JPH02130408A - 座標測定機 - 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】 本発明は、探査要素の座標値を検出する方法及び同方法
に基づいて作動する座標測定機に関する。

非常に多様な実施形態の多重座標測定機が存。

在する。Ｍ、　ＤｉｅｔｓｃｈとＨ，Ｌａｎｇの論文（
「精密作業技術と測定技術」８６巻、１９７８年、Ｐ２
６２〜２６９）には、種々の構造型式についての概要が
示されている。そこで説明されたすべての測定機は、原
理的には同一の構造を基礎としている。即ち、各測定機
は、６個の、互い直角に配置されかつ互いに重合して構
成された案内部と、３個の、該案内部に付属の直線スケ
ールとから成るものであシ、該案内部に沿って探査ヘッ
ドが移動可能になっている。

第１の案内部は、その都度、上に重合して構成された他
の案内部の重量を支承しなければならないので、十分に
高い測定精度を得るためには、測定過程中の変形を防止
するところの堅固な構造が、同案内部に対して要求され
る。それゆえ、座標測定機線、高価でぜいたくな精密器
具である。

デカルト座標系ではなくて、球又は円柱座標において測
定を行う座標測定機もまた公知である。したがって、例
えば、英国特許第１４９８００号明細書には、そのよう
な座標測定機が記載されている。同測定機の場合、探査
ヘッドは、３個の相前後して配置された継手によって、
可動的に保持されている。探査ヘッドの位置はこの測定
機の場合、継手内に配設された角度検出器を利用して確
認される。類似の構成の座標測定機が米国特許第４２４
０２０５号明細書に開示されている。この測定機の場合
探査ヘッドは、鉛直方向に移動可能な主軸に固定されて
おり、同主軸自体は、鉛直に配置された回転軸線を持つ
、３個の継手を介して、１千面内において案内されてい
る。同平面内の主軸の位置は、スケールと回転検出器を
用いて測定される。

直線案内部の代わりに、探査ヘッドを案内するための回
転軸を使用するところの、後者の２つの測定機において
も、同測定機の可動部は、互いに重合して支持されてい
る。それゆえ、可動の機械部分を約９合わせるためのカ
ウンターウェイトが必要になる。しかし、このことは、
移動せしめられる機械部分の１量、即ち質量の増大を意
味する。その上、回転軸の軸受構造は、その都度上に設
けられる部材の重量を支持しなければならないために、
非常に堅固に仕上げる必要がある。

それでもなお、この測定＠を用いて十分に正確な測定を
実施することはできない。なぜなら、リンク機構の個々
の部材は、測定の間に荷重状態の変動を被シ、それゆえ
変形を抑制し得ないからである。

さらに、いわゆる高さ測定機が公知である。

同測定機は、平面内において手動によシ自由に移動可能
な支持体から成るもので、同支持体には、測長探査部が
鉛直方向に移動可能に案内されている。案内部に付設さ
れたスケールを用いて、平面上の種々の位置における、
同平面からの探査部の高さのみが測定され、かつ報知さ
れる。平面内の高さ測定機の位置は、検知されない。要
するに、高さ測定機の探査ヘッドは、鉛直線に沿っての
み変位可能である。

それゆえ、この公知の高さ測定機は、１次元の測定のみ
に役だつものであるから、多重座標測定機ではない。確
かに、つなぎリンクガイドを介して２つの座標において
案内され、かつ平面内のその位置座標が、同つなぎリン
クガイドに付設されたスケールによって検出されるとこ
ろの高さ測定機もまた公知である。しかしながら、この
測定機は、またも、公知の多重座標測定機の、冒頭に記
載の原理的構造に合致するものであって、それゆえとり
わけ、案内部の垂直的誤差が測定結果に直接影響すると
いう欠点を有している。その上、この公知の測定機は回
転させることができず、その結果被測定工作物用の回転
テーブルが付加的に必要になる。

西独国特許出願公開第３２０５３６２号明細書並びに西
独国特許出願公開第３６２９６８９号明細書には、手動
ないしはロボットによシ被測定工作物上に案内される探
査要素を基礎にした座標測定機が開示されており、同探
査要素は、種々の方向から、レーデ遠隔測定器を用いて
測定される。しかしながら、この測定機は、探査要素の
角度の適切な調整については多大なコストヲ費やしての
み可能であって、そうした場合でさえ測定空間内のすべ
ての位置においてその調節が可能になるわけではないと
いう欠点を有する。その上、探査要素を、被測定工作物
の周囲で簡単に回すことはできない。なぜならその場合
には、測定光線の少なくとも数本がさえぎられることに
なるからである。

本発明の課題は、可能な限シ低コストで、多数の異なる
測定課題を、すべての空間的方向において十分に高い精
度をもって実施することを可能にするところの、探査要
素の座標値を検出する方法を提示すること、並びに同方
法の実施に役だつ座標測定機を提供することにある。

この課題は、請求項１ないしは７に記載の特徴によって
解決される。

本発明の解決策は多くの利点を有する。探査ヘッドの支
持体は、平坦な案内板の上に支えられ、かつそこにおい
て自由に手動又はモータにより移動可能である。それゆ
え、平面内の支持体の位置を、まったく重量を支持する
必要のないリンク機構とそれに付設された測定系を用い
て、確認することができる。このリンク機構は、案内板
の１端部と支持体の他端部に簡単に枢着され、そして例
えば付加的な空気軸受をも介して、同案内板上で支持さ
れ得るものである。それゆえ、大型の回転軸又はカウン
ターウェイトは不要であシ、その結果構成全体の質量は
小さく、容易に移動が行われる。リンク機構自体は荷重
を受けないで、リンク機構に歪は発生せず、したがって
測定機の測定精度は向上する。さらに、互いに重合して
構成される案内部はまったく使用されないので、平面座
標を検出する際の垂直的誤差は回避されている。本発明
の構成は、構造がコンパクトかつ簡単で、同時に測定空
間への接近性が良好な座標測定ｉｔ提供することを可能
にする。

支持体を案内板に係合せしめる、１個又は数個のリンク
機構は、種々の形式及び方法で構成することができる。

したがって、例えば６つの回転軸から成る１個のリンク
機構、又は２つの回転軸と１つの可変長さの引き出し部
材とから成る１個のリンク機構を使用すること、あるい
はそれどころか２個のリンク機構を用意することすら可
能である。平面内の支持体の位置は、回転軸に付設され
た角度検出器ないしは可変長さの引き出し部材に付設さ
れたスケールによって、難なく検出される。この場合、
厳密な座標値の算出は、各測定値検出器の信号に基づい
て、同検出器に接続された電子計算器によって行われる
。

１個又は数個のリンク機構が支持体の上端に枢着されて
いて、そこにおいて同リンク機構が、平坦な案内板上に
配列された工作物と衝突し得ないならば、特に有利であ
る。この場合には、支持体を工作物の回シに３６０°自
由に巡回させることができ、その結果別個の、工作物用
の回転テーブルは無くても済む。

リンク機構が枢着されている鉛直回転軸線と探査球との
間隔はできる限シ小さい方が特に有利である。なぜなら
、この間隔が小さければ小さいほど、その回転角度を測
定するために使用される角度測定系はよシ精度の悪いも
ので済まされるからである。ないしは、その場合には、
角度検出器に対して特に高い分解能が要求されないから
である。

この条件を幾何学的に満足させるために、支持体は、合
目的的には、比較的大きい横断面積の基板上に細い支柱
を立設することにより、はぼＣ字形の形状を備えている
。この支柱は、上端部において、探査ピンの方向に沿っ
て突出する腕を有しているこの腕に回転結手が配設され
ていて、同回転継手を介してリンク機構が高さ測定機に
結合されている。

さらにこの場合に、支持体が、その基板をテーブル面の
下へ進入せしめ、それでもって工作物に接近することが
できるように、工作物テーブルには、中心に配置された
細い足が具備されている。工作物テーブルのこの形状は
、さらに別の利点を提供する。というのは、テーブルの
足は、リンク機構の基準点として利用できるからである
。リンク機構が、この足の回シで回転可能に工作物テー
ブルに対して枢着されているならば、支持体は、同様に
３６０°自由に工作物の回シを巡回することができる。

測定精度を可能な限シ高めるためには鉛直軸線回りの支
持体の傾動に基づいて測定誤差が生ずることがないよう
に、保証しなければならない。案内板までの距離を測定
する測定系を支持体の基板内に配設するか、又は傾斜１
ｃ測定する電子水準器を直接支持体に取シ付けることに
よって、この測定誤差を補正することができる。

平坦な案内板の表面までの距離を測定するセンサを用い
て作業を行う場合、その案内板の精度、ないしは理想平
面からの案内板のトポログラフイの偏差が測定結果に影
響を及ばず。この影響を排除するために、この平坦な案
内板のトボログラフイを、まえもって別個の修正作業に
おいて把握し、そして２次元的修正マトリックスとして
記憶することは、合目的的である。

本発明の方法に基づいて作動する座標測定機は、手動で
動かすことも、支持体を平面内で移動せしめる駆動装置
を備え付けることもできる。

この種の駆動装置は、好ましくは支持体の重心に係合す
べきであろう。これは、高い移送速度及び加速度を実現
する。しかしながら、このような駆動装置は、場合によ
っては、支持体の６６０°の自由な回転を阻害すること
がある。

その場合には、工作物を回転テーブル上に配置し、それ
でもってあらゆる方向から自由に接近できるよう保証す
るか、又は固設された工作物の両側から、２つの同一構
成の測定器を用いて測定することになる。

本発明のその他の利点は、添付の第１〜１０図に基づい
て、以下の実施例の記載から明らかになる。

次に図示の実施例つき本発明を説明する。

第１図に示された座標測定機は、本質的には、公知の構
成の高さ測定機２の上に構成されており、同高さ測定機
は、平坦な定盤（みかげ石）１上で移動可能である。こ
の高さ測定機は、鉛直の支柱３によシ構成され、同支柱
に沿って、キャリッジ４が、高さ方向即ち２方向に移動
可能である。Ｚ座標を測定す、るために、支柱３はスケ
ール８を備えてお９、同スケールは、キャリッジ４内の
図示されていない光電式検出システムによって走査され
る。キャリッジ４内には、腕５が水平方向に移動可能に
支持されている。

腕５は、その端部に探査ヘッド７を担持するとともに、
キャリッジ４内において締め付は手段によって、符号６
で示されたレバーを介して締め付は固定される。

キャリッジ４、測定腕４及び探査ヘッド７の重量は、支
柱３内で案内されているカウンターウェイトによってバ
ランスされている。

高さ測定機２は、摩擦無しで移動できるように、支柱３
のペース９内に一体化された空気軸受を介して、定盤１
上で支持されている。

もつとも、探査ヘッド７は１次元の測長用の探査体では
なく、例えば米国特許第４１７７５６８号明細書に記載
の形式の、３方向すべてに有効な６次元探査ヘッドであ
る。

第１図に基づいてここで説明された高さ測定機は、同一
構成においては、第２〜４図の各実施例の構成要素でも
ある。

既に冒頭で詳しく述べたように、高さ測定機は、単に、
探査ヘッド７によって探査された測定点の高さ２を把握
するだけである。定盤１の平面内の座標Ｘ、Ｙをも測定
技術的に把握できるようにするべく、高さ測定機２のベ
ース９がリンク機構１８を介して、固定状態の定盤１に
連結されている。

リンク機構１８は、２つの部材から成り、第１の部材は
、第１の回転継手１１によって、定盤１にねじで固定さ
れた保持板１０に対して回転可能に支持されており、第
２の部材は、第２の回転継手１２によって第１の部材に
連結されるとともに、第３の回転継手１３によって高さ
測定機２０ベース９に枢着されている。これによシ、リ
ンク機構１８は、高さ測定機２の自由な移動を可能にす
るのであって、その自重以外のどのような荷重も支持す
る必要はない。それゆえ、リンク機構は、回転継手１１
，１２゜１３の支持部も含めて安価に製造され得る。さ
らに、リンク機構１８の自重は、継手１２の下部に付設
された空気軸受によって支えられるので、測定過程の間
に回転継手の支持部に関して荷重状態が変化することは
ない。即ち高さ測定機の運動は、測定技術的に重要な同
機の各構成要素になんら力を及ぼさない。

３つの回転継手１１，１，１３には、３つの角度エンコ
ーダが組み込まれており、その角度エンコーダによって
、回転ないしは旋回せしめられた部材の角度位置α、β
、ｒが測定される。継手１１と１２ないしは１２と１３
の回転軸線間の部材の既知の長さａ１＋ａ２及び高さ測
定機の測定腕５の引き出し長さＬｆｔも考慮して、探査
ヘッド７の探査ぎ／における探査体１９の位置が一義的
に確定される。

継手１１，１２，１３の回転検出器及び高さ測定機２の
スケール８の検出システムは、計算器１７に接続されて
おり、同計算器は、得られた角度α、β、γ、測定され
た高さの値２そして事前に得られたパラメータａ１ｅ　
　ａ２、Ｌから、デカルト座標における探査体１９の位
置を算出し、表示する。

リンク機構１８の長さａｌ＊ａ２は、変更不可能であっ
て、かつ不変のパラメータとして計算器１７内に記憶さ
れ得るものである。それに対し測定腕５の引き出し長さ
Ｌは、締め付はレバー６をゆるめることによって変更可
能であって、種々の測定課題に対して適合可能である。

しかしながら、付加的なスケールを用いて腕５の引き出
し長さＬを割り出す必要はない。高さ測定機２とリンク
機構１８から成る座標測定機は、むしろ、引き出し長さ
Ｌｉ変更して腕５を再度締め付けた後で、測定機の測定
範囲内に配設された較正装置を用いて、新たに較正され
る。このために、例えば、較正装置の測定点は、高さ測
定機２の明らかに異なる位置から、何度も係合される。

種々の位置における測定値を比較することによって、未
知の引き出し長さＬが帰納的に求められる。

第２図に示された実施例は、高さ測定機２′を定盤（み
かげ石）１に対して枢着せしめているリンク機構２Ｂの
構造に関して、第１図のものと相違している。リンク機
構２Ｂは、直線案内部２２内に支持された、可変長さの
引き出し部材２６から成る。この案内部２２は、第１の
回転継手２１を介して、定盤にねじで固定された保持部
材２０ｉＣ旋回可能に連結されており、他方長さのスケ
ール２４が備えられた引き出し部材２６は、第２の回転
継手２３を介して、高さ測定機２０ベースに連結されて
いる。

引き出し部材２６の案内部２２内には、スケール２４を
走査する検出システム２５が存在する。ここにおいても
、継手２１．２３には、リンク機構とベース間、及びベ
ースと高さ測定機２間の回転角度δ１及びδ２を測定す
るための角度エンコーダが備えられている。

測定機の計算器２７は、高さ測定機２の探査ヘッドの探
査球の座標Ｘ、　　Ｙｅ　　Ｚ　’ｌ、回転継手２１．
２３内の角度検出器の測定値δ１．δ２と、リンク機構
２８の測定された引き出し長さγ□と、較正によって確
定された、高さ測定機２の測定腕５の長さＬとから算出
する。

第６図の実施例には、第２図に基づいて説明された形式
の２つのリンク機！３８．４８に用いて、定盤の平面内
の位置を確定するところの座標測定機が示されている。

このために、第１の回転継手３１を介して保持部材３０
及び定盤に旋回可能に連結された、第１のリンク機構３
Ｂの引き出し部材３６は、第１の長さスケ−／Ｉ／３４
’ｔ、備え、そして同様に第２の回転継手４１ｅ介して
第２の保持部材４０に対して旋回可能な、第２のリンク
機構４Ｂの引き出し部材４６は、同種の長さスケール４
４を備えている。

両スケールは、リンク機構３８．４８の直線案内部３，
４２内の対応する検出器３５．４５によって走査され、
そして両リンク機構の引き出し長さに関する測定値γ，
γ３を提供する。

両リンク機構は、１端部において互いに不変の間隔を置
いて、定盤に固定されるとともに、共通の回転軸を持つ
二重継手３３を介して、高さ測定機２のペースに枢着さ
れている。単に継手３３のみに、両引き出し部材３６，
４６の一方に相対的な、高さ測定機２の回転角度を測定
するところの角度エンコーダが配設されている。

両リンク機構のベース間距離すと引き出し長さ”２ｖｒ
３が解れば（辺の長さが既知の三角形が成立）、定盤の
平面内の継手３３０回転軸線の位置が一義的に決定する
。この位置を原点として、探査球の位置が、回転継手３
３内の角度エンコーダの測定値δ３と高さ測定機２の測
定腕の引き出し長さＬに基づいて算出される。このため
に必要な三角法的計算を、前述の測定値検出器の出力側
と接続しているところの計算器３７が実行する。

この実施例の場合、確かに、リンク機構は、多くの場所
を必要とし、かつ測定機の運動範囲及び利用可能な測定
範囲を制限する。しかしながら、同リンク機構は、利点
として比較的高い達成可能な精度をもたらす。

第４図に示された実施例の場合、平面座標Ｘ。

Ｙｌを測定するために使用されるリンク機構５Ｂは、高
さ測定機２の支柱の上端部に枢着されている。このリン
ク機構５８は、ロッドから成るもので、同ロンドの１端
部は、第１のカルダン方式の２重継手５３を介して、あ
らゆる方向に可動的に、高さ測定機２に連結されている
。ロッド５６は、第２の継手５２に同様にカルダン方式
で支承されたスリーブ内において移動可能に支持されて
おり、同スリーブは、固定の支持体５０の、測定領域上
に突出する部材５１に連結されている。このスリーブ内
には、ロッド５６に付設された線形スケール５４用の検
出システムが存在する。

さらに、カルダン継手５２には、角度ψｌψ２を測定す
るための２つの回転検出器か配設されており、同角度は
、ロッド５６が高さ測定機２のベース１に対して成すと
ころの角度である。さらに、高さ測定機２の上部の継手
５３には、角度ψ、を測定する回転検出器が配設されて
おり、同角度は、高さ測定機が沿直軸線の回りで回転せ
しめられる際の角度である。

スケール５４の長さの測定値ｒ４、角度エンコーダの角
度ψ１，ψ，ψ３、そして高さ測定機２におけるスケー
ルの２値から、座標測定機の計算器５７が、同測定器の
探査法のデカルト座標Ｘ、　Ｙ、　　Ｚｔ’計算する。

この時、極座標ｒ４．　　ψ１．ψ２は、定盤の平面に
投影されたデカルト座標系に変換される。

高さ測定機２の上端部にリンク機構５Ｂを枢着した結果
、平面内における同測定機の可動性は、他の実施例と比
較して、最も干渉を受けにくいものになる。

リンク機構が同様に高さ測定機の上端部に枢着されてい
るところの、本発明の他の実施例は、第５図に示されて
いる。この実施例において、高さ測定機１０２は、重置
断面において、はぼＣ字型の形状を有しており、同Ｃ字
の下方の脚をベース板１０９が構成するもので、同ベー
ス板上に垂直支持体１０３が立設されている。この支持
体１０３には、探査ヘッド１０７用のキャリッジ１０４
が、鉛直方向に移動可能に支持されている。このキャリ
ッジ１０４には、ヨーク１０６が備えられており、同ヨ
ークを利用して、測定機１０２は平坦な定盤（みかげ石
）１０１上で移動可能であり、かつ探査ヘッド１０７は
高さ調節可能である。

支持体１０３の上部１０８は、探査ピンの先端方向に突
出して、０字の上方の脚を構成している。この前方に突
出する部分１０８には、平面Ｘ、Ｙ内の高さ測定機の位
置を測定するためのスケールを備えたすべり捧が、回転
可能に枢着されており、その回転軸線は、符号Ａで示さ
れている。この場合、この回転軸線の位置は、同軸線が
、探査ヘッド１０７の探査法Ｔｋの中心点を通過するか
、又はその中心点からほんの少ししか離れないように、
選択されている。

定盤１０１の後面には、２本の支柱１１０゜１２０が固
設されている。同支柱は、共にその上面に回転軸受を担
持しており、同回転軸受により、同位置に保持体１１１
，１２１にｍｍいて連結されたすペシ捧１１３，１２３
が、第３図の実施例の場合と同様に、回転可能に保持さ
れている。すべり欅１１３，１２３は、第６図から明ら
かなように、その下面に目盛格子１１９を備えている。

すべり捧は、高さ測定機の上端部の、軸線Ａの回シで回
転可能な案内ケージ／グ１１４，１２４内において、直
線的に移動可動に支持されるとともに、高さ測定機１０
２の前面を越えて突き出ている。もちろん、すべり捧が
支柱１１１，１２０を越えて後方に突き出るように、同
すべり欅を取シ付けることも可能である。

測定精度に対する要求が比較的低くて、剛性のすべり棒
の代わシに巻き尺が利用されている場合には、すべり棒
の突出は回避される。この場合、巻き尺は、方向転換ロ
ーラを介して、支柱１１０，１２０の内側に案内され、
そこに取り付けられたばねによって張力を受けて保持さ
れる。

すべり棒１１３，１２３は、その後端にそれぞれ１つの
カウ／ターウェイト１１２，１２２を担持している。こ
のカウンターウェイトによって、すベプ俸１１３，１２
３は、釣り合わされて、支持体１０３の上面に無荷重で
当接する。

これによって、高さ測定機１０２と支柱１１０ないしは
１２０間の距離が変化した場合でも、荷重状態の変動は
回避される。

支柱１１０と高さ測定機１０２ｔすべり棒１１３によっ
て連結する方法は、第７図にさらに詳しく示されている
。部分断面において、回転軸受１１７は支柱１１０の上
側に、そして回転軸受１２９は高さ測定機の上部１０８
内に認められる。後者の軸受１２９に、角度エンコーダ
１２Ｂが配設されており、同角度エンコーダは、すべり
棒１１３の指向方向に相対的な高さ測定機１０２０回転
位置を測定する。すべり捧１１３．１２３が縦方向に案
内されているケーシン／”１１４，１２４は、さらに光
電増分式検出システムを含んでおシ、同検出システムに
ょシ、すべり棒１１３，１２３内の直線スケールの、第
６図に示された目盛格子１１９が走査される。

両支柱１１０，１２０は、その上端部において、例えば
インパーのような、熱膨張係数の小さな棒１１８によっ
て、互いに連結されている。

この措置は特に重要な役割を果す。というのは、両支柱
の間隔、ないしは同支柱によって担持された回転中心の
間隔が、第９ａ、９ｂ図に基づいて更に説明されるよう
に、高さ測定機１０２の平面座標を測定するためのベー
スｆｔ構成するからである。さらに加えて、直線スケー
ルが同様に熱膨張係数の小さい材質から成るか、又は棒
及びスケールの熱膨張が温度測定によシ把握されるなら
ば、回転軸線Ａないしは平面Ｘ、　Ｙ内の高さ測定器の
位置は、非常に高い精度で割シ出される。

測定するべき工作物は、第５図において符号１１７で示
されている。同工作物は、工作物テーブルの上に置かれ
ておシ、同テーブルの板１１５は、中心に取シ付けられ
た細い足１１６を介して定盤１０１上に固定されている
。この措置によシ、かつすべり欅１１３，１２３が上部
に取シ付けられている状態の高さ測定機の回転自在性に
関連して、高さ測定機１０２を工作物１１７０回シに完
全に巡回させること、ないしは工作物をあらゆる面から
測定することが可能になる。

工作物の回シにおける３６０°の前述の回転自在性は、
その他では、第１，２図に示された実施例の場合におい
ても得られる。これは、次のようにして達成される。即
ち、同様に工作物テーブルが、単一の、中心に取り付け
られた足をもって測定領域内に据えられておシ、そして
単一のリンク機構のための、符号１０又は２０で示され
た、不動の基準点が、測定領域の縁部にではなく、工作
物テーブルの下に位置づけられていて、同リンク機構が
、テーブルの足の回シで回転可能であることによシ達成
される。この場合、高さ測定機の上端部における枢着は
不要である。

第５図で説明さ・れた構成の座標測定機を用いて、非常
に多くの測定課題を解決することができる。その測定課
題では、例えば角柱状の工作物内の傾斜孔又は回転部材
の場合のように、これまでは、高価な円形テーブル又は
面到な形状の探査体、又は回転・揺動継手全必要として
いた。

第５〜７図に記載の実施例の、直線スケールを備えるす
べり棒１１３，１２３は、その他に光波干渉副長システ
ムによって置き換えることができる。所望される測定長
さが長大であって、すべり俸を用いると、それが扱いに
くいほど長くなってしまう場合に、同システムは特に有
利である。長大な測定長さに対して修正された実施例は
、第３ａ、９ｂ図に示されている。それによれば、定盤
１０１の後端にある両支柱の６各において、回転可能に
支持された板４１１上に、干渉計４１５を備えるレーザ
光源４１２がある。第８ａ図においては、該当する支柱
が符号４１０で示されている。高さ測定機の上部１０８
の回転軸受１２９には、支持板４１４が取シ付けられて
おシ、この支持板には干渉計４１５によシ測長される反
射プリズム４２１が固定されている。第２の反射プリズ
ム４２２は、プリズム４２１の支持体上に百転可能に支
承されていて、他の支柱上の、図示されていない第２の
干渉計によって測長されることになる。支持板４１４は
、引つ張シワイヤ４１６によって、干渉計の測定光線４
１３が反射プリズム４２１に垂直に入射するように、常
に調節される。このために、引つ張シワイヤ４１６は、
回転可能な板４１１上の２つのローラ４１８，４１９を
介して案内される。ワイヤの引つ張シは、カウンタウェ
イト４２０によシ確保される。このカウンタウェイトは
、中空の支柱４１０内で案内されている。第２のプリズ
ム４２２にも、調節用の相応の手段が備えられている。

２つの干渉測定光線４１３，４２３を用いて、水平面Ｘ
、Ｙ内の回転軸線Ａの位置を、簡単な三角法的関係に基
づいて、明確に特定することができる。これは、第９ａ
図から直ちに明確になる。そこでは、支柱１１０，１２
０の両回転軸線間の距離はＬで示されており、同各回転
軸線から高さ測定機の回転軸線Ａまでの、スケールない
しは干渉計システムによシ測長された距離は、ｒ４ない
しはｒ５で示されている。

座標測定を実行するためには、しかしながら、平面内の
探査球Ｔｋの正確な位置を把握する必要がある。このた
めには、さらに高さ測定機１０２ないしは支持体１０３
０回転位置を確定しなければならない。これは、角度検
出器１２Ｂ（第７，８ａ図）によって行われるのであっ
て、同検出器は、探査ピン軸線と両すべり棒ないしは測
測定光線の一方とが成す角度δ４を検出するものである
。それによって、探査球Ｔｋと回転軸線Ａとの距離１を
把握した上で、平面内の探査球の座標ｘ、ｙを算出する
ことができる。

この距離１は、第９ａ図において拡大して示されている
。この距離を可能な限り小さくすることは合目的的であ
る。なぜなら、その場合には、角度δ４を測定するには
、比較的低い分解能を有する安価な検出器だけが必要と
されるのであって、同検出器は高精度である必要はない
。前述の必要条件が与えられておらず、そして引つ張シ
ワイヤ４１６によって、角度検出器１２Ｂの測定対象と
なる基準線が、中外正確に確定されない場合には、引つ
張シワイヤの１本と交換して、又はさらに付加的に剛性
のすべり欅を使用することができる。

測定光線γ４．γ５によって形成された平面の下側に探
萱球Ｔｋが存在するために、キャリッジ１０４のＺ方向
の案内が、同平面に対して絶えず垂直に行われていない
場合には、測定誤差が発生するであろう。このような案
内の傾きは、例えば、高さ測定機の移動時の動的外力に
よって引き起されるか、又は定盤１０１の不完全な平坦
性が原因である。同定盤上において、高さ測定機１０２
は空気軸受によって滑動するからである。これに相応す
る状況が、第９ｂ図において横から見た図として具体的
に示されている。

平面Ｘ、Ｙ内における探査球Ｔｋの、高さＺに影響され
る位置の誤差は、符号α４で示された傾き角度に基因し
て生ずる。図示の例において、傾き角α４社、表示をな
るべく簡単にするために、探査に’ｙの軸線を含む鉛直
面内で描かれている。しかしながら、傾きはあらゆる方
向に発生し得ること、そしてそれゆえ、図面に垂直な方
向の傾き角度の成分も考慮しなければならないことは明
白である。

高精度の測定を実施するために適合せしめられた実施形
態においては、第９　ａ　ｍ　’９　ｂ図に示されてい
るように、高さ測定機１０２の基板１０９内に、３個の
誘導式キーヤＭ１．　Ｍ，　Ｍ３が埋設されており、同
キーヤは、定盤１ｔｌｌの表面までの距離を測測定るも
のである。誘導式キーヤの信号から、傾き角度α４ない
しは、平面Ｘ、　Ｙ内の位置に関連してその傾きが生ぜ
しめているところの修正座標Ｘ，Ｙ２が算出される。そ
の他、傾きは、Ｚ・スケール１０８と探葺球Ｔｋとの間
の距離に影会される高さ誤差Ｚ０を生せしめる。この修
正値もまた、センサＭユ。

Ｍ２　ｔ　Ｍ３　ｆｔ利用して算出することができる。

修正データの必要な処理計算は、計算器１２７において
実行される。この計算器には、誘導式キーヤＭ１＊　Ｍ
２　ｔ　Ｍ３の測定値の他に、干渉計、角度検出器１２
Ｂ及びスケール１０８の検出器から得られるところの測
定値ｒ４＋　　ｒ５ｓ　　δ４２が供給されている。前
述の傾き誤差の修正方法は、定盤１０１０表面が平坦で
あることを前提としているために、計算器１２７の記憶
部には、さらに、すべての平面偏差が記録されていると
ころの２次元的修正マトリックスが記憶されている。こ
の平面偏差の把握、即ち定盤１０１０表面のトポログラ
フイは、例えば電子傾斜計を利用した１回限シの較正作
業において、確定される。

これまでの実施例においては、もっばら手動の、本発明
の座標測定機だけが説明された。即ち、各々の座標測定
機は、人間の手によって定盤上で移動せしめられるもの
であった。第１０図には、モータ形式の測定機が示され
ている。

第１０図に記載の実施例は、本質的には第５図に記載の
手動の測定機に相当する。同一部分については再度説明
しないので、参照符号も付していない。

第１０図に記載のモータ駆動式測定機の支持体２０３の
後面に、連接棒２１１が係合している。この連接棒２１
１は、キャリッジ２１２上のケーシング２０９内に存在
する直線駆動装置によって移動せしめられる。キャリッ
ジ自体は、両支柱２１０，２２０間のクロスビーム２０
８に沿って、第２の直線駆動装置により移動可能である
。この両直線駆動装置は、測定機を平面Ｘ、Ｙ内で移動
せしめるものである。

連接棒２１１は、高さ測定機のほぼ重心の高さにおいて
、係合している。それゆえ、同測定機は、障害となる傾
転モーメ／トヲ受けることなく、迅速に操作することが
できるものである。

この実施例において特別に示されたこの駆動装置に基づ
いて、工作物のすべての側面全巡回することは不可能で
あるために、テーブル２１５が、定盤２０１に関連して
多数の特定された角度位置ψを占めることができるとこ
ろの回転テーブル又はコントロールデスクとして構成さ
れている。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の座標測定機の第１の実施例の機械部
分についての原理見取シ図、第２図は、本発明の、リン
ク機構に関して変更を施した第２の実施例の原理見取シ
図、第６図は、２個のリンク機′Ｍ會有する、本発明の
第６の実施例の原理見取υ図、 第４図は、本発明の第４の実施例の原理見取シ図、 第５図は、本発明の第５の好ましい実施例の原理見取り
図、 第６図は、第５図のすべり棒１１３の一部の下面を示す
図、 第７図は、第５図の１つのすべｂｅｔ　１３（７）側面
図、 第８ａ図は、第５ないし６図に記載の測定機に関して代
替的に使用可能な光波干渉式リンク機構の鉛直面におけ
る詳細図、 第８ｂ図は、第８ａ図のリンク機構の平面図、第９ａ図
は、第５〜８図に記載の型式の測定機を平面的に示す、
簡単な原理見取シ図、第９ｂ図は、第５〜８図に記載の
型式の測定機を側面的に示す、簡単な原理見取シ図、第
１０図は、本発明のモータ駆動式の実施例の原理見取シ
図である。 １・・・定盤、２・・・高さ測定機、３・・・支柱、４
・・・キャリッジ、５・・・腕、６・・・レバー　７・
・・探査ヘッド、８・・・スケール、９・・・ペース、
１０・・・保持板、１１，１２，１３・・・回転継手、
１７・・・計算器、１８・・・リンク機構、１９・・・
探査球、２０・・・保持部材、２１・・・回転継手、２
２・・・案内部、２３・・・回転継手、２４・・・スケ
ール、２５・・・検出システム、２６・・・引き出し部
材、２Ｔ・・・計算器、２８・・・リンク機構、３０・
・・保持部材、３２・・・直線案内部、３３・・・回転
継手、３４・・・長さスケール、３５・・・検出器、３
６・・・引き出し部材、３７・・・計算機、３８・・・
リンク機構、４０・・・保持部材、４１・・・スクール
、４２・・・直線案内部、４４・・・長さスケール、４
５・・・検出器、４８・・・リンク機構、５０・・・支
持体、５１・・・突出する部材、５２゜５３・・・継手
、５４・・・線形スケール、５６・・・ロッド、５８・
・・リンク機構、１０１・・・定盤、１０２・・・高さ
測定機、１０３・・・支持体、１０４・・・キャ・・・
保持体、１１２・・・カウンターウェイト、１１３・・
・すべり棒、１１４・・・案内ケーシング、１１５・・
・工作物テーブル、１１６・・・足、１１７・・・工作
物、１１９・・・目盛格子、１２０・・・支柱、１２１
・・・保持体、１２２・・・保持体（カウンターウェイ
ト）、１２３・・・すべり俸、１２４・・・案内ケーシ
ング、１２８・・・角度エノコーダ、１２９・・・軸受
、４１０・・・支柱、４１１・・・板、４１２・・・レ
ーデ光源、４１３・・・測定光線、４１４・・・支持板
、４１５・・・干渉計、４１６・・・引つ張シワイヤ、
４２０・・・カウンタウェイト、４２１・・・プリズム
、４２２反射プリズム Ｆｉｇ、４

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、探査要素用の、定盤（１０１）上で水平方向に移動
   可能な支持体の平面内の位置座標 （Ｘ，Ｙ）が、不変の相互間隔（ｂ，Ｌ）を有する２点
   からの距離の測定によつて、あるいは１点からの距離及
   び角度の測定ないしは複数の角度の測定によつて検出さ
   れ、 鉛直の回転軸線（Ａ）回りの前記支持体の 回転位置δ＿４が、角度検出器によつて検出され、 前記回転軸線（Ａ）と前記探査要素（Ｔ＿ｋ）間の既知
   の距離（１）、並びに前記測定された角度（δ＿４）か
   ら、前記平面内の位置座標に対する修正値（Ｘ＿１，Ｙ
   ＿１）が算出され、前記測定された平面内の位置座標（
   Ｘ，Ｙ）が、前記修正値（Ｘ＿１，Ｙ＿１）と結合され
   、そして 前記支持体（１０３）中を鉛直方向に移動 し得る前記探査要素（Ｔ＿ｋ）の鉛直座標（Ｚ）が、該
   支持体（１０３）内のスケール（１０８）によつて検出
   されること を特徴とする探査要素の座標値を検出する方法。 ２、鉛直線（２）に対する前記支持体の傾斜位置（α＿
   ４）が、補足的測定手段によつて検出され、その補足的
   測定値及び前記測定された鉛直座標（２）から、第２の
   修正値（Ｘ＿２，Ｙ＿２，Ｚ＿１）が算出され、かつ同
   様に前記測定された位置座標（Ｘ，Ｙ）ないしは前記鉛
   直座標（Ｚ）と結合されることを特徴とする請求項１に
   記載の方法。 ３、前記傾斜位置（α＿４）の測定は、前記支持体（１
   ０３）内の電子傾斜計によつて行われることを特徴とす
   る請求項２に記載の方法。 ４、前記傾斜位置（α＿４）の測定は、前記支持体（１
   ０３）の基部（１０９）内の、少なくとも３個の、間隔
   を置いたセンサ（Ｍ＿１，Ｍ＿２，Ｍ＿３）によつて行
   われ、該センサは、該支持体の平面的案内部までの距離
   を測定することを特徴とする請求項２に記載の方法。 ５、前記平面的案内部（１０１）のトポログラフイ（地
   形）が、別個の測定過程において把握され、かつ２次元
   修正マトリックスとして記憶されること、前記傾斜位置
   を確定するために、前記修正マトリックスと前記センサ （Ｍ＿１，Ｍ＿２，Ｍ＿３）の測定値が利用されること
   を特徴とする請求項４に記載の方法。 ６、前記平面内の位置座標（Ｘ，Ｙ）が、レーザ干渉計
   （４１５）の利用により測定されることを特徴とする請
   求項１又は２に記載の方法。 ７、鉛直方向に移動可能な探査ヘッド（７，１０７）及
   び該探査ヘッドの鉛直位置（２）を測定するスケール（
   ８，１０８）を備えるところの平面内で自由に移動可能
   な支持体 （３，１０３，２０３）を基礎とした座標測定機におい
   て、 前記探査ヘッド（７，１０７）は、複数の空間方向に沿
   つて作用する探査ピンを担持しており、前記支持体は、
   少なくとも１つのリンク機構を介して、少なくとも１つ
   の固定の基準点（１０；２０；３０，４０；５０；１１
   ０，１２０；２１０，２２０）に連結されており、この
   場合該リンク機構は、前記平面内の前記支持体の位置を
   測定する複数の回転検出器ないしはスケールを有してい
   ることを特徴とする座標測定機。 ８、前記リンク機構（１８）は、３個の継手（１１，１
   ２，１３）から成り、そして該継手には回転検出器（α
   ，β，γ）が配設されていることを特徴とする請求項７
   に記載の座標測定機。 ９、前記リンク機構（２８）は、２個の継手（２１，２
   ３）と可変長さ（γ＿１）の引き出し部材（２６）とか
   ら成り、そして該継手には回転検出器（δ＿１，δ＿２
   ）が、該引き出し部材にはスケール（２４）が配設され
   ていることを特徴とする請求項７に記載の座標測定機。 １０、２個の前記リンク機構（３８，４８）に、それぞ
   れ２個の継手（３１，３３；４１， ３３）と１個の可変長さ（γ＿２，γ＿３）の引き出し
   部材（３６，４６）とが備えられており、各々の該引き
   出し部材にはスケール（３４，４４）が、そして少なく
   とも１個の該継手 （３３）には回転検出器（δ＿３）が配設されているこ
   とを特徴とする請求項７に記載の座標測定機。 １１、１個又は数個の前記リンク機構（５８，１１３，
   １２３）が、前記移動可能な支持体（２，１０２）の上
   端に枢着されていることを特徴とする請求項７から１０
   までのいずれか１つに記載の座標測定機。 １２、前記支持体（１０３）は、１個又は数個のすべり
   棒の下方で３６０°自由に回転できることを特徴とする
   請求項１１に記載の座標測定機。 １３、１個又は数個の前記すべり棒が、回転継手によつ
   て前記支持体（１０３）に係合されており、該回転継手
   の鉛直回転軸線（Ａ）は、前記高さ測定機に固定の探査
   ヘッドの探査球（Ｔ＿ｋ）を通過するか、又は該探査球
   （Ｔ＿ｋ）から小間隔（１）を存していることを特徴と
   する請求項１１に記載の座標測定機。 １４、前記支持体（１０３）が、横断面積の大きい基板
   （１０９）上に直立していて、該支持体の移動範囲内に
   工作物テーブル（１１５）が、設置されており、該工作
   物テーブルは、該支持体の該基板（１０９）がテーブル
   面 （１１５）の下に進入できるように、中心に配置された
   細い足（１１６）の上に置かれていることを特徴とする
   請求項７に記載の座標測定機。 １５、前記固定の基準点が、前記工作物テーブルの前記
   足であつて、前記リンク機構が、該足に回転可能に係合
   していることを特徴とする請求項１４に記載の座標測定
   機。 １６、前記リンク機構（１１３，１２３）が、前記支持
   体（１０３）の上面に本質的に力を及ぼすことなく載る
   ように、釣り合わされていることを特徴とする請求項１
   １に記載の座標測定機。 １７、前記両リンク機構（１１３，１２３）が、２本の
   鉛直支柱（１１０，１２０）によつて、前記支持体（１
   ０３）の平面的案内部（１０１）に固定されており、該
   支柱は、その上端部において、熱膨張係数の小さい剛性
   の横棒 （１１８）によつて固定されていることを特徴とする請
   求項１６に記載の座標測定機。 １８、前記リンク機構（１１３，１２３）が、前記支持
   体（１０３）の上部（１０８）における連結点（Ａ）を
   越えて突出することを特徴とする請求項１７に記載の座
   標測定機。 １９、前記支持体（２０３）において前記探査ヘッドを
   鉛直移動（Ｚ）せしめるための第１の駆動部及び該支持
   体を水平移動せしめるための第２の駆動部（２１１）が
   設置されていることを特徴とする請求項７に記載の座標
   測定機。 ２０、前記第２の駆動部（２１１）が、前記支持体（２
   ０３）の重心の高さにおいて、該支持体に係合すること
   を特徴とする請求項１９に記載の座標測定機。 ２１、前記第２の駆動部は、前記２本の支柱（２１０，
   ２２０）間の、前記座標測定機の測定領域の側に設置さ
   れた直線駆動部（２１２）であつて、該直線駆動部自体
   は該駆動部に直角に作用する第２の直線駆動部（２１１
   ）を支持していること、そして前記支持体（２０３）の
   移動範囲内に、測定すべき工作物のための回転テーブル
   （２１５）が配設されていることを特徴とする請求項１
   ９に記載の座標測定機。