JP4368822B2 - 着脱自在の探針システムを備える装置および該装置を備える計測機器 - Google Patents

Description

本発明は、着脱自在の探針システムを備える装置およびそのような装置を備える計測機器に関する。

交換式探針システムを備えた種々の計測機器がある。交換式探針システムは、できるだけ即座にかつできるだけ容易に着脱自在であるべきである。

従来の計測機器の１つの実施の形態では、探針システムが、バネの力によりスタイラス（ｓｔｙｌｕｓ）機器へ接続できる。この接続は、フックシステムのフックを掛けることにより実現される。探針システムの着脱を実行するために、サーボモータを備えた動的な仕組みが設けられる。

永久磁石を使用して、計測機器のスタイラス機器に取り付けられる探針システムの複数の例がある。例えば、探針システムと計測するワークとが衝突すると、スタイラス機器への損害を避けるために探針システムが落ちる。探針システムは手動で再装着されねばならない。対応する例は特許文献１で説明されている。

別の計測機器が特許文献２に開示されている。永久磁石を使用してスタイラス機器に接続される探針システムを設ける点で、この計測機器は区別される。磁石の間には狭い空気のすき間がある。探針システムは、力を加えることにより、スタイラス機器から離すことができる。バネは使用されていない。探針システムを安定して確実に保持するために、磁石は特定の最小の吸引力を確保せねばならない。しかし、これは、探針システムが装着されたとき、急に吸引されるという欠点をもつ。加えて、取り外すためには比較的大きな力を加えねばならない。したがって、探針の取り外しは比較的困難である。

同様なアプローチが特許文献３に説明されている。この場合、探針システムおよびスタイラス機器をともに保持する永久磁石に加えて、探針システムの側部またはスタイラス機器の側部のいずれかに設置される緩衝器が使用される。緩衝器は、探針システムがスタイラス機器に接近したとき、緩衝器の効果で激しい衝突が避けられるように設計される。

交換式探針システム計測機器の別の例は、特許文献４から推論可能である。計測機器がここで説明されていて、計測機器の探針システムは、永久磁石と電磁石の組合せを使用して取り付けられる。電磁石の磁界は永久磁石の磁界と重ね合わされる。探針システムを備えた取り換え可能な板はバネによりスタイラス機器に対して引っ張られる。永久磁石の磁力は、短期間、電磁石により強化されるか、極性の逆転により弱められる。取り換え可能な板がスタイラス機器に装着されたとき、吸引磁力は、板がスタイラス機器によりわずかに吸引されるのに十分な正確な強さをもつので、永久磁石と取り換え可能な板の間に空気のすき間ができる。永久磁石を保持するバネが設けられる。バネの力を超える電流パルスにより永久磁石の磁力が増して、永久磁石が板に近づいて、最後には板を押す。次に、板はバネによりスタイラス機器の方向に引っ張られ、永久磁石と板の間の空気のすき間がなくなる。板を取り外すために、反対方向に電流パルスが加えられ、磁力を弱める。次に、バネは板から永久磁石を引き離す。こうして、空気のすき間ができ、大きな力を加えずに板が取り外しできる。

このシステムの欠点は、電磁石の大きさのために、比較的大きな移動体をもつことである。加えて、スタイラス機器の可動部分へのケーブル接続が、電磁石のコイルに電力を供給するために必要である。別の欠点は、電圧を加えた状態でのみ取り換え可能であることである。もし探針システムの衝突が発生したならば、板がスタイラス機器の探針システムにバネの力により保持されているので、スタイラス機器に比較的強い力が発生する。

磁気的に組み合わされた動作モジュールによるアプローチが特許文献５のＰＣＴ出願に記載されている。この文書によれば、クランピング力を減らすためのシステムは、交換部の外部に配置されている。装着は、動作モジュールを取り外す自動交換プロセスの間のみ、強い磁石の吸引力を克服せねばならないようになっている。動作モジュールを取り付ける時、最大磁力が作用し、自動交換プロセスが外部の交換部で行われると、減衰が発生する。

磁気的に組み合わされた交換プレートを用いたアプローチが特許文献６に記載されている。磁気クランピング力を減らすためのシステムは、交換プレートの中に置かれる。交換プレートを取り外した時のクランピング力の減少は、自動化交換プロセスに関連して、確実にされる。手動交換プロセスの場合、交換プレートは、クランピング力を減らす仕組みを始動させるために、ある特定の方法で握持され、引っ張られる。手動で取り付ける時は、これも全磁力が加わる。
独国実用新案第ＤＥ−ＧＭ７４０００７１号 米国特許第５，７５５，０３８号 国際公開ＷＯ０３／０８７７０８号 独国特許第ＤＥ３３２０１２７Ｃ２号 国際公開ＷＯ０３／０８３４０７号 米国特許第６，０１２，２３０号

特許文献１、特許文献２および特許文献３にかかる従来技術では、スタイラス機器の保護のための機能を設けるために、探針システムの着脱に困難性を伴う結果となっている。これを解決する特許文献４にかかる従来技術では、電磁石の大きさのために比較的大きな移動体をもつことになり、スタイラス機器の可動部分へのケーブル接続が必要になり、また、電圧を加えた状態でのみ取り換え可能である。

よって、本発明の目的は、着脱自在の探針システムを備えた装置を提供することであり、その装置は、探針システムの自動取り外しを可能にする。

本発明の別の目的は、探針システムの可能な限り最も単純な手動交換を可能にすることである。

さらに別の目的は、各交換の後に新しい較正が不要なように着脱自在の探針システムをもつ装置を備えた計測機器を設計することである。加えて、スタイラス機器への損傷が防がれる。

特に、本発明は、数値制御計測機器（ＣＮＣ計測機器）を、単純で運用上信頼できる構造をもつように改良する目的を達成することである。

スタイラス機器（１７）および着脱自在の探針システム（１５）を備え、上記探針システム（１５）は複数の自由度で変位可能であって、上記スタイラス機器は、変位についての情報を表す信号を生成し、上記探針システム（１５）は、永久磁石（１５．４）の吸引力により上記スタイラス機器（１７）に接続された装置が、
機械的レバー装置（１７．２、１７．３、１７．５、１７．１１）が設けられ、上記探針システム（１５）が移動するにしたがい、上記スタイラス機器（１７）の一部を含む上記探針システム（１５）は交換位置へ移動し、上記機械的レバー装置（１７．２、１７．３、１７．５、１７．１１）により上記永久磁石（１５．４）は、同時に上記探針システム（１５）から引き離すことができ、上記探針システム（１５）および上記スタイラス機器（１７）の間に作用する吸引力が減少することが好ましい。

上記探針システム（１５）が取り付けられるときに固定するために使用される１以上の弾性部材をレバーシステム（１７．２、１７．３、１７．５、１７．１１）が備えることが好ましい。

上記永久磁石（１５．４）および探針システム（１５）の引き離しのために、上記吸引力より弱い張力が加えられることが好ましい。

上記機械的レバー装置（１７．２、１７．３、１７．５、１７．１１）が上記探針システム（１５）と連結して移動可能であって、上記レバー装置（１７．２、１７．３、１７．５、１７．１１）を含む上記探針システム（１５）が、衝突から保護するために、制限する力が加わると、停止部に抗することが好ましい。

測定範囲の前方限界が限界手段によりあらかじめ決められるように、上記機械的レバー装置（１７．２、１７．３、１７．５、１７．１１）が設計されることが好ましい。

探針システム（１５）に作用する張力が加わると、上記レバー装置（１７．２、１７．３、１７．５、１７．１１）を含む上記探針システム（１５）が連結して移動し、この連結した移動は第１の部分に及んだ後終了し、張力をさらに加えることにより上記レバーシステム（１７．２、１７．３、１７．５、１７．１１）を始動させることにより、上記探針システム（１５）から上記永久磁石（１５．４）を引き離すように上記機械的レバー装置（１７．２、１７．３、１７．５、１７．１１）が設計されることが好ましい。

上記レバーシステム（１７．２、１７．３、１７．５、１７．１１）のレバー部材（１７．２）が傾き、上記探針システム（１５）から上記永久磁石（１５．４）が引き離されることが好ましい。

上記探針システム（１５）が取り外された後で上記レバーシステム（１７．２、１７．３、１７．５、１７．１１）を固定するために、上記レバーシステム（１７．２、１７．３、１７．５、１７．１１）のレバー部材（１７．２）が、上記スタイラス機器（１７）の一部に抗して後方に押し、上記弾性部材（１９）により加わる保持力が、上記スタイラス機器（１７）の一部に抗して上記レバー部材（１７．２）を押すことが好ましい。

上記永久磁石（１５．４）および探針システム（１５）の引き離しを縮める圧力が上記探針システム（１５）に抗して加わり、上記探針システム（１５）またはもう１つの探針システム（１５）が上記スタイラス機器（１７）に取り付け可能であることが好ましい。

上記圧力を加えることにより、上記探針システム（１５）が後位端に移動可能であることが好ましい。

２座標または３座標計測機器（１０）であることが好ましい。

上記計測機器が機械ツールの一部であることが好ましい。

以下、添付の図を参照して発明の実施の形態を説明する。

関連する出版物および特許にも使用されている用語が、この発明の説明に使用されている。しかし、これらの用語の使用は、単により理解を助けるためであることを記しておく。本発明にかかる考えおよび特許請求の範囲の保護の範囲は、それらの理解を特定の用語の選択により制限しない。本発明は、さらに何もなしに他の概念のシステムおよび／または職業領域へ移転可能であるべきである。用語は他の職業領域において適切に適用すべきである。

図１に示された本発明の有利な実施の形態は、完全自動化ＣＮＣ制御歯車計測機器１０を対象にする。歯車計測機器１０は、少しだけ可能な使用法を挙げると、平歯車、シェービングカッター、ウオームおよびウオームギア、ホブカッターおよびかさ歯車、ならびに中心から対称のワークの一般的大きさ、寸法および位置のずれ、湾曲部およびカム軸の計測、または回転翼の計測にさえもと同様に平歯車の検査にも適している。

歯車計測機器１０は、コントローラ１２およびセンタリング手段１４により駆動可能なドッグ１３を備え、中心から対称の計測する精密な部分が、平歯車１１に基づいて図１に示されているように、ドッグ１３およびセンタリング手段１４の間で同軸に締金で止められるように、ドッグ１３およびセンタリング手段１４が位置される。

図１に示されているように、歯車計測機器１０は、歯車計測中心１０に締金で止められた精密な部分１１の３次元計測（３座標スタイラス機器）用の少なくとも１つの探針システム１５を備える。座標軸Ｚ方向に高さの調整可能なスタイラス機器１７を設けるのが好ましい。加えて、探針システム１７は、直角な座標軸ＸおよびＹにより示されるように、さらなる送り動作を実行可能である。

図１に示されているスタイラス機器１７と同様の構成の歯車計測機器１０のスタイラス機器１７の断面図は、図２に示されている。したがって、同じ参照番号が使用されている。以下では、本発明を理解するのに本質的な部材のみを説明する。そのような歯車計測機器１０に関するさらに詳しいことは、たとえば、独国特許第ＤＥ１９７２１０１５号（３座標探針）または独国特許出願公開第ＤＥ１９５０１１７８号（２座標探針）から推論可能である。

水平構成のスタイラス機器１７が示されていて、説明したように、数値制御歯車計測機器１０であって、検出スタイラス１５．２を備え、それに対して平行な複数の自由度に変位可能であって、互いに機能的に直角に位置する複数のバネの平行四辺形システムにより、固定された探針の基部に連結されている。検出スタイラス１５．２の変位は、探針の基部に取り付けられた３つの検知器により検知されるが、これらの３つの検知器は図示されていない。

図２に示されている探針は、探針システム１５およびスタイラス機器１７を備えている。スタイラス機器１７は角度をもつ探針の基部４をもち、その探針の基部４は歯車計測機器１０に取り付けられ、その歯車計測機器１０は非常に詳しくは示されていない。第１のバネの平行四辺形１は、探針の基部４の一部の上に移動可能な状態で吊り下がっている。第１のバネの平行四辺形１は部材３および部材５を備え、それらの２つずつが同じ長さであって組みになって位置し、それらは垂直軸をもつ４つのバネの継ぎ手２．１により互いに接続され、部材５のＸ方向への平行移動を可能にする。第１のバネの平行四辺形１は、バネの平行四辺形全体が別のバネの継ぎ手２．２の水平軸の回りを回転可能な状態で吊り下がっている。調整可能な引張バネ７は、確実に必要な重量平衡化をするので、第１のバネの平行四辺形１は、探針が変位されなかったとき、水平位置をとる。引張バネ７は、図２では概略が示されているだけである。

接続部材６は第１のバネの平行四辺形１および検出スタイラス支持部１７．４の間に設けられる。接続部材６は、一端を、部材５の上端のバネの継ぎ手２．２と平行なバネの継ぎ手２．３に移動可能なように接続され、もう一端を、バネの継ぎ手２．２と平行な別のバネの継ぎ手２．４に検出スタイラス支持部１７．４において移動可能なように接続される。しかし、検出スタイラス支持部１７．４はこの接続部材６によりまだ十分には支持されていない。この目的のため、垂直に間隔を開けて、垂直のブリッジに支えられた追加の２本の２重関節のある棒２６および２７が、検出スタイラス支持部１７．４に取り付け可能である。このブリッジ２５は、第２のバネの平行四辺形８に取り付けられ、その第２のバネの平行四辺形８は部材２１および部材２２により形成され、それらの２つずつが同じ長さであって組みになって位置し、それらは水平軸をもつ４つのバネの継ぎ手２．５により互いに接続される。この第２のバネの平行四辺形８は、一端の部材２２のｙ方向への平行移動が可能なように、もう一端の部材２２により探針の基部４に取り付けられる。垂直のブリッジ２５は前者の一端の部材２２に取り付けられる。スタイラス球１５．３を含む交換式検出スタイラス１５．２の長さが計測結果に影響をおよぼさないので、この装置を使用して、確実に検出スタイラス支持部１７．４が、Ｘ、ＹおよびＺ方向に同時に変位可能であるが、長さ方向の軸Ａ２に対して平行に移動するのみである。

図２からまたわかるのは、検出スタイラス１５．２は一種の（取り換え可能な）板１５．１の上に装着されていることである。板１５．１は、スタイラス機器１７の検出スタイラス支持部１７．４に取り付け可能である。本発明にかかるレバーシステムにより取り付け可能であるが、図２には示されていない。

歯車計測装置１０は、スタイラス球１５．３を試験するワークに対して垂直におよび半径方向に進め、検出スタイラス１５．２の長さ方向の軸Ａ２が、水平位置をもち、スタイラス球１５．３が所定の位置でワーク１１に接するまで、ワーク１１を同時に回転させる。全ての任意の歯の形状を計測するために、ワーク１１の歯の湾曲表面は、垂線方向の任意の地点に接触可能である。この目的のため、検出システム１５は、上に説明したように、空間の３座標方向Ｘ、ＹおよびＺに変位可能である。

そのような非接触で、徐々に変位する計測装置は、３つの座標軸方向Ｘ、ＹおよびＺにより定義される空間内で、スタイラス球１５．３の全ての変位を記録する。もし２つの座標のスタイラス機器が使用されるならば、２つの座標方向のみの変位が検知可能である。

本発明にかかるレバーシステムは、座標Ｙ方向上の中央の位置に探針システム１５を保持するように、構成されて位置される。スタイラス球１５．３は、どちらの側からワーク１１に接触するかにより、Ｙ座標方向の正および負の方向の両方に中央の位置から変位可能である。図２に基づいて、具体例の目的で説明されているように、平行四辺形システム１および２により探針の基部４へ機械的に接続されている。この装置の精密な実施例は、上に記載した独国特許第ＤＥ１９７２１０１５号から推論される。

探針システム１５は極端に繊細であって、高速計測中に重要なのは、座標軸Ｘ、ＹおよびＺにより定義される空間の中で動く間またはワーク１１が軸Ａ１の周りを動く間に、探針システム１５がワーク１１と衝突しないことである。加えて、計測手順によりもう１つの探針システム１５が使用されねばならない。

したがって、最初の部分で既に説明したように、交換式探針システム１５が好ましくは使用される。

本発明にかかるレバーシステムの第１の実施の形態は図３Ａ−図３Ｊから推論される。これらの図は、異なる位置にあるスタイラス機器１７の前部および板１５．１を通した部分を示す。探針システム１５自体のさらに詳しいことはこれらの図には示されていない。スタイラス装置１７は、図３Ａ−図３Ｊに示された実施の形態では、例えば、前位端に円筒状の接続領域１７．１をもち、これは灰色で示される。この接続領域１７．１は、例えば、探針の基部４に機械的に接続される。探針システム１５は、板形状の部材１５．１（取り換え可能な板）を備え、その部材１５．１は、図３Ａ−図３Ｊに示された手順から推論可能なように着脱自在である。探針システム１５は、位置０において（図３Ａ）、永久磁石１５．４の吸引力によりスタイラス機器１７に接続される。図に示されているように、本発明にかかる機械的なレバーシステムが設けられ、探針システム１５が引き出されたとき、探針システム１５をスタイラス機器１７とともに交換位置まで移動させ、同時に、探針システム１５から永久磁石１５．４を空間的に離すので、探針システム１５に作用する吸引力を減少させる。位置０から交換位置（前位端位置とも呼ばれる）への移動は図３Ａから図３Ｄに示されている。

永久磁石１５．４の位置は、図３Ａに示されているように、磁石１５．４およびスタイラス機器１７のレバー部材１７．２の間の空気のすき間ができるように、好ましく選択される。示された実施の形態では、以下のような機械的構成が実現される。接続領域１７．１が、Ｙ座標軸と本質的に平行に存在する少なくとも１つのピン１７．３とともに設けられる。レバー部材１７．２は、ピン１７．３により、所定の方向に沿って移動可能であるために、例えば穴の形状の案内を備える。円筒状の支持部材１７．４が設けられ、その支持部材１７．４は、本発明にかかるレバーシステムおよび探針の他の部材を環状に囲む。円筒状の支持部材１７．４は内側に突き出た延長部１７．５をもち、その延長部１７．５はＺ座標軸に対して本質的に平行に存在する。延長部１７．５は、レバー部材１７．２の脚部を案内する凹部１７．６をもつ。加えて、延長部１７．５は、示された典型的な実施の形態で、レバー部材１７．２用の停止部１７．７とともに設けられる。弾性部材１９（この例では引っ張りバネ）は、例えば、延長部１７．５およびレバー部材１７．２の間に位置される。示されている例では、弾性部材１９は軸Ａ２に対して本質的に平行に存在するが、必ずしもそうである必要はない。目盛り２０の０設定により図３Ａで示される位置０では、板１５．１は、レバー部材１７．２、延長部１７．５および円筒状の支持部材１７．４をもつレバー装置により、磁石１５．４により発生する力で、スタイラス機器１７に堅固に接続されている。レバー部材１７．２、延長部１７．５および円筒状の支持部材１７．４をもつレバーシステムは、位置０（計測位置）で機械的に安定な仕組みを形成し、ピン１７．３により所定の方向に沿って板１５．１と連結して移動可能である。板１５．１は、例えば、図２とともに説明したように、歯車計測中心１０により変位が検知可能な状態で吊り下がっている。

示されている典型的な実施の形態により、Ｙ座標軸の正方向への移動方向は、−Ｙ方向への移動方向よりも大きい。したがって、図３Ｂに示されているように、付随的な衝突防止が実現可能であり、以下のように機能する。もし板１５．１の上のスタイラス球１５．３および検出スタイラス１５．２を介して＋Ｙ方向に作用する大きすぎる制限する力Ｆ１が発生したとすると、探針システム１５をもつレバーシステム全体が、接続領域１７．１の方向へ着座するまで移動する。図３Ｂに示されているこの位置は、後位端位置と呼ばれる。目盛り２０に基づいて示されているように、これは同時に、スタイラス機器１７の計測範囲の後方限界である。

スタイラス機器１７は計測範囲の前方限界もあり、それは図３Ｃに示されている。もし力Ｆ２が探針システム１５の−Ｙ方向に作用し、レバーシステム全体を−Ｙ軸の方向へ移動させるならば、この限界位置がとられる。停止部１７．８はピン１７．３の上に設けられ、レバーシステム全体との連結移動の一端を構成する。図３Ｃでは計測範囲の前方限界に達している。ピン１７．３に連結してさらに平行移動することはもはや不可能である。負の変位方向の計測範囲は、このようにして、限界を設定される。目盛り２０は、示されている例では位置−１に達している。示されている実施の形態では、計測範囲のこの前方限界は、同時に、レバーシステムによる本発明にかかる機械的レバーの作動開始位置である。後位端と前方限界の間で、本発明にかかるレバーシステムは、レバーシステムの部材が互いに傾斜、回転または移動することなしに、探針システム１５と連結して本質的に移動する。

レバーの動作は図３Ｃから図３Ｅに基づいて説明される。もし図３Ｄに示されているようにＦ３＞Ｆ２の力Ｆ３が探針システム１５に作用したならば、磁力により吸引されるレバー部材１７．２もこの動きについていこうとする。ピン１７．３の停止部１７．８に抗して押すレバー部材１７．２は後方に残され、図３Ｄに示された前位端に達するまで、空気のすき間１８が広げられる（例えば、目盛り２０は−２である）。広げられた空気のすき間のため、減少した力のみがまだスタイラス機器１７および板１５．１の間に作用する。次に、検出スタイラス１５．２および球体１５．３を含む板１５．１を比較的容易に取り外せる。この目的のため、例えば図３Ｃの力Ｆより小さい力Ｆのみが必要である。支持部材１７．４の周囲のカラー１７．９が接続領域１７．１の停止領域１７．０に抗して押すけれども、弾性部材１９およびレバー部材１７．２を含む支持部材１７．４は、連結して−Ｙ方向にさらに動くことはできない。

図３Ｅに対応する図が示されている。この図では板１５．１のないスタイラス機器１７が示されている。スタイラス機器１７は、本発明にかかるレバーシステムにより前位端に保持されている。これは、例えばレバーシステム１７．２が延長部１７．５に対して弾性部材１９により傾けられるので、示されている例で実行される。レバー部材１７．２のアーム１７．１１は、接続領域１７．１に対して支持され、接続領域１７．１の停止領域１７．１０に対して−Ｙ方向にレバーシステムを押す。支持部材１７．４は、このように、接続領域１７．１のＸおよびＺ方向に付随的に固定される。これは利点である。なぜなら、もしそうでないならば、板１５．１の重さが加わらないために、スタイラス機器１７がＺ方向に変位するからである。

図３Ｆでは板１５．１が再装着される。空気のすき間１８は、また、比較的広く、わずかな吸引磁力のみが作用している。したがって、板１５．１は、スタイラス機器１７のレバーシステムに対してとても緩く取り付けられているだけである。レバーシステムを含むスタイラス機器１７は、また、前位端に位置される。レバーシステムを含む板１５．１は位置０に移動する（目盛り２０を参照）だけであり、力Ｆが板１５．１に抗して＋Ｙ方向に押されるとき、空気のすき間１８は同時に減少する（図３Ｇ参照）。バネ１９の元に戻る力は、まだ、後退位置にあるレバーシステムを保持するのに十分である。

もしスタイラス機器１７のレバーシステムを含む板１５．１が、図３Ｈに示されているように、遠位端のより近くへ移動するならば、磁力はバネ１９の力よりも強くなり、レバー部材１７．１が板１５．１の方向へ引かれる。示されている例では、目盛り２０の位置２および位置３の間でこの移行がおこる。図３Ｉでは、板１５．１がスタイラス機器１７に連結されている位置が示されている。もし力Ｆがなくなると、システム全体は位置０に戻り、それは図３Ｊで示されている。

探針システム１５が複数の自由度で変位可能であるように、かつ、スタイラス機器１７が、変位についての情報を表す信号を生成するように、探針システム１５を備えるスタイラス機器１７が、機械的に、計測中心（例えば、歯車計測中心）に接続される。例えば上記信号は光学的に生成されてもよい。しかし、歪みゲージおよび／または他の部材が、動作を信号に変換するために使用可能である。歯車計測機器１０のさらに詳しいことは図には示されていない。

代わりの実施の形態では、永久磁石がスタイラス機器の側部に位置される。すなわち、永久磁石が、着脱自在の板１５．１の一部ではない。複数の磁石が設けられてもよい。

本発明の好ましい実施の形態では、探針システム１５を位置０から交換位置へ移動させるために、張力Ｆ２が加えられる。それにより、永久磁石１５．４および探針システム１５との間にすき間が空く。永久磁石１５．４と探針システム１５の間に空間が空くことにより、交換位置において探針システム１５を取り外すとき、位置０において永久磁石１５．４と探針システム１５の間に作用する吸引力（保持力とも呼ばれる）より小さい張力Ｆ３が加えられる。

歯車計測機器１０の保持力は、典型的には１０Ｎから５０Ｎの間である。１５Ｎから２５Ｎの間の保持力の実施の形態が特に好ましい。本発明にかかるレバーシステムの実施例により、交換位置にある板１５．１を取り外すために必要な力は減り、典型的には保持力の２０％から５０％である。取り外すために加えられる力Ｆ３は保持力の関数であり、レバーシステムの個々の部材の配置の関数でもある。レバーシステムのレバーアームを長くすることにより、板１５．１を取り外すために必要な力Ｆ３は減らせる。

本発明の好ましい実施の形態では、スタイラス機器１７を保護するために、統合された機械的衝突保護部が設けられる。この衝突保護部は、好ましくは以下のように実現可能である。機械的レバーシステムは、スタイラス機器１７の方向に探針システム１５と連結して移動可能であるように設計される。もし制限する力Ｆ１が発生すると、衝突保護を確実にするために、停止に抗してレバーシステムとともに探針システム１５が押される。これに関する典型的な詳細は図３Ｂから推論される。そのような衝突保護を設けることは任意である。

計測中心の計測範囲の前方限界が限界手段１７．８によりあらかじめ決められているように、機械的レバーシステムが好ましくは設計される。この限界手段を設けることは任意である。そのような限界手段を実現する種々の方法および可能性がある。

もし負のＹ座標方向に探針システム１５に作用する張力Ｆが加えられるならば、レバーシステムとともに連結して探針システム１５が移動するように、第１の部分に及んだ後この連結した移動が終了するように、そして張力Ｆ２をさらに加えることによりレバーシステムを始動させるように、機械的レバーシステムが設計されるので、図３Ａから図３Ｊにより示される特別な実施の形態で、本発明が区別される。永久磁石１５．４は、このレバーシステムの始動により、第１に探針システム１５から引き離される。探針システムを装着するとき、第１の部分の終わりに到達したように感じ、次に引き離されだしたと感じるので、この種の実施の形態は特に有利である。この実施の形態は、直感的に動作し、もし任意のロックと組み合わされるならば、許されない負荷や歪みに対する保護を提供する。

好ましい実施の形態では、永久磁石１５．４および対向する金属の板の間に空気のすき間１８が設けられる。０．１ｍｍから０．５ｍｍの幅の空気のすき間がよいとわかった。スタイラス機器１７を含む探針１５が交換位置に移動したとき、空気のすき間１８の幅は、レバーシステムの効果により、好ましくは１００％から２００％広がる。

位置０から交換位置への移動の間に及んだ第１の部分は好ましくは１ｍｍから２ｍｍである。スタイラス機器１７から探針システム１５を引き離すために必要な距離は、好ましくは５ｍｍ以下であり、特に好ましい実施の形態では、１ｍｍから３ｍｍの範囲である。

レバーシステムは、好ましくは、弾性部材または複数の弾性部材の組合せとしてのバネ１９を備え、それらにより固定する。

探針システム１５が取り外された後にレバーシステムを固定するために、例えば、レバーシステムのレバー部材１７．２がスタイラス機器１７の一部に抗して後方（すなわち正のＹ座標方向）に押し、弾性部材としてのバネ１９により加わる保持力が、好ましくは、スタイラス機器１７の端に抗して前方（−Ｙ方向）にレバー部材１７．２を押す実施の形態が好ましい。そのような固定を設けることは任意である。

永久磁石１５．４および探針システム１５の間のすき間を縮めるために、押す力Ｆが探針システム１５に抗して押すので、探針システム１５または板１５．１の交換可能な構成をもつもう１つの探針システムが、スタイラス機器１７に取り付け可能となるように、レバー装置が好ましくは実現される。

もう１つの好ましい実施の形態では、永久磁石の取り外しが、Ｘおよび／またはＺ方向を向いた力により開始されるように、レバーシステムが実現される。そのような実施の形態では、探針１５．１を交換位置へ移動させるために、探針１５．１を連結してある方向へ第１に移動させることは利点がある。本発明にかかるレバーシステムを使用して、永久磁石の取り外しは、交換位置を乗り越えた後にのみ開始される。

図１および図２に示されているように、探針は、典型的には、着脱自在の探針システム１５および案内システムを備え、案内システムはスタイラス機器１７の一部である。案内システムは、繊細なメカニズムを保護するために主に使用される円筒状のハウジングの中に収容できる。図２に示されている典型的な平行四辺形案内システムに加えて、探針システム１５および計測機器の間を機械的に連結する多数の他の可能性もある。

本発明は交換式探針を備えた計測装置１０、および、例えば独国特許ＤＥ３３２０１２７Ｃ２で説明されているような計測探針を備える計測機器１０で使用可能である。

好ましい実施の形態では、本発明にかかる装置は機械ツールまたは座標歯車計測機器であって、探針自動交換用装置を備えている。または、探針をスタイラス機器と直線に並べ、磁石１５．４の吸引力が探針システム１５を吸引するのに十分になるまで、圧力をレバーシステムに加えることにより移動するロボットアームが設けられる。代わりに、探針システム１５を支えるためにマガジンやそれに似たものの上に移動可能であるように、スタイラス機器１７が実現可能である。この目的のため、磁石１５．４の吸引力が探針システム１５の板１５．１を信頼性をもって保持するのに十分になるまで、スタイラス機器１７が、マガジンに取り付けられた探針システム１５に抗して十分な力で押される。次に、探針システム１５を含むスタイラス機器１７は、計測可能な位置へ移動できる。

手動で実行される作業サイクルは、こうして、部分的にまたは完全に免除される。本発明により、探針システム１５のスタイラス機器１７からの取り外しおよびスタイラス機器１７への装着は比較的単純な移動手順が必要になるだけであるので、この種の目的の自動達成は可能である。

計測機器において、図１および図２に示されているように、水平構成の探針システムが主に使用される。しかし、上から吊り下がっているまたは下に立っている構成の探針が使用される計測機器もある。当然、本発明は上から吊り下がっているまたは下に立っているスタイラス機器１７を備えた計測機器に使用されてもよくて、着脱自在の板が異なる位置で安全に耐えるように磁力が設計されねばならない。

もしスタイラス機器がより精密に実行されたならば、探針システム１５を交換した後の計測中心の較正は免除される。しかし、計測が不正確になるのを避けるために、時々較正が実行されてもよい。

本発明にかかる異なる実施の形態の利点は、比較的強い保持力が単純な手段を使用して実現可能であることである。板１５．１を着脱するとき、吸引力が著しく減少するので、手動操作は比較的容易である。自動チェンジャーを備えた実施の形態は特に有利である。さらに有利なのは、スイッチ、ボタンまたはレバーを作動させなくてもよいので、探針システムが片手のみで交換可能であることである。加えて有利なのは、移動体が従来の目的の達成よりも小さいことである。また、本質的な利点として見られるのは、衝突の際に、空気のすき間が増すので保持力が著しく低下することである。こうして損傷が避けられる。また有利なのは、システムが受動的に動作するので、探針システム１５またはすき間領域にケーブルを引かなくてもよいことである。

本発明にかかる第１の計測機器 探針の機械的構成がより良く見えるようにある程度分解されて示された本発明にかかる第２の計測機器の水平の主軸をもつ３座標の探針の構成図 本発明にかかるレバーシステムをもち、位置０に位置する探針の構成図 図３Ａのレバーシステムをもち、後位端に位置する探針の図 図３Ａのレバーシステムをもち、レバーの作用開始位置に位置する探針の図。 図３Ａのレバーシステムをもち、前位端に位置する探針の図 図３Ａのレバーシステムをもち、探針が取り外されてスタイラス機器が係止された探針の図 図３Ａのレバーシステムをもち、再装着された探針の図 図３Ａのレバーシステムをもち、スタイラス機器とともに位置０へ移動した探針の図 図３Ａのレバーシステムをもち、スタイラス機器とともに後位端に近い方へ移動した探針の図 図３Ａのレバーシステムをもち、スタイラス機器と再連結された探針の図 図３Ａのレバーシステムをもち、最初の位置に戻った探針の図

符号の説明

１ 第１のバネの平行四辺形
２．１ 垂直軸をもつバネの継ぎ手
２．２ 部材５の上端のバネの継ぎ手
２．３ 部材５の上端のバネの継ぎ手２．２と平行なバネの継ぎ手
２．４ バネの継ぎ手２．２と平行な別のバネの継ぎ手
２．５ 水平軸をもつバネの継ぎ手
３ 平行四辺形１の部材
５ 平行四辺形１の部材
６ 接続部材
７ 引張バネ
８ 第２のバネの平行四辺形
１０ 計測機器
１１ ワーク
１３ ドッグ
１４ センタリング手段
１５ 探針システム
１５．１ 板
１５．２ 検出スタイラス
１５．３ スタイラス球
１５．４ 永久磁石
１７ スタイラス機器
１７．１ 接続領域
１７．２ レバー部材
１７．３ ピン
１７．４ 支持部材
１７．５ 延長部
１７．６ 凹部
１７．７ 停止部
１７．８ 停止部
１７．９ カラー
１７．１０ 停止領域
１７．１１ アーム
１８ 空気のすき間
１９ 弾性部材
２０ 目盛り
２１ 平行四辺形８の部材
２２ 平行四辺形８の部材
２５ ブリッジ
２６ 棒
２７ 棒

Claims (11)

1. スタイラス機器（１７）、着脱自在の探針システム（１５）、永久磁石（１５．４）、探針基部（４）および機械的レバー装置（１７．２、１７．３、１７．５、１７．１１）を備えた装置であって、
   上記探針システム（１５）は複数の自由度で変位可能であり、
   上記スタイラス機器は、変位についての情報を表す信号を生成し、
   上記探針システム（１５）は、永久磁石（１５．４）の吸引力により上記スタイラス機器（１７）に接続され、上記機械的レバー装置（１７．２、１７．３、１７．５、１７．１１）を用いて上記スタイラス機器（１７）から取り外し可能であり、
   上記探針システム（１５）は、複数の自由度で変位できるように、互いに直交方向に配置された複数のバネの平行四辺形システム（１，２）を介して探針基部（４）に機械的に連結され、
   探針システム（１５）に作用する張力が加わると、上記機械的レバー装置（１７．２、１７．３、１７．５、１７．１１）を含む上記探針システム（１５）が第１の部分に至るまで連結して移動し、張力がさらに加わると、上記機械的レバー装置（１７．２、１７．３、１７．５、１７．１１）が作動して、上記スタイラス機器（１７）の一部を含む上記探針システム（１５）が上記機械的レバー装置（１７．２、１７．３、１７．５、１７．１１）を用いて空気のすき間（１８）を広げることにより交換位置へ移動するとともに、上記永久磁石（１５．４）が上記探針システム（１５）から引き離され、上記機械的レバー装置（１７．２、１７．３、１７．５、１７．１１）が上記探針システム（１５）の移動により作動して、上記探針システム（１５）および上記スタイラス機器（１７）の間に作用する吸引力が減少することを特徴とする装置。
2. 請求項１に記載の装置であって、
   上記探針システム（１５）が取り付けられるときに固定するために使用される１以上の弾性部材を上記機械的レバー装置（１７．２、１７．３、１７．５、１７．１１）が備えることを特徴とする装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の装置であって、
   探針システム（１５）を交換位置まで移動させるとき、上記永久磁石（１５．４）および探針システム（１５）の引き離しのために、上記吸引力より弱い張力が加えられることを特徴とする装置。
4. 請求項１または請求項２に記載の装置であって、
   上記機械的レバー装置（１７．２、１７．３、１７．５、１７．１１）が上記探針システム（１５）と連結して移動可能であって、上記機械的レバー装置（１７．２、１７．３、１７．５、１７．１１）を含む上記探針システム（１５）が、上記第１の部分を越えて移動するときに停止部（１７．８）に抗することを特徴とする装置。
5. 請求項１に記載の装置であって、
   上記機械的レバー装置（１７．２、１７．３、１７．５、１７．１１）のレバー部材（１７．２）が傾き、上記探針システム（１５）から上記永久磁石（１５．４）が引き離されることを特徴とする装置。
6. 請求項１または請求項２に記載の装置であって、
   上記探針システム（１５）が取り外された後で上記機械的レバー装置（１７．２、１７．３、１７．５、１７．１１）を固定するために、上記機械的レバー装置（１７．２、１７．３、１７．５、１７．１１）のレバー部材（１７．２）が、上記スタイラス機器（１７）の一部に抗して後方に押し、上記弾性部材（１９）により加わる保持力が、上記スタイラス機器（１７）の一部に抗して上記レバー部材（１７．２）を押すことを特徴とする装置。
7. 請求項１または請求項２に記載の装置であって、
   上記探針システム（１５）は、板（１５．１）を有し、
   上記板（１５．１）は、スタイラス機器（１７）の検出スタイラス支持部（１７．４）に取り付け可能であることを特徴とする装置。
8. 請求項１または請求項２に記載の装置であって、
   上記永久磁石（１５．４）および探針システム（１５）の引き離しを縮めるための圧力が上記探針システム（１５）に抗して加わり、上記探針システム（１５）またはこれと交換可能な板（１５．１）の構成を有するもう１つの探針システム（１５）が上記スタイラス機器（１７）に取り付け可能であることを特徴とする装置。
9. 請求項８に記載の装置であって、
   上記圧力を加えることにより、上記探針システム（１５）が後位端位置に移動可能であり、
   上記後位端位置は、上記探針システム（１５）が接続領域（１７．１）に向かって移動し、上記スタイラス機器（１７）の後方限界に達したときの位置であることを特徴とする装置。
10. 請求項１から請求項９のうち１つに記載の装置を備えた計測機器（１０）であって、
    上記計測機器（１０）が２座標または３座標計測機器（１０）である計測機器。
11. 請求項１０に記載の計測機器であって、
    上記計測機器が機械ツールの一部である計測機器。

Images