JPH05501005A - 空間的関係の判定 - 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】 ｌ１７、の （発明の分野） 本発明は相対的に可動の２つの部品間の空間的関係を判定するための装置に関し 、詳しくは座標測定用或は座標製造用装置及びこの座標測定用或は座標製造用装 置と工作物との関係に関する。この座標測定用或は座標製造用装置は任意の数の 軸を有する任意の座標系を使用し得、また座標系は直交座標系、円筒状極座標系 、球状極座標系その他とし得る。

（従来技術の説明） 工作物の製造酸は測定、またその品質或は目的適合性に対する評価に際しては工 作物を装置に対して或は装置を工作物に対して種々の異なる直線或は角度位置に 配向する必要がしばしばある１通常、異なる位置での工作物の計測は、創出され 或は計測される全ての寸法形状が工作物に対する共通座標系と全体的に関連する よう正確に関連されるべきである。

例えば、工作物の特徴を３次元にて測定する場合は、工作物の異なる多（の直交 面への接近或は工作機軸への種々の角度での接近がしばしば必要とされる。従来 これは、工作物を担持するための縦方向軸を具備する回転テーブルを使用して達 成されている。精度上、回転テーブルに工作機軸を極めて正確に整合させるため に或は別様には、使用されるべき回転テーブルの全回転角度での不整合を較正す るためには、正確な、従って高価な回転テーブルを使用゛する必要がある。大抵 の回転テーブルにはコーニングエラーが存在することから、複合較正法を使用す るのが好ましい。これにより、回転テーブルの精度を過剰なものとする必要性は なくなるが、しかし極めて良好な再現性に対する要件は残されておりそれが回転 テーブルを尚、高価なものとしている。

工作物が非常に大きい場合、角度上の要求精度及び或は回転テーブルの再現性の 度合いを達成するのは特に困難である。なぜなら、所定の直線精度に対する角度 上の精度は半径の増大に比例してより良好となるべきだからである。非常に大き な工作物のためには、回転テーブルのコストもまた実際極めて大きい。

（発明の概要） 本発明に従えば、相対的に可動の第１及び第２の２つの物体の空間的関係を決定 するための装置であって、少なくとも第１の物体を、第２の物体に関して複数の 位置の選択された１つへと移動させるための移動手段と、前記複数の各位置での ６点運動位置を第１の物体に有効に提供するための位置付は手段とを含んでいる 。

好ましくは第１の物体には、前記複数の位置を提供する複数の位置付は手段を設 は得、前記第２の物体はこの位置付は手段の各１つと選択的に係合するための間 隔を置いた少な（とも３つのＶ字配列構成を具備しこれが選択位置での６点運動 位置を提供する。

第１の物体の位置付は手段には複数の球状部材を設は得る。Ｖ字型に配列された 第２の物体は各々、その一端がこの第２の物体に結合されそして他端が各前記球 状部材と係合するための支承面を有して成る一対の脚を含み得、これら脚は更に 、運動上の単一の点としての機能を果たし得るようにする手段を各々具備してい る。そうした手段には前記脚上の双方向ヒンジが含まれ得る。

各球状部材はカーバイドから形成され、例えば拡張ボルトによって前記第１の物 体の３面孔に有効に固着され得、球状部材は凹所内に液圧によって押圧され得る 。

別様には、前記第１の物体には各位置を画定する複数の位置付は手段を設は得、 また前記第２の物体には６つの位置決め手段を間隔を置いて設は得る。この位置 決め手段は６うの前記位置付は手段の各１つと選択的に係合自在でありそれによ り、各位置における６点運動位置を提供する。

各位置決め手段は、その一端が前記第２の物体に結合されまた他端が球状部分を 有する脚を含み、前記第１の物体の各位置付は手段は前記球状部分と係合する３ つの接触面を呈示し、各脚には運動上の単一の点としての機能を保証するための 手段が設けられる。この手段は双方向ヒンジ形態のものであり得る。前記３つの 接触面には組み入れた３つの球体或は係合する脚の球状部分に接する平坦面を設 は得る。

本発明によれば、先に説明した如き一対の装置を含み、第１の物体が各装置に対 して共通なアセンブリーもまた提供される。これにより、前記第１の物体の、複 数の各位置での第２の物体に関する６点運動位置が、また複数の各位置での第３ の物体に関する前記第２の物体の６点運動位置が夫々有効に提供される。

（図面の簡単な説明） 第１図は回転テーブル及び工作物を具備する座標測定機の概略斜視図である。

第２図は第１図の座標測定機で使用するための回転テーブルの１具体例の拡大斜 視図である。

第３図は別態様の回転テーブルの概略図である。

第４図は他の別態様の回転テーブルの一部を示す概略図である。

第５図は他の別態様の回転テーブルの一部を示す概略図である。

第６図は差動回転テーブルの例示図である。

第７図は回転テーブルにおける、この回転テーブルを上昇させるための機構を示 す概略平面図である。

第８図は第７図に示される機構の縦方向断面図である。

第９ａ図は種々の運動位置の概略図である。

第９ｂ図は種々の運動位置の概略図である。

第９ｃ図は種々の運動位置の概略図である。

第９ｄ図は種々の運動位置の概略図である。

（実施例の説明） 図面を参照するに、第１図には台座１０を具備する座標測定機が示され、前記台 座には縦方向支柱１４を支持する直線案内路１２が設けられている。縦方向支柱 １４には支持構造体１６がそこで縦方向に運動するよう取付けられ、この支持構 造体１６には、その一端に測定プローブ２０を設けた水平方向に可動のタイル１ ８が取付けられる０台座１０には更に回転テーブル２２が取付けられ、この回転 テーブルには測定されるべき工作物２４が支持され得る。この座標測定機は従来 通りの設計形状を有している。

工作物２４及び測定プローブ２０間の空間的関係の正確な判定を可能とするため に、本具体例では適正には工作物２４は、回転させる都度、再現可能な正確な既 知の位置に移動される。各位置或はステーションでの６点運動位置の原理は最良 の再現性を得るために使用される。

第２図に示される如き１具体例では、回転テーブル２２は台座１０に関して固定 された下方プラテン２６とこの下方プラテン２６に関して廻動し得るように配列 された上方プラテン２８とを有する。下方プラテン２６の、の球体３ｏが設けら れる。各球体３０は好ましくはカーバイドから形成され、下方プラテン２６の円 錐形凹所内にセットされる。この円錐形凹所には加工或は液圧プレスによって３ 面から成る孔が有効に形成され、前記球体３０には、この球体３０を固定するた めの拡張ボルトをそこに貫入させるための孔が放電腐蝕によって形成される０球 体３０は液圧手段その他によってその座の内部に押圧されそれにより、有意の負 荷を担持し得且つヘルツ歪みを減少させ得る有限の接触領域が提供される。隣り 合う各球体対がＶ字状部分を有効に提供する。上方プラテン２８の下方表面には 、その軸が半径方向に伸延して成る３つの筒状部材３２が１２０度の間隔を置い て形成される。

上方プラテン２８が下方プラテン２６上に産室されると、筒状部材３２が球体３ ０によって画定される各Ｖ字状部分と係合する。このようにして、回転テーブル ２２の上方プラテン２８の角度位置の変更を、球体３０によって画定される各Ｖ 字状部分に座着した筒状部材３２を使用して正確に再現し得る。こうした配列構 成により、上方プラテン２８の各々の角度位置に於て要求される６点運動位置が 提供される。

新しい位置或はステーションでは運動位置を外しモして再係合するべきである。

その運動方向は基本的に水平方向及び縦方向の２つの方向から選択される。移動 するべき質量が大きい場合、必要動力が小さいことから空気支承体上を水平移動 させるのが有益である。この設計形状に関連するある種の問題は、質量が比較的 小さいことから困難を生じない縦方向移動によって解決され得る。

上方プラテンの上昇は最も容易には圧縮空気によって為される０問題は上方プラ テンを、著しく均衡の外れた工作物に於てさえも確実に水平に保つことである。

これは、中央エアシリンダー３４（第７図及び８図参照）及び１２０度離間した ３つのピボットアーム３６を使用することによって達成され得る。前記ピボット アーム３６は中空の三角形プレート３８を通してピストンの運動を上方プラテン ２８の下方周囲領域に伝達する。各ピボットアーム３６はオーバーセンター型レ バー機構の形態を有し、このオーバーセンター型レバー機構では回転テーブルの 下方プラテン２６上にレバーアーム４２がピボット廻動自在に取付けられ、該レ バーアーム４２の一端はピストンのロッド４４と作動上係合しそして他端はクラ ンクレバー４６の一方のアームと連結される。前記クランクレバー４６は下方プ ラテン２６上にピボット廻動自在に取付けられ、その他方のアームは中空の三角 形プレート３８の下方で上方プラテン２８の下方表面に各々係合する。このオー バーセンター型しバ一様構は、割り出し作業中に圧力が不十分となった場合でさ えも上方プラテン２８を確実に上昇位置に維持する。上昇、割り出しそして降下 のシーケンスは、マイクロスイッチ或は近接する検出器によってシーケンス的に 制御される。

中央エアシリンダー３４はオーバーセンター型レバー機構を逆転及び降下させる ための２重の作動を為す。

回転テーブルに回転駆動力を与えるための摩擦ロール駆動体を上方プラテン２８ の周囲に設は得る。この摩擦ロール駆動体は、モーター５０を中空の三角形プレ ート３８に担持させた状態で、中空の三角形プレート３８の一方の側端部のロー ルを駆動ロールとして使用可能である。

６点運動位置は、大きな力による押し込み及びヘルツ歪みの問題、そして大きな 摩擦力による６点での係合を確実にする上での困難さに基（特定の問題を生じ得 る。

更には、大きな応力及び摩擦力によって運動位置の表面が損耗しそれが長期間の 作業に渡っての再現性を阻むことが問題となり得る。第３図に示される如き別懇 様の回転テーブル２２はそうした問題を未然に防止し或は緩和することが出来る 。

この具体例では、第２図に示される筒状部材は各一対の細長部材或は脚５２と代 替されている。各脚は弾性ヒンジ５４によってその一端が上方プラテン２８に固 定される。各１対の脚５２は相対方向に角度付けされた長手方向軸を具備し、ま た各脚５２の他端は球状凸型支承面５６を具備しそれにより、各１対の脚５２は 各１つの球体３０の球状凸型支承面５６と係合する０弾性ヒンジ５４は好ましく は双方向ヒンジであって球状凸型承面５６をしてＶ字運動部として作用可能なら しめ、これが各々の角度位置で要求される６点運動位置を提供する。双方向ヒン ジを、直交配列した単一方向ヒンジと或は球状支承体と、或はまた直交配列した ２つの筒状支承体と代替し得ることを認識されたい。

更に別の具体例（第４図）では、下方プラテン２６の各々の角度位置が組み込み 式の３つの球体５８によって画定され、一方、６つの独立した脚５２が間隔を置 いて上方プラテン２８に連結されている。各脚５２の自由端には球体６０が設け られる。この球体は隔置された３つの球体５８の中心に位置付けられそれら球体 と３点接触する０脚５２が軸方向の剛性を維持する一方、各脚５２の弾性ヒンジ ５４は横方向に若干運動可能でありこれが、全てのｄ点運動位置での同時座着を 可能とし、従って各運動位置での３点接触を単一の点として機能可能とする。各 運動位置の３つの球体５８を、球体６０の表面と接する平坦面と代替し得ること を認識されたい。この配列構成を逆にし、３つの球体を脚に組み込みそして単一 の球体を下方プラテンに設は得る。

更に別の具体例（第５図）では各脚５２には脚５２の自由端に向けて開放する穿 孔６２が形成されそれにより、球体３０をそこに位置付けし得る環状部が画定さ れている。穿孔６２は、そこに圧縮空気を送給するための導管に接続され得る。

空気圧ゲージ或は圧力スイッチ６６が、停止弁６８として圧縮空気ラインに結合 される。

圧縮空気を穿孔６２に放出しつつ脚５２を球体３０に座着させると空気圧が空気 圧ゲージ６６に表示される。停止弁６８は、球体３０への脚５２の座着不良によ る漏れに基く空気圧低下を監視出来るよう、圧縮空気を受けた後、その供給源を 隔絶する。これが任意或は全ての運動位置が正しく位置付けられているか否かを 知るための配列構成を提供する。しかしながら、マイクロスイッチ、近接センサ ー或は容量トランスデエーサーの如き他の監視形態を用い得ることを認識された い。

第１の物体の、第２の物体上での６点運動位置を他の方法で入手可能である０例 えば、第１の物体に複数の球体を設け、第２の物体には各球体対間に位置付ける ための７字部材にして、へん平な側部或は整合する湾曲形状を具備する前記７字 部材を設は得る。第１の物体には７字凹所を形成し、第２の物体には複数の球体 を設けそれにより、各球体を７字凹所内で異なる角度位置に位置付は出来る。

全ての点位置での接触を保証し、また初期に於て接触した接触点が摩擦によって 離間しないよう脚５２を使用して摩擦力を除去し得るが、別様には６点運動位置 の全てをガス支承体或は液圧支承体上で顕微的な離間状態に保持し、ガス或は流 体の圧力を同時に減少することによって６点運動位置を座着させることが出来る 。この方法を、幾つかの位置付は点を具備しガス或は液圧支承体を使用する脚、 その地腫を使用する位置付は点と組み合わせ可能である。

回転テーブル上で５度の間隔を置いて点位置を設けるのが好ましい、別様には、 ２つの回転テーブル７０．７２を、一方を他方の上方に或は２つの環状リングの 如く一方を他方の内側に（第６図）設は得る。後者の場合、外側のリングには１ ０度の間隔で点位置を設は得る。その場合、内側のリングの点位置間隔は９度で ある０回転テーブル７０．７２の相対回転が分割をより微細なものとする上で有 益な差を提供する０例えば、前方に１０度そして逆方向に９度移動することによ り正味の前方移動は１度となり、これを３６０回反復して１度のインターパルを 得ることが出来る。特定用途に合わせた変則インターバルを有する回転テーブル を設計可能である。

位置付は表面の清浄度は重要であり、割り出しサイクルでは上方プラテン２８は 包囲された中心容積内へのまたそこからの空気流れを生じせしめるピストンとし て作用し、流入する空気が埃の粒子をもたらす、連結部のシールは困難であり、 その最も簡単な方法は上方プラテンを上昇させる際に清浄空気を中心容積内部に 注入することである。

本装置に含まれるその他の特徴には、運動位置にある上方プラテンをクランプ力 が加えられるまで保持するためのばね負荷、或はそうでない場合には可動表面の 使用が含まれ得る。これにより、上方プラテンがあるステーションから他のステ ーションへと移動する際の運動位置の表面に対する損傷が防止される。更には、 運動値！の表面を可動のカバーで覆うための手段を設は得る。可動のカバーは運 動位置の表面を清浄に保つために自動的に除去或は収納され得る。運動位置の表 面を清浄に保つための清浄空気注入の別法として、回転酸は揺動ブラシ或はデグ リーススプレー或はそれらの任意の組み合わせを設は得る。更に別の態様として 、包囲された機構を低圧圧縮した清浄な圧縮空気で圧力洗浄する手段を設け、そ こに埃の浸入を防止するための外向流れを確実に生じさせ得る。また、各ステー ションで上方プラテンをクランプするための１例えば空気圧或は液圧シリンダー 或はアクチュエーター、ばね、磁力、スクリュー、重力或は実際に力を適用する その他の手段を設は得る。

上方プラテンは運動位置から脱係合された場合に概略中心の周囲を回転しないよ うにするべきであり、またこれを運動位置への再係合に影響を及ぼすことなく達 成する必要がある。例えば、十分な間隙を有し再係合時に上方プラテンがその間 隙部分に落下する外部ロールを使用可能である。更には、あるステーションから 他のステーションへの変更中に、上方プラテンを降下させる以前に正しい割り出 し角度を概略検知すべきである。これは、台座に固着され且つ上方プラテンの突 起と係合した近接スイッチによって達成され得る。この近接スイッチは上方プラ テンの上昇位置での回転を、その回転及び降下を自由とする状態で検知すべきで ある。加つるに、何れのステーションが使用状態にあるかを識別するために、運 動位置がいつ係合されたかを検知するための一連の近接スイッチ配列を使用可能 である。そうした近接スイッチは好ましくは配線の簡素化のために台座に固着さ れる。

それ以上の改良として、本装置は各ステーションでの上方プラテンの、他方のス テーションに関する位置を較正するための手段を含み得る。較正は、現在出願中 の英国特許出願番号ＧＢ８９２３９４８．７に説明される如き装置によって実施 される。

本発明が回転テーブルに限定されるものでは無（、直線及び角度偏倚の任意の組 み合わせに対して適用し得ることを理解されたい０例えば、完全空気フレームを 静的座標測定装置の周囲に移動させ、或は装置の作用容積部を空気フレームの全 表面積に対して接近させ得るよう、移動装置を空気フレームの周囲にステーショ ンからステーションへと移動させ得る。

運動位置に関しては、第９ａ図から９ｄ図に概略例示されるような少な（とも４ つのレイアウトが、６点接触のために原理的に存在する。即ち、３点配列、２点 配列そして各面に１点及び２点（第９ａ図）、３面に各２点（第９ｂ図）、３つ のＶ字型凹所（第９ｃ図）そして３面孔、長孔及び単一点（第９ｄ図）の各配列 である。

本発明から離れることなくその他種々の改変を為し得る。

国際調査報告 １Ｍ１ｌｌＩＩＩｌｌｌｌｌＴｊｌ＾６”””””ＰＣＴ／Ｗ９０／ｎ１ｇ＋７ −ｙｓａｓ１Ａｅｍ＋ａ＋ｍ＊ＮＩＬ　ＰＣＴ／Ｇｌ’！　９０／ｎ　１Ｇ　１ ７国際調査報告 ＧＢ　９００１６１７ ＳＡ　４１１２８

Claims (15)

【特許請求の範囲】
1. １．相対的に可動の第１及び第２の２つの物体の空間的関係を判定するための装 置であって、少なくとも第１の第１の物体を、第２の物体に関し複数の位置の選 択された１つへと移動させるための手段と、複数の位置の各々における前記第１ の物体に６点運動位置を有効に提供するための手段とを含む前記相対的に可動の ２つの物体の空間的関係を判定するための装置。
2. ２．第１の物体には複数の位置を提供する複数の位置付け手段を設け、第２の物 体は前記位置付け手段の各１つと選択的に係合するための、間隔を置いた少なく とも３つのＶ字配列構成を有しそれにより、選択位置での６点運動位置を提供す る請求の範囲第１項記載の相対的に可動の２つの物体の空間的関係を判定するた めの装置。
3. ３．第１の物体の位置付け手段は複数の球体部材によって提供される請求の範囲 第２項記載の相対的に可動の２つの物体の空間的関係を判定するための装置。
4. ４．第２の物体の各Ｖ字配列構成は、その一端が第２の物体に結合され他端が各 球体部材と係合するための支承面を具備する一対の脚を含み、各脚は、それが運 動上の単一の点として機能出来るようにするための手段を具備している請求の範 囲第２項或は３項記載の相対的に可動の２つの物体の空間的関係を判定するため の装置。
5. ５．各脚の連動上の単一の恬として機能出来るようにするための手段は、脚の双 方向ヒンジを含む請求の範囲第４項記載の相対的に可動の２つの物体の空間的関 係を判定するための装置。
6. ６．各球体部材はカーバイドから形成され、第１の物体の３面項に有効に固定さ れる請求の範囲第４項或は５項記載の相対的に可動の２つの物体の空間的関係を 判定するための装置。
7. ７．各球体部材は拡張ボルトによって固定される請求の範囲第６項記載の相対的 に可動の２つの物体の空間的関係を判定するための装置。
8. ８．球体部材は液圧によって凹所に押圧される請求の範囲第６項記載の相対的に 可動の２つの物体の空間的関係を判定するための装置。
9. ９．第１の物体が、各位置を画定する複数の位置付け手段を提供し、第２の物体 が、６つの位置付け手段の各各１つと選択的に係合し得る間隔を置いた６つの位 置決め手段を有しそれにより各位置での６点連動位置が提供される請求の範囲第 １項記載の相対的に可動の２つの物体の空間的関係を判定するための装置。
10. １０．位置決め手段は各々、その一端が第２の物体に結合され他端に球状部分を 具備する脚を含み、第１の物体の位置付け手段の各々は前記球状部分と係合する ための３つの接触面を呈示し、各脚には連動上の単一の点としての機能を保証す るための手段が設けられる請求の範囲第９項記載の相対的に可動の２つの物体の 空間的関係を判定するための装置。
11. １１．各脚の運動上の単一の点としての機能を保証するための手段は、双方向ヒ ンジの形態を有する請求の範囲第１０項記載の相対的に可動の２つの物体の空間 的関係を判定するための装置。
12. １２．第１の物体の球状部分と係合するための３つの接触面は組込み式の３つの 球体によって提供される請求項第１０項或は第１１項記載の相対的に可動の２つ の物体の空間的関係を判定するための装置。
13. １３．第１の物体の球状部分と係合するための３つの接触面は係合する脚の球状 部分と接するよう配列された平坦面によって提供される請求項第１０項或は第１ １項記載の相対的に可動の２つの物体の空間的関係を判定するための装置。
14. １４．前記請求項の何れか１つに記載の一対の装置を含むアセンブリーであって 、第１の物体が各装置に共通でありそれにより、第１の物体の、複数の各位置で の第２の物体に関する６点運動位置が有効に提供され、また複数の各位置での第 ３の物体に関する第２の物体の６点運動位置が有効に提供される前記アセンブリ ー。
15. １５．相対的に可動の２つの物体の空間的関係を判定するための装置であって、 添付図面を参照してここに説明された前記装置。