으로 고정되어 있다. 한 쌍의 나사식 부착물(46)들은 튜우브의 외경에 나사식으로 부착되어 유체압력 매니폴드 블록(48 : manifold block)에 이것을 접합시키며, 유체압력 매니폴드 블록은 공기 압력원(52) 으로 부터 압력하에서 공기를 차례로 수용하는 가변압력 조정기(50)에 연결되어 있다. 실린더(30)내에 끼워 맞춤되어 있는 것은, 한쪽의 끝이 피스톤(54)에 고종된 소정 길이의 와이어 또는 케이블(56)에 의하여 유지되어 있는 구형 피스톤(54)이다. 소정 길이의 와이어(56)는 튜우브(30)의 하부끝과 피스톤(54) 사이의 캡(55)을 가로질러 뻗어있다. 갭(55)은 공기가 피스톤(54)과 끝 캡(32) 상의 실린더(30)내의 공간에 들어가도록 허용하여 압력챔버(56)를 형성한다. 소정길이의 와이어(56)는 튜우브(34)내에서 상향으로 뻗어서 다른 한쪽끝이 크로스 핀(59)에 의하여 유지고정되어 챔버(58)가 가압될 때 피스톤(54)의 운동에 저항한다.
따라서, 피스톤(54)위의 압력 챔버(58)의 가압에 의하여, 끝캡(32)의 내부에 작용하는 유체 압력에 의해 발생된 힘은 무효로 되지 않으며 탐사침 축(14)의 중량에 반작용한다. 조정기(50)는 평형을 얻기 위하여 조정될 수 있다. 그 결과, 실린더(30)는 탐사침 축(14)내에 설치됨에 의하여 측정 공간내로 뻗어 있으며, 그리고 탐사침 축(14)의 상하이동을 조절하는데 있어서 기계(12)보다 높은 높이로 뻗어 있을 필요가 없다. 공기 공급기(62)는 운동 요소가 아니라 오히려 고정 튜우브(34)에 연결된다. 피스톤(54)은 약간의 간극을 가지고서 실린더(30)의 내부에 끼워맞춤되어 있기 때문에 피스톤(54)을 지나가는 약간의 공기 흐름은 공기 베어링 효과를 생성시킬 것이다. 이와 같은 것은 동일한 방식으로 개구부(36)에 끼맞춤된 튜우브(30)에 대해서도 마찬가지인데, 이 간극은 또한 튜우브(34)와 실린더(30) 사이의 오정렬을 조절한다. 구형 베어링(42) 및 구형상 피스톤(54)은 또한 구속력들을 초래함없이 오정렬을 조절하도록 작용한다. 만약 오정렬은 조절할 필요성이 크지 않다면 와이어(56)의 사용은 필요되지 않을 수 있다.
제2도는 와이어(56)가 사용되지 않은 평형 시스템의 변경 실시예를 도시하고 있다. 이러한 시스템은 탐사침 축(14)내에 끼워맞춤 실린더(30a)를 포함하고 있지만, 그러나 이 실시예에서 부분적 구형상의 피스톤(54a)이 실린더(30a)의 내부내에 끼워맞춤되어 제공되어 있다. 튜우브(34a)는 피스톤(54a)상에 형성된 보스내에 형성되어 있는 보어(60)내에 나사식으로 부착됨으로써 피스톤(54a)에 연결되어있다. 보어(60)는 크로스 보어(64)와 연통하여, 튜우브(34a) 내부로부터 캠버(58a)로의 공기흐름을 허용한다. 튜우브(34a)는 캡나사(31)들에 의하여 탐사침 축(14a)의 상부 끝에 부착되어 있는 끝 캡(32)과 그리고 캡나사(35)들에 의하여 끝 캡(32a)에 부착되어 있는 윗 플레이트(33)를 관통하고 있다. 비록 마찰을 감소시키기 위하여 공기 베어링 작용을 제공하도록 약간의 공기 누출이 바람직하게 허용될지라도 립 시일(37 :lip seal)은 공기 시일을 제공하고 있다. 간극 공간은 윗 플레이트(33)에 있는 관통 보어(39)와 튜우브(34a)와의 사이에 제공되어 튜우브(34a)의 약간의 경사짐을 허용함으로써 튜우브(34a)와 실린더(30a) 사이에서의 약간의 오정렬을 조절한다. 튜우브(34a)는 상향으로 뻗어 있으며 그 상부 끝에서 고정된 구조물(38a)에 체결되어, 구형 베어링(42a)으로 유지되어서 매니폴드 블록(48a)과 연결되어 있다. 리테이너 니트(66)들은 그 연결부들을 고정하고 있다. 유체 시일(68)이 또한 제공되어 있다. 그 결과, 오정렬은 조절되며 유체압력 연결부들은 설명된 제1실시예에서와 같이 고정되어 유지되어 있다.

Claims (8)

  1. 탐사침(14)에 의하여 측정될 물체(18)를 지지하기에 적합한 수평표면(20)위에 서의 수직운동을 위하여 지지되어 있는 탐사침 축(14)과, 그리고 탐사침 축(14)을 위한 평형 시스템을 포함하고 있는 타입의 좌표측 정기계 로서, 상기 평형시스켐이 피스톤(54,54a), 상기 피스톤(54,54a)을 안에 끼워맞춤하고 있고 유체압력 공급부재(48,48a)로 부터 공급되는 압력챔버(58,58a)를 상기 피스톤(54,54a)위에 형성하도록 상부 끝벽(32,32a)을 가지고 있는 수직으로 뻗어있는 실린더(30,30a), 상기 탐사침에 관하여 상대적으로 고정되어 상기 탐사침과 함께 수직운동하는 것에 대항하는 구조물(38,38a), 및 상기 상대적으로 고정되어 있는 구조물(38,38a)을 상기 피스톤(54,54a)에 고정하여 상기 압력챔버(58,58a)의 유체가압이 탐사침 축(14)의 중량의 평형이 가능하게 하는 수단을 포함하고 있는 상기 좌표 측정 기계(10)에 있어서, 상기 평형시스템은 실린더(30,30a)의 상부로부터 상기 실린더(30,30a)내로 들어가서 상기 실린더(30,30a)를 따라 뻗어 있고 상기 피스톤(54,54a)위에서 종결한 상부끝을 가지고 있으며 상기 실린더(30,30a)로부터 돌출하여 있는 가늘고 긴 튜우브(34,34a), 상기 튜우부(34,34a)의 상기 상부 끝은 상기 고정구조물(38,38a)에 장착하는 장착부재(42,44), 그리고 상기 튜우브(34,34a)의 상기 상부끝을 상기 유체압력 공급부재(48,48a)에 연결시켜 상기 튜우브(34,34a)를 통한 압축유체의 도입이 상기 챔버(58,58a)를 가압하도록 하는 부착물(46)로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 좌표 측정 기계.
  2. 제1항에 있어서, 상기 실린더(30,30a) 내에서의 오정렬을 조절할 수 있도록 상기 실린더(30,30a)내에 상기 튜우브(34,34a)를 장착하고 있는 부재(42,42a)를 특징으로 하는 좌표 측정 기계.
  3. 제2항에 있어서, 상기 피스톤(54,54a)은 상기 실린더(30,30a)와 상기 피스톤(54,54a)과의 오정렬을 조절하기 위하여 상기 실린더 내부와 일치하는 적어도 부분적 구형상의 측면들을 가지고 있는 것을 특징으로 하는 좌표 측정 기게.
  4. 제3항에 있어서, 상기 고정 구조물(38)에 상기 피스톤(54)을 고정하는 상기 부재는 상기 튜우브(34)를 통하여 상향으로 지나가는 한쪽 끝에서 상기 피스톤에 연결되고 다른 한쪽끝에서 상기 고정 구조물(38)에 연결되어 상기 실린더와의 오정렬을 조절하는 소정길이의 와이어(56)를 포함하고 있으며, 그리고 상기 튜우브(34)는 피스톤(54)에 못미쳐서 종결되어 이들 사이에 캡(55)을 형성하여서 상기 튜우브(34)를 통하여 상기 캠버(58)와 유체 연통 가능하도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 좌표 측정 기계.
  5. 제3항에 있어서, 상기 고정 구조물(38a)에 상기 피스톤(54a)을 고정하는 상기 부재는 상기 피스톤(54a)에 상기 튜우브(34a)의 하부 끝을 조정하는 부재(60)를 포함하고 있으며, 상기 유체압력 공급부재는 상기 튜우브(34)의 상기 하부 끝에 상기 챔버(58)내로 들어가는 크로스 통로(64)를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 좌표 측정 기계.
  6. 제1항에 있어서, 상기 장착부재는 상기 실린더(30,30a)와의 오정렬을 조절하기 위하여 상기 고정 구조물(38,38a)에 연결된 상기 튜우브(34,34a)의 상부 끝에 고정되어 있는 구형상 베어링(42,42a)을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 좌표 측정 기계.
  7. 제6항에 있어서, 상기 실린더 상부 끝벽(32,32a)과 상기 튜우브(34,34a)사이의 간극 공간은 상기 튜우브(34,34a)와 상기 실린더(30,30a)사이의 오정렬을 조절하는 것을 특징으로 하는 좌표 측정 기계.
  8. 제4항에 있어서, 상기 피스톤(54)은 상기 소정길이의 와이어(56)의 상기 한쪽 끝에 고정된 보올(54)을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 좌표 측정 기계.
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