JPH08339B2 - 測定工具切換え装置 - Google Patents

測定工具切換え装置

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JPH08339B2
JPH08339B2 JP59504225A JP50422584A JPH08339B2 JP H08339 B2 JPH08339 B2 JP H08339B2 JP 59504225 A JP59504225 A JP 59504225A JP 50422584 A JP50422584 A JP 50422584A JP H08339 B2 JPH08339 B2 JP H08339B2
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ロバーツ マクマートリイ，デイビツト
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23Q—DETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、例えば座標測定機械における測定工具の切
換えに用いる測定工具切換え装置に関するものである。
背景技術 英国特許第2,047,133号では、工具と、保管位置にお
いて工具を着脱自在に支持する手段を有する保管装置
と、保管位置からの工具の取外しおよび保管位置への工
具の戻しを行うために保管装置に対して移動が可能なヘ
ッドとを具え、ヘッドには軸および該軸を横切る平面に
形成された第１支持表面を設け、工具には第１支持表面
に係合可能な第２支持表面を設け、第１および第２支持
表面のいずれか一方の支持装置には、係合する他方の支
持方面を所定方向に案内しているように互いにすぼまっ
て行く凹面を設け、他方にはその凹面と異なる形状を有
して嵌り合う凸面を設け、これら凹面と凸面との少なく
とも一方を曲面とすることによって、第１および第２支
持表面がヘッドに対する工具の正確な位置決めを行うた
めの支承構造（kinematic support:以下「物理的支承」
と称する）を形成するようにするとともに、さらに前記
支持表面における工具のヘッドに対する係合および係合
解除を行うための駆動手段を具えた工具切換え装置が示
されている。
公知の装置では、係合および係合の解除は前記軸に関
してヘッドと工具とを相対的に回転させる差込システム
によって行われている。しかしながら、これは例えばヘ
ッドと工具との間に電気的な接点が必要な場合には困難
である。何となれば、そのような接点は前記軸の方向に
互いに向いあうものであるので、前記回転が好ましいも
のとはなり得ないからである。
また、上記物理的支承は、上記所定方向を軸方向に選
び、工具に軸方向の力を作用させて軸方向に向う移動習
性を付与することにより、第1,第２支持表面によって規
定される所定位置への反復性に優れた工具位置設定が可
能となるが、かかる物理的支承に対し所定方向（軸方
向）以外の力が作用することは、反復性を損うことにな
るので好ましいことではない。
しかるに、例えば上記従来技術では、工具の取付けに
際してはヘッドに対し工具を所定方向（軸方向）横切る
平面内で回転させる動作を伴うために、物理的支承には
軸方向以外の力が作用することになる。
かかる問題を解決するために、本発明の第１の形態
は、測定工具と、該測定工具を受けるためのヘッドとを
具え、該ヘッドは軸および第１支持表面を有し、前記測
定工具は前記軸の方向において前記第１支持表面に係合
可能な第２支持表面を有し、前記第１支持表面および前
記第２支持表面の一方には前記軸の方向に向けて相互に
すぼまって行く凹面を設け、他方には当該凹面とは異な
る形状を有して嵌り合う凸面を設け、前記凹面と前記凸
面との少なくとも一方を曲面とすることによって、前記
第１および第２支持表面により前記ヘッドに対する前記
測定工具の正確な位置決めを行うための支承構造が形成
されるようにするとともに、前記ヘッドおよび前記測定
工具の一方に設けられ、前記軸の方向に延在するピン形
態の第１カップリング要素と、前記ヘッドおよび前記測
定工具の他方に設けられ、前記軸を横切る方向に回転軸
を有する回転カム形態の第２カップリング要素とを具
え、前記ピンには前記回転カムと係合し前記回転カムの
回転に応じて前記軸方向の力を作用される頭部を設け、
前記回転カムの外側面には前記第１および前記第２カッ
プリング要素の非結合時に前記軸方向における前記頭部
の相対的通過を受容するべく前記軸方向に開く開口部
と、前記頭部に係合可能であるとともに当該係合状態で
の前記回転カムの回転を許容する方向に前記開口部に連
続して形成されたスロット部とを設け、前記開口部およ
びスロット部の内方には前記頭部を許容可能な空間を設
けることによって、前記軸方向において互いに近づく前
記測定工具と前記ヘッドとの相対移動によってのみ前記
回転カムと前記ピンとの係合が可能となるようにし、前
記回転カムの回転によって前記ピンに前記軸方向の力を
作用することにより、前記第１および第２支持表面間の
係合を行わせるようにしたことを特徴とする。
また、本発明の第２の形態では、かかる構成に加え、
さらに、前記ヘッドに設けられた第１電気的接点と、前
記測定工具に設けられた第２電気的接点を具え、前記支
持表面で前記測定工具がヘッドと係合しているときに前
記第１電気的接点と係合するように前記第２電気的接点
を配設したことを特徴とする。ここで、第１および第２
の電気的接点は、好ましくは、前記支持表面で前記測定
工具と前記ヘッドとが係合したときに、対となって互い
に結合するように構成され、前記電気接点のそれぞれの
対は、前記軸方向において当該対が互いに係合するよう
にばね付勢を行うためのばねを個々に有したものとす
る。
図面の簡単な説明 以下、添付の図面を参照して本発明に係る装置の一実
施例を説明する。ここで、 第１図は座標測定機械の部分の正面図、 第２図は第１図の平面図、 第３図は第１図を拡大して詳細に示す断面図、 第４図は第３図におけるIV−IV線断面図、および 第５図は第４図におけるＶ−Ｖ線断面図である。
発明を実施するための最良の形態 第１図および第２図を参照するに、座標測定機械は、
固定構造体を形成するテーブル11に対して、互いに直交
するX,Y,Z方向に移動可能に支持されたヘッド10を有す
る。ヘッド10はＺ方向に延在する軸10Aを有する。ヘッ
ド10は工具すなわちプローブ12Aを支持する。プローブ1
2Aはハウジング13、ならびにそこから突出し、ワークピ
ースを測定するためにワークピース15と係合するスタイ
ラス14Aを有する。さらにプローブ12Aはかかる係合に応
じて電気信号を発生するようにする。このような信号を
発生させること自体は例えば英国特許第1,445,977号に
よって公知である。プローブ12Aは、テーブル11に固定
された保管装置すなわちマガジン16に支持されている他
のプローブ12B,12Cと交換可能である。ワークピースの
異なる部分を測定する必要があれば、異なるプローブ12
は異なる構造もしくは異なるスタイラスを有したものと
することができる。マガジンには延長バーの如き付属部
品を設けてそこに種々のプローブ組立体をはめ込み可能
にしてもよい。
プローブ12は、カップリング17を介してヘッド10に対
し着脱自在に取付けできる。カップリング17はヘッド10
に設けられた第１カップリング部分18と、プローブ12の
各々に関して第２カップリング部分18Aとを具え、マガ
ジン16に設けた機構19によって第２カップリング部分18
Aを第１部分18に対して係合可能および係合解除可能と
する。
第３図ないし第５図を参照するに、第１カップリング
部分18は機械のヘッドに固着された本体20と、本体20か
らＺ方向に突出させた第１カップリング要素すなわちロ
ッキングピン21とを具える。ピン21の自由端には頚部22
および比較的広い頭部23を形成する。ばね24はピン21を
本体20から引込められるように付勢する。第２カップリ
ング部18Aは、ハウジング13に固着され第２カップリン
グ要素すなわちカム26を支持するための本体25を具え
る。カム26は、Ｘ方向に延在する軸27A（第３図）を有
する中空円筒状の部材27を具える。本体25は、軸10Aを
横切って広がり軸27Aのまわりに部材27を回動可能に保
持するボアを有する。部材27の内側には上側部分29およ
び下側部分30を有するカム表面28を形成する。中空部材
27の内側はスロット31によりその外側に開放されてい
る。スロット31を十分に広くなしてピン21の頚部22を抱
き込むようになし、それにより頭部23と係合させる。而
してカム表面28の下側部分30においてスロット31は広が
った部分32を有し、その部分を介して部材27の内側に対
するヘッド23の進入あるいは後退を許容する。
第３図ないし第５図は、頭部23がカム表面の上側部分
29と係合する係合位置におけるカップリング17を示す。
カップリング17のこの位置においては、プローブは物理
的支承部材（a kinematic support）35（第４図，第５
図）によってヘッドに位置決めされる。物理的支承部材
35は、３つの円筒状要素36によって形成される。３つの
円筒状要素36は、第１部分18の本体20に固着されてお
り、その各々は、第２部分18Aの本体25に固着された各
一対の球状要素37の互いにすぼまっている表面に係合し
ている。要素36,37は軸10Aを横切る平面Ａ−Ａ上にある
第１および第２支持表面をそれぞれ形成する。カム26
は、ピン21およびばね24を介して、工具12Aに軸方向の
力を作用させ、それによって要素36,37の係合が確保さ
れる。なおピン21はばね24によって支持されるととも
に、ピン21が挿通されて突出する本体20の穴は、第４図
から明らかなように、ピン21の径より大きく、すなわち
ピン21の回りにはギャップが形成されている。これによ
り、円筒状要素36と対応する一対の球状要素37の互いに
すぼまっている表面との係合ないしは軸方向力の作用に
伴う所定位置への位置決め動作に際し、プローブとヘッ
ドとの相対的な動きが許容され、物理的支承部材35はピ
ン21およびカム26の結合によって生じる力に干渉される
ことがない。
カップリング17は、部材27の回動によって、すなわち
軸10Aを横切る方向の表面28の移動によって係合解除可
能である。かかる回動によってスロット31の広がった部
分32は頭部23に位置合せされ、これによって頭部23を部
材27の内側から後退させることができる。この逆の動き
によってカップリング17は係合する。カップリング17を
動作させるために、マガジン16は、保管される各プロー
ブを考慮して設けられたフレーム40と、そのフレーム40
に支持されＸ方向に位置する軸41Aのまわりに回転可能
な駆動部材と、その駆動部材41の対向端にあるキー43に
係合可能にカム部材27に位置づけたダイアメトラルスロ
ット（a diametral slot）42とを具える。部材41は、ラ
ック45に係合した平歯車に固着され、ラック45はねじと
ナット形ギヤリング46Aを介して作用するモータ46によ
って駆動される。
ヘッドから工具を取外すには、ヘッドをＸ方向に移動さ
せてスロット42をキー43と係合させる。次いでモータを
駆動して部材27を回転させることにより、カップリング
の係合が解除される。次いでヘッド10をＺ方向に上方に
移動させて部分18,18Aを分離させることにより、ヘッド
10をプローブ12Aから離す。プローブ12Aは、保管位置に
おいてプローブ12Aを支持するためにマガジンフレーム4
0に設けたフォーク47上に取り残される。同様なフォー
クをプローブ12B,12Cについても配設する。当該上方へ
の移動中に、部分18,18Aの分離に先立ってまだピンを支
持しているカム26近傍の位置からピン21が後退する。カ
ップリング17を係合するには、要素36,37間に確保され
る近傍の位置まで軸10Aの方向下方にヘッドを移動させ
る。この下方への移動によって、ピン21もまたカップリ
ング17の係合に必要な分だけカム近傍の位置に運ばれ
る。
各プローブ12A,12B,12Cについて設けた駆動部材41お
よびギア44と、ラック45と、モータ46とはカップリング
17を係合および係合解除するための前記機構19を構成す
る。とりわけ、駆動部材41はマガジンフレーム40の中あ
るいは上に設けられる。これは各プローブ12に占められ
た、あるいは占められるべきマガジン中の位置近傍の位
置で移動可能とするために駆動部材40を支持するためで
ある。
プローブ12Aからヘッド10への前記プローブ信号の伝
達を可能とするには、カップリング部分18,18Aに電気的
接点33,34の対を設け、それらが部分18,18Aの係合時に
係合するようにする。各々の前記対における接点33をカ
ップリング部分18に設けて、平面Ａ−Ａ上にある接触表
面に位置づけられるようにする。接点34については部分
18A上に、軸10A方向に接点33の表面に係合する位置に設
ける。接点34を図示のようにばねによって付勢し、要素
36,37でヘッドに工具が係合したときに接点３に係合す
るように位置決めする。また、接点の各対はばねを有し
ているので、すなわち本例の場合接点34はばねによって
支持されているので、接点の各対の係合に際し、各対は
剛に当接することなく、従って上記物理的支承部材35に
干渉することがない。機械のヘッド10を、例えばモータ
50（第１図）のようなモータによって移動可能となし、
ある意味ではそれ自体が公知のプログラム51によって明
確に位置決めを行う。そのプログラムをマガジン位置に
対してヘッド10を移動させるのにも適用し、さらにはモ
ータ46に作用させてカップリング17を駆動するのにも適
用する。
本発明が軸10Aについてのヘッドと工具との相対的な
回動を避け、平面Ａ−Ａ内の接点33,34間で比較的大き
な変位を行うものであることは明らかであろう。
不図示の変形例においては、部分18および18Aの位置
を逆にし、部分18をプローブハウジングに設け、部分18
Aをヘッド10に設ける。この場合にはカップリング17を
例示したところと同じように機構19によって駆動した
り、あるいはヘッドに設けたモータによって駆動するよ
うにしてもよい。しかしながら、カップリング17をマガ
ジン10の上または中に設けた駆動機構で駆動できるとい
うことが本発明の利点である。何となれば、これによっ
て、例えば駆動機構の取付けのためにヘッド中もしくは
ヘッド上に十分なスペースが無い場合に生じる困難さを
除去できるからである。
さらに他の変形例では、部材27を部材18から延在させ
て設け、スロット42が部材18の周囲の外側にあるように
する。これにより、ヘッド10の軸方向の動きによってス
ロット42をキー43に係合させることが可能となる。無論
これはそのようなヘッド10の動きに際してスロット42と
キー43とが軸10Aの方向にあることが条件である。符号1
7の如きカップリングを設けることにより、延長バーが
ヘッド10と接触してから同様にプローブがそのような延
長バーの自由端に接触するようにしてもよい。従って延
長バーは各端部にカップリング要素を有し、プローブと
同じようにマガジンに支持されるものとなる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭56−39845（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−77476（ＪＰ，Ａ) 米国特許3064321（ＵＳ，Ａ) 英国特許2047133（ＧＢ，Ａ)

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】測定工具（12）と、該測定工具を受けるた
    めのヘッド（10）とを具え、 該ヘッドは軸（10A）および第１支持表面（36）を有
    し、前記測定工具は前記軸の方向において前記第１支持
    表面に係合可能な第２支持表面（37）を有し、前記第１
    支持表面および前記第２支持表面の一方には前記軸の方
    向に向けて相互にすぼまって行く凹面を設け、他方には
    当該凹面とは異なる形状を有して嵌り合う凸面を設け、
    前記凹面と前記凸面との少なくとも一方を曲面とするこ
    とによって、前記第１および第２支持表面により前記ヘ
    ッド（10）に対する前記測定工具（12）の正確な位置決
    めを行うための支承構造（35）が形成されるようにする
    とともに、 前記ヘッドおよび前記測定工具の一方に設けられ、前記
    軸の方向に延在するピン（21）形態の第１カップリング
    要素と、前記ヘッドおよび前記測定工具の他方に設けら
    れ、前記軸（10A）を横切る方向に回転軸を有する回転
    カム（26）形態の第２カップリング要素とを具え、前記
    ピンには前記回転カムと係合し前記回転カムの回転に応
    じて前記軸方向の力を作用される頭部（23）を設け、前
    記回転カムの外側面には前記第１および前記第２カップ
    リング要素の非結合時に前記軸方向における前記頭部の
    相対的通過を受容するべく前記軸方向に開く開口部（3
    2）と、前記頭部に係合可能であるとともに当該係合状
    態での前記回転カムの回転を許容する方向に前記開口部
    に連続して形成されたスロット部（31）とを設け、前記
    開口部およびスロット部の内方には前記頭部を許容可能
    な空間を設けることによって、前記軸方向において互い
    に近づく前記測定工具（12）と前記ヘッド（10）との相
    対移動によってのみ前記回転カムと前記ピンとの係合が
    可能となるようにし、前記回転カムの回転によって前記
    ピンに前記軸方向の力を作用することにより、前記第１
    および第２支持表面間の係合を行わせるようにしたこと
    を特徴とする測定工具切換え装置。
  2. 【請求項２】前記第１カップリング要素（21）はばね
    （24）を介して前記測定工具（12）および前記ヘッド
    （10）の一方に支持されていることを特徴とする請求の
    範囲第１項に記載の測定工具切換え装置。
  3. 【請求項３】前記測定工具（12）を保管するための保管
    装置（16）と、該保管装置に設けられて前記回転カム
    （26）を回転させるための駆動部材（41）とを含み、前
    記回転カムは、前記保管装置（16）に対して前記測定工
    具を取り出すためおよび前記測定工具を戻すための前記
    ヘッド（10）の移動によって、前記駆動部材に対して係
    合可能および係合解除可能となるように構成されている
    ことを特徴とする請求の範囲第１項に記載の測定工具切
    換え装置。
  4. 【請求項４】測定工具（12）と、該測定工具を受けるた
    めのヘッド（10）とを具え、 該ヘッドは軸（10A）および第１支持表面（36）を有
    し、前記測定工具は前記軸の方向において前記第１支持
    表面に係合可能な第２支持表面（37）を有し、前記第１
    支持表面および前記第２支持表面の一方には前記軸の方
    向に向けて相互にすぼまって行く凹面を設け、他方には
    当該凹面とは異なる形状を有して嵌り合う凸面を設け、
    前記凹面と前記凸面との少なくとも一方を曲面とするこ
    とによって、前記第１および第２支持表面により前記ヘ
    ッド（10）に対する前記測定工具（10）の正確な位置決
    めを行うための支承構造（35）が形成されるようにする
    とともに、 前記ヘッドおよび前記測定工具の一方に設けられ、前記
    軸の方向に延在するピン（21）形態の第１カップリング
    要素と、前記ヘッドおよび前記測定工具の他方に設けら
    れ、前記軸（10A）を横切る方向に回転軸を有する回転
    カム（26）形態の第２カップリング要素とを具え、前記
    ピンには前記回転カムと係合し前記回転カムの回転に応
    じて前記軸方向の力を作用される頭部（23）を設け、前
    記回転カムの外側面には前記第１および前記第２カップ
    リング要素の非結合時に前記軸方向における前記頭部の
    相対的通過を受容するべく前記軸方向に開く開口部（3
    2）と、前記頭部に係合可能であるとともに当該係合状
    態での前記回転カムの回転を許容する方向に前記開口部
    に連続して形成されたスロット部（31）とを設け、前記
    開口部およびスロット部の内方には前記頭部を収容可能
    な空間を設けることによって、前記軸方向において互い
    に近づく前記測定工具（12）と前記ヘッド（10）との相
    対移動によってのみ前記回転カムと前記ピンとの係合が
    可能となるようにし、前記回転カムの回転によって前記
    ピンに前記軸方向の力を作用することにより、前記第１
    および第２支持表面間の係合を行わせるようになし、 さらに、前記ヘッド（10）に設けられた第１電気的接点
    （33）と、前記測定工具（12）に設けられた第２電気的
    接点とを具え、前記支持表面（36,37）で前記測定工具
    がヘッドと係合しているときに前記第１電気的接点と係
    合するように前記第２電気的接点を配設したことを特徴
    とする測定工具切換え装置。
  5. 【請求項５】前記ヘッドに設けられた複数の前記第１電
    気的接点（33）と、これに対応して前記測定工具に設け
    られた複数の前記第２電気的接点（34）とを具え、前記
    第１および第２電気的接点は、前記支持表面（36,37）
    で前記測定工具と前記ヘッドとが係合したときに、対と
    なって互いに係合するように構成され、前記電気的接点
    のそれぞれの対は、前記軸（10A）方向において当該対
    が互いに係合するようにばね付勢を行うためのばねを個
    々に有していることを特徴とする請求の範囲第４項に記
    載の測定工具切換え装置。
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