JP2008241714A - 座標測定システム及び座標測定方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 回転軸(65)を中心にロータ(100)が回転することで、接触プローブ(15)の半径アーム(149)先端に針(123)を介して取り付けた接触ボール(120)が移動する座標測定システムについて、回転軸(65)のスライド移動とロータ(100)の回転の組み合わせから生じる経路に沿って、測定対象部品の測定地点の座標を接触ボール(120)の接触で測定するに際し、測定対象地点の接触ボール(120)の位置が、ロータ(100)の回転軸(65)に対して距離(r)だけオフセットしている。
【選択図】図2
Description
本発明に係る実施態様は、座標測定機と、該座標測定機の使用方法に幅広く関する。
測定プローブは、例えばタッチ・プローブのような接触タイプ、あるいは、光学プローブまたはレーザー・プローブのような非接触タイプに分けられる。
座標位置決定機は、座標測定機、すなわちCMMとも指示されるものであり、一般的には、例えば、高い剛性と寸法の安定性で選ばれた重厚な花崗岩のテーブルのような固定された面による固定基準面と、該固定基準面に対して可動性であり、測定プローブを動かす動的システムとを具備している。
しかし、座標測定機の中には、基準面が可動であり、測定プローブが固定されている例も知られている。
動的システムは、例えば、可動式のガントリー構造40の形をしており、該ガントリー構造40はブリッジとも呼ばれるものであり、基準テーブル30の一面(X軸)に平行に移動することができる。
ガントリー構造40の水平軸は、スライド式のキャリッジ50を動かし、該キャリッジ50はX軸に直角な水平方向(Y軸)に沿って動く。
第三の移動軸(Z軸)は、垂直支軸60によって与えられ、該垂直支軸60は、キャリッジ50に対して上下に移動する。
測定プローブは、垂直支軸60の端部に接続され、そして、ここで説明したX、YおよびZの動きによって、三次元の被測定体の中で自由に移動することができる。
プローブが測定すべき測定対象部品200の表面に触れると、軸にある適切なエンコーダによって得られたX、Y、Zの座標が、CMMコントローラに同時に送信され、該CMMコントローラが既知の計算方法によって、接触点の座標を正確に判定する。
よりシンプルな測定プローブは、タッチ・トリガー・プローブであり、該プローブは、例えば欧州特許出願公開第1610087号明細書に記載されているように、時間における接触した瞬間を判定する。
このようなプローブは、走査プローブと呼ばれる。
なぜなら、該走査プローブは、プローブが測定される部品と連続的に接触する走査測定に特に適しているからである。
また、単純なタッチ・プローブが連続走査モードで用いられる場合、つまり、測定対象部品200の表面における多くの閉じたスペースの地点に接触するように上下運動する場合もあり(タッピング)、該地点のXYZ座標はCMMのコントローラによって記録される。
また、この光学測定プローブのクラスでは、扇形の光線の形にレーザーを開くことで、レーザーの線が部品に沿って移動している間に、レーザーの線に沿って大量の地点を得られるようにすることも知られている。
つまり、該非接触プローブは物理的に接触することなく、測定を行う表面地点の座標を与えることができるのである。
このような測定機は、とりわけ国際公開第2005/071351号パンフレット(欧州特許第1718924号明細書)に示されており、直線軸X、Y、Zの代わりに多関節アームを具備しており、該アームは一連の回転接合部を含み、該接合部は、一方の端部では固定されており、他方の端部では、光学または機械式の座標プローブを支えている。
アームの関節によって、3次元の被測定体における測定プローブの自由な移動が可能となっている。
特に、高速走査では、早い上下運動における質量によって生成される振動が測定エラーの原因となっている。
頻繁にプローブを変えるために測定が遅くなり、システムの効率が下がる。
また、長く重厚なプローブでは測定エラーが増え、高速走査には耐えられない。
また、複雑な表面に適応できる測定プローブも必要である。
第1に、
基準面に対して可動性の可動軸、回転できるように可動軸に接続されたロータ、回転軸を中心にロータを回転駆動する駆動装置とを含んだ座標位置決定機と、
軸のスライド移動とロータの回転の組み合わせから生じる経路に沿って測定対象部品の測定地点の座標を測定するための、ロータに取り外し可能な形で接続された座標プローブとを含むシステムであって、
測定地点が、ロータの回転軸に対してオフセット位置に置かれていることを特徴とする、座標測定システム。
第2に、
座標プローブが、ロータに取り外し可能な形で接続され、接続位置が回転軸に対してオフセット位置に置かれている、前記第1に記載のシステム。
第3に、
さらに、測定地点とロータの回転軸の間のオフセットを変更するための駆動手段を具備している、前記第1に記載のシステム。
第4に、
座標プローブが、例えばレーザー走査プローブまたは多光線レーザー・プローブのような非接触光学プローブ、あるいは扇形のレーザー・プローブである、前記第1に記載のシステム。
第5に、
駆動装置が、複数の旋回軌道に対してロータを一定で回転駆動することができる、前記第1に記載のシステム。
第6に、
座標プローブが、剛性アームで連結された一連の回転接合部を具備する、前記第1に記載のシステム。
第7に、
各回転接合部が、一つの接合回転軸または複数の接合回転軸と、接合回転軸を回転駆動するための一つまたは複数の駆動装置を含んでいる、前記第6に記載のシステム。
第8に、
各回転接合部が、接合回転軸の回転角度を読む込むためのエンコード手段を具備している、前記第7に記載のシステム。
第9に、
座標測定システムによって部品の表面を走査する方法であり、該座標測定システムが、
基準面に対して可動性の可動軸と、可動軸に回転可能な形で接続されたロータ、そして回転軸を中心にロータを回転駆動するための駆動装置と、
軸のスライド移動とロータの回転の組み合わせから生じる測定経路に沿って、部品の測定地点の座標を測定するために、ロータに取り外し可能な形で接続された座標プローブとを具備し、
測定地点が、ロータの回転軸に対してオフセット位置にある座標測定システムによる座標測定方法であって、
該座標測定方法が、
軸経路に沿って可動軸を操作する過程、
所定の各速度でロータを回転駆動する駆動装置を操作する過程、
所定の時間間隔で、a)経路に沿った軸の位置、b)ロータの回転角度、c)座標プローブの出力、を測定する過程を有し、
測定した前記a)、b)、c)の出力から、測定経路に沿って、部品表面における測定地点の座標を判定する過程、を含んだ座標測定方法。
図1は、既知のタイプの一般的なCMMの簡略図である。
図2は、本発明の一つの特徴によるCMMの軸および測定プローブを示す図である。
図3は、本発明に係る軸およびプローブの可能な変形例を示す図である。
図4は、本発明によるCMMのプローブのもう一つの変形例を示す図である。
図5および図6は、CMMが非接触プローブを備えている、本発明の変形例を示す図である。
図7a〜図7eは、本発明のもう一つの特徴による、表面走査の操作における可能な測定経路を説明する図である。
図8および図9は、本発明のもう一つの特徴による、多関節接合部を備えたプローブを概略的に示す図である。
接触ボール120は、ロータ100に対して距離rだけオフセットした位置に取り付けられている。
該ロータ100は、CMMの垂直支軸60に接続されている。
該ロータ100は、CMMのZ軸に平行な軸である回転軸65を中心として、例えば電気モータ500のような軸における適切な駆動装置によって回転させることができる。
該ロータ100の回転角度は、図示していない光学式の角変換器またはその他のあらゆる適切なエンコーダによってエンコードされる。
しかし、これらの慣習的な方向は簡便性のみを目的として用いるものであり、空間における総称的な方向付けを有する測定機およびプローブによって実施することのできる本発明の範囲を限定するものではない。
単純な変形例では、接続手段は、図示しているように、単純なねじ穴106で構成することができる。
しかし、当該分野で知られているように、その他のタイプの接続手段も可能であり、該手段も本発明の範囲に含まれる。
該ロータ100は、回転と方向の両方において、いくつもの旋回軌道を描くことができる。
この特徴により、接触プローブ150は、回転軸65に対する回転と、選択的にはCMMのX、Y、Z軸の動きによって決定される、測定すべき部品の表面における経路を走査することができる。
したがって、例えば、図2のプローブを備えたCMMは、走査経路に沿った表面の形状と表面の質を測定するようにプログラムすることができる。
該接触プローブは、例えばスライダー106を具備しており、該スライダー106は,回転軸65に直角な方向である水平方向にスライドできる。
接触プローブの基台103に対するスライダー106の位置は、例えば図示していないLVDT変換器のような適切なエンコーダ、またはその他のあらゆる適切な変換器によって記録される。
接触ボール120と測定対象表面201の間における水平接触の力は、図示していないが、当該分野で知られているように、適切な付勢手段によって判定される。
図3のプローブは、スライダー106の移動範囲の中で、回転軸65を中心とした回転半径「r」が一定ではない走査経路にしたがって動くことができる。
この実施態様によると、針123は中心が接触プローブに固定されており、垂直の回転軸65に対して角度αだけ傾いている。
結果的に、測定地点は、回転軸65に対して距離「r」だけずれている。
好ましくは、針123の傾斜は、図示していない適切な駆動装置によってロータ100の基台108に自由にセットすることができる。
しかし、簡略化した場合には、針123の傾斜角度αは、オペレータが手動で決定することができる。
本発明は、例えば垂直軸に沿った移動に敏感なプローブのような単軸プローブの場合、ならびに、移動の三つの構成要素に敏感な多軸プローブの場合を含んでいる。
本発明のタッチ・プローブは、例えば、電気センサ、スイッチ・センサ、誘導センサ、歪みゲージ・センサ、磁気または光学の位置移動センサのような、あらゆる方法の位置移動センサを含むことができる。
前述したように、測定ヘッドである接触プローブ150は、CMMのロータ100に接続され、該ロータ100は選択的に、例えば垂直の座標軸「Z」と連動した回転軸65を中心に回転駆動することができる。
測定対象地点199は、半径アーム149によって、回転軸65に対してオフセット位置におかれている。
本発明の図示していない変形例によると、同様のオフセット位置は、図4に類似した仕方で、中央のレーザー・プローブを一定角度傾斜させることで得られる。
図6は、多光線レーザー・プローブ、すなわち扇形の光学プローブを含んだ本発明のもう一つの変形例を示しており、該プローブによって、測定対象部分206における照射される照射線309に沿った地点の座標に関する情報が与えられる。
図示していないさらなる変形例によると、多光線レーザー・プローブは、複数の平行な垂直のレーザー光線を含むことができ(レークプローブまたはクシ形のプローブ)、該光線は例えば回転軸65からさまざまにずらされた位置に垂直に配置されている。
ロータ100は、測定プローブ、好ましくは交換可能な座標プローブ190によるモジュラーを動かすものであり、モジュラーは回転軸65に対してオフセット位置にある地点の座標を測定するように配置されている。
測定の間、ロータ100は継続的に回転駆動され、その間、機械の軸が所定の軸経路370にしたがってスライドするようになっていることで、座標プローブ190は、測定下にある表面の複数の測定地点350の座標に関する情報を供給する。
測定地点350は、垂直支軸60の移動と、座標プローブ190が接続されたロータ100の回転の組み合わせから生じる測定経路310の上にある。
このような場合、測定経路はトロコイド曲線である。
図7bおよび図7cは、垂直支軸60の不均一な移動の二つの場合に生じる測定経路310を示しており、該移動によって、測定経路310はトロコイドの形状から外れている。
この変化は、座標プローブ190が測定地点と回転軸65の間におけるオフセットをセットするための駆動装置を具備していることを前提とする。
これは、とりわけ、図3または図4に示したプローブ、または当該分野で知られているように、その他のあらゆる適切な駆動装置によって達成することができる。
図7eは、軸のロータ100の角速度と垂直支軸60の直線速度が一定ではなく、経路に沿って変動する場合を表しており、その間、測定地点350は一定の割合でサンプリングされる。
特に、座標プローブ190の回転速度およびスライド速度は、領域399で他よりも遅く、領域399は、走査面のその他の部分よりも細かくサンプリングされるという結果を伴う。
一般的に、測定経路は、必要に応じて、軸の直線移動と曲線移動と、ロータ100の均一または不均一な回転、そしてさまざまなプローブの半径「r」のさまざまな組み合わせを含むことができる。
また、例えばマイクロ・イメージング・システムのようなその他の種類の光学プローブも同様に可能である。
好ましくは、ロータ100は規格化されたアダプタを具備しており、該アダプタには、環境に応じて選択される、さまざまな寸法および特徴の接触プローブおよび非接触プローブを含んだモジュラー・プローブから選ばれるあらゆる要素を適合させることができる。
必要であれば、偏心アームと座標プローブ190の質量は、さらに振動レベルを下げるために、ロータ100における適切な釣り合わせるための重りによって平衡させることができる。
ロータ100は、回転軸A1、例えば座標軸「Z」に平行な垂直回転軸を中心に回転できるように、回転可能な形で垂直支軸60に接続されている。
ロータ100を駆動するために用いられる回転手段は図2に関連して既に説明したものに類似しており、ここではこれ以上の説明はしないこととする。
好ましくは、各接合部は二つの独立した直角の回転軸Aを含み、該回転軸Aは、例えば電気モータのような適切な駆動装置によって、CMMコントローラの制御下で回転するようにセットすることができる。
また、回転接合部の回転角度は、例えば光学エンコーダのような適切なエンコーダによって読みとられ、エンコードされた値はCMMコントローラで利用できるようにされ、そして該CMMコントローラは、各瞬間に、座標プローブ190の位置と方向を計算することができる。
回転接合部124、回転接合部126、回転接合部128のそれぞれは、所望の角度にしたがって接合部を方向付けるためのプログラム可能な駆動装置と角度エンコーダを含んでおり、該角度エンコーダの出力によって、座標プローブ190の位置と方向はいつでも正確に判定し、認識することができる。
その他の回転接合部126および回転接合部128は、それぞれ二つの直角軸を含んでいる。
本発明は特定の数の接合部と回転軸に限定されるものではなく、あらゆる自由度の数を有する多関節プローブを、CMMによって与えられるプローブとの組み合わせで具備するものであることを理解すべきである。
また、本発明はCMMの軸に接続可能な複数の接合部のあるプローブも含んでいる。
好適には、慣性モーメントと質量を減らすために、座標プローブは、例えば、説明したような単点レーザー・プローブのような非接触プローブ、または、多点レーザー・スキャナーである。
そうでなければ、標準的な接触プローブも用いることができる。
好ましくは、複数の接合部のある多関節プローブ600は、標準化されたアダプタを具備しており、該アダプタには、環境に応じて選択される、さまざまな寸法および特徴の接触プローブおよび非接触プローブを含む、幅広いモジュラー・プローブから選択されるあらゆる要素を適合させることができる。
40 ガントリー構造
50 キャリッジ
100 ロータ
103 基台
108 基台
120 接触ボール
123 針
124 回転接合部
125 剛性要素
126 回転接合部
127 剛性要素
128 回転接合部
149 半径アーム
150 接触プローブ
190 座標プローブ
195 光線
199 測定対象地点
200 測定対象部品
201 測定対象表面
206 測定対象部分
309 照射線
310 測定経路
350 測定地点
370 軸経路
399 領域
500 電気モータ
600 多関節プローブ
Claims (9)
- 基準面に対して可動性の可動軸、回転できるように可動軸に接続されたロータ、回転軸を中心にロータを回転駆動する駆動装置とを含んだ座標位置決定機と、
軸のスライド移動とロータの回転の組み合わせから生じる経路に沿って測定対象部品の測定地点の座標を測定するための、ロータに取り外し可能な形で接続された座標プローブとを含むシステムであって、
測定地点が、ロータの回転軸に対してオフセット位置に置かれていることを特徴とする、座標測定システム。 - 座標プローブが、ロータに取り外し可能な形で接続され、接続位置が回転軸に対してオフセット位置に置かれている、請求項1に記載のシステム。
- さらに、測定地点とロータの回転軸の間のオフセットを変更するための駆動手段を具備している、請求項1に記載のシステム。
- 座標プローブが、非接触光学プローブまたは扇形のレーザー・プローブである、請求項1に記載のシステム。
- 駆動装置が、複数の旋回軌道に対してロータを一定で回転駆動することができる、請求項1に記載のシステム。
- 座標プローブが、剛性アームで連結された一連の回転接合部を具備する、請求項1に記載のシステム。
- 各回転接合部が、一つの接合回転軸または複数の接合回転軸と、接合回転軸を回転駆動するための一つまたは複数の駆動装置を含んでいる、請求項6に記載のシステム。
- 各回転接合部が、接合回転軸の回転角度を読む込むためのエンコード手段を具備している、請求項7に記載のシステム。
- 座標測定システムによって部品の表面を走査する方法であり、該座標測定システムが、
基準面に対して可動性の可動軸と、可動軸に回転可能な形で接続されたロータ、そして回転軸を中心にロータを回転駆動するための駆動装置と、
軸のスライド移動とロータの回転の組み合わせから生じる測定経路に沿って、部品の測定地点の座標を測定するために、ロータに取り外し可能な形で接続された座標プローブとを具備し、
測定地点が、ロータの回転軸に対してオフセット位置にある座標測定システムによる座標測定方法であって、
該座標測定方法が、
軸経路に沿って可動軸を操作する過程、
所定の各速度でロータを回転駆動する駆動装置を操作する過程、
所定の時間間隔で、a)経路に沿った軸の位置、b)ロータの回転角度、c)座標プローブの出力、を測定する過程を有し、
測定した前記a)、b)、c)の出力から、測定経路に沿って、部品表面における測定地点の座標を判定する過程、を含んだ座標測定方法。
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