JPH0127364B2 - - Google Patents

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JPH0127364B2
JPH0127364B2 JP54163655A JP16365579A JPH0127364B2 JP H0127364 B2 JPH0127364 B2 JP H0127364B2 JP 54163655 A JP54163655 A JP 54163655A JP 16365579 A JP16365579 A JP 16365579A JP H0127364 B2 JPH0127364 B2 JP H0127364B2
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JP54163655A
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Donaato Horusuto
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Jenoptik AG
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VEB Carl Zeiss Jena GmbH
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B7/00Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques
    • G01B7/004Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring coordinates of points
    • G01B7/008Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring coordinates of points using coordinate measuring machines
    • G01B7/012Contact-making feeler heads therefor
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23QDETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
    • B23Q1/00Members which are comprised in the general build-up of a form of machine, particularly relatively large fixed members
    • B23Q1/25Movable or adjustable work or tool supports
    • B23Q1/26Movable or adjustable work or tool supports characterised by constructional features relating to the co-operation of relatively movable members; Means for preventing relative movement of such members
    • B23Q1/34Relative movement obtained by use of deformable elements, e.g. piezoelectric, magnetostrictive, elastic or thermally-dilatable elements
    • B23Q1/36Springs
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
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    • G01B5/0011Arrangements for eliminating or compensation of measuring errors due to temperature or weight

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Length Measuring Devices With Unspecified Measuring Means (AREA)
  • A Measuring Device Byusing Mechanical Method (AREA)
  • Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は3次元試料の触測用測定ヘツドに関す
るものであり、特に座標測定器に用いられる測定
ヘツドに関するものである。
西ドイツ特許出願公告第2242355号公報には3
次元物体を触測するための触測ヘツドを備えた電
子式多軸座標検出器が記載されており、この検出
器はハウジング内にバツクラツシと摩擦とがな
く、捻れに抵抗し且つ3次元座標系を形成する板
ばね直線案内システムを有している。
さらに、方向と位置とを示す信号検出器も備え
ている。この電気信号器は各座標方向に対して被
測定物の触測時に検出ユニツトを支持する取り付
け具の運動すなわち変位に応じた電気信号を出
す。
この装置はさらに全ての案内方向に対して一定
の測定用の力を生じさせる手段を有している。
直線案内システムの座標系の原点と信号発生器
のゼロ点位置とは正確なロツク機構によつて整合
されており、これらはサーボモータで微調節され
且つ各直線案内部材の案内方向に操作されるよう
になつている。
振動を防止するために直線案内システムの運動
は緩衝される。
さらに触測ユニツトと直線案内システムとに対
して重量バランス装置が設けられている。
東独特許第92567号公報に開示された3次元触
測ヘツドでは複数の触測ユニツトを支持する取り
付け具がハウジング内でジンバル上に支持され、
そして測定用の力を与え且つゼロ位置合わせをす
る手段を備えている。
各座標方向に対して被測定物体の触測時に取り
付け具の変位方向を検出する測定検出器が設けら
れている。測定ユニツトは被測定物へ向かい傾斜
している。
公知の触測装置に共通の欠点は斜めの被測定物
表面を触測する際に測定誤差が生ずるということ
である。この誤差は精密測定の場合には測定用の
力が小さな場合でも無視できない。
これら公知の装置では、測定取り付けユニツト
取り付け具がその取り付けの態様に応じてその測
定用の力を定める直角座標内で運動に配向方向を
有する。
測定ユニツトを支持する測定ユニツト取り付け
具を取り付けた時、すなわち、上記の配向方向か
ら外れた方向で被測定物を触測した時(例えば、
傾斜面の触測)には、その外れの大きさに応じて
その測定用の力がより大きくなり、それによつて
全装置において追加的変形がもたらされ、これら
の変形は立方体ゲージや球ゲージによる通常の比
較によつては検出されず、従つて測定結果に誤差
となつて入つてしまう。
さらに、特に上記のもののもう一つの欠点は、
例えばその触測系の高い再現性を得るためおよび
その測定用の力を変化させるために要する技術的
煩労が極めて大きいと言うことである。
そのため、例えば座標方向X、Y、Zに対して
高価な拘束手段が必要で、さらに±X、±Y、±Z
用の複雑な測定用力の発生器が必要となる。
このことは西ドイツ特許出願公開第2356030号
公報に開示された被測定物テスト用触測装置の場
合にも同じであり、この場合には測定ユニツトが
多座標板ばね平行四辺形取付部内に配置されてい
る。
測定ヘツドのハウジング内のダイヤフラムばね
によつて測定ユニツトを取り付けることは西ドイ
ツ特許出願公告第2440692号公報に開示されてい
る。
測定ユニツトから信号検出器への運動伝達は測
定ユニツトに取り付けられた共通の結合部材によ
つて行なわれる。
各座標方向X、Y、Zに対して1個づつ信号検
出器が設けられている。
材料の表面を触測する時にその触測の点と測定
ユニツトの回転点との間の距離が変化することに
よつて、その触測装置の角運動がもたらされる。
また、測定ユニツトの異なつた種々の変位面内で
リセツトと測定とのための異なつた力が現われ、
これらの力は常に再現可能であるとは言えない。
本発明の目的は上記の欠点を除いて測定誤差を
実質的に無くすることにある。
本発明の他の目的は斜めの被測定物の触測時に
測定の力によつて生じる測定誤差を無くするよう
な構造の簡単な信頼性のある座標測定ヘツドを提
供することにある。
被測定物を3つの座標において触測するための
本発明に従う測定ヘツドは3つの座標X、Yおよ
びZの方向に動くように取り付けられた少なくと
も一つ以上のセンサを支持するためのマウント
と、被測定物の触測に際して上記マウントの動き
または変位に対応する電気信号を作り出すため
の、各座標測定値用のそれぞれの検出器と、およ
びハウジング内に垂直座標軸方向に配置されて上
記マウントをバランスするための、調節可能な重
量バランス手段とを有し、その際上記ハウジング
内にはZ座標方向へ変位可能なダイヤフラムばね
に、捻りに対して抵抗性を示す態様で中間部材が
取り付けられており、そしてこの中間部材の中
で、上記マウントをその安定静止位置において再
現性よくゼロ点に維持するようなばね弾性率を有
する或る弾性的ばね棒システムの中に上記マウン
トが、Z座標軸の回りの捻りに対して抵抗性を示
す態様でX−Y平面内に変位可能に支持されてい
る、3つの座標方向に被測定物を触測するための
座標測定ヘツドにおいて、上記ばね棒システムの
上記Z座標軸の回りの捻りに対する抵抗性を作り
出すための安定化手段が上記中間部材の中に設け
られており、この安定化手段は、X−Y平面内に
配置されて捻りに対して剛性のある2対の棒体ば
ねからなる棒ばね系よりなり、その際上記2対の
棒体ばねは互いに好ましくは直角方向に設けら
れ、そして或るアングル部材を介して上記中間部
材と上記マウントに結合されており、また測定ヘ
ツドの過負荷時の制御のために安全装置が設けら
れていることを特徴とするものである。
さらに、軽い電気的、誘導型または容量型測定
値検出器を用いることが好ましい。
さらに、3次元的に作動して上記マウントに結
合されている液体緩衝手段が振動を除くために設
けられているならば有利である。
さらに、ばね棒システムは上記マウントの全て
の方向に対して同一の剛性を有しているのが好ま
しい。従つて或る一定の力によつて3方向の何れ
にもマウントの同一の変位がもたらされ、またそ
の逆も成立する。
傾斜した被測定面の触測時に不特定の測定用の
力によつて測定誤差が生じることもない。
本発明の他の利点は測定ヘツドの構造が簡単と
なり、再現性のよい測定用の力を発生させる測定
用力の発生装置やマウントのゼロ位置拘束系も不
用となる。
本発明の理解を助けるために、以下例示として
概念的に示した一実施例を添付図面を用いて説明
する。
第1図に示す座標測定ヘツドはハウジング1を
有し、その内部には中間部材2がダイヤフラムば
ね3,4によつて収容されていて、Z軸の回りに
は回転しないようになつているが、Z座標につい
ては変位できるようになつている。
中間部材2中にはX−Y平面内で変位可能なマ
ウント5が捻れに対して剛的で且つ弾性的な、そ
して好ましくは4本の弾性棒6よりなるばね棒シ
ステムの中で案内される。このばね棒システムの
ばね率Cはマウント5が静止位置、すなわち非変
位状態において或る再現可能なゼロ位置に常に維
持され、そしてこの位置から変位した場合でも、
常にこの位置へ戻るように定められている。
被測定物を触測する1つまたは複数の同一また
は、異なつた測定ユニツト(センサ)7は上記マ
ウント5中に挿入できるようになつている。前記
の4本の弾性棒6は外部の力Pがセンサ7、従つ
てマウント5に加わつた時にX−Y平面内での相
対的運動を許容し、またダイヤフラムばね3,4
はハウジング1と中間部材2との相対的運動を許
容する。このようにして、マウント5の3次元的
変位が確実に保証される。
マウント5の配設のための全系はそのばね率が
全ての方向において同一となるように構成されて
いる。
本発明の装置は従来法の装置のように特定の趨
向方向を持たない。
ばね棒システムのZ座標軸の回りの捻りに対す
る剛性を与えるために、中間部材2は安定化手段
(第2図)中に配置されている。この安定化手段
は中間部材2とマウント5との両方に結合され、
そしてX−Y平面内に配置された捻りに対して剛
的な棒ばね系8−9、10−11よりなる。
この棒ばね系は互いに直角に配置され且つアン
グル部材12に結合された2対の棒ばね8−9と
10−11とによつて構成されている。この安定
化手段はマウント5の全ての座標軸方向への運動
を許容するが、Z座標の回りの回転は阻止されて
いる。
第1図に示すように、ハウジング内1及び中間
部材2内にはデカルト座標X、Y、Zに沿つて3
つの軽い電気的、誘導的または容量的な座標測定
値用検出器13,14,15が配置されている。
これらの検出器は接続手段を介してコンピユー
タに結合されていて、このコンピユータによつて
マウント5のゼロ位置からの変位量に対応する電
気出力信号が送り出される。
各測定値用検出器はそれぞれの座標方向に対し
て設けられている。
各測定値用検出器13,14,15からの出力
信号は一定の処理の後に下記の定義半径 Ri=P/C=√i 2i 2i 2 に従つていわゆる信号球がゼロ位置の回りに繰り
出されるような態様で組み合わされる。
上記の半径は被測定物の触測に用いられた触測
用の力Pに応じて選ばれるが、ここで、Cはばね
率であり、Xi、Yi、Ziはそれぞれ用いられた測定
用の力について典型的なゼロ位置からのマウント
5の変位量を示している。
室内にランダムに配置された被測定物の表面を
触測する際に、センサ7はゼロ点からその表面の
法線の方向へ変位しめられる。
2乗和Xi 2+Yi 2+Zi 2が或る選ばれた測定用の力
Pに従つて或る与えられた信号球半径Ri 2を与え
るときは、コンピユータはその測定機械の測定シ
ステムにセンシング信号を送り出す。ばね棒シス
テムのダイヤフラムばね3,4と安定化手段とに
よつて構成されるマウント5の案内システムは全
ての変位の方向に対して同じ剛性率を有している
ので、測定用の力Pによつて各方向に同一の変位
量Rが生ずる。すなわち、P=C・R。
この測定用の力は触測方向と被測定物の表面の
傾きには無関係である。弾性ばね棒システムはそ
のばね率のためにX、Y、Zの各座標方向に制限
された運動しか許容しないけれども、しかしなが
らこれらはその被測定物の信頼性のある測定が可
能な大きさになつている。しかしながら、もし例
えば衝突事故の場合など、触測作動において臨界
的力が生じた時は、ロツク可能な安全装置16,
17が付勢されて、余分に変位しようとする測定
ヘツドを開放して破損から保護するようになつて
いる。
この機械安全装置16,17はいくつかの座標
における拘束システムとして設計されている。
安全装置16は測定装置の測定ヘツドを支えて
いる部分に固定された構造要素21および22を
包含する。ベアリング部23はハウジング1に固
定されていてV字型の溝24を有している。部材
22も同様にV字型の溝25を有している。これ
らの溝24および25の中にボール26が設けら
れている。固定構造要素21とベアリング部23
との間にばね27が設けられている。
これと向かい合つた安全装置17は測定装置に
固定配置されている構造要素28および29を包
含している。構造要素29には円錐状の陥凹部が
設けられており、この中にボール31が配置され
ている。ベアリング部30はハウジング1に固定
されている球状の陥凹部を有しており、この中に
ボール31が係合する。ばね32がそれぞれの要
素を相互方向に押し離すように設けられている。
全く同じ安全装置がY軸の方向にも設けられて
いる(第1図には示していない)。
被測定物を触測する際にマウント5の中での測
定ユニツト7が振動を防止するために、3次元的
な液体緩衝装置が第1図および第2図には示され
ていないけれどもマウント5に結合して設けられ
ている。
第1図に示すように、マウントの負荷が変わつ
た時に測定ユニツトの重量を補正するためのバラ
ンス手段18がZ座標には設けられている。
このバランス手段はモータ駆動式ねじ付きスピ
ンドル19を備え、このスピンドル19はばね2
0を介してダイヤフラムばね3,4に収容した中
間部材2に結合されているのが好ましい。
【図面の簡単な説明】
第1図は座標測定ヘツドの縦方向断面図。第2
図は第1図の測定ヘツドのA−A断面図。 (図中符号)、1……ハウジング、2……中間
部材、3,4……ダイヤフラムばね、5……マウ
ント、6……弾性棒、7……測定ユニツト、8−
11……棒体ばね、12……アングル部材、1
3,14,15……検出器、16,17……安全
装置、18……バランス手段、19……ねじ付き
スピンドル、20……ばね。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 3つの座標X、YおよびZの方向に動くよう
    に取り付けられた少なくとも一つ以上のセンサを
    支持するためのマウントと、被測定物の触測に際
    して上記マウントの動きまたは変位に対応する電
    気信号を作り出すための、各座標測定値用のそれ
    ぞれの検出器と、およびハウジング内に垂直座標
    軸方向に配置されて上記マウントをバランスする
    ための調節可能な重量バランス手段とを有し、そ
    の際上記ハウジング内には、Z座標方向へ変位可
    能なダイヤフラムばねに、捻りに対して抵抗性を
    示す態様で中間部材が取り付けられており、そし
    てこの中間部材の中で、上記マウントをその安定
    静止位置において再現性よくゼロ点に維持するよ
    うなばね弾性率を有する或る弾性的ばね棒システ
    ムの中に上記マウントがZ座標軸の回りの捻りに
    対して抵抗性を示す態様でX−Y平面内に変位可
    能に支持されている、3つの座標方向に被測定物
    を触測するための座標測定ヘツドにおいて、 上記ばね棒システムの上記Z座標軸の回りの捻
    りに対する抵抗性を作り出すための安定化手段が
    上記中間部材の中に設けられており、この安定化
    手段は、X−Y平面内に配置されて捻りに対して
    剛性のある2対の棒体ばねからなる棒ばね系より
    なり、その際上記2対の棒体ばねは互いに好まし
    くは直角方向に設けられ、そして或るアングル部
    材を介して上記中間部材と上記マウントとに結合
    されており、また測定ヘツドの過負荷時の制御の
    ために安全装置が設けられていること を特徴とする、上記座標測定ヘツド。 2 座標測定値用検出器として軽量の電気的、誘
    導的または容量的検出器が用いられる、特許請求
    の範囲第1項記載の座標測定ヘツド。
JP16365579A 1978-12-27 1979-12-18 Measuring head for sensing threeedimensional test piece Granted JPS5590810A (en)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DD78210187A DD141197A1 (de) 1978-12-27 1978-12-27 Koordinatentastkopf zum antasten mehrdimensionaler werkstuecke

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS5590810A JPS5590810A (en) 1980-07-09
JPH0127364B2 true JPH0127364B2 (ja) 1989-05-29

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ID=5516169

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JP16365579A Granted JPS5590810A (en) 1978-12-27 1979-12-18 Measuring head for sensing threeedimensional test piece

Country Status (6)

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JP (1) JPS5590810A (ja)
DD (1) DD141197A1 (ja)
DE (1) DE2938080C2 (ja)
FR (1) FR2445513A1 (ja)
GB (1) GB2039048B (ja)
IT (1) IT1192794B (ja)

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