JP2788247B2 - 座標測定装置のプローブヘッドに用いられる回転・旋回装置 - Google Patents

座標測定装置のプローブヘッドに用いられる回転・旋回装置

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JP2788247B2 JP63076669A JP7666988A JP2788247B2 JP 2788247 B2 JP2788247 B2 JP 2788247B2 JP 63076669 A JP63076669 A JP 63076669A JP 7666988 A JP7666988 A JP 7666988A JP 2788247 B2 JP2788247 B2 JP 2788247B2
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Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、プローブヘッドを取り付けるための、座標
測定装置に組み込まれる回転・旋回装置に関する。
さらに本発明は、このような形式の回転・旋回装置を
用いてワークを座標測定するための方法に関する。
［従来の技術］ このような形式の回転・旋回装置は第１に、ワークの
座標測定のために使用されるプローブヘッドを、所望の
測定目的に合わせて最適に使用され得るように角度位置
調整するために働く。
測定経過中にプローブヘッドが旋回させられる位置
は、高い精度で再現可能でなければならないので、公知
の回転・旋回装置では、回転・旋回軸受け装置が戻り止
めロック機構として形成されている。取り付けられたプ
ローブヘッドのプローブ球の位置は、回転・旋回装置の
全てのロック位置においてその都度一度だけ較正され
る。その後に、プローブヘッドは測定経過中に、プロー
ブ球の後較正が必要となることなしに、一般に約7.5゜
だけ互いに異なる角度位置にもたらすことができる。
このような形式の回転・旋回装置は、たとえばドイツ
連邦共和国特許第2804398号明細書、米国特許第4313263
号明細書および同第4571847号明細書ならびに以下の刊
行物に基づき公知である： 1.「Three−Dimensional−Probes for Coordinate Meas
uring Machines」（Fa.Renishaw Plc社、英国在、印刷
備考BMM1984、8M5 86） 2.生産情報「Handachse」（Fa.Stiefelmaier社、Esslin
gen在、印刷備考270487−000970）。
公知の回転・旋回装置の利点は、精密な軸受けが必要
とされないことにある。なぜならば、戻り止めロック機
構がプローブピンの位置を規定するからである。さら
に、ジョイント位置のための位置測定系も必要にならな
い。それに対して、この公知の回転・旋回装置の欠点
は、この回転・旋回装置の使用がプローブヘッドの特定
の角度位置に拘束されるという事実である。この理由か
ら、上記公知の回転・旋回装置では、アクティブなプロ
ービング運動を実施することや、スキャニング時に対象
物ジオメトリに旋回角度を追従させることは不可能であ
る。さらに、各角度位置および各プローブに対してその
都度較正過程が必要となる。
ドイツ連邦共和国特許第3322714号明細書に基づき、
ワークに沿ったプロービング運動中に回転・旋回装置を
介して光学式のプローブヘッドを対象物ジオメトリに追
従させることが知られている。旋回角度を測定するため
には、回転・旋回装置の両軸線に角度ステップ信号発信
器が設けられている。しかし上記ドイツ連邦共和国特許
第3322714号明細書には、対象点の座標を座標測定装置
の直線スケールと回転・旋回装置の角度ステップ信号発
信器とからどのようにして求めるのかが全く記載されて
いない。
［発明が解決しようとする課題］ 本発明の課題は、測定精度が失われることなしに回転
角度もしくは旋回角度の無段階調節を可能にし、しかも
座標測定装置の運動経過に関与させることのできるよう
な回転・旋回装置を提供することである。
さらに本発明の課題は、このような回転・旋回装置を
用いてワークを座標測定するための有利な方法を提供す
ることである。
［課題を解決するための手段］ この課題を解決するために本発明の構成では、プロー
ブヘッドを角度位置調整するための、モータにより移動
調節可能な少なくとも２つの回転軸線が設けられてお
り、当該回転・旋回装置が、前記両軸線を中心にして再
現可能に回転できる回転軸受けを有しており、調節され
た回転角度もしくは旋回角度を座標測定装置のコンピュ
ータにフィードバックするための高分解能角度エンコー
ダが設けられており、位置制御回路が設けられており、
該位置制御回路によって、前記角度エンコーダと、各軸
線に対応する駆動装置とが座標測定装置の制御装置に接
続されていて、当該回転・旋回装置に、較正過程で得ら
れた補正値が対応しており、該補正値が座標測定装置の
コンピュータにメモリされていて、しかも前記補正値が −回転軸線および旋回軸線の互いに相対的な位置および
／または −両軸線の回転偏差 を表しており、当該回転・旋回装置の駆動装置を介して
プローブヘッドの、予め調節された空間的な位置調整が
確保されるか、または測定したい被測定ワークの、意図
されたプロービングが行われるように座標測定装置の制
御装置が作動可能であるようにした。
さらに上記課題を解決するために本発明の第１の方法
では、ワークにおける測定したい各被測定点を少なくと
も部分的に、座標測定装置の直線駆動装置が停止された
状態で、回転・旋回装置によるプローブヘッドの角度運
動によってのみプロービングするようにした。
さらに上記課題を解決するために本発明の第２の方法
では、 ａ）−角度位置偏差および／または −回転軸線と旋回軸線との互いに相対的な位置の偏差お
よび／または −両軸線の回転偏差 を較正過程で求めて、補正値として座標測定装置のコン
ピュータに入力し、 ｂ）回転・旋回装置に固有の座標系を対応させ、この場
合、回転・旋回装置にプローブヘッドが取り付けられた
状態で既知の寸法および位置を有するジオメトリ体を座
標測定装置の座標系で回転・旋回装置の両軸線の複数の
位置でプロービングし、得られた測定値に基づき、機械
座標系から回転・旋回装置の座標系への位置ベクトルを
求め、該座標系の回転位置と、プローブエレメントの座
標と寸法とを回転・旋回位置の座標系でパラメータとし
て測定して、同じく座標測定装置のコンピュータに入力
し、 ｃ）引き続き行われる未知のワークの測定時に、座標測
定装置の長さ測定装置の測定値と共に、較正時に得られ
た、座標測定装置への組込みとは無関係の補正値と、座
標測定装置への組込みとは無関係の規定のパラメータ
と、回転・旋回装置の角度エンコーダの目下の測定値と
を、プローブエレメントの実際値を算出するために一緒
に考慮する ようにした。
［発明の効果］ 本発明によれば、座標測定装置の直線駆動装置を停止
させた状態でワークの座標測定を少なくとも部分的に、
回転・旋回装置によるプローブヘッドの運動によっての
み行う測定方法により作業することが可能となる。
本発明によれば、このような運転形式に基づき、座標
測定装置の移動可能な往復台の比較的大きな質量を運動
させなくて済むので、多くの測定目的のために測定時間
の短縮もしくは測定精度の向上を得ることができる。
たとえば、円筒状の面（孔等）は形状検査時に回転・
旋回装置の両軸線のうちの一方の軸線を用いてタッチン
グされ、他方の軸線を用いて検査される。さらに、ワー
クにおける被測定点を両軸線の同時運動によってアクテ
ィブにプロービングすることも可能であり、この場合、
座標測定装置の駆動装置は停止されている。
回転・旋回装置の軸受けおよび角度エンコーダを製造
するためにあまり大きな手間をかけない場合には、測定
誤差が生じ得る。なぜならば、たとえば回転・旋回装置
の両軸線が互いに正確に直角に延びておらず、かつ／ま
たは両軸線が正確に１つの平面に位置するのでなく、小
さな間隔をおいて互いの傍らを延びているか、またはそ
の他の回転偏差を有しているからである。したがって、
回転・旋回装置に補正値を対応させて、座標測定装置の
コンピュータにメモリすることが有利である。この補正
値はあらかじめ行われる較正過程において得ることがで
きる。角度測定装置の角度偏差も同じく較正過程におい
て測定して、あとでコンピュータによる補正することが
できる。
さらに、測定不確実性をできるだけ少なく抑えるため
には、回転・旋回装置の回転可能な構成部分への駆動力
の伝達をできるだけ横方向力なしに行うことが必要とな
る。このためには、ベルト伝動装置が使用されると有利
である。このベルト伝動装置は衝突時に滑りクラッチと
して働いて、回転・旋回装置の損傷を阻止する。
回転・旋回装置の両軸線に設けられた角度エンコーダ
は、アブソリュート測定系または割出し円板のゼロ点を
再現可能に規定する付加的な基準マークを備えたインク
リメンタル測定系であると有利である。
動的運動時における回転・旋回装置の測定値を、座標
測定装置の直線スケールによって提供される測定結果に
常時関与させることができるようにするためには、回転
・旋回装置に固有の座標系を対応させることが有利であ
る。この座標系の、機械座標系に対する間隔および配向
は明瞭に規定されている。この座標系の間隔および回転
位置は座標測定装置の測定アームへの回転・旋回装置の
組込みに関連していて、組込み後に較正過程において求
められると有利である。
このような方法では、測定機の座標系におけるプロー
ブ球の位置を一度だけ較正すれば十分となる。それぞれ
別の各角度位置のためには、回転・旋回装置の両軸線の
位置および配向に関する、コンピュータにメモリされた
データからプローブ球の位置が得られる。したがって本
発明によれば、公知先行技術による回転・旋回装置にお
いて必要となるような、各プローブのための種々の多数
のロック位置の較正は必要でない。
［実施例］ 以下に、本発明の実施例を図面につき詳しく説明す
る。
第１図および第２図には、本発明による回転・旋回装
置の内部構造が示されている。図示の回転・旋回装置は
機械固定の円筒状のケーシング部分１を有している。こ
のケーシング部分１の一方の端部には、この円筒状のケ
ーシング部分１の他方の端部で対称軸線Ｂを中心にして
回転可能なケーシング部分２のための駆動装置４が設け
られている。回転可能なケーシング部分２には、第２の
軸線Ａによって形成された旋回軸線を中心にして回転可
能な収容部12が支承されており、この収容部12には、座
標測定装置のプローブヘッドを取り付けることができる
（後で詳しく説明する）。
駆動装置４はモータ104を有しており、このモータ104
は付設されたタコゼネレータ106と、前置された伝動装
置105とを備えている。駆動装置４の出力ローラ３は、
複数回変向された２つのベルト5a,5bを介して、ケーシ
ング部分２のための駆動ローラ６に結合されている。圧
縮ばね７と２つの緊定レバー8a,8bとによって、駆動ロ
ーラ６に互いに逆向きに巻き掛けられたベルト5a,5bは
均一なテンションで張設される。このような形式の駆動
装置４は回転軸受け９の不整合を生ぜしめる横方向力を
回避する。回転軸受け９によって回転・旋回装置の回転
可能なケーシング部分２は機械固定のケーシング部分１
に対して回転可能に支承されている。
回転可能なケーシング部分２の回転角度を測定するた
めには、角度エンコーダが使用される。この角度エンコ
ーダは割出し円板10として形成されている。この割出し
円板10は光電子式の読取りヘッド11によって連続的に検
出される。符号111で、ゼロパルスマークが示されてい
る。このゼロパルスマーク111は対応する発信器によっ
て検出され、角度測定システムのゼロ位置を規定するた
めの初期設定パルスを供給する。
回転可能なケーシング部分２には、中空の駆動ローラ
６の内部に突入するように第２の駆動装置14が固定され
ている。この第２の駆動装置14は同じくモータ114とタ
コゼネレータ116と伝動装置115とから成っている。２つ
のベルト15a,15bを備えた第２のベルト伝動装置は第２
の駆動装置14の出力ローラ13を、取り付けたいプローブ
ヘッドのための回転可能な収容部12に結合している。こ
の収容部12はボールベアリング19を介して、回転可能な
ケーシング部分２に支承されていて、中空円筒体の形状
を有している。この中空円筒体の外周面には、第２のベ
ルト伝動装置のベルト15a,15bが巻き掛けられている。
載設されたゼロパルスマーク120を備えた第２の割出
し円板20は、第２の光電式の読取りヘッド21と相まっ
て、軸線Ａを中心とした収容部12の旋回角度を測定する
ために働く。
中空円筒状の収容部12の内部では、スリーブ26内に軸
線Ａに沿って運動可能に支承された電磁石が収納されて
いる。この電磁石はボール27に載設された保持プレート
（図示しない）を着脱可能に保持するために働く。この
保持プレートには、交換使用したいプローブが固定され
る。このような電磁式の交換装置自体は既に公知であ
り、たとえば米国特許第4637119号明細書に記載されて
いるので、詳しい説明は省略する。
スリーブ26の周囲には、複数の接点23が収容部12の交
換面に配置されている。これらの接点23は装着されたプ
ローブヘッドから座標測定装置への信号伝送のために働
く。所属のリボンケーブル22a,22bはそれぞれ軸線A;Bに
沿って巻き付けられて、複数の巻き条から成る巻き体2
4,25を形成しており、これによって、回転可能なケーシ
ング部分２および収容部12の回転時もしくは旋回時にお
ける引張り応力は回避される。
回転軸受け９は、遊びなしに緊定された、高い回転精
度のボールベアリングである。このようなボールベアリ
ングはさらに、再現可能な転動特性を示す。このような
特性は回転・旋回装置を用いた測定値検出のためには特
に重要となる。なぜならば、一度求められた転動誤差分
だけ測定値をコンピュータ補正することが可能となり、
ひいては測定不確実性が減じられるからである。このよ
うな軸受けとしては、たとえば欧州特許第0111125号明
細書に記載の転がり軸受けを使用することができる。
第１図および第２図に示した回転・旋回装置は、第３
図に示したように、たとえばコラム構造の測定機に設け
られた横方向アーム50に装着される。この場合に、回転
軸線Ｂの突出した駆動装置４は横方向アーム50の内部に
隠れている。
回転・旋回装置の収容部12には、たとえば1986年10月
11日出願のドイツ連邦共和国特許出願第P3634689.6号明
細書に記載されているようなスイッチ式のプローブヘッ
ド31が装着されている。プローブヘッド31はアダプタ部
分35によって保持プレート30に固定されている。この保
持プレート30は対応受けを備えており、この対応受けは
回転・旋回装置の収容部12に設けられたボール27に載設
される。
さらに、収容部12に別のプローブヘッド、たとえば第
４図に示した三角測量プローブ41を固定するか、もしく
は両プローブヘッドを相互に交換することも可能であ
る。ワークをタッチプロービングするためのプローブピ
ン32とプローブ球33との代わりに、レーザビーム43を放
射し、このレーザビーム43の、ワーク表面への衝突をレ
ーザビーム43に対して傾けられたレンズ系によって評価
する三角測量プローブも知られており、たとえば欧州特
許出願公開第0156991号明細書または同第0163347号明細
書に記載されている。
第５図には、回転・旋回装置が門構造の座標測定装置
70のセンタスリーブにおける鉛直な組込み位置で示され
ている。図面から判るように、回転・旋回装置72に取り
付けられたプローブ71によって、ワーク74に設けられた
孔75,76をタッチプロービングすることができる。２つ
の孔75,76は機械座標系に関して異なる方向で傾けられ
ている。この場合、原理的には２つの運転形式が可能と
なる。
第１の運転形式では、回転・旋回装置72が、この回転
・旋回装置72に取り付けられたプローブを所望の角度位
置に位置調整するために働く。この場合、タッチプロー
ビング過程は機械駆動装置のX,Y,Zの方向での運動によ
って行われる。これらの運動方向には、直線測定系81,8
2,83が対応している。
第２の運転形式では、座標測定装置70がプローブヘッ
ド71を、たとえばワークの孔75,76に位置決めし、タッ
チプロービング過程は、座標測定装置70の直線駆動装置
を停止させた状態で、回転・旋回装置72を用いたプロー
ブヘッド71の回転もしくは旋回によってのみ行われる。
この運転形式の利点は、運動させたい質量が極めて小さ
くなることに基づき高められた測定速度と、増大させら
れた測定精度とに認められる。
第６図には、第５図に示した座標測定装置の制御装置
が示されている。電子制御装置98の主要構成部分である
マイクロプロセッサシステム91は、データバスを介して
座標測定装置の制御コンピュータ92に接続されている。
タコゼネレータ94x,94y,94zを取り付けられた座標測定
装置の、直線運動させられる部分を駆動するための駆動
装置93x,93y,93zは回転95x,95y,95zを介して速度制御回
路に接続されており、この速度制御回路はマイクロプロ
セッサによって制御される。
この速度制御回路には、各１つの位置制御回路が重畳
されており、この位置制御回路は直線スケール96x,96y,
96zもしくはその測定値発信器97x,97y,97zによって閉じ
られる。
回転・旋回装置のための制御装置も同様に構成されて
いる。軸線Ｂを中心とした回転もしくは軸線Ａを中心と
した旋回のための駆動モータ104;114に設けられたタコ
ゼネレータ106,116は、回路95A,95Bを介して速度制御回
路に接続されている。この速度制御回路には、位置制御
回路が重畳されており、この位置制御回路には、回転・
旋回装置の角度エンコーダ9/11;10/21が接続されてい
る。
以下に、回転・旋回装置に装着されたプローブヘッド
のプローブ球の測定値もしくはプロービング座標が直線
スケールの測定値と角度エンコーダの測定値とからどの
ようにして得られるのかを詳しく説明する（種々の座標
系の配向が記載されている第10図参照）。
座標測定装置の直線案内装置により形成された機械座
標系は矢印▲▼，▲▼，▲▼によって示さ
れている。さらに、回転・旋回装置のための座標系を導
入することが有利である。このことは矢印▲▼，▲
▼，▲▼で示されている。この第２の座標系は
その原点で、第１の座標系に対して矢印▲▼で示し
た距離だけずらされている。さらに、この第２の座標系
はその組込み位置に関連して第１の座標系に対して回転
させられており、このことは回転マトリックスDBによっ
て表すことができる。
分かり易くするために、回転・旋回装置の座標系の座
標方向▲▼は回転・旋回装置の回転軸線Ｂと合致す
るものと仮定する。回転・旋回装置の旋回軸線Ａはたし
かに回転軸線Ｂに直交していると望ましいが、しかしこ
のことは製造上の理由から必ずしも達成され得ない。実
際には、小さな間隔が存在しており、この間隔をおいて
両軸線は互いの傍らを延びている。両軸の直交偏差は回
転・旋回装置の座標系の矢印▲▼，▲▼，▲
▼に対して軸ACが平行に配向されていないことにより
考慮されている。
プローブヘッドのプローブピンに設けられたプローブ
球は、第３の座標系を対応させることができる。この第
３の座標系は回転・旋回装置の座標系における軸線Ａか
ら間隔▲▼を有している。この座標系の配向▲
▼，▲▼，▲▼は両軸線A,Bを中心とした目下
の角度位置に関連している。対応する変換を行うために
は、動的な回転マトリックスDA,DBを導入することが有
利である。この動的な回転マトリックスによって、第３
の座標系の配向が規定されている。
前記考察に基づき、いわゆる「動的プローブ座標」を
導入することができることが判る。この動的プローブ座
標は次のマトリックス方程式により算出される： ［式中、▲▼，▲▼,DCは、後で詳しく説明
するように較正プロセスによって得られなければならな
いパラメータである］。動的回転マトリックスDA,DBに
は、回転・旋回装置の角度エンコーダ10/11,20/21の角
度測定値が導入され、それに対してベクトル▲▼に
は座標測定装置の直線スケールの測定値： が導入される。
上記式中、▲▼は（回転・旋回装置なしの）座標
測定装置の座標系の原点（ゼロ点）からの回転・旋回装
置の座標系の原点（ゼロ点）の距離を表す。
すなわち、上で挙げたパラメータが既知であると、プ
ローブ球73のプロービング座標をいかなる時点でも、直
線スケールの測定値と回転発信器の測定値とから算出す
ることが可能となる。この場合、前記式Ｉは球対称的な
プロービング体にも有効となることが考慮されなければ
ならない。プロービングのために第４図に示した三角測
量プローブが使用される場合、この三角測定プローブを
用いて求められた距離測定値▲▼がプローブ座標系
▲▼，▲▼，▲▼に加えられなければらな
ない。このことは、前記式Ｉにおいて、 に代えることによって表すことができる。
回転・旋回装置の座標系における軸線ACの配向ならび
に両軸線の距離▲▼は、回転・旋回装置の組込み前
に測定することができる。この場合、回転・旋回装置は
たとえば第７図に示したように、保持装置52に挿入され
て、別個の座標測定装置において受取検査に施される。
この場合に、回転・旋回装置の収容部12には、アーム56
によって軸線A,Bに対して偏心的に配置されたボール57
を備えた保持プレート51が装着される。
両軸線A,Bの位置は、ボール57の位置がそれぞれ軸線
A,Bを中心とした回転時に種々異なる角度位置でプロー
ビングされることによって測定される。この場合、ボー
ル中心点はそれぞれ符号58,59で示した円軌道に沿って
移動する。軸線A,Bの実際の位置は、測定点にできるだ
け良好に適合された円平面に対する、円の中心点を通る
法線として得られる。軸線の位置を測定するためのこの
方法は自体公知であり、たとえば米国特許第4369581号
明細書に記載されている。
さらに、回転・旋回装置によって提供された角度値の
測定不確実性を減少させるためには、回転・旋回装置の
回転軸受けの転動誤差もしくは角度エンコーダの割出し
誤差を求めることが有利である。この場合、ドイツ連邦
共和国特許出願第P3637410.5号明細書に記載の方法：
「Verfahrenzur Messung von Drehtischabweichungen
（ターンテーブル偏差を測定する方法）」を使用するこ
とができる。
このためには、第７図に示した保持プレート51の代わ
りに、第８図に示した保持プレート53が回転・旋回装置
の収容部に取り付けられる。この保持プレート53は４つ
のボール55a,55b,55c,55dを備えている。引き続き、こ
れらのボールの中心点が極めて多数の角度位置で測定さ
れ、このことから回転軸線の回転誤差もしくは軸線Ａに
関する角度位置偏差が求められる。同様にして、軸線Ｂ
に関する誤差が測定され、この場合、保持プレート53は
直角のアダプタプレート54を介して、回転・旋回装置の
収容部12に取り付けられる。ただし、こうして得られ
た、軸受けの回転誤差を補正するための測定値を利用す
るためには、これらの測定値が再現可能であること、つ
まり長周期的な特性を示すことが必要となる。
前に説明したように、回転・旋回装置の座標系におけ
る両軸線A,Bの互いに相対的な間隔および位置や、回転
・旋回装置の転動誤差が測定された後では、座標測定装
置の機械座標系に対して相対的な、組み込まれた状態に
おける回転・旋回装置の座標系の位置を測定すること、
つまり上記式IIにおける位置ベクトル▲▼と上記式
Ｉにおける回転マトリックスDCとを求めることが必要と
なる。所属の６つの未知値は既知の位置や寸法のジオメ
トリエレメントをプロービングする際に、回転・旋回装
置に装着されたプローブヘッドの種々の角度位置におけ
る、対応する数の測定値を検出することによって得るこ
とができる。一般的には、たとえば較正球または較正立
方体が座標測定装置の測定空間において規定の位置に設
置され、この較正球または較正立方体に対してプロービ
ングが行われる。ベクトル▲▼が付加的に未知であ
る場合、つまり回転・旋回装置の座標系におけるプロー
ブ球の位置が利用できない場合、これらの値は同じ較正
プロセスにおいて得ることができる。この場合、プロー
ビングしたい測定点の数は単純に少なくとも３つだけ増
大される。
前記較正過程の実施後に、プローブヘッドを備えた回
転・旋回装置が測定目的のために使用されると、座標測
定装置の制御コンピュータ92は、プロービング過程がプ
ローブヘッドの直線運動によって行われたのか、または
回転・旋回運動によって行われたのかには関係なく、座
標測定装置の直線スケールの測定値と、回転・旋回装置
の角度エンコーダの測定値と、上記式Ｉに対応するメモ
リされた補正値とから、各プロービング点の実際座標を
算出することができる。
しかし、回転・旋回装置を用いる任意のワーク範囲の
点状のプロービングの他に、ワークの連続走査によるプ
ロービングによって形状検査を実施することも可能であ
る。このためには、特に円形または円筒形の面、たとえ
ば孔が適している。典型的な１使用事例が第11図に示さ
れている。ワーク134に設けられた孔135の内面136を形
状検査するために、座標測定装置のセンタスリーブは、
回転・旋回装置の回転軸線Ｂが孔135の回転軸線Ｃとほ
ぼ整合するように位置決めされる。引き続き、プローブ
ヘッド131の旋回によって内面136がタッチプロービング
され、その結果、プローブピン133に設けられたプロー
ブ球が内面136に接触する。次いで、回転軸線Ｂを中心
とした回転・旋回装置の回転によって、孔135の内面136
の形状が検出される。
同様にして、孔135の回転軸線Ｃに対して直角な面137
の平坦度を検査することができる（第12図）。この場合
にも旋回軸線Ａを中心としたプローブピン133の旋回に
よってタッチプロービングが行われ、さらに孔135の回
転軸線Ｃに対して位置調整された回転軸線Ｂを中心とし
たプローブピン133の回転によって平坦度が検査され
る。
別の作動形式では、種々の方向に延びる孔において形
状検査を行うこともできる。この場合、まず回転・旋回
装置の両軸線A,Bの交点が各孔の軸線に位置決めされ、
引き続き両軸線A,Bの同時の、調和された運動によって
孔がプロービングされて、検出される。
形状検査を実施するためには、メジャリング型の多座
標プローブヘッドを使用することもできるし、また一次
元表示型の感知レバープローブまたは無接触測定型の光
学式または容量式の距離センサを使用することもでき
る。
座標測定装置の機械軸線はこれらの測定時に停止して
いるので、得られる測定精度は回転・旋回装置の誤差と
プローブヘッドの誤差とによってしか規定されない。
【図面の簡単な説明】
図面は本発明の実施例を示すものであって、第１図は第
２図のＩ−Ｉ線に沿った回転・旋回装置の断面図、第２
図は第１図に示した回転・旋回装置を第１図の軸線Ｂを
中心にして90゜だけ回転させた位置で示す断面図、第３
図は第１図もしくは第２図に示した回転・旋回装置を、
組み込まれた状態で示す斜視図、第４図は第３図に示し
た回転・旋回装置に取り付けたい光学式のプローブヘッ
ドの斜視図、第５図は本発明による回転・旋回装置を備
えた座標測定装置の斜視図、第６図は第５図に示した座
標測定装置の制御システムを示す概略図、第７図は第１
図および第２図に示した回転・旋回装置の軸線のための
較正過程を示す斜視図、第８図は回転・旋回装置の回転
軸受けの回転誤差を測定するための第２の較正プレート
の斜視図、第９図は第８図に示した較正プレートを、角
度アダプタに装着した状態で示す斜視図、第10図は座標
測定装置の座標系におけるプローブヘッドおよび回転・
旋回装置の座標系の位置を示す概略図、第11図および第
12図は孔の形状検査の目的で使用する際の回転・旋回装
置の原理図である。 1,2……ケーシング部分、３……出力ローラ、４……駆
動装置、5a,5b……ベルト、６……駆動ローラ、７……
圧縮ばね、8a,8b……緊定レバー、９……回転軸受け、1
0……割出し円板、11……読取りヘッド、12……収容
部、13……出口ローラ、14……第２の駆動装置、15a,15
b……ベルト、19……ボールベアリング、20……割出し
円板、21……読取りヘッド、22a,22b……リボンケーブ
ル、23……接点、24,25……巻き体、26……スリーブ、2
7……ボール、30……保持プレート、31……プローブヘ
ッド、32……プローブピン、33……プローブ球、34……
ワーク、35……アダプタ部分、41……三角測量プロー
ブ、43……レーザビーム、50……横方向アーム、51,53
……保持プレート、52……保持装置、54……アダプタプ
レート、55a,55b,55c,55d……ボール、56……アーム、5
7……ボール、58,59……円軌道、70……座標測定装置、
71……プローブヘッド、72……回転・旋回装置、73……
プローブ球、74……ワーク、75,76……孔、81,82,83…
…直線測定系、91……マイクロプロセッサシステム、92
……制御コンピュータ、93x,93y,93z……駆動装置、94
x,94y,94z……タコゼネレータ、95a,95b……回路、95x,
95y,95z……回路、96x,96y,96z……直線スケール、97x,
97y,97z……測定値発信器、98……電子制御装置、104…
…モータ、105……伝動装置、106……タコゼネレータ、
111……ゼロパルスマーク、114……モータ、115……伝
動装置、116……タコゼネレータ、120……ゼロパルスマ
ーク、131……プローブヘッド、133……プローブピン、
134……ワーク、135……孔、136……内面、137……面、
Ａ……旋回軸線、Ｂ……回転軸線、Ｃ……孔の回転軸線
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 トーマス・アンドルツエイエフスキ ドイツ連邦共和国アーレン・シエリング シユトラーセ 25 (56)参考文献 特開 昭57−148209（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−48711（ＪＰ，Ａ) 実開 昭62−168419（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭60−134109（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G01B 21/00 - 21/32 G01B 7/00 - 7/34 G01B 5/00 - 5/30

Claims (9)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】プローブヘッド（31,41）を取り付けるた
    めの、座標測定装置に組み込まれる回転・旋回装置であ
    って、プローブヘッド（31,41）を角度位置調整するた
    めの、モータにより移動調節可能な少なくとも２つの軸
    線（A,B）が設けられており、当該回転・旋回装置が、
    前記両軸線（A,B）を中心にして再現可能に回転できる
    回転軸受け（9,19）を有しており、さらに、調節された
    回転角度もしくは旋回角度を座標測定装置のコンピュー
    タにフィードバックするための高分解能角度エンコーダ
    （10,20）と、位置制御回路とが設けられており、該位
    置制御回路によって、前記角度エンコーダ（10,20）
    と、各軸線（A;B）に対応する駆動装置（4,14）とが座
    標測定装置の制御装置に接続されており、当該回転・旋
    回装置に、較正過程で得られた補正値が対応しており、
    該補正値が座標測定装置のコンピュータにメモリされて
    いて、しかも前記補正値が −回転軸線（Ｂ）および旋回軸線（Ａ）の互いに相対的
    な位置および／または −両軸線（A,B）の回転偏差 を表しており、当該回転・旋回装置の駆動装置を介して
    プローブヘッドの、予め調節された空間的な位置調整が
    確保されるか、または測定したい被測定ワーク（34）
    の、意図されたプロービングが行われるように座標測定
    装置の制御装置が作動可能であることを特徴とする、座
    標測定装置のプローブヘッドに用いられる回転・旋回装
    置。
  2. 【請求項２】前記補正値が、角度位置偏差をも表してい
    る、請求項１記載の回転・旋回装置。
  3. 【請求項３】前記駆動装置（4,14）の駆動力を、当該回
    転・旋回装置の回転可能な構成部分（2,12）に、横方向
    力なしに伝達する目的で、ベルト伝動装置（5,15）が設
    けられている、請求項１記載の回転・旋回装置。
  4. 【請求項４】前記角度エンコーダ（10,20）が、アブソ
    リュート測定系または少なくとも１つの付加的な基準マ
    ーク（111,120）を有するインクリメンタル測定系であ
    る、請求項１記載の回転・旋回装置。
  5. 【請求項５】座標測定装置に固定された回転・旋回装置
    にプローブヘッドを取り付けて、ワークを座標測定する
    方法において、ワーク（34,74,134）における測定した
    い各被測定点を少なくとも部分的に、座標測定装置（5
    0）の直線駆動装置が停止された状態で、回転・旋回装
    置（2,72）によるプローブヘッド（31,131,71）の角度
    運動によってのみプロービングすることを特徴とする、
    ワークを座標測定するための方法。
  6. 【請求項６】回転・旋回装置（72）に取り付けられたメ
    ジャリングプローブヘッド（131）を用いて円形もしく
    は円筒形の被検査面（136,137）を形状検査する目的
    で、まず回転・旋回装置（72）の回転軸線（Ｂ）を座標
    測定装置の駆動装置によって、前記被検査面（136,13
    7）の対称軸線（Ｃ）に合わせて位置決めし、次いで被
    検査面（136,137）を回転・旋回装置（72）の旋回軸線
    （Ａ）の駆動装置によってタッチングし、円形もしくは
    円筒形の前記被検査面（136,137）の連続走査を回転・
    旋回装置（72）の回転軸線（Ｂ）の駆動装置によって行
    う、請求項５記載の方法。
  7. 【請求項７】回転・旋回装置に取り付けられたメジャリ
    ングプローブヘッドを用いて円形対称的もしくは円筒対
    称的な被検査面を形状検査する目的で、まず回転・旋回
    装置の回転軸線と旋回軸線との交点を被検査面の対称軸
    線に合わせて位置決めし、引き続き被検査面を回転・旋
    回装置の両軸線の同時運動によって連続走査する、請求
    項５記載の方法。
  8. 【請求項８】座標測定装置に固定された回転・旋回装置
    にプローブヘッドを取り付けて、ワークを座標測定する
    方法において、 ａ）−角度位置偏差および／または −回転軸線（Ｂ）と旋回軸線（Ａ）との互いに相対的な
    位置の偏差および／または −両軸線（A,B）の回転偏差 を較正過程で求めて、補正値として座標測定装置のコン
    ピュータに入力し、 ｂ）回転・旋回装置に固有の座標系を対応させ、この場
    合、回転・旋回装置にプローブヘッドが取り付けられた
    状態で既知の寸法および位置を有するジオメトリ体を座
    標測定装置の座標系で回転・旋回装置の両軸線（A,B）
    の複数の位置でプロービングし、得られた測定値に基づ
    き、機械座標系（XM,YM,ZM）から回転・旋回装置の座標
    系（XC,YC,ZC）への位置ベクトル（▲▼）を求め、
    該座標系（XC,YC,ZC）の回転位置（DC）と、プローブエ
    レメントの座標（▲▼）と寸法（ｒ）とを回転・旋
    回装置の座標系でパラメータとして測定して、同じく座
    標測定装置のコンピュータに入力し、 ｃ）引き続き行われる未知のワークの測定時に、座標測
    定装置の長さ測定装置の測定値と共に、較正時に得られ
    た、座標測定装置への組込みとは無関係の補正値と、座
    標測定装置への組込みとは無関係の規定のパラメータ
    と、回転・旋回装置の角度エンコーダの目下の測定値と
    を、プローブエレメントの実際値を算出するために一緒
    に考慮する、 ことを特徴とする、ワークを座標測定するための方法。
  9. 【請求項９】プローブエレメントの実際位置（動的プロ
    ーブ座標）を、次の方程式： ［式中、 ▲▼＝回転・旋回装置の両軸線が互いの傍らを延び
    るときの間隔を表す間隔ベクトル、 DA＝回転・旋回装置の旋回軸線（Ａ）を中心としたプロ
    ーブヘッドの回転時の、測定された旋回角度を表す回転
    マトリックス、 DB＝回転・旋回装置の回転軸線（Ｂ）を中心としたプロ
    ーブヘッドの回転時の、測定された回転角度を表す回転
    マトリックス、 DC＝座標測定装置の機械座標系における回転・旋回装置
    の座標系の配向（回転位置）を表す回転マトリックス、 により算出する、請求項８記載の方法。
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