DE102018009405A1

DE102018009405A1 - Formmesseinrichtung, verfahren des messens eines werkstücks und computerprogrammprodukt

Info

Publication number: DE102018009405A1
Application number: DE102018009405.8A
Authority: DE
Inventors: Atsushi Shimaoka; Kazuhiko Hidaka
Original assignee: Mitutoyo Corp
Current assignee: Mitutoyo Corp
Priority date: 2017-12-04
Filing date: 2018-11-29
Publication date: 2019-06-06
Also published as: JP2019100874A; US10900765B2; CN109945762A; US20190170493A1

Abstract

Eine Formmesseinrichtung umfasst einen Grundkörper; einen Arm, der fähig ist, in Bezug auf den Grundkörper zu schwenken; einen Koppler, der den Grundkörper mit dem Arm koppelt und einen Verformungsbereich aufweist, der zwischen dem Grundkörper und dem Arm zu elastischer Verformung fähig ist; und einen Verzugsdetektor, der in dem Verformungsbereich installiert ist. Bei der Formmesseinrichtung ist ein Stift an dem Arm montiert und kann entlang einer Oberfläche eines Werkstücks gleiten.

Description

ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Formmesseinrichtung, die eine Oberflächenform eines Werkstücks misst. Überdies betrifft die Erfindung ein Verfahren des Messens der Form eines Werkstücks und ein Computerprogrammprodukt.
Beschreibung des Stands der Technik
Um eine Oberflächenform eines Werkstücks zu messen, ist eine kontaktartige Formmesseinrichtung vorhanden, die einen Stift entlang einer Oberfläche eines Werkstücks schiebt und eine Abweichung der Oberfläche detektiert. Beispielsweise offenbart JP 2014 - 167 435 A eine Formmesseinrichtung, die einen Arm, der sich um einen Drehpunkt zentriert frei dreht, einen Stift, der an einem ersten Ende des Arms montiert ist, und eine Detektionsvorrichtung, die eine Verlagerung eines zweiten Endes des Arms detektiert, umfasst. Bei dieser Formmesseinrichtung dreht sich der Arm, wenn der Stift sich entlang der Oberfläche des Werkstücks verlagert, in einer hebelartigen Weise zentriert um den Drehpunkt, und das zweite Ende des Arms verlagert sich. Entsprechend kann basierend auf der Verlagerung des zweiten Endes des Arms, die von der Detektionsvorrichtung detektiert wird, die Verlagerung des Stifts detektiert werden, und dadurch kann die Oberflächenform des Werkstücks gemessen werden.
In JP 2014 - 167 435 A , wie zuvor erörtert, und anderen Publikationen wird in einer herkömmlichen Formmesseinrichtung, bei der sich ein Arm in einer hebelartigen Weise dreht, oft ein Differentialtransformatorverfahren als die Detektionsvorrichtung verwendet, die eine Verlagerung des zweiten Endes des Arms detektiert. Bei dem Differentialtransformatorverfahren ändert ein beweglicher Kern, der an dem zweiten Ende des Arms montiert ist, seine Position in Bezug auf zwei Spulen, die miteinander verbunden sind, wenn sich der Stift verlagert. Indem eine Differentialspannung der Spulen an diesem Punkt detektiert wird, kann der Verlagerungsbetrag des Stifts ermittelt werden. Bei einer Detektionsvorrichtung eines derartigen Differentialtransformatortyps kann sich die Detektionsempfindlichkeit jedoch aufgrund von geringfügigen Verschiebungen der Position der Strukturkomponenten wesentlich ändern. Daher ist ein Positionieren der Strukturkomponenten schwierig, und es sind in großem Umfang Konstruktionskenntnisse erforderlich, um eine Formmesseinrichtung auszugestalten, die eine gewünschte Auflösung oder einen gewünschten Messbereich aufweist.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine kontaktartige Formmesseinrichtung bereitzustellen, die fähig ist, unkompliziert eine gewünschte Auflösung und einen gewünschten Messbereich zu erzielen. Diese Aufgabe wird von den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche erfüllt. Weitere Entwicklungen sind in den abhängigen Ansprüchen bestimmt.
Eine Formmesseinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst einen Grundkörper; einen Arm, der fähig ist, in Bezug auf den Grundkörper zu schwenken; ein Kopplungselement, das den Grundkörper mit dem Arm koppelt und einen Verformungsbereich aufweist, der zu elastischer Verformung zwischen dem Grundkörper und dem Arm fähig ist; und ein Verzugsdetektionselement, das in dem Verformungsbereich installiert ist.
Bei einer derartigen Ausgestaltung kann ein Stift, der an dem Arm montiert ist, entlang einer Oberfläche eines Werkstücks gleiten. Wenn sich der Stift entlang der Oberfläche des Werkstücks verschiebt, schwenkt der Arm und eine Beanspruchung von dem Schwingen des Arms wirkt auf das Kopplungselement, und der Verformungsbereich des Kopplungselements wird einer elastischen Verformung unterzogen. Ein Verformungsbetrag des Verformungsbereichs entspricht einem Verlagerungsbetrag des Stifts. Entsprechend kann bei der Formmesseinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung der Verlagerungsbetrag des Stifts basierend auf dem Verformungsbetrag des Verformungsbereichs, der von dem Verzugsdetektionselement detektiert wird, detektiert werden, und dadurch kann eine Oberflächenform des Werkstücks gemessen werden.
Bei diesem Beispiel ist der Verformungsbetrag des Verformungsbereichs des Kopplungselements in Abhängigkeit von einer Position in einer Kopplungsrichtung des Grundkörpers und des Arms innerhalb des Verformungsbereichs unterschiedlich. Insbesondere ist in dem Verformungsbereich des Kopplungselements die Beanspruchung, die aufgewendet wird, größer, je näher die Position in der Kopplungsrichtung des Grundkörpers und des Arms an dem Grundkörper ist. Somit verformt sich der Verformungsbereich mehr, je näher eine Stelle an dem Grundkörper ist, und verformt sich weniger, je näher die Stelle an dem Arm ist. Daher beeinflusst die Platzierung des Verzugsdetektionselements innerhalb des Verformungsbereichs die Detektionsempfindlichkeit zum Detektieren einer Verlagerung des Stifts.
Beispielsweise kann, wenn das Verzugsdetektionselement an einer Stelle in dem Verformungsbereich installiert ist, die näher an dem Grundkörper ist, sogar eine geringfügige Verlagerung des Stifts als Verformung des Kopplungselements detektiert werden, und dadurch wird die Detektionsempfindlichkeit für eine Verlagerung des Stifts vergrößert. Somit kann eine hohe Auflösung in der Formmesseinrichtung der vorliegenden Erfindung erzielt werden. Dabei ist es, wenn das Verzugsdetektionselement an einer Stelle in dem Verformungsbereich installiert ist, die näher an dem Arm ist, unwahrscheinlich, dass eine Verformung des Kopplungselements bei einer geringfügigen Verlagerung des Stifts detektiert wird, und dadurch wird die Detektionsempfindlichkeit für eine Verlagerung des Stifts gehemmt. Somit wird die Formmesseinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung fähig zu einer Langhubdetektierung für eine Verlagerung des Stifts, und ihr Messbereich ist verbreitert. Daher können beispielsweise eine gewünschte Auflösung und ein gewünschter Messbereich unkompliziert erzielt werden, indem die Installationsposition des Verzugsdetektionselements innerhalb des Verformungsbereichs des Kopplungselements während Fertigung oder Kalibrierung der Formmesseinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung angepasst wird.
Bei der Formmesseinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist das Kopplungselement vorzugsweise aus einem elastischen Material gebildet und die Formmesseinrichtung umfasst überdies einen Abstandsanpassmechanismus, der einen Abstand zwischen dem Grundkörper und dem Arm anpasst. Bei einer derartigen Ausgestaltung ist das Kopplungselement aus einem elastischen Material gebildet, und daher stellt eine Stelle auf dem Kopplungselement, die sich zwischen dem Grundkörper und dem Arm befindet, den Verformungsbereich her. In Anbetracht dessen wird die Länge des Verformungsbereichs in der Kopplungsrichtung des Grundkörpers und des Arms vergrößert und verringert, indem der Abstand zwischen dem Grundkörper und dem Arm unter Verwendung des Abstandsanpassmechanismus angepasst wird, und der Verformungsbetrag des Verformungsbereichs in Bezug auf den Verlagerungsbetrag des Stifts wird abgewandelt. Somit kann die Detektionsempfindlichkeit für die Verlagerung des Stifts leicht angepasst werden.
Die Formmesseinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung kann überdies einen Platzierungsanpassmechanismus umfassen, der eine Position des Verzugsdetektionselements innerhalb des Verformungsbereichs in der Kopplungsrichtung des Grundkörpers und des Arms anpasst. Entsprechend dem Platzierungsanpassmechanismus kann die Position des Verzugsdetektionselements innerhalb des Verformungsbereichs angepasst werden, sodass sie näher an dem Grundkörper oder näher an dem Arm ist. Somit kann die Detektionsempfindlichkeit für die Verlagerung des Stifts leicht angepasst werden.
Bei der Formmesseinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist das Kopplungselement vorzugsweise aus einem elastischen Material gebildet, und die Formmesseinrichtung umfasst überdies ein Einengungselement, das eine elastische Verformung des Kopplungselements in einem Abschnitt zwischen dem Grundkörper und dem Arm einschränkt. Bei einer derartigen Ausgestaltung ist das Kopplungselement aus einem elastischen Material gebildet, und daher stellt eine Stelle auf dem Kopplungselement, die sich zwischen dem Grundkörper und dem Arm befindet, den Verformungsbereich her. Dabei wird eine Stelle, an der eine Verformung von dem Einengungselement begrenzt ist, von dem Verformungsbereich ausgeschlossen. Somit kann die Verformung eines Abschnitts des Kopplungselements begrenzt werden und die Länge des Verformungsbereichs in der Kopplungsrichtung des Grundkörpers und des Arms kann verkürzt werden, indem das Einengungselement an dem Kopplungselement montiert wird. Entsprechend kann der Verformungsbetrag des Verformungsbereichs in Bezug auf den Verlagerungsbetrag des Stifts vergrößert werden und die Detektionsempfindlichkeit für die Verlagerung des Stifts kann einfach vergrößert werden. Ein derartiges Einengungselement kann ausgestaltet sein, in der Kopplungsrichtung des Grundkörpers und des Arms eine Anpassung eines Bereichs, in dem eine elastische Verformung des Kopplungselements eingeschränkt ist, zu ermöglichen. Beispielsweise können eine Vielzahl von Einengungselementen, die verschiedene Längen in der Kopplungsrichtung des Grundkörpers und des Arms aufweisen, vorbereitet werden und ein geeignetes Einengungselement kann ausgewählt und verwendet werden. Außerdem kann das Einengungselement in der Kopplungsrichtung des Grundkörpers und des Arms verlagert werden.
Bei der Formmesseinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist das Kopplungselement vorzugsweise mindestens eine Blattfeder, von der ein Mittelabschnitt den Verformungsbereich ausgestaltet. Entsprechend dieser Ausgestaltung ist die Ausgestaltung des Kopplungselements unkompliziert, und daher wird eine Installation des Verzugsdetektionselements einfacher. Außerdem kann das Kopplungselement mittels mindestens einer Blattfeder ausgestaltet sein, aber die Kraft, die erforderlich ist, um das Kopplungselement zu biegen, kann abgewandelt werden, indem die Anzahl von Blattfedern angepasst wird.
Bei der Formmesseinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst das Kopplungselement vorzugsweise mindestens ein Paar von Blattfedern, die überschneidend angebracht sind. Bei dieser Ausgestaltung wird Torsion oder Ähnliches der Blattfedern vermieden, und daher kann das Verzugsdetektionselement den Verformungsbetrag der Blattfedern mit einem höheren Grad an Genauigkeit detektieren.
Bei der Formmesseinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist das Verzugsdetektionselement vorzugsweise ein piezoelektrisches Element, das auf jeder von einem Paar von Oberflächen der Blattfeder installiert ist, und gestaltet ein oder mehr Paare aus, zwischen denen die Blattfeder eingeschichtet ist. Gemäß dieser Ausgestaltung gestalten die piezoelektrischen Elemente, die das Paar ausgestalten, Bimorph-artige Verzugsdetektionselemente aus, die mit der Blattfeder dazwischengesetzt gefügt sind, und daher kann der Verformungsbetrag der Blattfeder mit einem höheren Grad an Genauigkeit detektiert werden.
Die Formmesseinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst überdies vorzugsweise einen Treiber, der in dem Verformungsbereich installiert ist und der eine Verformung des Kopplungselements antreibt. Bei einer derartigen Ausgestaltung kann der Treiber den Stift, der in einem Kontaktzustand mit dem Werkstück ist, von dem Werkstück zurückziehen, indem er eine Verformung des Kopplungselements antreibt. Des Weiteren kann der Treiber eine Messkraft steuern bzw. regeln, während der Stift in Kontakt mit dem Werkstück ist, indem er eine Verformung des Kopplungselements antreibt. Beispielsweise treibt der Treiber vorzugsweise eine Verformung des Kopplungselements an, um die Messkraft zu verringern, wenn das Werkstück ein weiches Material ist oder wenn eine Hochpräzisionsmessung ausgeführt wird. Dabei treibt der Treiber vorzugsweise eine Verformung des Kopplungselements an, um die Messkraft zu vergrößern, wenn eine sehr reaktionsschnelle Messung angestrebt wird. Beispielsweise kann ein piezoelektrisches Element als ein derartiger Treiber verwendet werden.
Die vorliegende Erfindung kann eine kontaktartige Formmesseinrichtung bereitstellen, die fähig ist, unkompliziert eine gewünschte Auflösung und einen gewünschten Messbereich zu erzielen.
Ein Verfahren zum Messen einer Form eines Werkstücks umfasst die folgenden Schritte:

Bereitstellen eines Grundkörpers;
Koppeln des Grundkörpers mit einem Arm mittels eines Kopplers, sodass der Arm in Bezug auf den Grundkörper schwenken kann,
Bilden des Kopplers mit einem Verformungsbereich, der zu elastischer Verformung fähig ist,

Detektieren eines Verzugs des Verformungsbereichs.
Ein Computerprogrammprodukt umfassend computerlesbare Anweisungen, die, wenn sie auf einem geeigneten System geladen und ausgeführt werden, die Schritte des obigen Verfahrens ausführen können.
Figurenliste
Die vorliegende Erfindung wird in der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung unter Bezugnahme auf die vermerkte Vielzahl von Zeichnungen mittels nichtbegrenzender Beispiele beispielhafter Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung weiter beschrieben, bei denen durchgängig in den mehreren Ansichten der Zeichnungen gleiche Bezugszeichen ähnliche Teile abbilden und wobei:

1 eine schematische Ansicht ist, die eine Formmesseinrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
2 eine schematische Ansicht der Formmesseinrichtung von 1 aus einer Richtung S1 ist;
3 eine Querschnittsansicht entlang eines Pfeils ist, der von einer Linie S2 in 2 angezeigt ist, und eine schematische Ansicht bereitstellt, die relevante Abschnitte der ersten Ausführungsform darstellt;
4 eine schematische Ansicht ist, die eine Formmesseinrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt; und
5 eine schematische Ansicht ist, die eine Formmesseinrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die hier gezeigten Besonderheiten sind nur beispielhaft und zum Zweck der veranschaulichenden Erörterung der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung und werden in der Absicht vorgestellt, bereitzustellen, wovon angenommen wird, die nützlichste und am leichtesten verstandene Beschreibung der Prinzipien und begrifflichen Gesichtspunkte der vorliegenden Erfindung zu sein. In dieser Hinsicht wird kein Versuch unternommen, strukturelle Details der vorliegenden Erfindung ausführlicher zu zeigen als für das grundlegende Verständnis der vorliegenden Erfindung erforderlich ist, wobei die Beschreibung zusammen mit den Zeichnungen für Fachleute offensichtlich macht, wie die Formen der vorliegenden Erfindung in der Praxis ausgeführt werden können.
Im Folgenden werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
Erste Ausführungsform
1 und 3 stellen eine erste Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung dar. Eine Formmesseinrichtung 1 verwendet einen Stift 50, der fähig ist, entlang einem Werkstück W zu gleiten, um eine Oberflächenform des Werkstücks W zu messen. Das Werkstück W ist beispielsweise im Wesentlichen parallel zu einer XY-Ebene (horizontale Ebene) angebracht, und die Formmesseinrichtung 1 führt einen Messbetrieb aus, bei dem der Stift 50 in Kontakt mit einer Oberfläche des Werkstücks W gebracht wird, wonach der Stift 50 in Bezug auf das Werkstück W in einer Richtung verlagert wird, die im Wesentlichen parallel zu der XY-Ebene ist. Dann wird eine Verlagerung des Stifts 50 in der Z-Richtung (senkrechte Richtung) während des Messbetriebs detektiert, wodurch die Oberflächenform des Werkstücks W gemessen wird.
Eine Gesamtausgestaltung der Formmesseinrichtung 1 ist unter Bezugnahme auf 1 und 2 beschrieben. Die Formmesseinrichtung 1 umfasst einen Grundkörper 10, ein Kopplungselement (Koppler) 20, einen Arm 30, den Stift 50 und einen Verzugsdetektor 60. Zusätzlich ist eine Steuer- bzw. Regelvorrichtung 70, die fähig zu Steuer- bzw. Regelbetrieben der Formmesseinrichtung 1 ist, mit der Formmesseinrichtung 1 verbunden.
Der Grundkörper 10 ist beispielsweise an einem Fördermechanismus (Förderer) oder Ähnlichem fixiert, der nahe einer Platzierungsbühne des Werkstücks W installiert ist, und umfasst einen ersten Grundkörperabschnitt 11, einen zweiten Grundkörperabschnitt 12 und einen Z-Achsenanpassmechanismus (Z-Achsenanpasser) 13. Der erste Grundkörperabschnitt 11 umfasst eine vertikale Stützoberfläche 110, die im Wesentlichen parallel zu einer YZ-Ebene ist und dem Stift 50 zugewandt ist. Ein erstes Ende 211 einer Blattfeder 21 (nachfolgend beschrieben) ist an der vertikalen Stützoberfläche 110 mittels eines Fixierelements 41, beispielsweise einer Schraube, fixiert. Der zweite Grundkörperabschnitt 12 ist an den ersten Grundkörperabschnitt 11 mittels des Z-Achsenanpassmechanismus 13 gekoppelt. Des Weiteren umfasst der zweite Grundkörperabschnitt 12 unterhalb der vertikalen Stützoberfläche 110 des ersten Grundkörperabschnitts 11 eine horizontale Stützoberfläche 120, die im Wesentlichen parallel zu der XY-Ebene ist und nach unten gewandt ist. Ein erstes Ende 221 einer Blattfeder 22 (nachfolgend beschrieben) ist an der horizontalen Stützoberfläche 120 mittels eines Fixierelements 42, beispielsweise einer Schraube, fixiert.
Der Z-Achsenanpassmechanismus 13 ist ein Mechanismus, der fähig ist, die Z-Richtungsplatzierung des zweiten Grundkörperabschnitts 12 in Bezug auf den ersten Grundkörperabschnitt 11 anzupassen. Der Z-Achsenanpassmechanismus 13 ist nicht besonders begrenzt, kann jedoch beispielsweise unter Verwendung einer Führungsschiene oder Ähnlichem ausgestaltet sein. Während des Messbetriebs der Formmesseinrichtung 1 ist der Z-Achsenanpassmechanismus 13 fähig, die Platzierung des zweiten Grundkörperabschnitts 12 in Bezug auf den ersten Grundkörperabschnitt 11 zu fixieren.
Das Kopplungselement 20 umfasst mindestens ein Paar (zwei Paare in der vorliegenden Ausführungsform) der Blattfedern 21 und 22, die überschneidend angebracht sind, sodass sie eine sogenannte Kreuzblattfeder ausgestalten. Das Kopplungselement 20 koppelt den Grundkörper 10 mit dem Arm 30. Die Blattfedern 21 und 22 sind aus einem elastischen Material gebildet und fungieren als eine Art elastisches Scharnier, wobei sie den Arm 30 schwenkbar stützen. Die Blattfeder 21 ist so angebracht, dass sie im Wesentlichen der Z-Richtung folgt, und umfasst ein Paar von Oberflächen 213 und 214, die im Wesentlichen parallel zu der YZ-Ebene sind und sich biegen können. Des Weiteren koppelt die Blattfeder 21 den ersten Grundkörperabschnitt 11 mit einem ersten Armabschnitt 31 (nachfolgend beschrieben) im Wesentlichen in der Z-Richtung. Dabei ist die Blattfeder 22 so angebracht, dass sie im Wesentlichen der X-Richtung folgt, und umfasst ein Paar von Oberflächen 223 und 224, die im Wesentlichen parallel zu der XY-Ebene sind und sich biegen können. Außerdem koppelt die Blattfeder 22 den zweiten Grundkörperabschnitt 12 mit einem zweiten Armabschnitt 32 (nachfolgend beschrieben) im Wesentlichen in der X-Richtung. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist die Blattfeder 22 in den zwei Paaren aus Blattfedern 21 und 22 im Wesentlichen nach innen gewandt angebracht, und die Blattfeder 21 ist im Wesentlichen nach außen gewandt im Wesentlichen entlang der Y-Richtung (siehe 2) angebracht.
Der Arm 30 wird von dem Kopplungselement 20 gestützt und ist im Wesentlichen in der Z-Richtung frei schwenkbar (siehe Pfeil A von 1). Der Arm 30 umfasst einen Blockkörper 33, der den ersten Armabschnitt 31 und den zweiten Armabschnitt 32 umfasst, und einen stabartigen Abschnitt 34.
Der erste Armabschnitt 31 ist in einer Blockform ausgestaltet, die eine vertikale Stützoberfläche 310 umfasst, die im Wesentlichen parallel zu der YZ-Ebene ist und in einer entgegengesetzten Richtung weg von dem Stift 50 gewandt ist. Ein zweites Ende 212 der Blattfeder 21 ist an der vertikalen Stützoberfläche 310 mittels eines Fixierelements 43, beispielsweise einer Schraube, fixiert. Der zweite Armabschnitt 32 ist in einer Blockform ausgestaltet, die oberhalb des ersten Armabschnitts 31 hervorspringt. Außerdem umfasst der zweite Armabschnitt 32 oberhalb der vertikalen Stützoberfläche 310 des ersten Armabschnitts 31 eine horizontale Stützoberfläche 320, die im Wesentlichen parallel zu der XY-Ebene ist und nach oben gewandt ist. Ein zweites Ende 222 der Blattfeder 22 ist an der horizontalen Stützoberfläche 320 mittels eines Fixierelements 44, beispielsweise einer Schraube, fixiert. Der Blockkörper 33, der den ersten Armabschnitt 31 und den zweiten Armabschnitt 32 umfasst, kann einstückig gebildet sein.
Der stabartige Abschnitt 34 weist ein erstes Ende 341 auf, das mit dem ersten Armabschnitt 31 verbunden ist, und erstreckt sich im Wesentlichen in der X-Richtung von dem ersten Armabschnitt 31 aus. Der Stift 50 ist an dem zweiten Ende 342 des stabartigen Abschnitts 34 befestigt.
Der Stift 50 ist an dem zweiten Ende 342 des stabartigen Abschnitts 34 befestigt und erstreckt sich im Wesentlichen nach unten im Wesentlichen in der Z-Richtung von dem zweiten Ende 342 aus. Zusätzlich wird der Stift 50 von dem Kopplungselement 20 mittels des Arms 30 gestützt und ist im Wesentlichen in der Z-Richtung frei schwenkbar.
Der Verzugsdetektor 60 umfasst ein Verzugsdetektionselement (Verzugsdetektor) 61, das an jeder der Blattfedern 21 vorgesehen ist. Das Verzugsdetektionselement 61 ist beispielsweise ein Dehnmessstreifen oder ein piezoelektrisches Element und ist mittels eines Klebstoffs oder Ähnlichem an einem Verformungsbereich R13 (nachfolgend beschrieben; siehe 3) auf einer der Oberflächen (213) der Blattfeder 21 fixiert. Zusätzlich detektiert das Verzugsdetektionselement 61 einen Verformungsbetrag an einer Stelle auf der Blattfeder 21, an der das Verzugsdetektionselement 61 installiert ist, und gibt die Detektionsergebnisse an die Steuer- bzw. Regelvorrichtung 70 aus. In diesem Beispiel entspricht der Verformungsbetrag der Blattfeder 21 dem Verlagerungsbetrag des Stifts 50. Insbesondere kann bei der Formmesseinrichtung 1 die Verlagerung des Stifts 50 während des Messbetriebs als Verformung der Blattfeder 21 detektiert werden.
Die Steuer- bzw. Regelvorrichtung 70 ist unter Verwendung eines Computers (PC) oder Ähnlichem ausgestaltet und steuert bzw. regelt Betriebe der Formmesseinrichtung 1 basierend auf einem Programm, das im Voraus gespeichert wird. Außerdem berechnet die Steuer- bzw. Regelvorrichtung 70 den Verlagerungsbetrag des Stifts 50 basierend auf dem Verformungsbetrag von jeder der Blattfedern 21, der von dem Verformungsdetektor 60 eingegeben wird. Beispielsweise kann die Steuer- bzw. Regelvorrichtung 70 den Verformungsbetrag von jeder der Blattfedern 21 von dem Verformungsdetektor 60 erfassen und den Verlagerungsbetrag des Stifts 50 basierend auf einem Mittelwert für die Verformungsbeträge berechnen. Dann führt die Steuer- bzw. Regelvorrichtung 70 basierend auf der Position des Stifts 50 in Bezug auf das Werkstück W und dem Verlagerungsbetrag des Stifts 50 im Zusammenhang mit dieser Position verschiedene Berechnungen gemäß Messaufgaben für das Werkstück W aus.
Während des Messbetriebs der Formmesseinrichtung 1 schwingt der Arm 30 mit der Seite des Arms 30, die mittels des Kopplungselements 20 gestützt ist, als dem Drehpunkt, wenn der Stift 50 sich im Wesentlichen in der Z-Richtung entlang der Oberfläche des Werkstücks W verlagert. An diesem Punkt wird das Kopplungselement 20 einer Beanspruchung durch den Arm 30 ausgesetzt, und dadurch biegt sich jede der Blattfedern 21 und 22, die das Kopplungselement 20 ausgestalten, elastisch (werden einer elastischen Verformung unterzogen) gemäß dem Verlagerungsbetrag des Stifts 50.
In diesem Beispiel verformt sich die Blattfeder 21 elastisch, sodass die Oberfläche 213 einer Verwerfungsverformung unterzogen wird und die Oberfläche 214 einer Biegeverformung unterzogen wird, wenn die Oberfläche des Werkstücks W im Wesentlichen nach oben im Wesentlichen in der Z-Richtung abweicht. Dabei verformt sich die Blattfeder 22 elastisch, sodass die Oberfläche 223 einer Biegeverformung unterzogen wird und die Oberfläche 224 einer Verwerfungsverformung unterzogen wird. Wenn die Oberfläche des Werkstücks W im Wesentlichen nach unten im Wesentlichen in der Z-Richtung abweicht, kehrt die elastische Verformung der Blattfedern 21 und 22 in ihren ursprünglichen Zustand zurück. Somit löst die Formmesseinrichtung 1 vorzugsweise den Messbetrieb aus einem Zustand heraus aus, in dem der Stift 50 bereits gegen die Oberfläche des Werkstücks W gedrückt ist und das Kopplungselement 20 geringfügig verformt ist.
Als Nächstes wird eine konkretere Ausgestaltung des Kopplungselements 20 unter Bezugnahme auf 3 weiter beschrieben. Jede der Blattfedern 21, die das Kopplungselement 20 ausgestalten, ist aufgeteilt in einen feststehenden Bereich R11, in dem eine Verformung auf der Seite des ersten Grundkörperabschnitts 11 eingeschränkt ist; einen feststehenden Bereich R12, in dem eine Verformung auf der Seite des ersten Armabschnitts 31 eingeschränkt ist; und den zwischen den feststehenden Bereichen R11 und R12 positionierten Verformungsbereich R13, der zu elastischer Verformung fähig ist. Gleichermaßen ist jede der Blattfedern 22, die das Kopplungselement 20 ausgestalten, aufgeteilt in einen feststehenden Bereich R21, in dem eine Verformung auf der Seite des zweiten Grundkörperabschnitts 12 eingeschränkt ist; einen feststehenden Bereich R22, in dem eine Verformung auf der Seite des zweiten Armabschnitts 32 eingeschränkt ist; und einen zwischen den feststehenden Bereichen R21 und R22 positionierten Verformungsbereich R23, der zu elastischer Verformung fähig ist.
Bei der vorliegenden Ausführungsform sind die feststehenden Bereiche R11, R12, R21 und R22 Bereiche, in denen eine Verformung eingeschränkt ist, mindestens während des Messbetriebs der Formmesseinrichtung 1. Beispielsweise bei der Blattfeder 21 ist der feststehende Bereich R11 von der Platzierung des Fixierelements 41 (einer Unterlegscheibe 412) bestimmt, die fest an der Oberfläche 214 eingepasst ist, wobei der feststehende Bereich R12 von der Platzierung des ersten Armabschnitts 31 bestimmt ist, der fest an der Oberfläche 214 eingepasst ist. Außerdem ist bei der Blattfeder 22 der feststehende Bereich R21 von der Platzierung des zweiten Grundkörperabschnitts 12 bestimmt, der fest an der Oberfläche 223 eingepasst ist, wobei der feststehende Bereich R22 von der Platzierung des Fixierelements 44 bestimmt ist, das fest an der Oberfläche 223 eingepasst ist.
In diesem Beispiel ist der Verformungsbetrag der Verformungsbereiche R13 und R23 während des Messbetriebs der Formmesseinrichtung 1 in Abhängigkeit von einer Z-Richtungsposition in den Verformungsbereichen R13 und R23 unterschiedlich. Insbesondere ist in den Verformungsbereichen R13 und R23 die einwirkende Beanspruchung umso größer, je näher sie dem Grundkörper 10 sind, der die Blattfedern 21 und 22 stützt. Somit verformen sich die Verformungsbereiche R13 und R23 mehr, je näher die Stelle an dem Grundkörper 10 ist, und verformen sich weniger, je näher die Stelle an dem Arm 30 ist.
Entsprechend beeinflusst die Platzierung des Verzugsdetektionselements 61 innerhalb des Verformungsbereichs R13 der Blattfeder 21 die Detektionsempfindlichkeit zum Detektieren einer Verlagerung des Stifts 50. Beispielsweise kann, wenn das Verzugsdetektionselement 61 an einer Stelle in dem Verformungsbereich R13 platziert ist, die näher an dem Grundkörper 10 ist, sogar eine geringfügige Verlagerung des Stifts 50 als Verformung der Blattfeder 21 detektiert werden, und dadurch wird die Detektionsempfindlichkeit für eine Verlagerung des Stifts 50 vergrößert. Somit kann eine hohe Auflösung in der Formmesseinrichtung 1 erzielt werden. Dabei ist es, wenn das Verzugsdetektionselement 61 an einer Stelle in dem Verformungsbereich R13 installiert ist, die näher an dem Arm 30 ist, unwahrscheinlich, dass eine Verformung der Blattfeder 21 bei einer geringfügigen Verlagerung des Stifts 50 detektiert wird, und dadurch wird die Detektionsempfindlichkeit für eine Verlagerung des Stifts 50 gehemmt. Somit wird die Formmesseinrichtung 1 fähig zu einer Langhubdetektierung, und ihr Messbereich ist verbreitert.
Die Formmesseinrichtung 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform umfasst überdies zwei Abstandsanpassmechanismen (Abstandsanpasser) 81 und 82, die einen Abstand zwischen dem Grundkörper 10 und dem Arm 30 anpassen können. Die Abstandsanpassmechanismen 81 und 82 werden nun beschrieben.
Der Abstandsanpassmechanismus 81 umfasst einen Z-Richtungsschlitz 215, der in dem ersten Ende 211 der Blattfeder 21 gebildet ist, und das Fixierelement 41. Das Fixierelement 41 umfasst eine Schraube 411, die durch den Schlitz 215 eingeführt wird und im Gewindeeingriff mit dem ersten Grundkörperabschnitt 11 ist, und eine Unterlegscheibe 412, die die Gewindeeingriffskraft der Schraube 411 aufnimmt und das erste Ende 211 der Blattfeder 21 gegen den ersten Grundkörperabschnitt 11 drückt. Der Abstandsanpassmechanismus 81 passt die Z-Richtungsplatzierung der Blattfeder 21 in Bezug auf den ersten Grundkörperabschnitt 11 an, indem er eine Z-Richtungseinführposition der Schraube 411 in Bezug auf den Schlitz 215 anpasst.
Der Abstandsanpassmechanismus 82 weist eine Ausgestaltung auf, die der des Abstandsanpassmechanismus 81 ähnlich ist, und umfasst einen Z-Richtungsschlitz 216, der in dem zweiten Ende 212 der Blattfeder 21 gebildet ist, und das Fixierelement 43. Das Fixierelement 43 umfasst eine Schraube 431 und eine Unterlegscheibe 432. Der Abstandsanpassmechanismus 82 passt die Z-Richtungsplatzierung der Blattfeder 21 in Bezug auf den ersten Armabschnitt 31 an, indem er die Z-Richtungseinführposition der Schraube 431 in Bezug auf den Schlitz 216 anpasst.
Gemäß mindestens einem, dem Abstandsanpassmechanismus 81 und/oder 82, wird der Abstand zwischen dem ersten Grundkörperabschnitt 11 und dem ersten Armabschnitt 31 angepasst (abgewandelt), indem die Blattfeder 21 im Wesentlichen in der Z-Richtung in Bezug auf den ersten Grundkörperabschnitt 11 oder den ersten Armabschnitt 31 verlagert wird. In diesem Beispiel stellt ein Bereich, der sich zwischen dem ersten Grundkörperabschnitt 11 und dem ersten Armabschnitt 31 befindet, den Verformungsbereich R13 auf der Blattfeder 21 her. Entsprechend kann die Z-Richtungslänge des Verformungsbereichs R13 auf der Blattfeder 21 vergrößert oder verringert werden, indem der Abstand zwischen dem ersten Grundkörperabschnitt 11 und dem ersten Armabschnitt 31 angepasst wird. Folglich kann der Verformungsbetrag des Verformungsbereichs R13 in Bezug auf den Verlagerungsbetrag des Stifts 50 angepasst werden, und die Detektionsempfindlichkeit für die Verlagerung des Stifts 50 kann angepasst werden.
Beispielsweise vergrößert sich, wenn die Z-Richtungslänge des Verformungsbereichs R13 verkürzt wird, der Verformungsbetrag des Verformungsbereichs R13 in Bezug auf den Verlagerungsbetrag des Stifts 50, und daher verbessert sich die Detektionsempfindlichkeit für die Verlagerung des Stifts 50. Dabei verringert sich, wenn die Z-Richtungslänge des Verformungsbereichs R13 verlängert wird, der Verformungsbetrag des Verformungsbereichs R13 in Bezug auf den Verlagerungsbetrag des Stifts 50, und daher wird die Detektionsempfindlichkeit für die Verlagerung des Stifts 50 gehemmt.
Bei der vorliegenden Ausführungsform müssen, wenn der Abstand zwischen dem ersten Grundkörperabschnitt 11 und dem ersten Armabschnitt 31, an dem die Blattfeder 21 fixiert ist, abgewandelt wird, der Z-Richtungsabstand zwischen dem zweiten Grundkörperabschnitt 12 und dem zweiten Armabschnitt 32, an dem die Blattfeder 22 fixiert ist, im Wesentlichen konstant bleiben. Daher wird die Z-Richtungsposition des zweiten Grundkörperabschnitts 12 in Bezug auf den ersten Grundkörperabschnitt 11 vorzugsweise unter Verwendung des Z-Achsenanpassmechanismus 13 angepasst.
Bei der vorliegenden Ausführungsform gestalten die zwei Abstandsanpassmechanismen 81 und 82 einen Platzierungsanpassmechanismus (Platzierungsanpasser) der vorliegenden Erfindung aus. Insbesondere kann die Platzierung des Verzugsdetektionselements 61 innerhalb des Verformungsbereichs R13 in der Z-Richtung (Kopplungsrichtung des Grundkörpers 10 und des Arms 30) auch abgewandelt werden, indem das Kopplungselement 20 unter Verwendung der zwei Abstandsanpassmechanismen 81 und 82 in der gleichen Richtung in Bezug jeweils auf den Grundkörper 10 und den Arm 30 verlagert wird, während die Z-Richtungslänge des Verformungsbereichs R13 unverändert bleibt.
Beispielsweise verlagert sich die Platzierung des Verzugsdetektionselements 61 innerhalb des Verformungsbereichs R13 zu dem Grundkörper 10 hin, indem das Kopplungselement 20 im Wesentlichen nach oben in Bezug auf den Grundkörper 10 und den Arm 30 verlagert wird. Entsprechend verbessert sich die Detektionsempfindlichkeit für die Verlagerung des Stifts 50. Dabei verlagert sich die Platzierung des Verzugsdetektionselements 61 innerhalb des Verformungsbereichs R13 zu dem Arm 30 hin, indem das Kopplungselement 20 im Wesentlichen nach unten in Bezug jeweils auf den Grundkörper 10 und den Arm 30 verlagert wird. Entsprechend wird die Detektionsempfindlichkeit für die Verlagerung des Stifts 50 gehemmt.
Wirkungen der ersten Ausführungsform
Bei der vorliegenden Ausführungsform, wie oben beschrieben, beeinflusst die Platzierung des Verzugsdetektionselements 61 innerhalb des Verformungsbereichs R13 der Blattfeder 21 die Detektionsempfindlichkeit für die Verlagerung des Stifts 50. Daher können beispielsweise eine gewünschte Auflösung und ein gewünschter Messbereich unkompliziert erzielt werden, indem die Installationsposition des Verzugsdetektionselements 61 innerhalb des Verformungsbereichs R13 der Blattfeder 21 während Fertigung oder Kalibrierung der Formmesseinrichtung 1 angepasst wird.
Außerdem kann entsprechend mindestens einem, dem Abstandsanpassmechanismus 81 und/oder 82, der vorliegenden Erfindung die Z-Richtungslänge des Verformungsbereichs R13 auf der Blattfeder 21 vergrößert oder verringert werden, indem der Abstand zwischen dem ersten Grundkörperabschnitt 11 und dem zweiten Armabschnitt 32 angepasst wird. Dies wandelt den Verformungsbetrag des Verformungsbereichs R13 in Bezug auf den Verlagerungsbetrag des Stifts 50 ab. Somit kann die Detektionsempfindlichkeit für die Verlagerung des Stifts 50 leicht abgewandelt werden, während das Verzugsdetektionselement 61 in dem Verformungsbereich R13 montiert bleibt.
Außerdem gestalten die zwei Abstandsanpassmechanismen 81 und 82 der vorliegenden Ausführungsform den Platzierungsanpassmechanismus aus, der die Position des Verzugsdetektionselements 61 innerhalb des Verformungsbereichs R13 in der Z-Richtung anpasst. Entsprechend den Abstandsanpassmechanismen 81 und 82 kann die Position des Verzugsdetektionselements 61 innerhalb des Verformungsbereichs R13 angepasst werden, sodass sie näher an dem ersten Grundkörperabschnitt 11 oder näher an dem ersten Armabschnitt 31 ist. Somit kann die Detektionsempfindlichkeit für die Verlagerung des Stifts 50 leicht abgewandelt werden.
Zusätzlich umfasst in der vorliegenden Ausführungsform das Kopplungselement 20 mindestens eine, die Blattfeder 21 und/oder 22, welche die Verformungsbereiche R13 und R23 an den jeweiligen Mittelabschnitten davon enthalten. Daher kann das Verzugsdetektionselement 61 auf mindestens einer des Paars von Oberflächen 213 und 214 der Blattfeder 21 (die Oberfläche 213 in der vorliegenden Ausführungsform) leicht installiert werden. Außerdem kann die Kraft, die erforderlich ist, um das Kopplungselement 20 zu biegen, abgewandelt werden, indem die Anzahl von Blattfedern 21 und 22 angepasst wird, die das Kopplungselement 20 ausgestalten.
Des Weiteren umfasst das Kopplungselement 20 der vorliegenden Ausführungsform das Paar von Blattfedern 21 und 22, die überschneidend angebracht sind, wodurch Torsion oder Ähnliches des Paars von Blattfedern 21 und 22 verhindert wird. Somit kann das Verzugsdetektionselement 61 den Verformungsbetrag des Verformungsbereichs R13 der Blattfeder 21 mit einem noch höheren Grad an Genauigkeit detektieren.
Zweite Ausführungsform
4 stellt eine Formmesseinrichtung 2 gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar. Die Formmesseinrichtung 2 weist die gleiche Grundstruktur auf wie die Formmesseinrichtung 1 gemäß der ersten Ausführungsform, die oben beschrieben ist. Daher werden doppelte Beschreibungen der gemeinsamen Bauteile weggelassen und nur die Bauteile, die unterschiedlich sind, werden nachfolgend beschrieben.
Bei der vorliegenden Ausführungsform umfasst ein Verzugsdetektor 60A mindestens ein Paar (ein Paar in der vorliegenden Ausführungsform) von Verzugsdetektionselementen 62 und 63, die an jeder der Blattfedern 21 in dem Verformungsbereich R13 vorgesehen sind. Die Verzugsdetektionselemente 62 und 63 sind piezoelektrische Elemente, die jeweilig auf dem Paar von Oberflächen 213 und 214 der Blattfeder 21 angebracht sind, und gestalten ein Paar aus, das die Blattfeder 21 dazwischen aufweist. Die Verzugsdetektionselemente 62 und 63 gestalten vorzugsweise Bimorph-artige piezoelektrische Elemente zur Detektion aus, die aneinandergefügt sind, wobei die Blattfeder 21 dazwischengesetzt ist.
Bei einer derartigen Ausgestaltung kann das erste Verzugsdetektionselement 62 während des Messbetriebs der Formmesseinrichtung 2 den Betrag einer Verwerfungsverformung der Oberfläche 213 der Blattfeder 21 detektieren, und das zweite Verzugsdetektionselement 63 kann den Betrag einer Biegeverformung der Oberfläche 214 der Blattfeder 21 detektieren. Somit kann der Verlagerungsbetrag des Stifts 50 genauer detektiert werden, indem Unähnlichkeiten bei den von dem Paar von Verzugsdetektionselementen 62 und 63 detektierten Beträgen eingesetzt werden.
Außerdem umfasst die Formmesseinrichtung 2 gemäß der vorliegenden Ausführungsform einen Treiber 90, der eine Verformung des Kopplungselements 20 antreibt. Der Treiber 90 umfasst ein Paar von Antriebselementen 91 und 92, die in dem Verformungsbereich R13 der Blattfeder 21 installiert sind. Das Paar von Antriebselementen 91 und 92 ist jeweils auf dem Paar von Oberflächen 213 und 214 der Blattfeder 21 installiert und gestaltet Bimorph-artige piezoelektrische Elemente zum Antreiben aus, die aneinandergefügt sind, wobei die Blattfeder 21 dazwischengesetzt ist.
Bei einer derartigen Ausgestaltung schickt die Steuer- bzw. Regelvorrichtung 70 eine Differentialspannung an das Paar von Antriebselementen 91 und 92, wodurch die Antriebselemente 91 und 92 betrieben werden, sodass sie ein Biegen in der Blattfeder 21 hervorrufen. Dies treibt eine Verformung des Kopplungselements 20 an. Das Paar von Antriebselementen 91 und 92 ist mit Blick auf Effizienz für die Kraft, die ein Biegen in der Blattfeder 21 hervorruft, vorzugsweise näher an dem Grundkörper 10 (weiter nach oben) als das Paar von Verzugsdetektionselementen 62 und 63 installiert.
Der Treiber 90 kann beispielsweise einen Betrieb des Zurückziehens des Stifts 50, der in einem Kontaktzustand mit dem Werkstück W ist, von dem Werkstück W ausführen, indem eine Verformung des Kopplungselements 20 angetrieben wird. Des Weiteren kann der Treiber 90 eine Messkraft steuern bzw. regeln, während der Stift 50 in Kontakt mit dem Werkstück W ist, indem eine Verformung des Kopplungselements 20 angetrieben wird. Beispielsweise treibt der Treiber 90 vorzugsweise eine Verformung des Kopplungselements 20 an, um die Messkraft zu verringern, wenn das Werkstück W ein weiches Material ist oder wenn eine Hochpräzisionsmessung ausgeführt wird. Dabei treibt der Treiber 90 vorzugsweise eine Verformung des Kopplungselements 20 an, um die Messkraft zu vergrößern, wenn eine sehr reaktionsschnelle Messung angestrebt wird. Zusätzlich gestaltet der Treiber 90 vorzugsweise ein Bimorph-artiges piezoelektrisches Element zum Antreiben aus und kann daher das Kopplungselement 20 mit günstiger Reaktionsfähigkeit antreiben.
Dritte Ausführungsform
5 stellt eine Formmesseinrichtung 3 gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar. Die Formmesseinrichtung 3 weist die gleiche Grundstruktur auf wie die Formmesseinrichtung 1 gemäß der ersten Ausführungsform, die oben beschrieben ist. Daher werden doppelte Beschreibungen der gemeinsamen Bauteile weggelassen und nur die Bauteile, die unterschiedlich sind, werden nachfolgend beschrieben.
Bei der vorliegenden Ausführungsform umfasst ein Kopplungselement 20A eine Blattfeder oder eine Vielzahl von Blattfedern 21, die so angebracht sind, dass sie im Wesentlichen der Z-Richtung folgen. Der Kopplungsabschnitt 20A umfasst jedoch nicht die Blattfeder 22 (siehe 1), die in der ersten Ausführungsform so angebracht ist, dass sie der X-Richtung folgt, und der zweite Grundkörperabschnitt 12, der zweite Armabschnitt 32 und Ähnliches, an denen die Blattfeder 22 fixiert ist, sind weggelassen.
Die Formmesseinrichtung 3 gemäß der vorliegenden Ausführungsform umfasst ein blockförmiges Einengungselement (Begrenzer oder Einschränker) 83, das an dem Grundkörper 10 anstelle der Abstandsanpassmechanismen 81 und 82 (siehe 3) der ersten Ausführungsform vorgesehen ist. Das Einengungselement 83 umfasst eine vertikale Stützoberfläche 831, die eine im Wesentlichen zu der YZ-Ebene parallele Oberfläche ist, und ist in direktem Kontakt mit der Oberfläche 214 der Blattfeder 21. Außerdem ist das Einengungselement 83 an seiner Position mittels eines Fixierers (Fixiermittel), beispielsweise einer Klemme oder Schraube (nicht in den Zeichnungen gezeigt), in einem Zustand fixiert, bei dem die Blattfeder 21 zwischen dem Einengungselement 83 und der vertikalen Stützoberfläche 110 des ersten Grundkörperabschnitts 11 eingeschichtet ist.
Das Einengungselement 83 ist so angebracht, dass ein unteres Ende 832 der vertikalen Stützoberfläche 831 niedriger positioniert ist als die vertikale Stützoberfläche 110 des ersten Grundkörperabschnitts 11. Dadurch ist das Einengungselement 83 mindestens teilweise in direktem Kontakt mit der Oberfläche 214 der Blattfeder 21 an einem oberen Abschnitt einer Fläche zwischen dem ersten Grundkörperabschnitt 11 und dem ersten Armabschnitt 31, und das Einengungselement 83 begrenzt die elastische Verformung der Blattfeder 21.
Bei einer derartigen Ausgestaltung ist die Blattfeder 21 eingeteilt in einen feststehenden Bereich R31, in dem eine Verformung mittels des Einengungselements 83 eingeschränkt ist; einen feststehenden Bereich R32, in dem eine Verformung mittels des ersten Armabschnitts 31 eingeschränkt ist; und einen zwischen den feststehenden Bereichen R31 und R32 positionierten Verformungsbereich R33, der zu elastischer Verformung fähig ist. Insbesondere ist bei der vorliegenden Ausführungsform der Bereich, in dem das Einengungselement 83 die Blattfeder 21 direkt kontaktiert, von dem Verformungsbereich R33 ausgenommen, und daher ist eine obere Grenzlinie des Verformungsbereichs R33 mittels des unteren Endes 832 des Einengungselements 83 bestimmt.
Bei der vorliegenden Ausführungsform kann eine Verformung eines Z-Richtungsabschnitts der Blattfeder 21 in einer Fläche zwischen dem ersten Grundkörperabschnitt 11 und dem ersten Armabschnitt 31 eingeschränkt werden und die Z-Richtungslänge des Verformungsbereichs R33 der Blattfeder 21 kann verkürzt werden, indem das Einengungselement 83 an der Blattfeder 21 vorgesehen wird. Entsprechend kann der Verformungsbetrag des Verformungsbereichs R33 in Bezug auf den Verlagerungsbetrag des Stifts 50 vergrößert werden und die Detektionsempfindlichkeit für die Verlagerung des Stifts 50 kann einfach vergrößert werden.
Außerdem kann das Einengungselement 83 auch so ausgestaltet sein, dass es möglich ist, die Platzierung des Einengungselements 83 in Bezug auf das Kopplungselement 20 in der Z-Richtung mittels Neubefestigung oder Verlagerung in Bezug auf die Blattfeder 21 anzupassen. Beispielsweise kann ein Werker eine Vielzahl von Einengungselementen 83 vorbereitet haben, die verschiedene Z-Richtungslängen aufweisen, und kann ein geeignetes Einengungselement 83 auswählen und das Einengungselement 83 auf der Blattfeder 21 installieren. Der Werker kann außerdem das Einengungselement 83, das auf der Blattfeder 21 installiert ist, im Wesentlichen in der Z-Richtung verlagern. Bei einer derartigen Ausgestaltung wird nicht nur die obere Grenzlinie des Verformungsbereichs R33 abgewandelt, sondern es wird auch die Z-Richtungslänge des Verformungsbereichs R33 auf der Blattfeder 21 abgewandelt, indem das Einengungselement 83 in der Z-Richtung angepasst wird. Entsprechend kann die Detektionsempfindlichkeit für die Verlagerung des Stifts 50 leicht angepasst werden.
Abwandlungen
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die verschiedenen Ausführungsformen begrenzt, die oben beschrieben sind, und umfasst Abwandlungen innerhalb eines Umfangs, mit dem die Vorteile der vorliegenden Erfindung erzielt werden können. Außerdem umfasst die vorliegende Erfindung Kombinationen der verschiedenen Ausführungsformen, die oben beschrieben sind.
Bei der ersten und zweiten Ausführungsform sind die zwei Abstandsanpassmechanismen 81 und 82 an dem Kopplungselement 20 vorgesehen. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht darauf begrenzt, und nur einer der Abstandsanpassmechanismen 81 und 82 kann stattdessen an dem Kopplungselement 20 vorgesehen sein. Außerdem sind in der ersten und zweiten Ausführungsform die Abstandsanpassmechanismen 81 und 82 so ausgestaltet, dass sie es ermöglichen, dass der Abstand zwischen dem ersten Grundkörperabschnitt 11 und dem ersten Armabschnitt 31 angepasst werden kann, aber die vorliegende Erfindung ist nicht darauf begrenzt. Wenn beispielsweise das Verzugsdetektionselement 61 auf der Blattfeder 22 installiert ist, können die Abstandsanpassmechanismen 81 und 82 so ausgestaltet sein, dass sie es ermöglichen, dass der Abstand zwischen dem zweiten Grundkörperabschnitt 12 und dem zweiten Armabschnitt 32 angepasst wird. Bei der dritten Ausführungsform können die Abstandsanpassmechanismen 81 und 82 anstelle des Einengungselements 83 vorgesehen sein. Außerdem kann bei der ersten und zweiten Ausführungsform das Einengungselement 83 anstelle der Abstandsanpassmechanismen 81 und 82 vorgesehen sein.
Die spezifische Ausgestaltung eines Abstandsanpassmechanismus gemäß der vorliegenden Erfindung ist nicht begrenzt auf das, was bei der ersten und zweiten Ausführungsform beschrieben ist. Beispielsweise kann der Abstandsanpassmechanismus gemäß der vorliegenden Erfindung eine Ausgestaltung aufweisen, die die Position des Kopplungselements in Bezug auf mindestens einen, den Grundkörper und/oder den Arm, anpasst.
Die spezifische Ausgestaltung eines Platzierungsanpassmechanismus gemäß der vorliegenden Erfindung ist nicht begrenzt auf das, was bei der ersten und zweiten Ausführungsform beschrieben ist. Beispielsweise kann der Platzierungsanpassmechanismus gemäß der vorliegenden Erfindung eine Ausgestaltung aufweisen, die die Position des Kopplungselements in Bezug auf beide, den Grundkörper und den Arm, anpasst.
Ein Einengungselement gemäß der vorliegenden Erfindung sollte die elastische Verformung des Kopplungselements 20 an einem Abschnitt begrenzen, der zwischen dem Grundkörper 10 und dem Arm 30 ist, und die spezifische Ausgestaltung des Einengungselements ist nicht begrenzt auf das, was bei der dritten Ausführungsform beschrieben ist. Beispielsweise ist bei der dritten Ausführungsform das Einengungselement 83 so in seiner Position fixiert, dass die Blattfeder 21 zwischen dem Einengungselement 83 und dem ersten Grundkörperabschnitt 11 eingeschichtet ist, aber die vorliegende Erfindung ist nicht darauf begrenzt, und das Einengungselement kann so in seiner Position fixiert sein, dass die Blattfeder 21 zwischen dem Einengungselement 83 und dem zweiten Grundkörperabschnitt 12 eingeschichtet ist.
Ein Kopplungselement gemäß der vorliegenden Erfindung ist nicht auf das mindestens eine Paar von Blattfedern 21 und 22 begrenzt, die überschneidend angebracht sind, wie bei der ersten und zweiten Ausführungsform, noch auf die Blattfeder 21, die in der Z-Richtung wie in der dritten Ausführungsform angebracht ist. Beispielsweise können die Kopplungselemente 20 und 20A bei der ersten bis dritten Ausführungsform mittels nur der Blattfeder 22 ausgestaltet sein, die im Wesentlichen in der X-Richtung angebracht ist. Außerdem kann das Kopplungselement gemäß der vorliegenden Erfindung aus einem elastischen Material gebildet sein, das keine Blattfeder ist, und kann den Abschnitt, der den Verformungsbereich zwischen dem Grundkörper und dem Arm ausgestaltet, aus einem elastischen Material gebildet aufweisen.
Bei der ersten und dritten Ausführungsform ist das Verzugsdetektionselement 61 auf einer Oberfläche (der Oberfläche 213) der Blattfeder 21 installiert, aber die vorliegende Erfindung ist nicht darauf begrenzt. Das Verzugsdetektionselement 61 kann auf der anderen Oberfläche 213 installiert sein oder kann auf beiden Oberflächen 213 und 214 wie in der zweiten Ausführungsform installiert sein.
Bei der ersten und zweiten Ausführungsform sind die Verzugsdetektionselemente 61 bis 63 auf der Blattfeder 21 installiert, die im Wesentlichen in der Z-Richtung angebracht ist, aber die vorliegende Erfindung ist nicht darauf begrenzt. Die Verzugsdetektionselemente 61 bis 63 können auf der Blattfeder 22 installiert sein, die im Wesentlichen in der X-Richtung angebracht ist, oder können auf den Blattfedern 21 und 22 in der jeweiligen Richtung installiert sein. Außerdem können, wenn eine Vielzahl von Blattfedern 21 (22) vorhanden sind, die in der gleichen Richtung wie die jeweils andere angebracht sind, die Verzugsdetektionselemente 61 bis 63 auf einer aus der Vielzahl von Blattfedern 21 (22) installiert sein, oder ein Verzugsdetektionselement kann auf jeder einzelnen jeweiligen Blattfeder aus der Vielzahl von Blattfedern getrennt installiert sein. Bei der zweiten Ausführungsform ist ein Paar der Verzugsdetektionselemente 63 auf jeder der Blattfedern 21 installiert, aber zwei oder mehr Paare der Verzugsdetektionselemente 63 können auf jeder der Blattfedern 21 installiert sein.
Bei der zweiten Ausführungsform ist der Treiber 90 ein Paar Bimorph-artige piezoelektrische Elemente, die auf den Oberflächen 213 und 214 auf beiden Seiten der Blattfeder 21 installiert sind, aber die vorliegende Erfindung ist nicht darauf begrenzt, und der Treiber 90 kann auch ein piezoelektrisches Element sein, das auf einer der Oberflächen 213 und 214 der Blattfeder 21 installiert ist. Außerdem kann der Treiber 90 auf der Blattfeder 22 installiert sein, die im Wesentlichen in der X-Richtung angebracht ist, oder auf beiden, den Blattfedern 21 und 22, anstatt auf der Blattfeder 21 installiert zu sein, die in der Z-Richtung angebracht ist.
Zusätzlich sind bei der zweiten Ausführungsform der Verzugsdetektor 60 und der Treiber 90 jeweils mittels einzelner piezoelektrischer Elemente ausgestaltet, aber der Verzugsdetektor 60 und der Treiber 90 können auch von dem gleichen piezoelektrischen Element erzielt werden.
Die vorliegende Erfindung kann bei einer Formmesseinrichtung verwendet werden, die eine Oberflächenform eines Werkstücks misst.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2014167435 A [0002, 0003]

Claims

Formmesseinrichtung, umfassend: einen Grundkörper (10); einen Arm (30), der ausgestaltet ist, in Bezug auf den Grundkörper (10) zu schwenken; einen Koppler (20), der den Grundkörper (10) mit dem Arm (30) koppelt, wobei der Koppler (20) einen Verformungsbereich (R13, R23) aufweist, der zu elastischer Verformung zwischen dem Grundkörper (10) und dem Arm (30) fähig ist; und einen Verzugsdetektor (61; 62, 63), der in dem Verformungsbereich (R13, R23) installiert ist.
Formmesseinrichtung nach Anspruch 1, überdies umfassend einen Abstandsanpasser, der einen Abstand zwischen dem Grundkörper (10) und dem Arm (30) anpasst, und/oder der Koppler ist aus einem elastischen Material gebildet.
Formmesseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, überdies umfassend einen Platzierungsanpasser, der eine Position des Verzugsdetektors (61; 62, 63) innerhalb des Verformungsbereichs in der Kopplungsrichtung des Grundkörpers (10) und des Arms (30) anpasst.
Formmesseinrichtung nach einem beliebigen der vorhergehenden Ansprüche, überdies umfassend einen Begrenzer, der elastische Verformung des Kopplers (20) in einem Abschnitt zwischen dem Grundkörper (10) und dem Arm (30) einschränkt.
Formmesseinrichtung nach einem beliebigen der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Koppler (20) mindestens eine Blattfeder (21, 22) umfasst, von der ein Mittelabschnitt den Verformungsbereich (R13, R23) umfasst.
Formmesseinrichtung nach Anspruch 5, wobei die mindestens eine Blattfeder mindestens ein Paar von Blattfedern (21, 22) ist, die einander überschneidend angebracht sind.
Formmesseinrichtung nach einem beliebigen der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Verzugsdetektor (61; 62, 63) ein Paar von piezoelektrischen Elementen umfasst, die auf gegenüberliegenden Oberflächen der mindestens einen Blattfeder (21, 22) installiert sind, sodass die mindestens eine Blattfeder zwischen dem Paar von piezoelektrischen Elementen eingeschichtet ist.
Formmesseinrichtung nach einem beliebigen der vorhergehenden Ansprüche, überdies umfassend: einen Treiber (90), der in dem Verformungsbereich installiert ist und der eine Verformung des Kopplers (20) antreibt.
Verfahren zum Messen einer Form eines Werkstücks (W), folgende Schritte umfassend: Bereitstellen eines Grundkörpers (10); Koppeln des Grundkörpers (10) mit einem Arm (30) mittels eines Kopplers (20), sodass der Arm (30) in Bezug auf den Grundkörper (10) schwenken kann, Bilden des Kopplers (20) mit einem Verformungsbereich (R13, R23), der zu elastischer Verformung fähig ist, Detektieren eines Verzugs des Verformungsbereichs (R13, R23).
Computerprogrammprodukt, umfassend computerlesbare Anweisungen, die, wenn sie auf einem geeigneten System geladen und ausgeführt werden, die Schritte des Verfahrens nach Anspruch 9 ausführen können.