JPH02195201A - プローブヘツド - 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、制御式のプローブヘッドであってプレロード
機構を備えており、プレロード機構がプローブヘッドの
変位可能なプローブを支持する運動可能な構成部分を弾
性的に調節可能な力で、プローブの零位置の再現可能な
支承部内に保持するようになっている形式のものに関す
る。

これまで座標測定装置に使用される機械的なプローブヘ
ッドは原理的に２つのタイプ、プローブ変位量に比例し
たアナログ信号を生ぜしめるタイプと、プロービングの
瞬間に、即ちプロービング過程中に零位置の再現可能な
支承部からプローブの離れた場合にパルス状の信号を生
ぜしめる制御タイプに分けられる。このようなプローブ
ヘッドはＵＳ−特許第４１５３９９８号公報に記載しで
ある。

プローブヘッドの変位可能なプローブを保持する運動可
能な構成部分をその支承部内に押し付けるプレロード機
構として、通常圧縮ばねが使用される。便利なプローブ
ヘッドは、ばねの力を調節できる風袋測定装置を有して
いる。これによって、プローブによって工作物に生ぜし
められるプロービングカがあらかじめ選ばれ、このプロ
ービングカは異なる重量のプローブをプローブヘッドに
装着する場合にもコンスタントに維持される。

プローブの圧縮ばねを用いたプレロードはさまざまな点
で不都合である。まず、圧縮ばねは行程運動中、プロー
ビング過程中、並びに風袋測定中にプローブを回動させ
て、プローブを再びその支承部に戻すことのできないよ
うなトーシシンカを生ぜしめる。プローブの回動が構造
的な付加手段によって阻止されねばならない。

さらに、変位力が変位過程中に圧縮ばねの剛性に基づき
増大する。これによって硬質金属若しくはセラミック材
料から成る比較的細いプローブの破慣してしまうおそれ
がある。大きな変位距離のために必要な長い圧縮ばねは
座屈する傾向にある。この場合に生じる横力はプローブ
の支承部への戻りの際の零位置を再現する精度を低下さ
せる。

ＤＥ−０５３４２０１３９号公報により公知のプローブ
ヘッドにおいてはケーシング内部が圧縮空気によって負
荷されている。この空気力は弁座に接触するプローブの
プレロードにも寄与する。しかしながら本来のプレロー
ド機構はばねである。プローブヘッド内部の圧力は調節
できず、もっばらプロービング過程の識別のためにしか
活用されない。

ＤＥ−Ｏ３２５３５２４９号公報により公知のプローブ
ヘッドにおいては、プローブが垂直の３つの案内機構に
沿って３つのすべての次元方向へ直線的に移動可能であ
る。このプローブヘッドには案内機構にそれぞれ平行に
多数の圧力媒体シリンダを設けてあり、圧力媒体シリン
ダがプローブのコンスタントなプロービングカを生ぜし
める。この場合タイプが異なることは別として、圧力媒
体シリンダ内の圧力が変えられず、その結果異なるプロ
ービングカを調節すること及びプローブヘッドを装着さ
れたプローブの重量に関連して新たに風袋測定すること
ができない。

座標測定技術においては、異なる測定課題を１つの装置
で解決するために装置を常に迅速にかつ変動しやすくす
る傾向にある。プローブヘッドにとってはプローブヘッ
ドによって工作物に生ぜしめられるプロービングカを測
定過程中にできるだけ迅速に変えうろことが重要である
さらに１回の測定過程中に行われる多くの各プローブ交
換過程の後に必要な新たな風袋測定が装着されたプロー
ブの重量に相応してできるだけ迅速に、従って測定時間
を失わないように行われｊ；い。このことはプレロード
機構としてのばねを用いてはばね力が調節モータによっ
て自動的に調節できる場合でさえ必要な速度では達成さ
れない。

従って、本発明の課題は冒頭に述べた形式のプローブヘ
ッドを改善して、前述の欠点を取り除くことである。

この課題を解決するために本発明の構成ではプレロード
機構が空気力式の圧力ピストンから成っており、圧力ピ
ストンに作用する圧力を変える圧力調整弁が設けられて
いる。

本発明に基づく手段によって、プレロード機構の保持力
が異なる値に著しく迅速に調節されその結果測定時間を
失うことなしにブローブの異なるプロービングカが調節
されて、異なる重いプローブコンビネーションが風袋測
定できる。制御式のプローブヘッド内への空気力式のプ
レロード機構の使用によってさらに別の利点が得られる
。プレロード力がプローブの変位運動中にもコンスタン
トに維持され、プローブの破損の危険が避けられる。プ
レロード力を選択できる範囲がプローブの所定の構成大
きさで圧縮ばねよりも著しく大きい。プレロード力の空
気力式の調節に基づき、例えばモータ駆動される若しく
は電磁制御される風袋測定装置において生じるような損
失熱の発生が避けられる。損失熱の発生を避けることは
座標測定技術において特に重要である。それというのは
損失熱は材料の膨張を生ぜしめ、その結果プローブの規
定された零位置が変動することになるからである圧力シ
リンダのための調整弁は有利には座標測定装置の制御装
置に接続されており、座標測定装置の測定アームにプロ
ーブヘッドが取り付けられている。従って制御装置を用
いて、測定精度かプローブヘッドの機能の確実性かを付
加的に改善する複数の付加機能が行われる。制御装置が
例えば抵触防止回路の応答に際しプローブヘッドのプレ
ロード機構の圧力を迅速に低下させ、その結果プローブ
ヘッドの運動可能な構成部分が抵触に際し容易に後退す
る。さらに制御装置は各プロービング過程の後に調整弁
を介して圧力シリンダ内に圧力衝撃若しくは圧力振動を
生ぜしめる。これによってプローブ若しくはプローブの
支持体が振動させられ、支承摩擦が克服され、その結果
プローブが零位置に正確に戻される。

さらに有利には、圧力ピストンが球として構成されてい
る。球に基づき圧力ピストンがプロービング過程中にプ
ローブ支持体の横方向の運動に自由に追随できる。球は
、圧力ピストンと圧力シリンダの壁との間を流れる空気
と関連して圧力シリンダと圧力ピストンとの摩擦のない
支承を保証する。

さらに有利には、プローブヘッドの運動可能な構成部分
が引っ張りばねに懸架されており、引っ張りばねが運動
可能な構成部分の重量を補償している。従って、プロー
ブによって工作物に生ぜしめられるプロービングカがプ
レロード機構を介して、広い範囲で零の値と最大の運転
圧力によって規定された値との間で自由に調節される。

実施例 第１図に示すプローブヘッドは、円筒形のケーシングｌ
を有しており、ケーシングが上側の端面に受容部２を備
えており、この受容部で以てプローブヘッドが座標測定
装置（図示せず）の測定アームに取り付けられる。ケー
シングｌは受容部２とは逆の端部のつばの内面に３つの
球から成る支承部を保持しており、この支承部にプロー
ブヘッドの運動可能な構成部分１１が自動的にセンタリ
ングされた状態で載っている。図面には支承部のもっば
ら１つの球１２しか示されていない。プローブヘッドの
縦軸線に関連して１２０°ずらして配置された３つの球
の各ノツチ内に、構成部分１１から半径方向に突出する
３つの円筒部材１０のそれぞれ１つが受容されている。

このように球、及び円筒部材から成るそれ自体公知の支
承装置は高い精度でプローブヘッドのプローブＩ４の零
位置を再現する。

プローブ１４は受容部１３を介して運動可能な構成部分
１１の下側端部に取り付けられている。受容部１３と構
成部分１１との間には交換箇所（１９，２０）が設けら
れており、この交換箇所を介してプローブＩ４が別のプ
ローブと若しくは複数のプローブから組み合わされたプ
ローブユニットと交換される。交換箇所は２つの円板１
９．２０かも成っており、両方の円板間には同じく交換
過程の後にプローブの位置を高い精度で再現する３点支
承部が配置されている。交換箇所の構成はＵＳ−特許第
４６３７１１９号公報に記載しである。

ケーシングｌ内には支持部分８が嵌め込まれており、こ
の支持部分によって運動可能な構成部分１１のための３
つの引っ張りばねが緊張されている。図面にはもっばら
１つの引っ張りばね３しか示されていない。引っ張りば
ねのばね力は、最大重量のプローブユニットを装着した
場合に運動可能な構成部分の全重量がばね力よりもいく
らか小さくなっていて、支承部（１０１２）に負荷がち
ょうど掛からなくなるように規定されている。

支持部分８にはさらに中央に下方へプローブに向かって
開いた圧力シリンダ４が取り付けられている。圧力シリ
ンダは導管２１を介してタンク１５に接続されている。

圧力シリンダ４内には球状の圧力ピストン６を設けてあ
り、この圧力ピストンが圧力ピストンに取り付けられた
ピストンロッド５及びピストンロッドの同じく球状のへ
ラド７を介して運動可能な構成部分ｌｌの上面のプリズ
ム状のノツチ９内に押し込まれている。プレロード機構
に対する運動可能な構成部分１１の枢着結合並びにピス
トン及びピストンロッドヘッドの球状の構造はあらゆる
方向の任意の回転運動、傾倒運動及び行程運動を可能に
し、その結果圧力ピストンがプローブヘッドのプロービ
ング過程中に構成部分１１の支承部からの後退に際しプ
ロービング運動に自由に追随できる。

圧力調整弁１６が圧力測定器１７と一緒に圧力調整回路
内に接続されている。圧力調整のための基準値を座標測
定装置の制御装置１８が供給する。これによって圧力シ
リンダ４内の圧力が連続的に若しくは多段階に異なる値
に調節され、支承部（１０，１２）のプレロード、ひい
てはプローブヘッド１４のプロービング力が零と所定の
最大値との間で変化させられる。制御装置８はプローブ
１４の各交換の後に風袋測定過程を行い、これによって
圧力シリンダ４内の適当な圧力増大若しくは圧力減少に
よって異なるプローブ間の重量差が補償され、プローブ
の運動可能な構成部分１１の支承部（１０，１２）内で
の支持力がコンスタントに保たれる。

本発明に基づくプローブにより、比較的大きな質量のプ
ローブを使用する場合でも迅速な測定が可能である。質
量の比較的大きなプローブの使用にはこれまで問題があ
った。それというのは測定装置の加速段階及び制動段階
でプローブの質量慣性力がプローブの支承部からの持ち
上げを生ぜしめ、プロービング過程を誤らせることにな
るからである。本発明に基づくプローブヘッドにおいて
は、座標測定装置の制御装置によって少なくとも加速及
び制動中に、測定範囲の異なる位置間の走行中にも、支
承部に対する圧力が高い値に調節され、プローブが支承
部・内に保持される。支承部に対する圧力は、プローブ
ヘッドを通常低いプロービング速度で工作物に沿って走
行させる場合に、測定力を規定する低い値に調節される
。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例の部分縦断面図であるばね、４・
・・圧力シリンダ、５・・・ピストンロッド６・・・圧
力ピストン、７・・・ピストンヘッド、８・・・支持部
分、９・・・ノツチ、ＩＯ・・・円筒部材、ｌｌ・・・
構成部分、１２・・・球、１３・・・受容部、１４・・
・プローブ、１５・・・タンク、１６・・・圧力調整弁
１７・・・圧力測定器、１８・・・制御装置、１９及び
２０・・・円板、２１・・・導管

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、制御式のプローブヘッドであって、プレロード機構
   を備えており、プレロード機構がプローブヘッドの変位
   可能なプローブを支持する運動可能な構成部分を調節可
   能な力で弾性的に、プローブの零位置の再現可能な支承
   部内に保持するようになっている形式のものにおいて、
   プレロード機構が空気力式の圧力ピストン（６）から成
   っており、圧力ピストンに作用する圧力を変える圧力調
   整弁（１６）が設けられていることを特徴とするプロー
   ブヘッド。 ２、圧力調整弁（１６）が、プローブヘッドの取り付け
   られた座標測定装置のの制御装置（１８）に接続されて
   いる請求項１記載のプローブヘッド。 ３、制御装置（１８）が抵触防止回路を有していて、抵
   触の際に圧力シリンダ（４）内の圧力（Ｐ）を迅速に低
   下させるようになっている請求項２記載のプローブヘッ
   ド。 ４、制御装置（８）が各プローブ交換の後に新たに圧力
   を装着されたプローブの重量に相応して調節するように
   なっている請求項２記載のプローブヘッド。 ５、制御装置（８）が圧力を少なくとも加速過程及び制
   動過程中に高い値に調節し、かつ圧力をプローブヘッド
   がプロービング速度で工作物に沿って走行する場合に低
   い値に調節されるようになっている請求項２記載のプロ
   ーブヘッド。