JPH0575337B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、複数の座標方向に変位可能な少なく
とも１つの検出ピンを備え、検出ピンは戻し力に
よつてそのゼロ位置として特定された位置に押圧
され、その位置は相応した数の対抗体の表面範囲
との協働によつて特定されており、その際支承体
及びこれに付設された対抗体は検出ピンのまわり
に同心的に配置されている、前記多座標検出ヘツ
ドに関する。

多数の測定及び接続する多座標検出ヘツドは公
知であるが、両実施例では検出ピンが任意の方向
に変位した後にその特定されたゼロ位置に再び戻
されることが特に重要である。検出体ハウジング
内の検出ピンを特別に有利に支承部を形成すると
いう研究はが実施された。

（従来の技術） 西独国特許公開公報第2841424号には３点支持
を有する検出ヘツドが記載されている。検出ヘツ
ドハウジング底には３つのＶ型溝が形成され星形
に配置されている。検出体ホルダには球状表面を
備えた３つのピンが固定されている。ピンホルダ
はばねによつて検出ヘツドハウジング底の方向に
押圧されかつピンは付設のＶ溝内に確定した位置
を占め、その位置にピンは検出ピンの変位後に再
び戻されることになる。

更にヨーロツパ特許明細書第0088596号から支
承体装置を備えた検出ピンが公知であり、支承体
は同様に３つの支承個所を有する。支承個所は１
つの平面内において検出ピン軸線に対して同心的
に均等に分配されている。検出ピンハウジング底
には３つのボールが配置されており、ボールは組
立のために検出ピン軸線に対して平行に移動可能
である。検出体ホルダの３つの対抗体は相違して
形成されている。対抗体はボール孔の形の回転止
めとして形成されている。第２の対抗体はＶ溝を
有し、Ｖ溝は検出ピンホルダの中心点に向けられ
ている。第３の対抗支承体は検出ピン軸線に対し
て垂直かつ押し付けばねの力に対して垂直な平滑
な支持面である。

個々の支承個所の相違した構造によつてヨーロ
ツパ特許明細書1188596号に記載された技術水準
では静的予圧過多や予圧不足（Unterstimmung）
も究明された。個々の支承個所の相違した構成に
よつて（球／球、球／プリズム及び球／平面）、
しかし個々の支承個所の弾性率も相違し、このこ
とは切換え点の精度上不都合に作用する。

この種の支承体は典型的な支承体と称され、即
ちマクスウエル条件に従つて形成されている
（1972年スプリンガ出版社による、s.M.
Pollerman著「物理的工学の構造要素」第２版第
４章；案内と支承）。

その上相異なる検出方向における測定力の相違
及びこれと関連したたわみ制約された切換え点差
異が支承個所の増大によつて回避されることが公
知である。支承個所の増大ではしかし適合した支
承部の製造のためのコストがい著しくかつシステ
ムが静的に過剰されるという危険がある。多数の
支承個所を備えたの例は西独国特許公開公報第
2742817号が引用される。

そこでは検出ホルダに一群のボールがＶ溝内に
同心的に配置されており、溝内には第２のボール
群がある。ボール群は向かい合つて位置しかつ一
つのボール群の各ボールは他のボール群の隣接し
た２つのボールの間にある。

各ボールは表面を有し、表面は２つの隣接した
ボールの湾曲した両表面に当接している。ばねは
ハウジングに検出体ホルダを押圧し、そしてボー
ルはばねにより作用される予圧に基づいてその表
面と点接触する。

個々のボール群と各ボールと他のボール群の隣
接した２つのボールとの間において所望の接触が
行われると、ボールははじめにその溝中を自由に
転がり、そこでボールは一方のボール群の全ての
ボールが他のボール群の全てのボールと接触する
位置において、ばね力及び面の湾曲に基づいて調
整される。一方のボール群の２つの隣接したボー
ルによつて形成された面は当然他のボール群の２
つの隣接したボールの面と同様な方法で相互に湾
曲されており、このことは同様な方法で溝中の相
対する位置を占めることになる。ボールを完全か
つ迅速な整列されるために、比較的強いばねが使
用されかつ検出ヘツドは振動しかつその際検出体
は装置によつて軸線方向に保持される。

ボールは記載の方法で調整されかつ整向され、
一方前以て溝中に係合したエポキシ樹脂はまだ柔
らかい。接着剤として使用される樹脂はその後硬
化され一方ハウジング及び検出体の相対的位置は
不変に保持される。

検出ピンのこのような支承では全ての支持点は
等しい弾性特性を有する。

接続点の高い精度のため及びしかし等しい弾性
率特性が重要であるのみならず、むしろ支承個所
の絶対的な剛性ができる限り高くされるべきであ
る。しかし前記の検出体支承体では点接触なの
で、個々の支持個所の絶対的な剛性は非常に高い
ということはない。

（発明の課題） 本発明は従来技術により代替可能に得られるよ
りも高い切換え精度を可能にする多座標検出ヘツ
ドのための支承体を創造することにある。

（課題の解決のための手段） 本発明の課題は、複数の座標方向に変位可能な
少なくとも１つの検出ピンを備え、検出ピンは戻
し力によつてそのゼロ位置として特定された位置
に押圧され、その位置は相応した数の対抗体の表
面範囲との協働によつて特定されており、その際
支承体及びこれに付設された対抗体は検出ピンの
まわりに同心的に配置されている、前記多座標検
出ヘツドにおいて、支承体と対抗体は検出ピンの
前記ゼロ位置において、支承体の各表面範囲と所
属の対抗体の表面範囲の接触地帯がそれぞれ円線
を形成し、そして特にそのように形成された円線
全体は検出ヘツド軸線に対して垂直な１つの平面
内に位置し、検出ピンの長さ方向に検出ヘツドが
移動して被測定物に接触した場合は接触子とは反
対側から検出ピンを押すばねの力に抗して検出ピ
ンが押し込まれるように変位して検出ピンに直交
する支持面に検出ピンを取り囲むように配置され
た検出装置が支持面の変位を検知し、検出ピンの
側面から接触して場合は支持面と接触子の途中の
支点を中心に検出ピンが傾動するのを前記検出装
置の１部分が作動して検知することを特徴とする
前記多座標検出ヘツドによつて解決される。

（発明の効果） 特別な利点は各個々の支承個所で表面範囲が接
触地域として円線を有し、このことは点接触より
も高い安定性に繋がる。検出ピンの変位のゼロ位
置を正確に設定することができるために、支承体
もこれに付設された対抗体も組立の際に前記ゼロ
位置の設定調整のための十分な自由度を有する。

（実施例） 第１図には多座標検出ヘツドの全体構造が示さ
れている。この検出器は切換えする検出器として
実施される。円錐１によつて検出器は図示しない
測定又は工作機械のスピンドルに装着されること
ができる。検出ピン２の変位は殆ど全ての方向に
可能である。パツキング３は検出ヘツドハウジン
グ４と検出ピンとの間の中間室を緊塞する。保護
板５は熱いチツプによるパツキング３の損傷を防
止するが、検出ピン２にそのゼロ位置からの制限
された変位を行わせる自由空間６が解決する。

検出ピン２の変位の測定のための検出装置７，
８，９は特定の変位量の時に検出パルスを発し、
パルスは工作機械の制御のため又は座標測定機の
測定値を受け取る時点を決定するために寄与す
る。検出装置７，８，９は検出ヘツドハウジング
４に固定されている光学的送信器７及びこれに対
して同様に整向された位置固定の差動光電要素８
から成る。両要素７，８の光軸にはレンズ系９が
運動可能な検出ピン２に固定して取付けられてい
る。

検出器ホルダ１０は検出ピン２と固着されてお
り、検出ピンは自由端に検出球１１を有する。検
出器ホルダ１０の面はばね１２によつて検出ヘツ
ドハウジング４と結合している。対抗面は検出器
ホルダ１０と検出ヘツドハウジング１３との間の
支承部の一部である。この支承部は正確に実施さ
れなければならない、そのわけは充分な再現性が
保証されない場合には静的過不足が測定誤差の原
因となるからである。

検出過程の間工作物に検出器ホルダ１０がばね
１２によつてその力が工作物上検出球１１の接触
圧力に対抗作用するようにそのゼロ位置に保持さ
れる。ばね１２は検出ピン２に固着され、その変
位が検出されるべき支持面が付設される検出器ホ
ルダ１０は検出力が特定の値以下である場合に支
持面が持ち上げられ又は支持面と接触子１１の途
中の支点を中心に検出ピン２が傾動されることを
阻止する。検出器ピン１０がばね１２によつて検
出器ホルダ１３に対して押圧される限り、検出器
ホルダ１０及び検出ヘツドハウジング４は自由度
ゼロの単一体を形成する。変位の際にばね１２は
接触力が緩むと検出ヘツドハウジング１３に向か
つて検出器ホルダ１０を戻すように付勢する。検
出ピン２の長さ方向に検出ヘツドが移動して被測
定物に接触した場合は接触子１１とは反対側から
検出ピン２を押すばね１２の力に抗して検出ピン
２が押し込まれるように変位して検出ピン２に直
交する支持面に検出ピン２を取り囲むように配置
された検出装置７，８，９が支持面の変位を検知
し、検出ヘツドが移動して検出ピン２の側面から
被測定物に接触して場合は支持面と接触子の途中
の支点を中心に検出ピン２が傾動するのを前記検
出装置７，８，９の１部分が作動して検知する。

４点支持として実施される支承部は本発明によ
れば検出器ホルダ１０の周囲に渡つて均等に分配
されかつ検出器ホルダ１０に係止されている、一
平面内に配置されたボール１４から成る。

ボール１４は円筒状ホルダ１５中にある。ボー
ル１４の中心点は円筒状ホルダ１５の縦軸線の外
方にある。ボール１４は円軌道上を円筒状のホル
ダ１５が回転する際にホルダ１５の軸線の周りを
運動することができる。

検出ヘツドハウジング底１３には円筒状対抗体
１６が回転可能に配置されている。対抗体１６は
ボール１４に面したその端面に円錐形の孔１７を
有し、孔は対抗体１６の縦軸線に対して偏心して
いる。その縦軸線の周りを対抗体１６が回転する
際に円錐孔１７の軸線は対抗体１６の軸線の周り
の円軌道を描く。

ボール１４及び円錐孔１７はそれぞれ支承個所
を形成し、この際各ボール１４の表面は円錐孔１
７の円錐外被と、接触地域が円線であるように協
働する。多数の支承個所では支承部の整列が得ら
れるが、同心となることは支承部の偏心率によつ
て阻止される。

断面を示す第２図から全ての対抗体１６が図示
しない検出ピン軸線に対して同心に位置すること
が示される。対抗体１６の端面には円錐孔１７が
認められ、円錐孔はそれぞれ対抗体１６に対して
偏心している。対抗体１６が検出ピンハウジング
底１３においてその縦軸線の周りを回転可能に固
定されているので、円錐孔１７の位置は対抗体１
６の位置に依存している。

第３ａ図は対抗体を拡大して示す。端面に偏心
して設けられた円錐孔は符号１７を有する。同様
に拡大されて示されたボール１４によつてどのよ
うにしてボール１４が円錐孔１７中に位置決めさ
れるかが示唆されている。

第３ｂ図には拡大して示されたホルダ１５か示
され、ホルダはボール１４を収容する。ここでも
ボール１４の中心はホルダ１５の縦軸線上には位
置しない。ボール１４は接着剤によつてホルダ１
５中に固定されている。第３ａ図に示すのと同様
に、ホルダ１５はボール１４と最終組立の直前に
結合され、その際ホルダ１５はボール１４とも所
属の対抗体１６とも、ボール１４が完全に円錐孔
１７中に当接するまで相互に回転されかつ移動さ
れる。ボール１４及び円錐孔１７は共通の接触地
域において１つの円線を形成する。

最終組立位置は全ての支承部がその偏心して保
持されたボール１４又は円錐孔１７と予圧をもつ
てここでは図示しない外部ばねによつてボール１
４の各々がその所属の円錐孔１７に完全に圧入さ
れかつ接触地帯としてそれぞれ円線を形成する。
ホルダ１５及び又は対抗体１６の高さ調整可能性
によつて個々の接触地帯の全ての円線が検出ピン
に対して垂直な１つの平面内に位置することが図
られる。記載の組立過程の間ホルダ１５も対抗体
１６も検出器ホルダ１０又は検出ヘツドハウジン
グ底１３の孔に固定される。接着剤は調整の後に
硬化され、その結果組立後にボール１４の位置は
その円錐孔１７に対して特定な位置に保持され
る。

第４図の動力学的図から偏心して配置されたボ
ール１４及び円錐１７が共通した位置Ｐに位置す
ることができることが明らかである。位置１５′
はホルダ１５の縦軸線を表し、ホルダ１５の周り
をホルダ１５中に偏心して配置されたボール１４
が円軌道上を回転することができる。対抗体１６
はその縦軸線１６′の周りに回転し、その結果対
抗体１６の端面の１つの偏心して設けられた円錐
孔１７は円軌道上をも運動することができる。両
円軌道はここでは関連した範囲において共通した
交点Ｐを有する。この点Ｐは実際上実施された組
立上の点となり、この点で各ボール１４が所属の
円錐孔１７中に完全に位置することになる。

第５図に示すように、ホルダの支承部は本発明
による範囲を越脱することなしに別様にも実施さ
れることができる。ここでは必要な要素のみしか
示されていない。検出ヘツドハウジング底１３５
上には対抗体１６５が示されており、対抗体はそ
の端面に円錐孔１７５を有する。対抗体１６５は
検出ヘツドハウジング底１３５上一平面内を自由
に移動可能であり、かつそれ自体の周りを回転可
能である。対抗体１６５はボール１４５の収容の
ために役立ち、ボールはホルダ１５５によつて検
出器ホルダ１０５に配置されている。検出器ホル
ダ１０５は公知の方法で接触球１１５を備えた検
出ピン２５を有する。ホルダ１５５はボール１４
５とともに回転可能かつ検出器ホルダ１０５中を
縦移動可能に支承されている。

組立及び調整のために検出ヘツドハウジング１
３５と対抗体１６５との間に並びに検出器ホルダ
１０５とホルダ１５５との間に接着剤層が位置
し、接着剤層は前記運動可能性を可能にする。図
示しない組立装置によつて検出器ホルダ１０５が
検出ヘツドハウジング底１３５に対して調整され
る。その際検出ヘツドハウジング底１３５に自由
に移動可能な対抗体１６５はその円錐孔１７５に
よつて正確にボール１４５に整向されボールはそ
のホルダ１５５とともに検出器ホルダ１０５にお
いてを軸線方向に運動可能かつ回転可能である。
この方法で検出ピン２５のためにゼロ位置が作ら
れ、そのゼロ位置においてボール１４５と所属の
円錐孔１７５との間の接触地帯が円線を形成し、
円線は検出ピン軸線に対して垂直な１つの平面内
に位置する。それによつて第１図〜第３図による
実施例による検出ヘツドの場合と同様に有利な支
承条件が作られる。

当業者にとつて第６ａ図〜第６ｅ図による実施
例は有利な構造変形であり、これは当業者が必要
に応じて選択される。第６ａ図は支承要素として
検出ヘツドハウジング底１３６上に自由に移動可
能なボール１６６を示し、その表面は検出器ホル
ダ１０６内に配置されている円筒状のブツシユ１
５６と協働する。ボール１６６とブツシユ１５６
との間の接触地域は円線である。

第６ｂ図による変形では要素は交換されてい
る。検出ヘツドハウジング底１３７上ち自由に移
動可能なブツシユ１６７が記載の方法で検出器ホ
ルダ１０７内に配置されたボール１５７と協働す
る。

第６ｃ図による変形では、ボール１４８はホル
ダ１６８内にあり、かつこれとともに検出ヘツド
ハウジング底１３８上を自由に移動可能である。
検出器ホルダ１０８内には対抗体１５８が軸線方
向に移動可能にかつ回転可能に配置されており、
対抗体はそのボール１４８に面した端面に円錐孔
１７８を有する。

第６ｄ図は他の構造的変形を示す。検出ヘツド
ハウジング底１３９内に回転可能かつ軸線方向に
移動可能に円筒状体１６９が支承されている。検
出ヘツドハウジング底１３９に対して平行な表面
上には移動可能な対抗体１５９があり、その円錐
孔１７９はボール１４９と協働し、ボールは検出
器ホルダ１０９内に固定されている。

本発明による検出ピンホルダのための他の可能
性を第６ｅ図が示す。検出器ホルダ１００内には
孔１７０が設けられている。検出ヘツドハウジン
グ底１３０内には軸線方向に移動可能なスタンプ
１６０があり、検出ヘツドハウジング底１３０に
対して平行な表面上に回転可能かつ移動可能な対
抗体１５０が配置されており、その球状ヘツド範
囲１４０は検出器ホルダ１００内の孔１７０と協
働する。

特別有利に本発明による支承部は支承体とし
て、第６ｄ図に検出器ホルダ１０９にボール１４
９を備えて示されたような任意の方法で検出器ホ
ルダ内に固定される。

必要な調整可能性は円錐孔７０の軸線方向の移
動を可能にする二重偏心体５０によつて達成され
る。二重偏心体５０は円錐孔７０が対抗体６０の
端面に円錐孔７０の軸線が対抗体６０の縦軸線に
対して平行であるように配置されることによつて
実現される。円錐孔７０は縦軸線の周りの対抗体
６０の回転の際に円軌道上を旋回されることがで
きる。対抗体６０は収容シリンダ８０内で収容シ
リンダ８０の縦軸線とも対抗体６０の縦軸線とも
相互に平行であるように支承される。この方法で
第２の偏心体が形成される。収容シリンダ８０は
その収容部に、例えばここでは図示しない検出ヘ
ツドハウジング底、その縦軸線のまわりに回転可
能であり、その結果対抗体６０は円軌道上収容シ
リンダの軸線のまわりを旋回されることができ
る。対抗体６０はその固有の軸線の周りを回転可
能であり、その結果円錐孔７０は他の円軌道上を
運動される。軸線移動は対抗体６０及び又は収容
シリンダ８０によつて行われる。

著しい利点は完全な検出器ホルダが比較的小さ
い寸法を有することにある。そのわけは全ての調
整要素が検出ヘツドハウジング底内に配置されて
いるからである。

勿論ここで変形は第６図に示すように実現され
る。

全ての実施例に共通して相互に付設された支承
部又は対抗体の表面の接触地域はそれぞれ１つの
円線を形成し、そして円線は検出ピン軸線に対し
て垂直な共通の平面内に位置する。

明快にするために主実施例の符号のみが主特許
請求の範囲に記載されている。

「特定されたゼロ位置」では変位しない状態の
検出ピンの休止位置であると理解される。この休
止位置において検出ピンは最終的な変位の後に常
に再び正確に戻され、検出ピンは正確に再現可能
でなければならない。

【図面の簡単な説明】

第１図は検出ヘツドの軸線断面図、第２図は第
１図の−線に沿う断面図、第３ａ図は対抗体
のボール、第３ｂ図はホルダと対抗体上部を備え
たボール、第４図は動力学的図、第５図は検出ヘ
ツド支承部の部分断面図、第６ａ図〜第６ｅ図は
支承部の構造的変形、そして第７図は二重偏心体
を示す図である。 図中符号、２……検出ピン、１４……支承体、
１６……対抗体、１７……表面範囲。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 複数の座標方向に変位可能な少なくとも１つ
   の検出ピンを備え、検出ピンは戻し力によつてそ
   のゼロ位置として特定された位置に押圧され、そ
   の位置は相応した数の対抗体の表面範囲との協働
   によつて特定されており、その際支承体及びこれ
   に付設された対抗体は検出ピンのまわりに同心的
   に配置されている、前記多座標検出ヘツドにおい
   て、 支承体１４と対抗体１６は検出ピン２の前記ゼ
   ロ位置において、支承体１４の各表面範囲と所属
   の対抗体１６の表面範囲１７の接触地帯がそれぞ
   れ円線を形成し、そして特にそのように形成され
   た円線全体は検出ヘツド軸線に対して垂直な１つ
   の平面内に位置し、 検出ピン２の長さ方向に検出ヘツドが移動して
   被測定物に接触した場合は接触子１１とは反対側
   から検出ピン２を押すばね１２の力に抗して検出
   ピンが押し込まれるように変位して検出ピンに直
   交する支持面１０に検出ピンを取り囲むように配
   置された検出装置が支持面の変位を検知し、検出
   ピンの側面から接触して場合は支持面と接触子の
   途中の支点を中心に検出ピンが傾動するのを前記
   検出装置の１部分が作動して検知することを特徴
   とする前記多座標検出ヘツド。 ２ 支承体は調整可能なボール１４，１４５，１
   ４８，１４９として形成されており、ボールは調
   整可能な対抗体１６，１６５，１６８，１６９内
   に配置されている円錐孔１７，１７５，１７８，
   １７９と協働する、特許請求の範囲第１項記載の
   多座標検出ヘツド。 ３ 支承体は軸線方向に調整可能なボール１４，
   １４５として形成されており、ボールはラジアル
   方向に調整可能な対抗体１６，１６５内に配設さ
   れている円錐孔１７，１７５と協働する、特許請
   求の範囲第１項又は第２項記載の多座標検出ヘツ
   ド。 ４ 支承体はラジアル方向に調整可能なボール１
   ４，１４８として形成されており、ボールは軸線
   方向に調整可能な対抗体１６，１６５内に配設さ
   れた円錐孔１７，１７８と協働する特許請求の範
   囲第１項又は第２項記載の多座標検出ヘツド。 ５ 支承体はそれぞれ軸線方向に移動可能かつ回
   転可能なホルダ１５内に偏心して配置されたボー
   ルに１４として形成されており、対抗体１６は回
   転可能かつ軸線方向に移動可能でありかつそのボ
   ール１４に面した端面にそれぞれ円錐孔１７を有
   し、その軸線はそれぞれ対抗体１６の縦軸線に対
   して平行に経過する、特許請求の範囲第１項から
   第４項までのうちのいずれか１つに記載の多座標
   検出ヘツド。 ６ 支承体は対抗体として調整可能なブツシユ１
   ５６，１６７と協働する調整可能なボール１５
   ７，１６６として形成されている、特許請求の範
   囲第１項記載の多座標検出ヘツド。 ７ 支承体は球状スタンプ１４０として形成され
   ており、スタンプは軸線方向及びラジアル方向に
   調整可能であり、かつ検出体ホルダ１００内の孔
   １７０と協働する、特許請求の範囲第１項記載の
   多座標検出ヘツド。 ８ 対抗体６０はその支承体４０に面した端面に
   それぞれ１つの円錐孔７０を有し、その軸線はそ
   れぞれ対抗体６０の縦軸線と平行であり、そして
   対抗体６０は回転可能な収容シリンダ８０内に偏
   心して支承されている、特許請求の範囲第１項記
   載の多座標検出ヘツド。 ９ 多数の支承体１４，１４５，１４８，１４９
   及び対抗体１６，１６５，１６７，１６８が検出
   ヘツド軸線のまわりに同心に均等間隔で配置され
   ている、特許請求の範囲第１項記載の多座標検出
   ヘツド。