JPS6048681B2 - 測定ヘツド - Google Patents

測定ヘツド

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JPS6048681B2
JPS6048681B2 JP53030500A JP3050078A JPS6048681B2 JP S6048681 B2 JPS6048681 B2 JP S6048681B2 JP 53030500 A JP53030500 A JP 53030500A JP 3050078 A JP3050078 A JP 3050078A JP S6048681 B2 JPS6048681 B2 JP S6048681B2
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measuring head
measuring
parts
bearing
sensor
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ヴアルタ−・ヴエルナ−
クラウス・ヘルツオ−ク
フランツ・スツエンガ−
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Carl Zeiss AG
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Publication date
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    • G01B7/004—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring coordinates of points
    • G01B7/008—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring coordinates of points using coordinate measuring machines
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Length Measuring Devices With Unspecified Measuring Means (AREA)
  • A Measuring Device Byusing Mechanical Method (AREA)
  • Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、ケーシングに固定された部分および丁該部
分に対して相対的にに運動し、１つまたは複数の接触形
センサを支持する部分とから構成された測定ヘッドであ
つて、該測定ヘッドの固定部分と可動部分とを、休止位
置乃至零位置を決める支承部を介してリンク連結した形
式の、測定ヘッドに対して相対的に移動する工作物の任
意の点の空間的な座標を測定するための測定ヘッドに関
する。
’“平行四辺形の２つの相対する辺の形式で配置されて
いる板ばね’’を有するばね平行四辺形リンクとして構
成されておりかつ空間的な座標機構を形成する、ねじれ
に強く並列に配置されている遊びおよび摩擦のない直線
案内機構に、センサが固定されている、多座標センサと
も称されているこ ：の種の測定ヘッドは公知である。
工作物の走査の際ばね平行四辺形リンクの１つが向きを
変え、所属する信号発生器を介して走査パルスを発生す
る。この種のセンサは非常に正確だが精密な構造を要と
し、従つて比較的高価である。更に走査パルスをトリガ
するために所属のばね平行四辺形リンクを偏向するため
に十分である所定の力を必要とする。座標測定機に固定
されている部分にＶ字形支承部が設けられている測定ヘ
ッドも公知である。
この支承部に、可動部分に結合されている延長部分の環
状断面が、ばねの作用により係止される。工作物の走査
の際測定ヘッド可動部分に固定されているセンサが決め
られているその休止位置から連動し、その際延長部の少
なくとも１つが所属のＶ−字形支承部から持上げられる
。これにより電流回路が遮断されるかまたは別個の回路
素子が作動され、この結果走査パルスが発生される。こ
の場合も走査パルスをトリガするために延長部分を所属
の支承部から引上げるに十分な所定の！力が必要である
。
固有のセンサが基体に対して可動である測定センサおよ
び走査の際行なわれる相対運動が容量的、抵抗的、誘導
的または空気力的な変位信号発生器を用いて座標装置に
おいて測定される測定セニンサも公知である。
測定センサが被検査品に所定力で押圧されると、スイッ
チを介して相対運動が遮断される。このセンサにおいて
も測定信号をトリガするために、センサと基体の間の相
対運動を開始させるために十分な、所定の力が必要であ
４る。本発明の課題は、走査パルスをトリガするのに必
要なりを実際に任意に小さく維持でき、工作物の走査が
早い場合でも測定ヘッドの破壊が測定対象物の弾性変形
と同様に回避される、安価な測定ヘッドを提供すること
である。
この課題は本発明により、測定ヘッドの可動部分を、相
互に固定連結されている２つの部分から構成し、これら
の部分の間に引張および圧縮に高域度に応答する測定素
子を設けることによつて解決される。
測定素子として有利には機械的および／または電気的刺
戟に敏惑に応答するセンサ、例えばストフレンゲージ素
子または圧電素子が用いられる。
測定ヘッドの可動部分自体は、センサを装着するために
用いられる第１の部分およびリンク連結部材に連結され
ている第２の部分とから構成されている。これら２つの
部分は面状に隣接しており．かつ相互に例えばねじ締め
、接着リベット締めまたは溶接等により固定連結されて
おり、その際上記平面間に測定素子が設けられている。
可動部分に固定されたセンサに加わる僅かな、殆んど測
定できない力でも、測定ヘッド可動部分の２つの部分が
固定連結されているにも拘わらず両部分の間に位置する
敏感に応答する測定素子が応動するように作用する。
これら測定素子によつて発生される信号は、レベルが調
節可能であるトリガ回路に供給される。信号がこのレベ
ルを上回るや否や走査パルスがトリガされ、このパルス
がこの瞬間に座標測定機の測定機構に加えられるデータ
を固定する。測定素子によつて発生される信号を評価す
るための電気的な回路素子は有利には測定ヘッド自体に
設けられている。センサの感度は信号レベルの調節に依
存する。
このレベルが非常に低く設定されると、その際感度は高
くなるが測定機または測定ヘッドの考慮しない振動にお
いて信号がトリガされてしまうという結果を伴う。これ
による誤測定を回避するために本発明によれば、第１の
、即ち本来の走査パルスは、調節可能な時間内で第２の
パルス、所謂識別パルスが発生されたときに測定値検出
装置に転送される。工作物の走査の際走査パルスのトリ
ガ後工作物乃至測定機械の運動が制動される。
この制動は物質の慣性の理由から突然に行なわれること
はありえないのでセンサは或る時間の間工作物に当接し
たままである。この時間の間センサの弾性変形が生じ、
最終的に測定ヘッド固定部分と測定ヘッド可動部分との
間にリンク連結部材が餌いて、この結果センサの偏位運
動が釈放される。走査過程のこの経過は、所定の時間後
同様に測定素子から識別パルスを導出することを可能に
するが、センサの偏位運動の際この第２のパルスを．発
生する回路素子をリンク連結部材に設けることもできる
。
細長いセンサの使用も可能にし、にも拘わらず工作物の
第１の走査において既に走査パルスを得るために、測定
素子をセンサの検知球の直接近傍に設けると有利である
。
測定ヘッド固定および可動部分の間の継手部材は種々に
構成できる。
センサが工作物から持上げる際にそれから自由になるセ
ンサの３方向の位置が再度非常に正確に復帰されること
が保証されなければならない。次に本発明を図面を用い
て詳細に説明する。
第１図には測定ヘッドのケーシングに固定された部分１
が示されている。測定ヘッドはフランジ２を介して図示
されていない座標測定機に固定連結されている。部分１
に対して相対的に可動である測定ヘッド部分は３で示さ
れており、センサ４を支持している。固定部分１には延
長部１ａ，１ｂおよび１ｃが設けられている。これらの
延長部の各々には軸受球５ａ，５ｂ，５ｃが固定連結さ
れている。第２図に示されているように可動の測定ヘッ
ド部分３は２つの部分３ａおよび３ｂから成つている。
これらの２つの部分は部分３ａの端面と部分３ｂの端面
が隣接している。部分３ａおよび３ｂは相互に例えばね
じ取付接着、溶接、リベット締めまで固定連結されてい
るが、その際２つの部分の間には周囲に均等に配置され
ている３つの圧電素子が設けらている。第２図ではこれ
らの素子のうち１つが見え、６で示されている。環状の
部分３ｂの底面には周囲に均等に配置されている３つの
軸受球７ａ，７ｂ，７ｃが固定連結されている。
第２図にはこれらの軸受球にうち７ａが示されている。
中間リング８は図示の実施例においては周囲に均等に配
置されている３つの つ支承部分８ａ−８ｃを有してい
る。固定部分１には引張ばね９が設けられている。この
ばねは鎖または線材を介して中間リング８に連結されて
おり、このリングを部分１に引張る。その際５ａ，５ｂ
および５ｃは中間リング８の支承部分８ａ，８ｂ，８ｃ
に係合している。可動部分３はその球７ａ，７ｂ，７ｃ
により中間リング８の相応の支承部分８ａ，８ｂ，８ｃ
に係合しており、一対が１０で示されている磁石を用い
て休止位置に保持される。電気回路素子１１は部分３ａ
に設けられており、測定素子６から供給される信号を本
来の測定信号に変換するのに用いられる。
第１図および第２図に示されている測定ヘッドは次の様
に作動する。
測定ヘッドは測定機械に対して相対的に、測定すべき工
作物上を移動する。センサ４が工作物に最初に接触する
と測定素子６が応答し、信号を発生する。この信号の経
過は例えば第７図に示されている。回路素子１１はレベ
ルが調節可能であるトリガ回路を含んでいる。測定信号
がトリガ回路のレベルを越えるや否や、パルスがトリガ
される。その際このパルスは測定機械の測定機構に瞬間
的に加えられるゼータを固定する。この時点は第７図で
はＴ，で示されている。走査過程か更に経過すると測定
機械の運動の制動が始まる。その際センサ４の最初の弾
性変形が生じる。このセンサ、従つて可動部分３に作用
する力は、この部分が最終的に中間リング８に対して移
動するまで大きくなる。このようにしてセンサ４の、可
動部分３と共働した偏位運動が可能になり、この結果測
定ヘッドの破壊は走査された工作物の可塑変形と同様に
防止される。可動部分３の偏位運動の際軸受球５ａ，５
ｂ，５ｃまたは７ａ，７ｂ，７ｃの少なくとも１つが中
間リング８のそれらに対応する支承部分から持上る。ト
リガ回路のレベルを低く調節した場合、即ち測定ヘッド
の感度が高い場合、調節可能な時間後回路素子１１によ
り第７図てちて示されている時７点で再度、測定素子６
にまた電圧が加わつているのが読出される。
時ｉ鼎２−Ｔ，は短く、この時間は１００ｍｓのオーダ
であるのてその種の電圧は如何なる場合にも存在しかつ
所謂識別パルスを発生する第２のパルスになる。この第
２のパルスは、第１フの、即ち本来の走査パルスやここ
には図示されていない評価回路に転送されるように作用
する。制動過程が終了し、センサ４が走査された工作物
から再度離れると、それから再度接触のないセンサ４は
第１図および第２図に図示の支承部材を介して再度その
３方向の位置に正確に復帰し、次の走査に備える。測定
ヘッドを用いて工作物の例えば水平に存在する孔の内部
走査を行う場合センサ４の第１図に図示の垂直な延長部
が工作物内面にあたる。
測定ヘッドの測定に用いられる上向運動において中間リ
ング８は可動部分３と共働して固定部分１に対して移動
し、その際軸受球５ａ，５ｂ，５ｃが中間リング８のそ
れらに相応する支承部分から移動する。従つてリンク連
結部材を図示および既述のＪように構成することにより
測定ヘッドの上向運動の際の走査機構が破壊されるのが
回避される。第３図および第４図に図示の実施例におい
て測定ヘッド固定部分は１２で示されている。測定ヘッ
ド可動部分はセンサ１４を支持する２つの相互に固定連
結されている部分１３ａおよび１３ｂから成つている。
部分１３ａおよび１３ｂは平らな表面に沿つて相互に隣
接しており、両部分の間には例えは圧電素子として形成
されている測定素子１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄお
よび１６ｆが設けられている。素子１６ａおよび１６ｂ
は例えばＸ一方向のセンシング走査の測定をし、素子１
６ｄおよび１６ｃはＹ一方向のセンシング走査の測定を
し、素子１６ｆはＺ一方向のセンシング走査の測定をす
る。可動部分１３ｂはその外周上に均等に配置されてい
る３つの軸受球１７ａ，１７ｂおよび１７ｃと連結され
ている。
これらの軸受球のうち第３図ては球１７ａおよび１７ｂ
が見えている。測定ヘッド固定部分１２は３つの軸受球
１５ａ，１５．ｂ，１５ｃと固定連結されている。中間
リング１８は図示の実施例においてその周囲に均等に配
置されている３つのＶ字形支承部１８ａ，１８ｂ，１８
ｃを有している。Ｖ字形支承部１８ａに軸受球１７ａお
よび１５ａが係合される。はね１９は．中間リング１８
を固定部分１２に押圧する。ばね２０は可動部分１３ｂ
を中間リング１８に引張る。第３図および第４図に図示
の測定ヘッドの作動は第１図および第２図の測定ヘッド
の作動と基本・的に一致する。
この場合もＸ方向およびＹ方向にふれると測定ヘッド可
動部分１３ａおよび１３ｂｉはセンサ１４と協働し中間
リング１８に対し相対 ；運動し、その際球１７ａ，１
７ｂ，１７ｃまたは１５ａ，１５ｂ，１５ｃの少なくと
も１つがリング１８の対応するＶ字形支承部を離れる。
第３図の中間リング１８には図示の実施例においてはＶ
字形支承部が設けられている。
しカルこの支承部の代りに第５図の実施例に示されてい
るような別のものを使用することもできる。その際中間
リング２８は２つのＶ字形支承部２１および２２同様に
２つの平らな支承板分２３および２４を支持している。
更に別の支承部２５は逆ピラミッド形に構成されている
。この支承部により達せられる効果、即ち軸受球の正確
な位置定めは支承部２６を用いても達せられる。この支
承部は３つの球から成り、その真中に軸受球が係合され
る。第１図の実施例においては第５図の支承部２１，２
３，２５に相応する支承部が中間リング８に用いられて
いる。第６図には軸受球３５に係合されている中間リン
グ３８の部分断面図が示されている。
この際測定ヘッド可動部分３３に中間リング３８が対応
しており、このリングは中空球状に形成されている支承
個所を有する。これは例えば部分３３の軸受球に相応し
て成形することにより形成され、それから嵌込部３９の
形で中間リング３８に固定される。孔３４を介して有利
には空気が支承個所に送られ、この結果球３５は薄い空
気クッション上に停止している。孔３２を介して空気力
的なセンサ３１が接続されている。このセンサは部分３
５および３９のギャップ幅が変化しないように作用する
。この種の空気力的な測定センサは走査過程の際第２の
パルスをトリガするために使用できる。第８図には２つ
の部分４４および４５から成るセンサが図示されている
。この２つの部分は延長部４５ａ，４５ｂ，４５ｃを介
して相互に固定連結されている。それらの間には３分割
された圧電素子４６が設けられている。この素子を用い
て３つ全部の座標方向が検出される。第８図および第９
図に図示のセンサは、測定素子４６が検知球の直接近傍
に設けられているという利点を有する。
従つて工作物の走査の際即座に走査パルスが発生される
。即ちこのパルスは音波ガイドを介して上部に設けられ
ている測定素子に転送される必要がない。従つてセンサ
は有利には細長く構成てきるものにも拘わらす非常に正
確でかつ正確に再現可能な測定結果を来たす。第１０図
には測定ヘッドの別の実施例が示されている。
測定ヘッド固定部分は５２で示されており、一方センサ
５４に連結されている測定ヘッド可動部分は５５が付さ
れている。部分５２と５５の間に弾性ベローズ５６が設
けられており、この；ベローズには振動を回避するため
にオイルが充填されている。圧電測定素子は既述の実施
例におけるように測定ヘッド可動部分５５に設けられて
いる。リンク連結部材、即ち弾性ベローズにはこの場合
例えばストレンゲージ素子が設けられてい−る。このス
トレンゲージ素子はセンサ５４がふれ運動すると第２の
パルスに処理できる信号を供給する。ストレンゲージは
例えば５７で示されているものである。弾性ベローズ５
６の代わりにコイルばねを設けることができる。
如何なる場合もリンク連結機構が接触のないセンサの３
方向の位置を正確に決めかつその位置に復帰せしめるこ
とが必要である。第１１図に図示の測定ヘッドの構造は
基本的には第３図のものに相応する。測定機に固定連結
されている部分６２は中間リング６８を介して偏向可能
な部分６３に偏向可能に連結されている。部分６３はセ
ンサ６４を支持している。中間リング６８に凹面鏡６５
が固定設置されている。この鏡はケーシングに固定され
ている光源６６から放射する光をケーシング固定された
受光素子６７に結像する。この受光素子は４−象限−ホ
トダイオードとして構成できる。休止状態において受光
素子の４つ全部の象限が一様に照射され、この結果後置
接続されている回路素子は信号を供給しない。部分６３
がふれるや否や受光素子６７は信号を供給する。この信
号は例えば識別−パルスを発生せしめるために使用する
ことができる。更に第１１図に図示の装置によりセンサ
６４が接触のない場合偏向可能な部分６３の正確な零−
位置の停止が自動的に監視される。
既述のように測定ヘッドの実施例全部は簡単かつ安価に
構成されている。
非常に小さな部分しか動かす必要がないので動力は僅か
しか生ぜずかつ固有測定機の重みによる負荷は僅かしか
生じない。新しい測定ヘッドは迅速な走査過程を可能に
し、これにより測定時間は公知の装置より抵減できる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の測定ヘッドの実施例の一部を切欠して
示す側面図、第２図は第１図の測定ヘッドの可動部分の
断面略図、第３図は測定ヘッドの別の実施例の部分断面
図、第４図は第３図の線■−■に沿つて切断した断面図
、第５図は第１図または第３図の測定ヘッドに用いられ
ている中間リングの実施例の平面図、第６図は中空球状
の軸受を有する中間リングの部分断面図、第７図は工作
物の走査の際測定素子の１つから送出される信号のダイ
ヤグラム、第８図は測定ヘッド可動部分の別の実施例の
部分断面図、第９図は第８図の線■一■に沿つて切断し
た断面図、第１０図は測定ヘッドの別の実施例の部分断
面図、第１１図は測定ヘッドの別の実施例の部分断面図
てある。 １，１２，５２，６２・・・・・・測定ヘッド固定部分
、３，１３，３３，５５，６３・・・・・・測定ヘッド
可動部分、４，１４，４４，４５，６４・・・・・・セ
ンフサ、６，１６，４６・・・・・・測定素子、８，１
８，２８，３８，６８・・・・・・中間リング、９ ・
・・・・・ばね部材、１１，５７・・・・・・回路素子
。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ ケーシングに固定された部分および該部分に対して
    相対的に運動し、１つまたは複数の接触形センサを支持
    する部分とから構成された測定ヘッドであつて、該測定
    ヘッドの固定部分と可動部分とも、休止位置乃至零位置
    を決める支承部を介してリンク連結した形式の、測定ヘ
    ッドに対して相対的に移動する工作物の任意の点の空間
    的な座標を測定するための測定ヘッドにおいて、測定ヘ
    ッドの可動部分３を相互に固定連結された２つの部分３
    ａ，３ｂから構成し、該部分間に引張および圧縮に高感
    度に応答する測定素子６を設けたことを特徴とする測定
    ヘッド。 ２ ケーシングに固定された部分および該部分に対して
    相対的に運動し、１つまたは複数の接触形センサを支持
    する部分とから構成された測定ヘッドであつて、該測定
    ヘッドの固定部分と可動部分とを、休止位置乃至零位置
    を決める支承部を介してリンク連結した形式の測定ヘッ
    ドに対して相対的に移動する工作物の任意の点の空間的
    な座標を測定するための測定ヘッドにおいて、測定ヘッ
    ドの可動部分３を相互に固定連結された２つの部分３ａ
    ，３ｂから構成し、該部分間に引張および圧縮に高感度
    に応答する測定素子６を設け、かつ工作物の接触走査が
    行なわれた後調節可能な時間ｔ＿２−ｔ＿１内に識別パ
    ルスをトリガする装置１１，５７を設け、かつ前記識別
    パルスのトリガ後はじめて測定値を検出するために第１
    の接触走査パルスを転送するようにしたことを特徴とす
    る測定ヘッド。
JP53030500A 1977-03-19 1978-03-16 測定ヘツド Expired JPS6048681B2 (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE2712181A DE2712181C3 (de) 1977-03-19 1977-03-19 Tastsystem
DE2712181.9 1977-03-19

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS53117464A JPS53117464A (en) 1978-10-13
JPS6048681B2 true JPS6048681B2 (ja) 1985-10-29

Family

ID=6004133

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP53030500A Expired JPS6048681B2 (ja) 1977-03-19 1978-03-16 測定ヘツド

Country Status (7)

Country Link
US (1) US4177568A (ja)
JP (1) JPS6048681B2 (ja)
CH (1) CH625045A5 (ja)
DE (1) DE2712181C3 (ja)
FR (1) FR2384230A1 (ja)
GB (1) GB1586052A (ja)
IT (1) IT1102107B (ja)

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