JPH03505362A - 直線案内装置 - 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】 直線案内装置 技術分野 本発明は、部品の運動を案内するための装置に関し、特に、ただしそれに限定す るものではないが、高精度の測定及び点検機において部材間の正確な相対移動を 維持するための装置に関する。

技術背景 精度を高める目的で、機械の案内路が歪曲して測定精度を損なうことがないよう にするために、従来、グラナイトのような重厚材料、即ち、温度変化に対してで きるだけ安定性を保てる材料を用いて座標測定機を構成することが必要とされて おり、グラナイト等の案内路部材を支持するのに軽量の構造体を用いることは実 際的ではなかった。なぜなら、それらの材料の熱膨張係数の相違により部材の歪 曲を生じ、精度の喪失を招くからである。

発明の開示 本発明によれば、部品の運動を案内するための装置であって、支持構造体と、前 記部品を軸受手段を介して移動自在に取付けるようになされた細長ガイド手段と 、該ガイド手段の軸線方向への該ガイド手段と支持構造体との相対移動に順応し 、しかも、ガイド手段の軸線に対して直角方向には正確に位置づけされたままに 留まるように構成された、ガイド手段を支持構造体に連結する連結手段とから成 る案内装置が提供される。

前記ガイド手段は、前記支持構造体の案内面の外側に互いに平行に離隔した複数 のガイド部材で構成するのが好ましい。

又、上記連結手段も、ガイド手段を支持構造体に取付ける複数の細長部材で構成 するのが好ましい、ガイド手段と支持構造体との相対移動に順応するための少く とも１つのヒンジ各細長部材にを設ける。このヒンジは、細長部材に比べて薄い 肉厚を有するものとし、平面状のウェブとして形成してもよく、あるいは、円筒 形又は角錐台形のものとして形成してもよい、ヒンジは、細長部材と一体に形成 してもよく、あるいは、ワイヤの形とし、細長部材とは別体に形成してもよい。

上記連結手段は、ガイド手段を支持構造体に取付ける複数対の細長部材で構成す ることもできる。その場合、多対の細長部材を角度的に（円周方向に）例えば９ ０’離隔させることが好ましい、多対の細長部材は、ガイド手段を固定的に取付 けるブラケットに取付けることができる。

前記細長部材又は多対の細長部材は、その軸線に沿って調節自在にすることがで きる。好ましい実施形態においては、上記ガイド部材は、円筒形とし、上記細長 連結部材は、ガイド部材に対して半径方向に配置する。

本発明は、又、部品を座標軸の少くとも１つの軸に沿って案内するための、上記 ５つの段落に記載された装置を有する座標測定機を提供する。

以下に、本発明の実施例を添付図を参照して説明する。

図絵面の簡単な説明 第１図は、座標測定機のコラム上の直線案内路の概略図であり、案内路によって コラムに沿って移動自在に支持すべきキャリッジは図を明瞭にするために省略さ れている。

第２図は、第１図のものと同様な案内路の概略水平断面図であるが、構造の細部 を示し、案内路がキャリッジを支持する態様を示す。

第３図は、第２図と同様の概略水平断面図であるが、別の構造の案内路とキャリ ッジの構成を示す。

第４図は、案内路の一構成部品のための連結手段の一例を示す部分図である。

第５図は、第４図と同様の図であるが、連結手段の別の例を示す部分図である。

第６図は、第４．５図と同様の図であるが、連結手段の更に別の例を示す部分図 である。

第７図は、第４〜６図と同様の図であるが、連結手段の更に別の例を示す部分図 である。

第８図は、第４〜７図と同様の図であるが、連結手段の更に別の例を示す部分図 である。

第９図は、連結手段の更に別の例の透視図である。

第１０図は、１つの案内路部材と、そのキャリッジに対する取付態様を示す概略 水平断面図である。

第１１図は、第１０図と同様の水平断面図であるが、別の案内路部材と、そのキ ャリッジに対する取付態様を示す。

第１２〜１５図は、案内路の構成部品を案内路部材に連結するためのいろいろな 変型例を概略的に示す。

火急１ ３軸座標測定機においては、対応する部品をそれぞれの軸線に沿って移動させる ための直線案内路が設けられている。そのような機械の一例においては、１一つ の案内路が、コラムを支持するキャリッジの移動を案内するためにベース上に形 成されており、コラムは、キャリッジを案内するための別の案内路を有し、更に 、キャリッジは、工作物に接触させるための探針を取付けるタイルの移動に順応 するための別の案内路を有している。

第１．２第図を参照すると、キャリッジ１２（第２図）を移動自在に取付けるよ うになされた座標測定機のコラム１０が示されている。

キャリッジの移動を可能にする直線案内路は、コラム１０の外側にコラムの案内 面１８上に互いに平行に離隔して取付けられ、コラム１０の長手軸線に平行な方 向に延長した２つの筒状ガイド１４．１６．から成る。ガイド１４．１６は、各 々、円形の断面を有し、好ましくはセラミック材で形成されるが、ステンレス鋼 のような他の任意の適当な材料で形成してもよい。

ガイド１４は、その長手に沿って間隔をおいて配置した断面円形の複数の細長バ ー２０によってコラム１ｏに取付られる。細長バー２０は、鋼で形成するのが好 ましいが、炭素繊維のような他の任意の適当な材料で形成してもよい、ガイド１ ４は、その下端においてそれと軸線方向に整列した、細長バー２０と同様な構造 のアンカー２２によって係留される。

例えば温度変化や、ガイド１４とコラム１０の素材の熱膨張係数の相違に起因す る、ガイド１４とコラム１０の相対的な長さ変化を自由に起こさせるが、ガイド １４をガイド１４の軸線に対して垂直な、各バー２０の軸線に沿う方向にはコラ ムに対して固定的な関係に保持するような態様でガイド１４をコラムｌＯのコラ ム１０に取付けることが必要とされる。又、コラム１０における精度の欠如を補 償するように、ガイド１４とコラム１０との連結部を微調節するための手段を設 けることが必要とされる。ガイド１４とコラム１０との相対的な長さの変化は、 ガイド１４の、軸線方向の直線運動に極めて近い円弧運動を許すようにすること によって可能にすることができる。

第４図に示されているような一実施例においては、ガイド１４のそのような円弧 運動は、各バー２０をガイド１４とコラムｌＯとの間に枢動自在に取付けること によって可能にすることができる。この例では、バー２０は、その両端に形成さ れた凹部、と対応するガイド１４とコラム１０に形成された単動軸受内に配設さ れた球状ピボット２２を有する。ピボット２２を軸受に対して接触した状態に維 持するためにガイド１４とコラムｌＯとの間に１対の引張ばね２４を張設する。

ピボットを軸受に対して接触した状態に維持するための手段として他の構成を用 いる粉もでき、又、球状とポットの代わりに交差シリンダを設けてもよい、ピボ ット２２と２２との間の間隔は、使用中ガイドとコラムとの相対的変位による直 線からの逸脱を許容しつるように選定する。

第５図に示されるような別の実施例においては、各バー２０を固定ビン２８に自 動調心性球状ころがり軸受２８を介して取付け、該軸受から遊びを排除し、軸受 の剛性を高めるためにガイド１４とコラム１０との間に１対の圧縮ばね３０を介 設する。圧縮ばね３０の代わりに、引張ばね又はその他の手段を設けてもよい。

第４図及び第５図のいずれの実施例においても、バー２０にその長さを張設する ためのピッチの細かいねじが設けられている。

第６図に示されるような更に別の実施例においては、各バー２０の両端に、二方 向弾性又は塑性の一体のヒンジ３２を構成する、好ましくは円筒形の、薄肉部分 を形成する。別法として、ヒンジ３２は、別部材として形成し、バー２０に締着 させるようにしてもよい、各バー２０の一端には、ガイド１４に設けられた半径 方向のねじ付人３６に螺入させる雄ねじ付部分３４を設け、バー２０の軸線をガ イド１４に対して半径方向に延設する。バー２０の他端は、後述する目的のため に案内面１８に対するバー２０の調節を可能にする取付手段３８を介して連結す る。取付手段３８は、バー２０をガイド１４の軸線に対して垂直に正確に位置づ けすることを可能にし、それによって、ねじにより、最初の粗調節と、以後の微 調節のいずれをも可能にする。バー２０が支柱として使用された場合にヒンジ３ ２の壁面座屈又は座屈を回避する目的で、バー２０にかかる圧縮力を減少させる か、あるいは、その圧縮力を引張力に変換するために圧縮ばね４０を設ける。

ガイド１４とコラム１０との間の相対的長さの変動をその長さ変化方向の直線移 動によって可能にするために直線状軸受を設けることができる。そのような軸受 は、第７図に示されるように空気軸受又は静水圧軸受であってもよい、第７図の 例では、バー２０をコラムｌＯに取付けるためにバーの軸受部分４２を軸受面４ ４と４４の間に配置する。あるいは、そのような軸受は、第８図に示されるよう にころがり軸受であってもよい、そのような軸受は、単動軸受とすることができ る、即ち、一方向だけの力に抵抗することができるものであってよく、従って、 軸受面を接触状態に確実に維持するためと、軸受剛性を増大させるための追加の 手段を必要とする場合がある、あるいは別法として、そのような軸受は、複動軸 受とすることができる、即ち、２つの反対方向のカに抵抗することができるもの とすることができ、その場合も、軸受から遊びを除去するためと、軸受剛性を増 大させるための同様な追加の手段を用いることができる。第７図及び８図の軸受 は、必要とされる精度要件を軽減するためと、応力や歪みを生じることなく互い に垂直な２つの方向の微調節を可能にするために、互いに垂直な２つの方向に移 動することができる。

バー２０の更に別の構成として、バー２０の両端に、各々、円弧運動による相対 的な長さ変化を可能にする一方向弾性又は塑性のヒンジな構成する２つの薄肉部 分４８．５１を設けることができる（第９図参照）。

ガイド１６は、ガイド１６と同じ材料で形成し、そのその長手に沿って間隔をお いて配置した、バー２０の構造と同じ構造の複数対のバー５０によってコラム１ ｏに取付ける。各バー５０は、一端においてガイド１６に半径方向に固定し、互 いに角度的に９０”離隔させる。各バー５０の他端は、その案内面１８に対する 調節を可能にする取付手段によりコラム１０に結合する。ガイド１６は、の一端 はアンカー５２によって係留する。

第２図に示されるように、多対のバー５０は、丁字形部材５６の対向した腕５４ ．５４に取付け、丁字形部材５６の脚部５８をガイド１６に穿設した直径方向に 対向した穴を貫通して挿通し、接着剤、はんだ、ろう付は又は溶接によってガイ ド１６に固定することが好ましい。

キャリッジ（第１２図）には、各々、案内面１８に対面する演鐸の開放チャンネ ル６２を画定する１対の案内突部６ｏを形成する。突部６０は、それぞれ対応す るガイド１４．１６の１つを実質的に囲繞し、角度的に間隔をおいて配置した軸 受６４を介してガイド１４．１６に摺動自在に装着することができるように寸法 づけする。

ガイド１４には１つの軸受組立体６６（第１図）を配設し、ガイド１６には、長 手方向に間隔をおいて２つの軸受組立体６８．７ｏを設ける。これらの軸受は、 例えば空気軸受、直線ころがり軸受、静水圧軸受、流体力学的軸受、界面潤滑軸 受又は乾性潤滑軸受で当てよい、そのような案内路に沿って移動するキャリッジ １２は、５つの拘束度（５方向の拘束）と、１つの自由度（１方向の自由）（こ の場合ガイド１４．１６の軸線方向）を必要とする。ガイド１６は、軸受組立体 ６８に２つの拘束度を与え、ガイド１４は、軸受組立体６６に１つの拘束度を与 えるが、ガイド１４は、ガイド１６と協同して、ガイド１６の軸線を中心とする 回転を制御する。軸受組立体７０は、他の２つの軸線を中心とする回転を制御し 、合わせて５方向の拘束を与える。

この機械を設定する場合、バー２０．５０は、案内路の直線性を設定するために それらのバーの軸線に沿って微調節することができる。使用においては、これら のバーは、案内路とコラム１０の素材との間の熱膨張差に起因する移動を吸収す るのに十分な、バーの軸線方向に対して横断方向の柔軟性を有するが、これらの バーは、座屈することなく、あるいは所要の案内路精度の許容限度を越えて歪曲 することなく、案内路に課せられる力を支持するのに十分軸線方向の剛性を保持 する。又、これらのバーは、初期調心の際の調節に順応し、案内路又は支持コラ ムによって有意の応力又は歪みが惹起されるのを防止する。

それによって、案内路は、案内路軸線に対して直角なあらゆる方向に正確に位置 づけされた状態に保持される。これらのバー２０．５ｏは、案内路の力を純粋に 引張又は圧縮力として伝達するように調心され（整列せしめられ）、１つの平面 、２つの互いに垂直な平面、又は３つの垂直な平面内に位置することができる。

ガイドな円筒形とする好ましい実施形態では、軸受は、常に半径方向であり、作 用線は、ガイド１４．１６の中心を通る。

案内路を構造体に支持するための支持手段として別の構成を用いることもできる ０例えば、第１０図には、４つの軸受６４を有する単一のガイド１４と、１方向 だけの拘束を与える１列のバー２０とから成る案内路が示されている。第１１図 に示される案内路は、２つだけの軸受６４を有する単一のガイド１６と、やはり １方向だけの拘束を与える２列のバー５０とから成っている。２つの互いにす直 な方向の拘束を与えるためには、少くとも３つの、好ましくは４つの軸受と、２ 列のバーを設けることを必要とする。それらのバーとキャリッジの突部との間の 干渉を防止するために、バーを部材５６のような丁字形部材に連結することがで きる。正しい配置を行うためには、各バーの軸線がガイドの中心において交差す るようにしなければならない０丁字形部材は、案内路の軸線を中心とするモーメ ントを案内路に伝達することができなければなら図、ガイドに剛的に固定しなけ ればならない。

第１１図の構成は、４つのピボットを備えた４つのバーから成るリンクに近似し ている。それらのピボットのは剛性は有限であるから、バーを変位させるにはガ イド１６を中心とする相当大きなモーメントが必要であり、通常、そのようなモ ーメントが加えられることはない。

製造上必要とされる公差が存在するので、小さなモーメントが加えられ、ガイド の中心の僅かな振れを生じることがある。このような可能性を回避するために、 バーのヒンジの１つを二方向ヒンジから一方向ヒンジに変更し、３つのヒンジを 案内路の軸線に対して直角な平面内に残すようにすることができる。その場合の 構成は、剛性の三角形ビン結合構造体（支点反力が静力学理論で分析できるもの ）に近似する。この案内路の軸線方向の平面内には、差動熱膨張を最少限の拘束 で許す２つのヒンジが存在する。

丁字形部材のいろいろな変型例が第１２〜１５図に示されている、第１２図では 、丁字形部材７２は、ガイド１６に取付けるためのＶ字形脚部を有している。こ の部材７２は、多対のバー５０に対して個々に設けてもよく、あるいは、案内路 の長手に沿って延長した単一の部材としてもよい、第１３図の丁字形部材７４は 、ガイド１６に形成した２つのテーバ付穴に嵌合する円錐形テーバ付脚部７６を 有する。第１４図の丁字形部材７８は、ガイド１６のテーバ付穴に嵌合するテー バ付脚部８０を有し、ガイド１６の他側に設けられたテーバ付穴に嵌合する円錐 形の割りスリーブ８２を備えている。最後に、第１５図の丁字形部材８４は、そ の脚部８８と、ガイド１６との間に介設された割りスリーブ８６を有する。この 割りスリーブは、固定ナツト９０からの圧縮力が案内路に伝えられて案内路を変 形させるのを防止するためのものである。

第３図には、案内路の変型例が示されている。この実施例では、１対のガイド１ ４が追加のガイド９２の両側に配置されている。追加のガイド９２は、案内突部 ６０の１つに形成された円形の開放チャンネル９４内に配置されている。この開 放チャンネル９４は、他方の案内突部６０の方に向って開放している。ガイド９ ２は、コラム１ｏの突出部分９６にバー２０を介して支持される。

３つのガイドから成るこの構成は、丁字形部材を用いることなく、案内路に対し て５つの拘束度を与える。

そのような直線案内路は、座標測定機のどの軸線においても使用することができ る。そのような直線案内路の使用は、素材間の熱膨張差を吸収することを可能に するので支持構造体の素材として重厚材料以外の材料を使用することを可能にす る。従って、この案内路は、いかなる材料及びいかなる精度の支持構造体にも適 合することができる。案内路を構成するガイドは、直線辺又は湾曲辺から成る多 角形を含む任意の断面形状とすることができる。

上記場に組入れる弾性又は塑性のヒンジも、上述した形態以外のいろいろな形態 を採ることができる０例えば、ヒンジは、一体の平面状ウェブとして形成しても よく、あるいは、バーの各部を連結する別体のワイヤとして形成してもよい。

更に、ガイドは、一端において軸線方向の部材以外の部材、例えば係留控えによ って係留してもよい、そのような係留控えは、ガイドの長手の適当な部位とコラ ムの間に斜めに延長させることができる。

本発明から逸脱することなく、いろいろな改変が可能である０例えば、上記キャ リッジの構成も、先に説明された、そして図に示されたものとは異なるものとす ることができる。又、本発明は、測定・点検様以外の機械に利用することができ ることも明らかであろう。

本発明の案内路装置は、本出願人の英国特許願第８８０８２８１、発明の名称： 支持構造体）に記載された型式のもので、本出願人の英国特許願第８８０８２８ ２号（発明の名称：支持組立体）に記載された床支持体を有するベース案内路構 造体と共に、測定機において遊離に使用することができる。又、そのような測定 機は、本出願人の英国特許願第８８０８２８０号（発明の名称：機械構造体）に 記載されたような他の部品のための軽量構造体を備えることができる。

国際調査報告 国際調査報告

Claims (20)

【特許請求の範囲】
1. １．部品の運動を案内するための装置であって、支持構造体と、前記部品を軸受 手段を介して移動自在に取付けるようになされた細長ガイド手段と、該ガイド手 段の軸線方向への該ガイド手段と支持構造体との相対移動に順応し、しかも、ガ イド手段の軸線に対して直角方向には正確に位置づけされたままに留まるように 構成された、ガイド手段を支持構造体に連結する連結手段とから成る案内装置。
2. ２．前記ガイド手段は、前記支持構造体の案内面の外側に互いに平行に離隔した 複数のガイド部材から成ることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の案内 装置。
3. ３．前記連結手段は、ガイド手段を支持構造体に取付ける複数の細長部材から成 り、ガイド手段と支持構造体との相対移動に順応するための少くとも１つのヒン ジを各細長部材に設けたことを特徴とする特許請求の範囲第１項又は２項に記載 の案内装置。
4. ４．前記ヒンジは、前記細長部材に比べて薄い肉厚を有するものとすることを特 徴とする特許請求の範囲第３項に記載の案内装置。
5. ５．前記ヒンジは、平面状のウエブとして形成されていることを特徴とする特許 請求の範囲第４項に記載の案内装置。
6. ６．前記ヒンジは、円筒形であることを特徴とする特許請求の範囲第４項に記載 の案内装置。
7. ７．前記ヒンジは、前記細長部材に一体に形成されていることを特徴とする特許 請求の範囲第４〜６項のいずれかに記載の案内装置。
8. ８．前記ヒンジは、ワイヤの形としたことを特徴とする特許請求の範囲第３項に 記載の案内装置。
9. ９．前記ワイヤは、前記細長部材とは別体に形成されていることを特徴とする特 許請求の範囲第８項に記載の案内装置。
10. １０．前記連結手段は、ガイド手段を支持構造体に取付ける複数の細長部材から 成り、ガイド手段と支持構造体との相対移動に順応するように各細長部材を取付 けるための軸受が設けられていることを特徴とする特許請求の範囲第１項又は２ 項に記載の案内装置。
11. １１．前記連結手段は、ガイド手段を支持構造体に取付ける複数対の細長部材か ら成ることを特徴とする特許請求の範囲第３〜１０項のいずれかに記載の案内装 置。
12. １２．前記各対の細長部材は、角度的に離隔されていることを特徴とする特許請 求の範囲第１１項に記載の案内装置。
13. １３．前記各対の細長部材は、角度的に９０°離隔されていることを特徴とする 特許請求の範囲第１２項に記載の案内装置。
14. １４．前記各対の細長部材は、ガイド手段を固定的に取付けるブラケットに取付 けられていることを特徴とする特許請求の範囲第１１〜１３項のいずれかに記載 の案内装置。
15. １５．前記細長部材は、その軸線に沿って調節自在であることを特徴とする特許 請求の範囲第３〜１４項のいずれかに記載の案内装置。
16. １６．前記各ガイド部材は、特許請求の範囲第２項に依存する場合、円筒形とさ れていることを特徴とする特許請求の範囲第３〜１５項のいずれかに記載の案内 装置。
17. １７．前記細長連結部材は、ガイド部材に対して半径方向に配置されていること を特徴とする特許請求の範囲第１６項に記載の案内装置。
18. １８．部品を座標軸の少くとも１つの軸に沿って案内するための、特許請求の範 囲第１〜１７項のいずれかに記載の装置を有する座標測定機。
19. １９．添付図を参照して以上に記載された、部品の連動を案内するための案内装 置。
20. ２０．添付図を参照して以上に記載された、部品の運動を案内するための装置を 有する座標測定機。