DE102018206310B4

DE102018206310B4 - Translationsbewegungsvorrichtung mit Riemenantrieb

Info

Publication number: DE102018206310B4
Application number: DE102018206310.9A
Authority: DE
Inventors: Shingo Kiyotani; Seiichi Otsubo; Koji Takesako; Takao Oneta
Original assignee: Mitutoyo Corp
Current assignee: Mitutoyo Corp
Priority date: 2017-04-24
Filing date: 2018-04-24
Publication date: 2024-06-06
Anticipated expiration: 2038-04-25
Also published as: US20180305130A1; CN108730448B; JP6824102B2; DE102018206310A1; JP2018184970A; US10486906B2; CN108730448A

Abstract

Translationsbewegungsvorrichtung, umfassend:eine Führung (50), die einen Führungsmechanismus aufweist;einen langen Schieber (20), der durch die Führung (50) geführt wird, wobei der lange Schieber (20) in einer Verlagerungsrichtung (z) länger als der Führungsmechanismus ist; undeinen Riemenantrieb (60), der den langen Schieber (20) im Verhältnis zu der Führung (50) verlagert, wobei der Riemenantrieb (60) Folgendes umfasst:einen offenen Riemen (70), der entlang der Verlagerungsrichtung (z) des langen Schiebers (20) angeordnet ist;eine Antriebsriemenscheibe (80), die eine Antriebskraft auf den offenen Riemen (70) überträgt; undeine Zugstange (90), die entlang der Verlagerungsrichtung (z) des langen Schiebers (20) angeordnet ist, wobei die Zugstange (90) Riemenhalter (90A, 90B) umfasst, welche die jeweiligen Enden des offenen Riemens (70) halten, und wobeidie Zugstange (90) mit dem langen Schieber (20) in einer mittleren Position zwischen den Riemenhaltern (90A, 90B) verbunden ist, welche die jeweiligen Enden halten.

Description

KREUZVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
Die vorliegende Anmeldung betrifft eine Translationsbewegungsvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, eine Messvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 6 und nimmt weiterhin die Priorität der japanischen Anmeldung Nr. 2017-085244 , eingereicht am 24. April 2017, in Anspruch, deren Offenbarung hiermit ausdrücklich zur Bezugnahme vollständig übernommen wird.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Translationsbewegungsvorrichtung, die einen Riemenantrieb verwendet.
Beschreibung der verwandten Technik
Bekannte Beispiele einer herkömmlichen Translationsbewegungsvorrichtung, die einen Synchronriemen verwendet, umfassen einen Typ mit geschlossenem Riemen und einen Typ mit offenem Riemen. Beide Typen bilden ein Umkehrverlagerungsgerät, das mit einer linearen Führung, einem Schieber, der entlang der Führung geführt wird, und einem Antriebsmechanismus, der den Schieber verlagert, versehen ist, und beide Typen umfassen einen Riemenantriebsmechanismus, der einen Synchronriemen als Übertragungsvorrichtung verwendet.
Die erstgenannte Translationsbewegungsvorrichtung mit geschlossenem Riemen wird häufig für diverse Messvorrichtungen verwendet, da jedoch der geschlossene Riemen als Übertragungsvorrichtung verwendet wird, sind zwei Riemenscheiben voneinander getrennt auf einer Antriebsseite und einer angetriebenen Seite angeordnet und machen dadurch die Struktur des Geräts kompliziert.
Andererseits weist die letztgenannte Translationsbewegungsvorrichtung mit offenem Riemen den Synchronriemen auf, der entlang der linearen Führung angeordnet ist, und die beiden Endabschnitte des Riemens (offenen Enden) sind an jedem Ende der Führung fixiert, wie in der japanischen Patent-Auslegeschrift JP 2016 - 90 052 A gezeigt (14). Ferner umfasst der Schieber, der sich linear entlang der Führung bewegt, eine Antriebsriemenscheibe, die mit einer Zahnfläche des Synchronriemens in Eingriff kommt. Die Antriebsriemenscheibe ist zwischen dem Synchronriemen und der Führung angeordnet, und daher stehen die Zahnfläche des Synchronriemens und eine äußere Umfangsfläche der Antriebsriemenscheibe in Eingriff miteinander. Um ferner einen Auflaufwinkel des Synchronriemens mit Bezug auf die Antriebsriemenscheibe zu vergrößern, ist der Schieber mit einem Paar Hilfsriemenscheiben versehen und definiert die Bewegungsrichtung des Synchronriemens. Die beiden Translationsbewegungsvorrichtungen können auch auswählen, ob der Schieber vor- oder zurückfährt, indem sie die Drehrichtung der Antriebsriemenscheibe umschalten. Darüber hinaus offenbart DE 10 2017 206 782 A1 einen Linearantrieb zur Bereitstellung einer Linearbewegung, wobei vorgesehen ist, dass ein Zahnriemen eine längs einer Bewegungsachse erstreckte Profilausnehmung im Profilausleger zumindest nahezu vollständig überdeckt und dass ein Wegmesssystem zur Erfassung einer relativen Lage einer Führungsanordnung gegenüber dem Profilausleger vorgesehen ist, das eine an der Führungsanordnung angeordnete Sensoreinrichtung und eine längs der Bewegungsachse erstreckte und an einem Wandbereich der Profilausnehmung angeordnete Maßverkörperung umfasst.
Erfinder haben die Translationsbewegungsvorrichtung mit offenem Riemen in der japanischen Patent-Auslegeschrift JP 2016- 90 052 A (14) weiterentwickelt, um sie auf die Translationsbewegungsvorrichtungen einer Koordinatenmessvorrichtung, einer Bildmessvorrichtung und einer Formmessvorrichtung anzuwenden.
11 bildet schematisch eine Konfiguration ab, bei der die Translationsbewegungsvorrichtung mit offenem Riemen auf ein Z-Achsenverlagerungsgerät angewendet ist, das einen Messkopf, der einen Taststiftkopf aufweist, in einer senkrechten Richtung verlagert. In der vorliegenden Beschreibung wird ein langer Schieber, der in der senkrechten Richtung in dem Z-Achsenverlagerungsgerät geführt wird, insbesondere als „Spindel“ bezeichnet, und der Messkopf wird an einem unteren Ende einer Spindel 2 in 11 bereitgestellt.
Bei dem Beispiel aus 11 ist ein Y-Achsenverlagerungsgerät der Messvorrichtung durch eine Y-Führung 3A, die auf einem Y-Träger 3 (Führungsschiene und lineare Lagerbaugruppe) bereitgestellt wird, und einen Y-Schieber 4, der durch die Y-Führung 3A in der Y-Achsenrichtung geführt und getragen wird, konfiguriert. Ein Z-Achsenverlagerungsgerät 1 ist auf dem Y-Schieber 4 installiert. Das Z-Achsenverlagerungsgerät 1 umfasst eine Z-Führung 5, die für den Y-Schieber 4 bereitgestellt wird, die Spindel 2, die durch die Z-Führung 5 in der Z-Achsenrichtung geführt wird, und einen Z-Antrieb 6, der für den Y-Schieber 4 bereitgestellt wird und die Spindel 2 in der senkrechten Richtung verlagert. Eine Dimension der Spindel 2 in der senkrechten Richtung ist länger als die Dimension in der senkrechten Richtung eines Führungsmechanismus, der in der Z-Führung 5 enthalten ist. Der Riemenantrieb 6 umfasst einen offenen Riemen 7, der entlang einer Verlagerungsrichtung der Spindel 2 angeordnet ist, eine Antriebsriemenscheibe 8, die eine Antriebskraft auf den offenen Riemen 7 überträgt, und eine Hilfsriemenscheibe 8A, die einen Auflaufwinkel des offenen Riemens 7 im Verhältnis zur Antriebsriemenscheibe 8 vergrößert, und die beiden Endabschnitte des offenen Riemens 7 werden jeweils durch die Spindel 2 gehalten.
Zudem werden die beiden offenen Endabschnitte des offenen Riemens 7 jeweils durch Riemenhalter 2A und 2B gehalten, die in zwei Positionen an der Spindel 2 in der Z-Achsenrichtung getrennt bereitgestellt werden. Ferner wird der offene Riemen 7 über die Antriebsriemenscheibe 8 des Riemenantriebs 6 gehängt. Ein Abstand zwischen den Riemenhaltern 2A und 2B ist mindestens größer als ein Verlagerungsabstand de Spindel 2.
In dem derartig konfigurierten Z-Achsenverlagerungsgerät 1, wenn der offene Riemen 7 durch ein Drehmoment der Antriebsriemenscheibe 8 in die senkrechte Richtung geschickt wird, bewegt sich die Spindel 2 in Übereinstimmung mit der Drehrichtung auf und ab.
Der offene Riementyp ermöglicht es, das Gerät zu vereinfachen.
Die Erfinder begnügen sich jedoch nicht damit, nur die in 11 beschriebene Konfiguration auf die Translationsbewegungsvorrichtung der Messvorrichtung anzuwenden, so dass weitere Überlegungen vorgenommen wurden, um die Messgenauigkeit der Messvorrichtung zu verbessern.
Zunächst wird bei der Konfiguration aus 11 der offene Riemen 7 an der Spindel 2 fixiert, wobei Spannung ausgeübt wird, um Zahnspringen zu verhindern. Dies wird als Anfangsspannung bezeichnet.
Die beiden Riemenhalter 2A und 2B an der Spindel 2 nehmen jeweils die Anfangsspannung auf, doch ein mittlerer Abschnitt der Spindel 2 ist durch den Führungsmechanismus der Z-Führung 5 in der X-Achsenrichtung in der Verlagerung eingeschränkt. Entsprechend wird, wenn der obere Riemenhalter 2A der Spindel 2 über den Führungsmechanismus der Z-Führung 5 herausragt, ein Biegemoment, so dass der obere Riemenhalter 2A in eine positive X-Achsenrichtung verlagert wird, auf die Spindel 2 ausgeübt. Ähnlich wird, wenn der untere Riemenhalter 2B der Spindel 2 unter dem Führungsmechanismus der Z-Führung 5 herausragt, das Biegemoment, so dass der untere Riemenhalter 2B in die positive X-Achsenrichtung verlagert wird, auf die Spindel 2 ausgeübt. Wenn das Biegemoment ausgeübt wird, biegt sich die Spindel 2, um sich auf der linken Seite in 11 zu wölben. Nachstehend wird dieses Biegen als Biegen in der positiven X-Achsenrichtung bezeichnet.
Obwohl die Z-Führung 5 des Z-Achsenverlagerungsgeräts 1 die Spindel 2 in der senkrechten Richtung führt, trägt die Z-Führung 5 nicht unbedingt eine Totlast der Spindel 2. Die Totlast der Spindel 2 wird anhand des offenen Riemens 7 zu einer Last an der Antriebsriemenscheibe 8 des Riemenantriebs 6. Daher fährt die Antriebsriemenscheibe 8 fort, das Drehmoment in der Richtung auszugeben, in die der Riemen unter der Riemenscheibe 8 gezogen wird, und erhöht eine Kraft, die an dem unteren Riemenhalter 2B zieht. Entsprechend wird die Totlast der Spindel 2 aufgehoben, und die Position der Spindel 2 in der Z-Achsenrichtung wird gehalten. Die Kraft, die durch den Riemenhalter 2B aufgenommen wird, wird jedoch erhöht, und dadurch wird auch ein Betrag der Biegeverformung der Spindel 2 erhöht. Die Kraft, die auf den Riemenhalter 2B ausgeübt wird, um die Totlast der Spindel 2 zu halten, ist durch F_ZG ausgedrückt.
Als Nächstes werden mit Bezug auf 12 und 13 das Anheben und Absenken der Spindel 2 beschrieben. Ohne Berücksichtigung der Reibung zwischen der Führungsschiene der Spindel 2 und der Z-Führung 5, wenn die Spindel 2 in die positive Z-Achsenrichtung verlagert (angehoben) wird, wie in 12 gezeigt, wird das Drehmoment, das von der Antriebsriemenscheibe ausgegeben wird, erhöht. Dann werden die Kraft, welche die Spindel 2 in der positiven Z-Achsenrichtung (F_ZACC) beschleunigt, und die Kraft, welche die Totlast der Spindel 2 (F_ZG) hält, addiert, und die Summe der Kräfte (F_ZACC + F_ZG) wird zu dem unteren Riemenhalter 2B hinzugefügt. Entsprechend wird die Spindel 2 beschleunigt und erzielt eine Anhebungsgeschwindigkeit, doch der Biegeverformungsbetrag der Spindel 2 wird ferner dadurch erhöht, dass die Kraft, die auf den Riemenhalter 2B ausgeübt wird, zunimmt.
Wenn andererseits die Spindel 2 in einer negativen Z-Achsenrichtung verlagert (abgesenkt) wird, wie in 13 gezeigt, wird das Drehmoment, das von der Antriebsriemenscheibe ausgegeben wird, verringert. Dann wird die Kraftdifferenz (F_ZG - F_ZACC) zwischen der Kraft, welche die Spindel 2 in der negativen Z-Achsenrichtung beschleunigt (F_ZAcc), und der Kraft, welche die Totlast der Spindel 2 hält (F_ZG), zu dem unteren Riemenhalter 2B hinzugefügt. Entsprechend wird die Spindel 2 beschleunigt und erzielt eine Absenkgeschwindigkeit, doch da die Kraft, die durch den Riemenhalter 2B aufgenommen wird, verringert wird, nimmt der Biegeverformungsbetrag der Spindel 2 um diesen Betrag ab.
Mit dieser Konfiguration variiert in Abhängigkeit von der Bewegungsrichtung der Spindel 2 die Kraft, die auf den Riemenhalter 2B an einem unteren Ende der Spindel 2 ausgeübt wird. Der Riemenhalter 2B ist immer tiefer positioniert als der Führungsmechanismus der Z-Führung 5, und daher variiert auch in Abhängigkeit von der Verlagerungsrichtung der Spindel 2 eine Größe des Biegemoments, das auf den Riemenhalter 2B der Spindel 2 ausgeübt wird. Dadurch ist, selbst wenn die Position der Spindel 2 in der senkrechten Richtung die gleiche ist, wenn die Spindel 2 angehoben und abgesenkt wird, der Biegeverformungsbetrag der Spindel 2 anders, und es kann sein, dass die Position des unteren Endes der Spindel 2 in der X-Achsenrichtung unterschiedlich ist.
Technisches Problem
Um die Messgenauigkeit der Messvorrichtung weiter zu verbessern, müssen die zuvor erwähnten Differenzen beseitigt werden. Wenn die Messvorrichtung ein Werkstück mit dem Taststiftkopf des Messkopfes misst, während sie die Spindel 2 anhebt (12) und die Spindel 2 absenkt (13), ist die Position des Messkopfes unterschiedlich, und die Messergebnisse verschlechtern sich, da in den Messergebnissen für den gleichen Punkt am Werkstück eine Differenz entsteht. Vorstehend werden mit Bezug auf 11 bis 13 Bedenken bezüglich der Konfiguration der Translationsbewegungsvorrichtung, welche die Spindel anhebt und absenkt, beschrieben. Die gleiche Herausforderung gibt es jedoch bei der Konfiguration einer Translationsbewegungsvorrichtung, die sich in einer Neigungsrichtung oder waagerechten Richtung verlagert, solange diesen Vorrichtungen der Mechanismus gemeinsam ist, der durch die Führung und den langen Schieber konfiguriert ist.
Wenn zudem eine Temperatur der Umgebung, in der die Messvorrichtung angeordnet ist, steigt, dehnen sich sowohl die Spindel als auch der offene Riemen zusammen aus. Obwohl die Spindel im Allgemeinen aus Metall besteht, besteht der offene Riemen oft aus Gummi, das Glasfasern enthält und häufig für Industrieprodukte verwendet wird. Da die Koeffizienten der Wärmeausdehnung der jeweiligen Materialien unterschiedlich sind, ist die Verformung des offenen Riemens in Bezug auf die Verformung der Spindel relativ gering. Dadurch wird, wie in 14 abgebildet, die Spindel in der positiven X-Achsenrichtung auf Grund einer Differenz des Koeffizienten der Wärmeausdehnung gebogen, wenn die Umgebungstemperatur steigt. Dadurch können die Messergebnisse der Messvorrichtung beeinträchtigt werden.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Daher kann in einer Translationsbewegungsvorrichtung, die einen Riemenantrieb verwendet, wenn eine Spindel in einer Richtung oder der entgegengesetzten Richtung mit Bezug auf eine Führung verlagert wird, eine Differenz in einem Verlagerungsbetrag eines Endabschnitts der Spindel in einer Richtung, die zur Verlagerungsrichtung orthogonal ist, entstehen, und die vorliegende Erfindung minimiert diese Differenz. Auch ist bei der Translationsbewegungsvorrichtung, die den Riemenantrieb verwendet, die vorliegende Erfindung derart konfiguriert, dass sich die Position eines Endabschnitts eines langen Schiebers nicht in eine Richtung bewegt, die zur Verlagerungsrichtung orthogonal ist, selbst wenn sich eine Umgebungstemperatur ändert, weil die zuvor erwähnte Differenz des Koeffizienten der Wärmeausdehnung zwischen einem langen Schieber und einem offenen Riemen nicht entsteht. Ferner verbessert die vorliegende Erfindung die Messgenauigkeit der Messvorrichtung, indem sie einen Messkopf an einer Spitze des langen Schiebers bereitstellt und die vorliegende Erfindung als Translationsbewegungsvorrichtung einer Messvorrichtung verwendet.
Das Problem wird durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 6 gelöst. Besondere Ausführungsformen sind in den abhängigen Patentansprüchen beschrieben. Um das obige Problem zu lösen, ist die vorliegende Erfindung durch die nachstehend beschriebene Konfiguration gemäß Anspruch 1 gekennzeichnet. Die vorliegende Erfindung umfasst eine Translationsbewegungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung eine Führung, einen langen Schieber, der durch die Führung geführt wird, und einen Riemenantrieb, der den langen Schieber im Verhältnis zur Führung verlagert. Eine Form des langen Schiebers ist länger in einer Verlagerungsrichtung als ein Führungsmechanismus der Führung. Der Riemenantrieb umfasst einen offenen Riemen, der entlang der Verlagerungsrichtung des langen Schiebers angeordnet ist, eine Antriebsriemenscheibe, die eine Antriebskraft auf den offenen Riemen überträgt, und eine Zugstange, die entlang der Verlagerungsrichtung des langen Schiebers angeordnet ist. Die Zugstange umfasst Riemenhalter, welche die jeweiligen Endabschnitte des offenen Riemens halten, und die Zugstange ist mit dem langen Schieber in einer mittleren Position zwischen den Riemenhaltern, welche die jeweiligen Endabschnitte halten, verbunden.
In dieser Konfiguration wird der Riemenhalter nicht für den langen Schieber sondern für die Zugstange, die entlang der Verlagerungsrichtung angeordnet ist, bereitgestellt. Die Zugstange ist mit dem langen Schieber verbunden. Somit werden die beiden Endabschnitte des offenen Riemens nicht direkt durch den langen Schieber gehalten, und daher wird die Antriebskraft, die von dem offenen Riemen übertragen wird, anhand der Zugstange auf den langen Schieber übertragen, und der lange Schieber verlagert sich einstückig mit der Zugstange.
In der Zugstange sind die Riemenhalter in der Verlagerungsrichtung getrennt angeordnet, und die Zugstange ist mit dem langen Schieber in der mittleren Position der Riemenhalter verbunden. Entsprechend wird ein Biegemoment, das durch die Anfangsspannung des offenen Riemens verursacht wird, auf jeden Riemenhalter der Zugstange ausgeübt, und die Zugstange wird verformt und ein Bereich in der Nähe der beiden Endabschnitte der Zugstange (Position jedes Riemenhalters) wird in der Richtung, die zur Verlagerungsrichtung orthogonal ist, verlagert. Andererseits reguliert die Führung die Verlagerung des langen Schiebers in der Richtung, die zur Verlagerungsrichtung orthogonal ist, und ein Verbindungsabschnitt, in dem der lange Schieber mit der Zugstange verbunden ist, befindet sich in einem mittleren Abschnitt der Zugstange, und daher verformt sich der langen Schieber nicht wie die Zugstange.
Ferner konzentriert sich der Verbindungsabschnitt zwischen der Zugstange und dem langen Schieber möglichst in einer Position an der Zugstange. Weiter bevorzugt wird nur ein Verbindungsabschnitt bereitgestellt. Zudem wird, wenn der Verbindungsabschnitt im Wesentlichen in der Mitte der Zugstange in einer Längsrichtung bereitgestellt wird, die Verlagerung in der Verformungsrichtung auf Grund der Wärmeausdehnung der Zugstange unterdrückt, was vorzuziehen ist.
Wie zuvor beschrieben, selbst wenn sich die Zugstange auf Grund des Biegemoments verformt, verformt sich der lange Schieber fast gar nicht. Daher ändert sich, selbst wenn verschiedene Spannungsgrade auf die Riemenhalter ausgeübt werden, wenn der lange Schieber angehoben oder abgesenkt wird, nur der Verformungsbetrag der Zugstange, und der lange Schieber ist davon kaum betroffen.
Wenn ferner die Temperatur der Umgebung, in der die Translationsbewegungsvorrichtung angeordnet ist, steigt, dehnen sich der lange Schieber, die Zugstange und der offene Riemen alle aus. Bei diesem Beispiel besteht der offene Riemen im Allgemeinen aus Gummi, und die Zugstange besteht im Allgemeinen aus Metall. Der offene Riemen und die Zugstange sind durch die Riemenhalter verbunden, und so biegt sich, ähnlich wie bei dem herkömmlichen Typ in 14, wenn die Umgebungstemperatur steigt, die Zugstange auf Grund der Differenz des Koeffizienten der Wärmeausdehnung zwischen Metall und Gummi. Die Zugstange und der lange Schieber sind jedoch in dem mittleren Abschnitt der Zugstange verbunden, und daher ist, selbst wenn sich die Zugstange verformt, der lange Schieber kaum betroffen. Obwohl das Material der Zugstange und des langen Schiebers unterschiedlich sein kann, befindet sich der Verbindungsabschnitt zwischen der Zugstange und dem langen Schieber in dem mittleren Abschnitt der Zugstange, und daher beeinflussen sich die Zugstange und der lange Schieber trotz der Differenz des Betrags der Wärmeausdehnung gegenseitig nicht.
Aus diesem Grund ist, wenn die Spannung, die auf die Riemenhalter ausgeübt wird, in Übereinstimmung mit der Verlagerungsrichtung des langen Schiebers anders ist, der Einfluss der Differenz auf die Position des Endabschnitts des langen Schiebers extrem gering. Ähnlich hat die Differenz des Koeffizienten der Wärmeausdehnung auf Grund der Änderung der Umgebungstemperatur ebenfalls einen sehr geringen Einfluss auf die Position des Endabschnitts des langen Schiebers.
Zudem befindet sich die Verlagerungsrichtung des langen Schiebers bevorzugt in einer Anhebe-/ Absenkrichtung. Ferner ist im Querschnitt auf einer Ebene, die zur Verlagerungsrichtung orthogonal ist, die Zugstange bevorzugt mit einer Form gebildet, die genug Steifigkeit aufweist, um eine Knickverformung als Reaktion auf die Spannung, die von dem offenen Riemen empfangen wird, zu verhindern. Mit dieser Konfiguration weist die Zugstange beispielsweise eine U-förmige Querschnittsform auf. Daher weist die Zugstange ein großes Flächenträgheitsmoment auf, und wenn die Steifigkeit in einer Knickrichtung zunimmt, kann die Zugstange leichter sein, wenn die Zugstange die U-förmige Querschnittsform aufweist, als wenn die Zugstange dicker ist.
Zudem ist der Verbindungsabschnitt, der die Zugstange und den langen Schieber verbindet, bevorzugt in der Nähe des Schwerpunktes des langen Schiebers auf einer Ebene angeordnet, die zur Verlagerungsrichtung orthogonal ist. Mit dieser Konfiguration wird die Antriebskraft von der Antriebsriemenscheibe auf einen Punkt in der Nähe des Schwerpunktes des langen Schiebers übertragen, und es kann ein Effekt erzielt werden, bei dem eine Schwingung während der Verlagerung des langen Schiebers unterdrückt wird. Beispielsweise kann eine Vertiefung, welche die gesamte Zugstange unterbringen kann, in einem Abschnitt auf einer äußeren Umfangsfläche des Schiebers bereitgestellt werden, so dass der Verbindungsabschnitt zwischen der Zugstange und dem Schieber näher an dem Schwerpunkt angeordnet ist als die äußere Umfangsfläche des Schiebers.
Um das obige Problem zu lösen, ist die vorliegende Erfindung durch eine weitere nachstehend beschriebene Konfiguration gemäß Anspruch 6 gekennzeichnet. Die Messvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung weist die zuvor erwähnte Translationsbewegungsvorrichtung auf, die als Translationsbewegungsvorrichtung eines Taststiftkopfes installiert ist, und der Taststiftkopf ist an einer Spitze des langen Schiebers angebracht. Wenn mit dieser Konfiguration ein Taststiftkopf, wie etwa eine Messsonde, an der Spitze des langen Schiebers angebracht ist und sich hin- und herbewegt, kann das Vorkommen einer Differenz der Position des Taststiftkopfes zwischen der Verlagerung nach vorne und nach hinten unterdrückt werden. Ferner kann eine Änderung der Position des Taststiftkopfes unterdrückt werden, selbst wenn sich die Umgebungstemperatur ändert. Dadurch kann ein zufriedenstellender Messwert erzielt werden, selbst wenn die Verlagerungsrichtung anders ist oder sich die Umgebungstemperatur ändert.
Mit der Konfiguration gemäß der vorliegenden Erfindung kann bei der Translationsbewegungsvorrichtung, die den Riemenantrieb verwendet, wenn der lange Schieber in einer Richtung oder in der entgegengesetzten Richtung im Verhältnis zur Führung verlagert wird, eine Differenz in dem Verlagerungsbetrag des Endabschnitts des langen Schiebers in der Richtung, die zur Verlagerungsrichtung orthogonal ist, entstehen, und diese Differenz wird minimiert. Auch wird, selbst wenn sich die Umgebungstemperatur ändert, da die Differenz des Koeffizienten der Wärmeausdehnung auf Grund der Differenz des Dehnungskoeffizienten jedes Materials nicht zwischen dem langen Schieber und dem offenen Riemen generiert wird, eine Änderung der Position des Endabschnitts des langen Schiebers in der Richtung, die zur Verlagerungsrichtung orthogonal ist, reduziert. Ferner kann durch Installieren der zuvor erwähnten Translationsbewegungsvorrichtung in der Messvorrichtung als Vorrichtung zum Verlagern eines Taststiftkopfes die Messgenauigkeit der Messvorrichtung verbessert werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die vorliegende Erfindung wird in der folgenden ausführlichen Beschreibung mit Bezug auf die erwähnte Vielzahl von Zeichnungen anhand von nicht einschränkenden Beispielen von Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung näher beschrieben, wobei die gleichen Bezugszeichen in allen verschiedenen Ansichten der Zeichnungen ähnliche Teile darstellen. Es zeigen:

1 eine externe Gesamtansicht einer dreidimensionalen Koordinatenmessvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2 eine schematische Seitenansicht einer Konfiguration eines Z-Achsenverlagerungsgeräts gemäß einer ersten Ausführungsform;
3 ein erklärendes Diagramm, das einen Grundsatz abbildet, dass eine Spindel des Z-Achsenverlagerungsgeräts durch die Riemenspannung nicht beeinträchtigt wird;
4 ein erklärendes Diagramm, das einen Grundsatz abbildet, dass die Spindel des Z-Achsenverlagerungsgeräts durch eine Änderung der Umgebungstemperatur nicht beeinträchtigt wird;
5 eine schematische Ansicht, die einen Querschnitt eines Z-Achsenverlagerungsgeräts gemäß einer zweiten Ausführungsform abbildet;
6 eine schematische Ansicht, die einen Querschnitt eines Z-Achsenverlagerungsgeräts gemäß einer dritten Ausführungsform abbildet;
7 eine schematische Ansicht, die ein geändertes Beispiel des Querschnitts des Z-Achsenverlagerungsgeräts gemäß der dritten Ausführungsform abbildet;
8A eine Grafik, welche die Messergebnisse eines Messobjekts abbildet, wenn keine Zugstange bereitgestellt wird; 8B eine Grafik, welche die Messergebnisse des Messobjekts abbildet, wenn die Zugstange bereitgestellt wird;
9 eine Grafik, welche die Messergebnisse aus 8A und 8B abbildet, wenn man die Differenzen der jeweiligen Verlagerungsbeträge in einer X-Achsenrichtung während des Anhebens und des Absenkens vergleicht;
10 eine perspektivische Ansicht einer schematischen Konfiguration einer dreidimensionalen Koordinatenmessvorrichtung gemäß einer Variante;
11 eine schematische Ansicht von einer Seite einer Konfiguration des herkömmlichen Z-Achsenverlagerungsgeräts aus gesehen;
12 ein erklärendes Diagramm, das den Biegeeinfluss abbildet, der auf die Spindel des herkömmlichen Z-Achsenverlagerungsgeräts während des Anhebens ausgeübt wird;
13 ein erklärendes Diagramm, das den Biegeeinfluss abbildet, der auf die Spindel des herkömmlichen Z-Achsenverlagerungsgeräts während des Absenkens ausgeübt wird; und
14 ein erklärendes Diagramm, das einen Einfluss abbildet, der auf die Spindel des herkömmlichen Z-Achsenverlagerungsgeräts ausgeübt wird, wenn sich eine Temperatur ändert.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die hier gezeigten Einzelheiten sind beispielhaft und dienen nur zur erläuternden Diskussion der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung und werden präsentiert, um das bereitzustellen, was als die nützlichste und gut verständliche Beschreibung der Grundsätze und konzeptuellen Aspekte der vorliegenden Erfindung angesehen wird. In dieser Hinsicht wird nicht versucht, strukturelle Einzelheiten der vorliegenden Erfindung ausführlicher als für das grundlegende Verständnis der vorliegenden Erfindung notwendig zu zeigen, wobei die Beschreibung zusammen mit den Zeichnungen gesehen, dem Fachmann nahelegt, wie die Formen der vorliegenden Erfindung in die Praxis umzusetzen sind.
Nachstehend werden mit Bezug auf die Zeichnungen eine Translationsbewegungsvorrichtung, die einen Riemenantrieb verwendet, gemäß der vorliegenden Erfindung und Ausführungsformen einer Messvorrichtung, die mit der Translationsbewegungsvorrichtung versehen ist, beschrieben. 1 ist eine perspektivische Ansicht, die eine beispielhafte Konfiguration einer dreidimensionalen Koordinatenmessvorrichtung 100 abbildet. Dabei wird ein Beispiel einer dreidimensionalen Koordinatenmessvorrichtung angegeben, die einen Brückenschieber in einer X-Achsenrichtung als Translationsbewegungsvorrichtung aufweist. Die vorliegende Erfindung kann jedoch auch auf diverse andere Typen von dreidimensionalen Koordinatenmessvorrichtungen angewendet werden, wie etwa auf einen klappenfixierten Typ, der mit einem Verlagerungstisch kombiniert ist, einen Typ, der einen großen Schieber mit einer Klappenbreite von mehr als zwei Metern aufweist, und einen Typ, der mit einem Ausleger in einer Y-Achsenrichtung konfiguriert ist, der auf einem X-Achsenschieber installiert ist.
Wie in 1 gezeigt, ist die Messvorrichtung 100 mit einer Basis 110, einem Brückenschieber 120, der zur Verlagerung in der X-Achsenrichtung fähig ist, einer X-Führung 130, die an einem unteren Säulenabschnitt 30A des Brückenschiebers 120 bereitgestellt wird, einem Y-Schieber 140, der sich entlang eines Y-Trägers 30 bewegt, der ein seitlicher Träger des Brückenschiebers 120 ist, einer Y-Führung 150, die den Y-Schieber 140 in einer Y-Achsenrichtung führt, einer Spindel 20, die bereitgestellt wird, um im Verhältnis zu dem Y-Schieber 140 frei angehoben und abgesenkt zu werden, einem Messkopf 160, der an einem unteren Ende der Spindel 20 bereitgestellt wird, und einem Installationstisch 170 konfiguriert.
Ein X-Achsenverlagerungsgerät ist mit der X-Führung 130, die auf einer Randseite auf einer oberen Oberfläche der Basis 110 bereitgestellt wird, und einem X-Schieber (nicht in der Zeichnung), der in der X-Achsenrichtung durch die X-Führung 130 verlagert werden kann, konfiguriert. Zudem ist ein Y-Achsenverlagerungsgerät mit der Y-Führung 150, die an dem Y-Träger 30 des Brückenschiebers 120 bereitgestellt wird, und dem Y-Schieber 140 konfiguriert. Außerdem ist das Z-Achsenverlagerungsgerät mit einer Z-Führung, die auf dem Y-Schieber 140 installiert ist, und der Spindel 20 konfiguriert. Die Spindel 20 ist ein langes Element, das sich in einer senkrechten Richtung erstreckt, und der Messkopf 160 an dem unteren Ende der Spindel 20 ist mit einem Taststiftkopf versehen, der einem Messzweck entspricht (beispielsweise eine Kontaktmesssonde 162).
Die Basis 110, die über dem Installationstisch 170 installiert ist, ist eine Oberflächenplatte, die aus einem Steinmaterial, Gusseisen, Beton oder dergleichen besteht, und ein Messobjekt (Werkstück) W wird auf eine obere Oberfläche der Basis 110 gelegt. Die Translationsbewegungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung kann auch auf einen Brückenverlagerungstyp angewendet werden, der keine Oberflächenplatte aufweist, ein so genannter Portaltyp.
Die derart konfigurierte Koordinatenmessvorrichtung 100 detektiert jede der Verlagerungspositionen jeweils des X-Schiebers, des Y-Schiebers 140 und der Spindel 20, wenn ein Kontaktkopf, der an einer Spitze der Messsonde 162 bereitgestellt wird, das Messobjekt berührt, das auf der Basis 110 liegt, und kann die Positionskoordinaten der Oberfläche des Messobjekts berechnen und Daten über eine Oberflächenform des Messobjekts für eine Messvorrichtung bereitstellen.
Erste Ausführungsform
Als Nächstes bildet 2 eine schematische Ansicht eines Z-Achsenverlagerungsgeräts gemäß einer ersten Ausführungsform ab. Ein Z-Achsenverlagerungsgerät 10 ist auf dem Y-Schieber 140 installiert, der in der Längsrichtung des Y-Trägers 30 durch die Y-Führung (lineare Lagerbaugruppe 152 und Führungsschiene 154) geführt und getragen wird. Das Z-Achsenverlagerungsgerät 10 umfasst eine Z-Führung 50, die für den Y-Schieber 140 bereitgestellt wird, die Spindel 20, die durch die Z-Führung 50 in der senkrechten Richtung geführt wird, und einen Z-Antrieb 60, der für den Y-Schieber 140 bereitgestellt wird und die Spindel 20 verlagert. Das Z-Achsenverlagerungsgerät 10 hebt und senkt die Spindel 20.
Die Z-Führung 50 ist mit der Führungsschiene 54 und den linearen Lagerbaugruppen 52 konfiguriert. Die Führungsschiene 54 ist auf der Oberfläche der Spindel 20 (auf jeder der Oberflächen in der positiven Y-Achsenrichtung und der negativen Y-Achsenrichtung) entlang der Z-Achsenrichtung gebildet. Die linearen Lagerbaugruppen 52 sind linear über jede der Führungsschienen 54 bewegbar. Durch das Fixieren jeder der linearen Lagerbaugruppen 52 an dem Y-Schieber 140, kann die Spindel 20 (auf einer Verlagerungsseite) im Verhältnis zu dem Y-Schieber 140 (auf einer feststehenden Seite) senkrecht geführt werden. Als Z-Führung 50 wird ein Fall beschrieben, der einen linearen Lagermechanismus verwendet, der durch mechanischen Kontakt erreicht wird, es kann stattdessen jedoch ein Luftlagermechanismus verwendet werden. Wenn der Luftlagermechanismus verwendet wird, ist eine Vielzahl von Luftpolstern angeordnet, um die Spindel 20 dazwischen zu halten, wodurch eine Luftschicht zwischen den Luftpolstern und der Oberfläche der Spindel 20 geschaffen wird, wodurch die Spindel 20 kontaktlos geführt werden kann.
Der Z-Antrieb 60 ist ein Riemenantriebsmechanismus und ist mit einem offenen Riemen 70, einer Antriebsriemenscheibe 80, einem Paar von Hilfsriemenscheiben 80A und 80B und einer Zugstange 90 konfiguriert.
Die Zugstange 90, die für die vorliegende Erfindung charakteristisch ist, wird im Wesentlichen parallel zu einer Verlagerungsrichtung der Spindel 20 bereitgestellt, die mindestens von einer Position über den linearen Lagerbaugruppen 52 der Z-Führung 50 bis zu einer Position unter denselben verläuft. Dann werden die Zugstange 90 und die Spindel 20 durch einen einzigen Verbindungsabschnitt 90C miteinander gekoppelt, der im Wesentlichen in der Mitte der Zugstange 90 in einer Längsrichtung bereitgestellt wird. Ferner wird der zuvor erwähnte Verbindungsabschnitt 90C bevorzugt auf der Höhe des Schwerpunktes der Spindel 20 in der Z-Achsenrichtung bereitgestellt. Wenn sich die Spindel 20 ferner in einer unteren Grenzposition befindet, ist der zuvor erwähnte Verbindungsabschnitt 90C bevorzugt innerhalb eines Z-Achsenrichtungsbereichs des Führungsmechanismus (wie etwa eines linearen Lagermechanismus) der Z-Führung 50 positioniert.
Der offene Riemen 70 ist entlang der Verlagerungsrichtung der Spindel 20 angeordnet. Ein erster Endabschnitt (offenes Ende) des offenen Riemens 70 wird in einer Position mindestens über der Z-Führung 50 durch einen Riemenhalter 90A gehalten, der für die Zugstange 90 bereitgestellt wird. Ein zweiter Endabschnitt wird in einer Position mindestens unter der Z-Führung 50 durch einen Riemenhalter 90B gehalten, der für die Zugstange 90 bereitgestellt wird.
Die Antriebsriemenscheibe 80 wird durch eine Achsenaufnahme, die für den Y-Schieber 40 bereitgestellt wird, axial getragen und wird durch eine Drehantriebskraft von einem Motor sowohl in der Vorwärts- als auch in der Rückwärtsrichtung drehmäßig angetrieben. Das Paar von Hilfsriemenscheiben 80A und 80B wird durch jeweilige Achsenaufnahmen in Positionen, die in Richtung auf die Zugstangenseite geringfügig versetzt sind, axial getragen.
Der offene Riemen 70 ist von dem oberen Riemenhalter 90A bis zur Hilfsriemenscheibe 80A im Wesentlichen senkrecht nach unten angeordnet, ändert die Richtung an der Hilfsriemenscheibe 80A, ist um die Antriebsriemenscheibe 80 mit einem vorbestimmten Auflaufwinkel gewickelt, ändert die Richtung wieder an der zweiten Hilfsriemenscheibe 80B und ist von der Hilfsriemenscheibe 80B bis zum unteren Riemenhalter 90B im Wesentlichen senkrecht nach unten angeordnet. Beim Zusammenbauen in einem Zustand, in dem an dem offene Riemen 70 gezogen wird, werden die beiden Endabschnitte des offenen Riemens 70 durch die Riemenhalter 90A und 90B gehalten, was eine vorbestimmte Anfangsspannung für den offenen Riemen 70 bereitstellt. Die Anfangsspannung wird bereitgestellt, um zu verhindern, dass der offene Riemen 70 Zähne überspringt. In 2 gibt es einen Zwischenraum zwischen der Zugstange 90 und dem offenen Riemen 70. In Abhängigkeit von der Auswahl der Riemenhalter 90A und 90B können die Zugstange 90 und der offene Riemen 70 jedoch ohne Zwischenraum dazwischen angeordnet sein, d.h. eine Oberfläche des offenen Riemens 70 steht in Kontakt mit der Oberfläche der Zugstange 90. Wenn in diesem Fall eine ungleichmäßige Zahnfläche, die mit einer ungleichmäßigen Zahnfläche des offenen Riemens (Synchronriemens) 70 in Eingriff kommt, an der Oberfläche der Zugstange 90 gebildet ist, wird die einstückige Verlagerung des offenen Riemens 70 mit der Zugstange 90 ermöglicht, und die Positionierungsgenauigkeit der Spindel 20 wird verbessert.
Bei dem Z-Achsenverlagerungsgerät 10, das wie zuvor angemerkt konfiguriert ist, wird eine Antriebskraft der Antriebsriemenscheibe 80 anhand des offenen Riemens 70 auf die Zugstange 90 übertragen und wird ferner anhand des Verbindungsabschnitts 90C auf die Spindel 20 übertragen. Entsprechend verlagert sich die Spindel 20 senkrecht als Reaktion auf eine Drehrichtung der Antriebsriemenscheibe 80.
Ähnlich wie bei dem herkömmlichen offenen Riemen in 11 wird die Anfangsspannung auf den offenen Riemen 70 im Gebrauch ausgeübt. Die Zugstange 90 verformt sich dadurch, dass sie die Spannung aufnimmt. Die Zugstange 90 und die Spindel 20 sind jedoch nur an einer Stelle (Verbindungsabschnitt 90C) miteinander gekoppelt, und daher verformt sich die Spindel 20 kaum, selbst wenn sich die Zugstange 90 verformt. Wenn zudem die Spindel 20 angehoben wird, wie in 3 gezeigt, wird das Ausgangsdrehmoment der Antriebsriemenscheibe 80 erhöht, und daher nimmt die Kraft zu, die der Riemen 90B aufnimmt. Wenn andererseits die Spindel 20 abgesenkt wird, wird das Ausgangsdrehmoment der Antriebsriemenscheibe 80 verringert, und daher verringert sich die Kraft, die der Riemen 90B aufnimmt. Mit dieser Konfiguration, selbst wenn verschiedene Spannungsgrade auf den Riemenhalter 90B ausgeübt werden, wenn die Spindel 20 angehoben oder abgesenkt wird, weil die Zugstange 90 und die Spindel 20 nur durch den Verbindungsabschnitt 90C miteinander gekoppelt sind, ist nur ein Verformungsbetrag der Zugstange 90 unterschiedlich und der Einfluss auf die Spindel 20 ist gering.
Wenn zudem eine Temperatur der Umgebung, in der die Koordinatenmessvorrichtung angeordnet ist, steigt, dehnen sich die Spindel 20, der offene Riemen 70 und die Zugstange 90 zusammen aus. Die Zugstange 90 besteht aus Metall und der offene Riemen 70 besteht aus Gummi, das Glasfasern enthält, wie im Stand der Technik. Daher wird ähnlich wie bei dem herkömmlichen Typ in 11 ein Dehnungsbetrag des offenen Riemens 70 im Verhältnis zu dem Dehnungsbetrag der Zugstange 90 verringert. Wenn die Umgebungstemperatur steigt, wird die Zugstange 90 auf Grund der Differenz der Koeffizienten der Wärmeausdehnung entsprechend in die positive X-Achsenrichtung gebogen (4). Die Zugstange 90 und die Spindel 20 sind jedoch nur an einer Stelle (Verbindungsabschnitt 90C) miteinander gekoppelt, und daher verformt sich die Spindel 20 kaum, selbst wenn sich die Zugstange 90 verformt.
Zweite Ausführungsform
5 ist eine Querschnittsansicht einer Spindel 22 und einer Zugstange 92 in einem Schnitt, der auf einer XY-Ebene in einem Z-Achsenverlagerungsgerät gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gesehen ist. Die Zugstange 92 ist ein Teil, das die Spannung eines offenen Riemens 72 aushält, und erfordert genügend Steifigkeit, um sich nicht auf Grund der Spannung durch Knicken zu verformen. Um diese Probleme zu beheben, ist die Querschnittsform der Zugstange 92 in einer U-Form gebildet, wobei eine Öffnung der Spindel 22 zugewandt ist, wie in 5 gezeigt, wodurch die Zugstange 92 genug Steifigkeit behalten kann, um sich auf Grund der Spannung von dem offenen Riemen 72 nicht durch Knicken zu verformen.
Dritte Ausführungsform
6 ist eine Querschnittsansicht einer Spindel 24 und einer Zugstange 94 an einem Schnitt, der auf der XY-Ebene in einem Z-Achsenverlagerungsgerät gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gesehen ist. Ein Antriebspunkt der Spindel 22 (die Position, in der die Antriebskraft auf die Spindel ausgeübt wird) ist von der Schwerkraftposition (Mitte der Spindel) der Spindel 22 entfernt positioniert. Dadurch wird ein Moment um die X-Achse oder Y-Achse herum auf die Spindel 22 ausgeübt, wenn die Antriebskraft auf die Spindel 22 ausgeübt wird, was das Messergebnis beeinträchtigen kann, indem beispielsweise eine Schwingung verursacht wird.
Um bei der vorliegenden Ausführungsform die zuvor erwähnten Probleme zu lösen, ist die Querschnittsform eines Abschnitts einer äußeren Oberfläche der Spindel 25 gestuft gebildet, wie in 6 gezeigt. Mit dieser Konfiguration kann ein Verbindungsabschnitt 94C der Zugstange 94 näher an den Schwerpunkt der Spindel 24 gebracht werden. Dadurch kann, wenn die Antriebskraft auf die Spindel 24 ausgeübt wird, das Moment um die X-Achse oder Y-Achse herum verringert werden. Bei diesem Beispiel ist in 7 ein geändertes Beispiel der Querschnittsform der Zugstange gezeigt. Statt eine U-förmige Zugstange bereitzustellen, kann ein ähnlicher Effekt erzielt werden, selbst wenn ein rippenförmiges Element 96D, das sich in der Z-Richtung erstreckt, auf der Spindelseite der Zugstange 96 gebildet ist. Bei dem Z-Achsenverlagerungsgerät in 7 ist die Spindel 26 nicht hohlförmig sondern vielmehr als Vollblockständerelement gebildet, und eine Vertiefung, die groß genug ist, um die Zugstange 96 unterzubringen, ist auf der seitlichen Oberfläche derselben gebildet. Wie in 5 bis 7 gezeigt, kann das Z-Achsenverlagerungsgerät gemäß der vorliegenden Erfindung sowohl auf die hohle Spindel als auch auf die massive Spindel angewendet werden.
Beispiel
Nachstehend wird ein Beispiel der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf 8A, 8B und 9 beschrieben. 8A zeigt das Ergebnis einer Messung der Geradheit der Z-Achse durch die Koordinatenmessvorrichtung, die mit dem Z-Achsenverlagerungsgerät ohne Zugstange versehen ist, wie in 11 abgebildet. 8B zeigt das Ergebnis der Messung der Geradheit der Z-Achse durch die Koordinatenmessvorrichtung, die mit dem Z-Achsenverlagerungsgerät mit der Zugstange versehen ist, wie in 2 abgebildet.
Das Messobjekt der Messung der Geradheit der Z-Achse in 8A und 8B ist ein Lineal. Während der Messung wird das Lineal derart angeordnet, dass sich eine Messfläche des Lineals auf einer YZ-Ebene der Koordinatenmessvorrichtung befindet. Zunächst wird die Messung ausgeführt, während man an der Messfläche des Lineals von unten nach oben entlang geht. Nachdem das obere Ende gemessen wurde, wird die Messung fortgeführt, während man an der Messfläche von oben nach unten entlang geht. Die diversen Positionen auf der Messfläche, wo die Daten erzielt werden, sind die gleichen, wenn die Messfläche angehoben und abgesenkt wird.
In den beiden 8A und 8B weichen die Messwerte für das Anheben und Absenken geringfügig ab. Um diese Differenzen zu verdeutlichen, zeigt 9 die Ergebnisse der Berechnung jeder der Differenzen zwischen Anheben und Absenken. 9 zeigt, dass die Differenz der jeweiligen Messwerte beim Anheben und Absenken näher an null liegt, wenn sie mit der Koordinatenmessvorrichtung, die das Z-Achsenverlagerungsgerät mit der Zugstange als das Z-Achsenverlagerungsgerät ohne Zugstange einbezieht, gemessen wird.
Wenn die Koordinatenmessvorrichtung aus 11, die das Z-Achsenverlagerungsgerät ohne Zugstange aufweist, installiert ist und sich die Temperatur der Umgebung ändert, in der die Koordinatenmessvorrichtung angeordnet ist, wird ein Betrag der Wärmeausdehnung berechnet. Ein Zwischenraum zwischen den Riemenhaltern 2A und 2B an den beiden Endabschnitten des offenen Riemens 7 beträgt 1000 mm, das Material der Spindel 2 ist Aluminium (Wärmeausdehnungskoeffizient 23 × 10^-6 (1/°C)), und das Material des offenen Riemens 7 ist Gummi, das Glasfasern enthält (Wärmeausdehnungskoeffizient 5 × 10^-6 (1/°C)).
Bei diesem Beispiel wird der Betrag der Wärmeausdehnung der Spindel 2 und des offenen Riemens 7 einzeln berechnet (vor dem Zusammenbauen). Wenn sich die Umgebungstemperatur um 10 °C ändert, ist der Betrag der Wärmeausdehnung der Spindel 2 allein $1000 (mm) \times 23 \times 10^{- 6} (1 / ° C) \times 10 ° C = 0,23 mm,$
und der Betrag der Wärmeausdehnung des offenen Riemens 7 allein ist $1000 (mm) \times 5 \times 10^{- 6} (1 / ° C) \times 10 ° C = 0,05 mm,$
Die Differenz des Betrags der Wärmeausdehnung zwischen der Spindel 2 allein und dem offenen Riemen 7 allein ist 0,18 mm.
Wenn die Spindel 2 mit dem offenen Riemen 7 zusammengebaut wird und sich die Umgebungstemperatur um 10 °C ändert, ist der Betrag der Wärmeausdehnung des offenen Riemens 7 entsprechend kleiner als derjenige der Spindel 2, und daher verformt sich die Spindel 2, um sich in der positiven X-Achsenrichtung zu verbiegen.
Andererseits ist bei der Koordinatenmessvorrichtung, die mit dem Z-Achsenverlagerungsgerät, das die Zugstange aufweist, gemäß der ersten Ausführungsform, die in 2 gezeigt ist, versehen ist, wenn das Material der Zugstange 90 Eisen ist (Dehnungskoeffizient 12 × 10^-6 (1/°C)), der Betrag der Verformung der Zugstange 90 allein $1000 (mm) \times 12 \times 10^{- 6} (1 / ° C) \times 10 ° C = 0,12 mm .$
Die Differenz des Betrags der Wärmeausdehnung zwischen der Zugstange 90 allein und dem offenen Riemen 70 allein ist 0,07 mm.
Wenn daher die Zugstange 90 mit dem offenen Riemen 70 zusammengebaut wird und sich die Umgebungstemperatur um 10 °C ändert, ist der Betrag der Wärmeausdehnung des offenen Riemens 70 kleiner als die Zugstange 90, und daher verformt sich die Zugstange 90, um sich in der positiven X-Achsenrichtung zu verdrehen. Bei der Koordinatenmessvorrichtung, die das Z-Achsenverlagerungsgerät gemäß der vorliegenden Ausführungsform einbezieht, sind die Zugstange 90 und die Spindel 20 jedoch an einer einzigen Stelle (Verbindungsabschnitt 90C) miteinander gekoppelt, und daher verformt sich die Spindel 20 nicht, selbst wenn sich die Zugstange 90 verformt.
Varianten
Die Translationsbewegungsvorrichtungen gemäß den ersten bis dritten Ausführungsformen sind Geräte, welche die Verlagerungsrichtung in der senkrechten (Z-Achse) Richtung aufweisen. Die Translationsbewegungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung kann jedoch auch auf ein Gerät angewendet werden, bei dem sich die Verlagerungsrichtung in einer anderen Richtung als auf der Z-Achse befindet.
10 zeigt eine dreidimensionale Koordinatenmessvorrichtung zum Messen einer Oberflächenform eines Messobjekts W, das durch ein Förderband und dergleichen transportiert wird. Eine Koordinatenmessvorrichtung 200 umfasst einen Ständer 220, der auf einem Installationstisch 270 steht, ein Z-Achsenverlagerungsgerät (Z-Führung 230 und Z Schieber 240), das darauf angeordnet ist, und ein Y-Achsenverlagerungsgerät (Y-Führung 250 und Y-Schieber 260), das auf dem Z-Schieber 240 angeordnet ist. Der Z-Schieber 240 kann eine Drehvorrichtung umfassen, welche die Y-Führung 250 um die X-Achse herum schwingen lässt. Dadurch dass eine Konfiguration der Translationsbewegungsvorrichtung, die den offenen Riemen verwendet, gemäß der vorliegenden Erfindung bei dem zuvor erwähnten Y-Achsenverlagerungsgerät (Y-Führung 250 und Y-Schieber 260) verwendet wird, kann die Position des Messkopfes 160 an der Spitze des Y-Schiebers 260 in der YZ-Ebene verlagert werden.
Ferner ist die Translationsbewegungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung derart konfiguriert, dass sich mehrstufige Spindeln (lange Schieber) ausdehnen/ zusammenziehen, was für ein Verlagerungsgerät angemessen ist, das den Messkopf an der Spitze über einen großen Abstand verlagert, indem es die Spindeln verlängert.
Bei den diversen Ausführungsformen entfällt eine Beschreibung der spezifischen Konfiguration der Riemenhalter 90A und 90B, die Riemenhalter 90A und 90B können jedoch in einem Zustand gehalten werden, in dem das offene Ende des offenen Riemens an einem Zylinderelement fixiert ist und der Riemen mehrmals um das Zylinderelement herum gewickelt ist. Dadurch dass das Zylinderelement konfiguriert ist, so dass eine Drehmenge um seine Achse herum angepasst werden kann, kann die Spannung des Riemens geeignet angepasst werden.
Die Translationsbewegungsvorrichtung, die den Riemenantrieb gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet, kann weitgehend als ein Gerät verwendet werden, das den langen Schieber unter Verwendung der Führung linear verlagert. Insbesondere kann die vorliegende Erfindung günstig als eine Translationsbewegungsvorrichtung verwendet werden, die an Messvorrichtungen, wie etwa einer Koordinatenmessvorrichtung, einer Bildmessvorrichtung und einer Formmessvorrichtung, installiert ist.
Es sei zu beachten, dass die vorstehenden Beispiele nur zum Zweck der Erklärung bereitgestellt wurden und keineswegs als die vorliegende Erfindung einschränkend auszulegen sind. Obwohl die vorliegende Erfindung mit Bezug auf Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, versteht es sich, dass der Wortlaut, der hier verwendet wurde, ein beschreibender und erläuternder Wortlaut statt eines einschränkenden Wortlauts ist. Im Rahmen der beiliegenden Ansprüche können Änderungen vorgenommen werden, wie hier angegeben und geändert, ohne Geist und Umfang der vorliegenden Erfindung in ihren Aspekten zu verlassen. Obwohl die vorliegende Erfindung hier mit Bezug auf bestimmte Strukturen, Materialien und Ausführungsformen beschrieben wurde, ist die vorliegende Erfindung nicht dazu gedacht, auf die hier offenbarten Einzelheiten eingeschränkt zu sein; vielmehr erstreckt sich die vorliegende Erfindung auf alle funktionsmäßig gleichwertigen Strukturen, Verfahren und Verwendungen, die im Umfang der beiliegenden Ansprüche liegen.

Claims

Translationsbewegungsvorrichtung, umfassend: eine Führung (50), die einen Führungsmechanismus aufweist; einen langen Schieber (20), der durch die Führung (50) geführt wird, wobei der lange Schieber (20) in einer Verlagerungsrichtung (z) länger als der Führungsmechanismus ist; und einen Riemenantrieb (60), der den langen Schieber (20) im Verhältnis zu der Führung (50) verlagert, wobei der Riemenantrieb (60) Folgendes umfasst: einen offenen Riemen (70), der entlang der Verlagerungsrichtung (z) des langen Schiebers (20) angeordnet ist; eine Antriebsriemenscheibe (80), die eine Antriebskraft auf den offenen Riemen (70) überträgt; und eine Zugstange (90), die entlang der Verlagerungsrichtung (z) des langen Schiebers (20) angeordnet ist, wobei die Zugstange (90) Riemenhalter (90A, 90B) umfasst, welche die jeweiligen Enden des offenen Riemens (70) halten, und wobei die Zugstange (90) mit dem langen Schieber (20) in einer mittleren Position zwischen den Riemenhaltern (90A, 90B) verbunden ist, welche die jeweiligen Enden halten.
Translationsbewegungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei sich die Verlagerungsrichtung (z) des langen Schiebers (20) in einer Anhebe-/Absenkrichtung befindet.
Translationsbewegungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei in einem Querschnitt auf einer Ebene, die zur Verlagerungsrichtung (z) orthogonal ist, die Zugstange (90) eine genügende Steifigkeit aufweist, die ausreicht, um eine Knickverformung als Reaktion auf Spannung, die von dem offenen Riemen (70) aufgenommen wird, zu verhindern.
Translationsbewegungsvorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, ferner umfassend ein Verbindungsstück, das die Zugstange (90) und den langen Schieber (20) verbindet, wobei das Verbindungsstück in der Nähe des Schwerpunktes des langen Schiebers (20) auf einer Ebene, die zur Verlagerungsrichtung (z) orthogonal ist, angeordnet ist.
Translationsbewegungsvorrichtung nach Anspruch 4, wobei ein Verbindungsabschnitt (90C) die Zugstange (90) mit dem langen Schieber (20) verbindet, und wobei eine äußere Umfangsfläche des langen Schiebers (20) näher am Schwerpunkt angeordnet ist als das Verbindungsstück.
Messvorrichtung, umfassend: eine Translationsbewegungsvorrichtung umfassend: eine Führung (50), die einen Führungsmechanismus aufweist; einen langen Schieber (20), der durch die Führung (50) geführt wird, wobei der lange Schieber (20) in einer Verlagerungsrichtung (z) länger als der Führungsmechanismus ist; einen Riemenantrieb (60), der den langen Schieber (20) im Verhältnis zu der Führung (50) verlagert, wobei der Riemenantrieb (60) Folgendes umfasst: einen offenen Riemen (70), der entlang der Verlagerungsrichtung (z) des langen Schiebers (20) angeordnet ist; eine Antriebsriemenscheibe (80), die eine Antriebskraft auf den offenen Riemen (70) überträgt; und eine Zugstange (90), die entlang der Verlagerungsrichtung (z) des langen Schiebers (20) angeordnet ist, wobei die Zugstange (90) Riemenhalter (90A, 90B) umfasst, welche die jeweiligen Enden des offenen Riemens (70) halten, und wobei die Zugstange (90) mit dem langen Schieber (20) in einer mittleren Position zwischen den Riemenhaltern (90A, 90B), welche die jeweiligen Enden halten, verbunden ist; und einen Taststiftkopf, der an einer Spitze des langen Schiebers (20) angebracht ist.
Messvorrichtung nach Anspruch 6, wobei die Verlagerungsrichtung (z) des langen Schiebers (20) in eine Anhebe-/Absenkrichtung geht.
Messvorrichtung nach Anspruch 6, wobei in einem Querschnitt auf einer Ebene, die zur Verlagerungsrichtung (z) orthogonal ist, die Zugstange (90) eine genügende Steifigkeit aufweist, die ausreicht, um eine Knickverformung als Reaktion auf die Spannung, die von dem offenen Riemen (70) aufgenommen wird, zu verhindern.
Messvorrichtung nach Anspruch 6, ferner umfassend ein Verbindungsstück, dass die Zugstange (90) und den langen Schieber (20) verbindet, wobei das Verbindungsstück in der Nähe des Schwerpunktes des langen Schiebers (20) auf einer Ebene, die zur Verlagerungsrichtung (z) orthogonal ist, angeordnet ist.
Messvorrichtung nach Anspruch 9, wobei ein Verbindungsabschnitt (90C) die Zugstange (90) mit dem langen Schieber (20) verbindet, und wobei eine äußere Umfangsfläche des langen Schiebers (20) näher am Schwerpunkt angeordnet ist als das Verbindungsstück.