JP2000506980A - 位置決め装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、計測機械における、可動部Ｒの実質的直線状運動を生じさせる装置に関する。運動は、一つのタイプの運動（例えば、サーボモータの回転運動）から直線運動へと伝達される。長手方向には高い弾性係数を有し、横方向には柔軟である伝達要素３が、一端において他端におけると同じ機械要素に固定されている。伝達要素３には、伝達装置使用中の加速時に起こる最大の力よりも大きい予張力が与えられている。

Description

【発明の詳細な説明】 位置決め装置 本発明は請求の範囲第１項の前文に記載されたタイプの装置に関する。 発明の背景 計測ロボットの位置決めにおいては、計測ブリッジ、軸、計測先端等を備えた 可動の搬送体と、固定部との間の摩擦が小さいことが非常に要求される。 通常、搬送体への運動の伝達として、位置決め方向において高い剛性を有し、 走行動作が出来るだけ円滑なものが使用される。これは例えば、 ＣＥｊｏｈａｎｓｓｏｎにより市販されているＣＥＪ−Ｃｏｒｄｉｍｅｔに使用 されているようなプレイン軸駆動により、ベルト駆動（ＣＥＪ−Ｓａｐｈｉｒの ような強化歯付きベルト）または固定ラックに対するはめ歯により、または、ス クリュウとナットにより実行されている。 鋼バンドを使用するタイプの他の変形も製造されているが、これは、駆動軸と 運動部または搬送体との間の平行性を非常に高く要求し、結果として製造コスト が高くなる。 バンド、ベルト、プレイン軸、スクリュウ／ナット、ラック等もまた、運動の 方向を逸脱させ勝ちなトルクや力を搬送体に伝達し、計測結果をばらつかせる。 発明の目的 本発明の目的は、計測搬送体等に、運動方向以外の方向の旋回運動や力により 実質的に影響されることのなく、物理的座標軸に対する直線運動を与える装置を 提供することである。 本発明の他の目的は、計測搬送体の直線運動のための装置を備えた計測ロボッ トにおいて、所謂ランダム摩擦を最小にすることである。 本発明の主要目的は、独立請求の範囲に記載された特徴をもつ装置により達成 される。さらに、本発明の展開や他の特性は他の請求の範囲に記載されている。 本発明によれば、一つのタイプの運動（例えば、サーボモータの回転）から、 直線運動へと運動が伝達される計測機械における、可動部（Ｒ）に実質的直線運 動を与える装置が、長手方向に高い弾性係数を有し、横方向に柔軟である伝達要 素を有し、該要素が一端において他端におけると同じ機械要素に固定され、前記 伝達要素が、伝達操作中の加速時に生じる最大力よりも大きい予張力を与えられ ていることを特徴とする。前記予張力は、伝達要素の１端と固定点との間に置か れた予張力バネの形態の力付与装置により、または、最大加速力の半分より大き い力をもつ伝達要素自身の弾性により与えられる。他の態様として、制御可能な クランプ構造が、使用中、端部の近くにおいて力付与要素に張力を与えるように 制御され、その際、予張力が、伝達要素自身の弾性により形成され、同じ端部が バネ予張力体を介して固定点に固定され、前記クランプ装置が、装置がアイドル 状態にあるとき、力付与要素をクランプしないように制御されている。 図面の簡単な説明 以下、図面を参照した実施例を用いて本発明を詳細に説明する。 図１は、本発明の装置の第１実施例を示す。 図２は、本発明の装置の第２実施例を示す。 図３は、本発明の装置の第３実施例を示す。 図４は、本発明の装置の第４実施例を示す。 図５は、ケーブルの１端から可動部へのトルク伝達を防止する本発明の装置の 第１実施例を示す。 図６は、ケーブルの１端から可動部へのトルク伝達を防止する本発明の装置の 第２実施例を示す。 実施例の詳細な説明 図１の装置は、従来の既知の構造の最も重要な問題を解決する。 本装置は、一つのタイプの運動、例えば、回転サーボモータから直線運動へと 伝達が行われる計測機械における、計測搬送体のような可動部Ｒの実質的直線運 動の位置決め（または、位置確認）に関する。長手方向に高い弾性係数を有し、 横方向に柔軟である伝達ロープ３が、１端ＭＥ１において、他端ＭＥ２における と同じ機械的要素、図１の実施例においては梁Ｆ、に固定されている。力付与要 素７（バネ）により、使用中の加速時における最大力よりも大きい予張力を与え られている。注意すべきは、ライン自身も或る程度の弾性係数を有し、場合によ っては、バネ７が、ライン自身の弾性に相当することも可能である。 駆動輪２内のＶ溝を用いて駆動されることが好ましい。Ｖ溝は、輪とロープと の間の摩擦が滑りを防止する程大きくなるように、溝内を通るロープ３を締めつ けている。輪４、６または２、５は、ロープが、可動部Ｒ上の輪ブロック４、６ を通るとき妨害されることなしに直接引っ張られるれように、角度を有して位置 されることが好ましい。ロープ３は本質的には可動部Ｒの運動ベクトルに平行に 走行すべきであるが、梁Ｆと可動部Ｒとの上の輪や他のユニットからは自由であ るべきである。ロープ３と各走行輪４、５、６との間の摩擦は低く、輪は、例え ば球軸受け等により支持されて自由に走行可能であるべきである。 位置決めモータ１（サーボモータ）はトルクを、例えば直接、または、図１に 示すような態様で伝達する。本実施例ではＶ溝プーリー輪である駆動輪２への伝 達段階１Ａにおいては、弾性鋼ワイヤー（ピアノ線）、または、アラミド （ａｒａｍｉｄ）、ポリエチレン、ガラス／炭素繊維補強ロープから作られたよ うな弾性係数の比較的高い緊密なロープ３が走っている。ロープ３はさらに、好 適には円滑な丸い基部をもって可動部Ｒ上のプーリー輪４へと走り、可動部Ｒの 他の側において梁Ｆ上に回転可能に取り付けられたプーリー輪５を越え、ついで 、可動部Ｒ上に回転可能に搭載されたプーリー輪６を通り、端部ＭＥ２において 梁Ｆに、バネ７、張力シリンダー等のようなタイプの張力構造を介し、または、 蝋付けにより、または、直接固定されている。ラインの他端はＭＥ１において梁 Ｆに固定されている。 本装置によって、駆動モータからの遊びのない所望の運動伝達、および、軸方 向（運動方向）における剛性と、横方向における非常に低い反作用とが達成され ている。 装置はまた、横方向に僅かな量、例えば４ｍｍだけ延びた鋼バンド、またはガ ラス繊維またはプラスチック材料のバンドを装着されていてもよい。丸い材料に 比較してバンドの利点は、比較的低い横方向剛性に関連して、高い噛み合い可能 性を許す小さい曲げ半径が得られることである。 図１の他の実施例においては、ロープ３が、図式的に破線ブロック７１で示さ れたクランプ装置により使用中ロックされている。計測ロボットの作動サイクル 中のアイドル期間の間、クランプ装置７１は解放されており、それにより、張力 要素（バネ７）がロープ３に力を加え、ロープを引っ張っている。かくて、使用 中、ラインの両端が堅く固定されると共に、同時に、ラインの張力が全寿命の間 、例えライン３に若干の永久伸長が生じた場合にも、自動的に一定に保持される という利点が得られる。 伝達段階における非常に低い伝達摩擦と、サーボリンクの高い同調とを有して 、高い伝達比と、高い位置決め精度を達成するためには、２重、３重等のブロッ ク状構造をもつ形態であることが好ましい。このことが、計測の良好な再現性に 非常に重要な計測時の高速恒常性へと導く。例えば、同じタイプのブロック構造 を梁の各側に配置し、ブロックを上側において互いに固定することも可能である 。 図１の構造を２重にしたブロックＲ’をもつ構造が図２に示されている。輪４ ’、４”はここでは、或る角度を有して有利に取り付けられ、変位されているが 、また、同じ軸Ａ上に、ブロックの同じ側にでもよいが、好ましくは、ブロック Ｒ’の各側に取り付けられる。このようにして、４’、６’の外側に位置する次 の輪の対４”、６”が、梁Ｆ’上の固定輪２’、２”と５’、５”とそれぞれ平 行なロープを介して連結されるような、１方の側のロープと他の側のロープとの 間の位置関係が得られる。勿論、他の、または、補足の方法として、固定輪を角 度を有して配置してもよい。 かくて、上記構造により下記のことが達成される： （１） 確認方向における高いサーボ剛性 （２） 運動方向に対する横方向における低い剛性 （３） 重力中心の動力中心からの逸脱による（低速度変動による）角度誤差 からの影響が小さい （４） 低摩擦（計測中の定常速度） （５） 低製造価格 （６） 静かな運転−無振動 （７） 運動方向に垂直な面において捩じりトルクの伝達がない（スクリュウ ・ナットまたプレイン軸装置とは対照的に） （８） 障害物に抗して駆動する際、力が自己制限される。最大伝達力はバネ 要素７の力と輪２のＶ溝角度等により決まる。 図３に、張力ロープ１３の固定点が、梁Ｆ１の固定ブロック上にではなく、可 動ブロックＲ１上に置かれている第３実施例が示されている。サーボモータ１１ はＶ字形張力輪１２上に置かれている。梁Ｆ上の張力輪１２は、可動部Ｒ１上の 走行輪１４と、可動部Ｒ１に対し張力輪１２と反対側において梁上に置かれた走 行輪１５との間に置かれている。ロープ１３は、走行輪１５から、可動部上の走 行輪１６と梁上の走行輪１７を越えて走り、他端において、バネ１８または他の 張力手段を介して可動部に固定されている。本実施例における伝達比は１：３で ある。ここで、可動部の動力中心は文字Ｃにより表示されている。これは、中心 線上にあり、輪１４、１６の中心の間に引かれた線と、ロープの固定点の間の線 との間のどこかにある。 さらに他の実施例が図４に示されている。ロープは梁に固定されている。動力 中心Ｃ’は可動部上に置かれた１対の輪の輪軸線の間の線上にある。 図３、４に示した実施例はまた、２重にされることも、または、図２に示した 実施例と同様に、輪を同じ軸上において変位させ、また、角度を付けて配置され ることも可能である。原則として、任意の数の輪が使用出来る。 計測ロボットは作用を果たすために、可動の計測搬送体と周囲との間に、信号 ケーブル、空気ホースの形態の連結手段を必要とする。搬送体の動きに速結され た保護ベロースが密封のために要求される。これら要素が与える力は容易に捩じ りトルクを上昇させ、計測ロボットの作用に不利な影響を与える。これら要素を 独立の副システムを用いて装着することにより、これら妨害的な力／トルクが顕 著に減少される。かかる副システムの１実施例が本来のシステムと共に図５に示 されている。これは、ブロックＲ４の横方向の変移が上述した実施例のいずれの 場合にも起こり得ることを意味している。 ケーブル４１と、塵埃に対して保護するカーテン構造４６とを、トルクを生じ させることなく正しい位置に保持するために必要な力は、元来サーボモータ（図 ５には図示せず）により作られ、可動部４５へ伝達されるが、可動部Ｒ４への取 り付けは、可動部に働くトルクを最小にするため、平均的な力が作用する位置に おいて行われるべきである。これは、協同するロープが３本ある場合には、取り 付け部４４Ｂ（図５）は、平均力の作動点の近くに置かるべきことを意味する。 各側に１個のディスクしかない場合は、動力中心の位置はディスクの軸が通る位 置にある。かくして、トルクが伝達ケーブル等から軸４４の間に加えられること が大幅に防止される。 ケーブル、空気ホース４１は、独立のラインシステム４３により制御される弱 張力部４２を越えて通る。これは、可動部Ｒ４（確認部）への力付与体の中心４ ４Ａに対する力と同じ力を与える力付与体である。 この簡単な構造により、ケーブルから可動部Ｒ４へのトルクまたはトルク変化 が最小にされる。 同様に、カーテン（保護体４６）は、４４と同じユニット上に一端を固定され たロープ構造を装着されている。保護体の場合は、保護体は、例えば、可動部Ｒ ４に対する柔軟なゴム帯をもつ囲み固定フレイム４７を介して可動部Ｒ４に連結 されており、囲みフレイムは上記ケーブルと同じように制御される。 図６は、ケーブル５１、空気ホース、類似の手段等が、柔軟な連結部５２を介 して可動部Ｒ５に固定されている実施例を示す。 ２重駆動システムが、端部を可動搬送体Ｒ５に固定されて配置されている。独 立駆動システムのための走行輪は可動部上には存在せず、独立駆動システムの固 定点５７、５８が、搬送体Ｒ５の可動質量への駆動力中心Ｃ”と同じ線上に位置 されている。零トルクを達成するためには、可動部への連結が、張力付与体の位 置と同じ線上で行われることが必要である。 他の実施例では、フレイムおよび／またはケーブルは、残余のユニット（図示 せず）におけると同じ伝達比をもって駆動モータ軸に始まる独立ロープ構造を装 着されている。このようにして、モータと可動部との間に存在するロープの弾性 の消去が達成される。 さらに他の実施例においては、独立のサーボ機構が、ケーブルとカーテンとを 可動部の位置に関連して位置させている。これは図示されてはいないが、原則と して、図５に示す構造の鏡像２重化を意味し、その際、２重構造のフレイム４７ が、固定具４２に類似してホース４１に取り付けられている。この場合、ケーブ ルの影響により生じる、可動部の位置、角度、運動速度に関する誤差がさらに減 少される。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＪＰ，ＵＳ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 1. 一つのタイプの運動（例えば、サーボモータの回転）から、直線運動へと 運動を伝達する計測機械における、可動部（Ｒ）の実質的直線運動を生じさせる 装置において、長手方向に高い弾性係数を有し、横方向に柔軟である伝達要素 （３）が、一端において他端におけると同じ機械要素に固定されており、伝達要 素（３）が力付与要素を用いて、伝達使用中の加速時に起こる最大力を越える予 張力を与えられていることを特徴とする装置。 2. 請求の範囲第１項に記載の装置において、前記予張力が、伝達要素（３） の一端と固定点（ＭＥ２）との間に置かれたバネ予張力体（７）の形態の力付与 要素を用いて与えられることを特徴とする装置。 3. 請求の範囲第１項に記載の装置において、前記予張力が、伝達要素（３） 自身の弾性の形態の力付与要素を用いて与えられ、その力が最大加速力の半分よ りも大きいことを特徴とする装置。 4. 請求の範囲第１項に記載の装置において、制御可能なクランプ装置（７１ ）が、伝達装置（３）をその一端近くにおいて固定するように使用中制御され、 その際、力付与要素が伝達要素の自身の弾性の一部を形成し、同じ端部が、バネ 予張力体（７）を介して固定点（ＭＥ２）に固定され、また、前記クランプ装置 （７１）が、装置がアイドル状態にあるとき、前記力付与要素をクランプしない ように制御されることを特徴とする装置。 5. 請求の範囲第１〜４項のいずれか１項に記載の装置において、前記伝達要 素が、輪（２、４、５、６）を越えて通されるロープ（３）であることを特徴と する装置。 6. 請求の範囲第５項に記載の装置において、前記輪の少なくとも２個が、非 可動の固定ユニット（Ｆ）上に、可動部（Ｒ）の各端位置の各側に位置されてい ることを特徴とする装置。 7. 請求の範囲第５または６項に記載の装置において、駆動手段が、Ｖ溝を備 えた輪（２；１２）の一つを駆動するようになっていることを特徴とする装置。 8. 請求の範囲第５〜７項のいずれか１項に記載の装置において、他の輪の少 なくとも２個（４、６または２、５；４’、４”と６’、６”または２’、２” と５’、５”）が、ロープ（３）が可動部（Ｒ）の走行を妨げることなく直線を なすように引っ張られるように角度を有して配置されていることを特徴とする装 置。 9. 請求の範囲第１〜８項のいずれか１項に記載の装置において、可動部（Ｒ ）と共に動くように配置されたユニット（４１；５２）、例えばケーブル、空気 供給体（ｔｉｄｉｇａｒｅ：ホース）等、のための独立駆動装置が、これらユニ ットから可動部に加えられる反対方向の力を最小にするために設けられているこ とを特徴とする装置。 10．請求の範囲第９項に記載の装置において、前記独立駆動装置のための固定 点（４４Ｂ；５７、５８）が、可動部の質量のための駆動力中心（Ｃ”）と同じ 線上に位置することを特徴とする装置。 11．請求の範囲第１〜１０項のいずれか１項に記載の装置において、伝達比の 主要部または全部を、第１タイプの運動の供給体と可動部との間において提供す るようになっていることを特徴とする装置。