計測装置
スラストフレームおよび計測フレームを含む、ヘキサポッド型座標計測機のような位置計測装置が記述される。計測フレームは、複数の駆動される伸張可能な脚（８）によって可動プラットフォーム（６）に結合された荷重支持ベース（１０）を含む。計測ベース（１４）を含む計測フレームは、キネマチックマウント１６のようなベース取付け機構によって荷重支持ベース（１０）に取り付けられる。ベース取付け機構は、計測ベース（１４）に伝達される荷重支持ベース（１０）のいかなるひずみも阻止するように配置される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、計測装置、および、特に、分離したスラストおよび計測フレームを有する非デカルト座標計測機械のような、座標計測機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
種々の非デカルト型機械が知られている。例えば、種々のヘキサポッド型の配置が特許文献１、特許文献２および特許文献３に記載されている。
【０００３】
特許文献１は、六本の油圧式の伸張可能な脚によってベースに取り付けられた上方の可動プラットフォームを含む、ヘキサポッド型の工作機械を記述している。各々の駆動される脚は、プラットフォームおよびベース間に設けられた、一体の長さ計測手段または分離した計測脚の配置を含む。
【０００４】
特許文献２は、種々のヘキサポッド型の座標計測機械を記述している。一つの実施例において、ヘキサポッドは、コーナー支持要素に結合された三本の堅いストラットを有する三角形のベース構造を含む。六つの駆動される脚の第一端は、コーナー支持要素に取り付けられ、他方、六つの駆動される脚の第二端は、プラットフォームに取付けられる。プラットフォームは、したがって、駆動される脚の伸張または収縮により、ベース構造に対して動かされる。脚の長さは、ベースの近辺で駆動される脚に、または、ベースのコーナー支持要素に、直接取り付けられたレーザー干渉計を用いて計測される。
【０００５】
特許文献３は、六本の予め較正された計測バーを含む、別のヘキサポッド型の計測構造を記述している。構造はそれの較正のために座標計測機械に置かれる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許第５０２８１８０号明細書
【特許文献２】米国特許第５６０４５９３号明細書
【特許文献３】米国特許第６２２６８８４号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
この発明は、したがって、上述したタイプの従来装置と比較して高い精度の計測を提供できる。特に、そのような計測は、計測装置のスラストフレームに存在する避けられないひずみによって実質的に影響されない。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明の第一の特徴によれば、位置計測装置は、スラストフレームおよび計測フレームを含み、スラストまたは荷重支持フレームは、複数の駆動される伸張可能な脚によって可動プラットフォームに結合された荷重支持ベースを含み、計測フレームは、計測ベースを含み、計測ベースは、ベース取付け手段によって荷重支持ベースに取り付けられており、ベース取付け手段は、計測ベースに伝達される荷重支持ベースのひずみを阻止するように配置される。
【０００９】
この発明は、したがって、スラストフレームおよび分離した計測フレームを有する位置計測装置を提供する。スラストフレームは、荷重支持ベースに対する可動プラットフォームの制御された運動を提供するための複数の駆動される脚を含む。計測フレームのベースは、ベース取付け手段によってスラストフレームのベースに取り付けられる。ベース取付け手段は、荷重支持ベースから計測ベースへ伝達される、いかなる変形力も阻止する。
【００１０】
この発明は、したがって、荷重支持構造に生じるいかなる負荷力も計測構造に伝達されない位置計測装置を提供する。例えば、可動プラットフォームが方向転換されるとき、または、重い対象が荷重支持ベースに置かれたとき、スラストフレームに力が存在する。この発明は、また、スラストフレームの膨張または収縮を生じさせる熱膨張作用が計測構造のひずみをもたらさないことを確実にする。この態様におけるスラストフレームからの計測フレームの分離は、したがって、計測フレームのいかなる実質的なひずみも阻止し、計測精度が低下されないことを確実にする。
【００１１】
有利には、ベース取付け手段は、荷重支持ベースと計測ベースとの間の少なくとも三点の接触を提供する。便利には、ベース取付け手段は、キネマチックマウントを含む。キネマチックマウントは、決して本質的ではないが、いかなる余分の拘束も提供することなく、計測ベースと荷重支持ベースの間の六自由度を拘束するので好ましい。
【００１２】
キネマチックマウントは、例えば、円錐、Ｖ溝および平面の配置を含む。このタイプのキネマチックマウントは、荷重支持ベースのいかなる変形力も計測ベースに伝達されないという態様で、計測ベースが荷重支持ベースに取り付けられることを可能にする。さらに、そのようなキネマチックマウントは、荷重支持ベースに対する計測ベースの正確かつ再現可能な位置決めを可能にする。有利には、ベース取付け手段は、計測ベースを荷重支持ベースに実質的に平行に維持する。
【００１３】
計測ベースは、便利には、荷重支持ベースの下方に装架される。このことは、計測ベースが装置への接近に干渉することを防止する。計測ベースと荷重支持ベースを接触下に保つために、ベース取付け手段は、便利には、少なくとも一つの磁石を含む。一またはそれ以上の磁石が、必要に応じて、計測ベースおよび／または荷重支持ベースに固定され、ベースは、磁石の吸引作用によって互いに強く引かれる。そのような配置において、計測ベースおよび荷重支持ベースの少なくとも一つは、有利には、適切な磁気材料を含む。代わりに、ベース取付け手段は、計測ベースと荷重支持ベースを接触下に保つために、柔軟性の接着剤または柔軟性の機械的構成要素を含む。有利には、一つの軸に沿って柔軟であり、他の二つの軸に沿って堅固である柔軟性の機械的構成要素が、計測フレームとスラストフレームのキネマチックカップリングを創生するような配置で使用される。
【００１４】
有利には、計測ベースは、複数の相互に連結されるストラットを含む。例えば、そのようなストラットの三角形の配置が設けられる。
【００１５】
有利には、計測フレームは、スラストフレームと異なった熱膨張係数を有する。好ましくは、計測フレームは、スラストフレームより小さな熱膨張係数を有する。計測フレームは、有利には、小さい熱膨張係数を有する。有利には、計測フレームは、１５ｐｐｍ／℃より小さい、さらに好ましくは、１０ｐｐｍ／℃より小さい、さらに好ましくは、５ｐｐｍ／℃小さい、さらに好ましくは、３ｐｐｍ／℃より小さい、さらに好ましくは、２ｐｐｍ／℃より小さい、または、さらに好ましくは、１ｐｐｍ／℃より小さい熱膨張係数を有する。
【００１６】
計測フレームは、便利には、その正確な組成に依存する、ほぼ０．５〜１．５ｐｐｍ／℃の熱膨張係数を有する、ニッケル−鉄合金であるＩＮＶＡＲ（登録商標）から形成される。代わりに、計測フレームは、ＺＥＲＯＤＵＲ（登録商標）のようなガラスセラミック材料から形成される。ＺＥＲＯＤＵＲは、正確な組成に依存する、ほぼ０．０２ｐｐｍ／℃またはそれより小さい熱膨張係数を有する。そのような低い熱膨張係数は、スラストフレームを形成するのに用いられるアルミニウム（２３ｐｐｍ／℃）または黄銅（１９ｐｐｍ／℃）のような従来の材料のそれよりも一桁以上小さいことが理解される。
【００１７】
低い熱膨張係数を有する材料（例えば、ＩＮＶＡＲ）から作られる計測フレームを提供することは、温度の変化で導入される、いかなる実質的な計測エラーも防止する。しかしながら、そのような材料は、多くの場合機械加工が難しく、典型的に、アルミニウムのような標準の工場材料より実質的により高価である。この発明は、したがって、ＩＮＶＡＲのような材料の計測上の利点と、アルミニウムと結びついた製造の容易さを結合しており、例えば、ＩＮＶＡＲの計測フレームは、アルミニウムのような伝統的な材料から作られるトラストフレームと結合される。
【００１８】
便利には、計測ベースは、複数の伸張可能な計測脚によって可動計測プラットフォームに結合される。計測プラットフォームは、便利には、プラットフォーム取付け手段によって可動プラットフォームに取り付けられる。プラットフォーム取付け手段は、好ましくは、計測プラットフォームに伝達される可動プラットフォームのひずみを阻止するように配置される。このことは、計測フレームの計測プラットフォームに伝達される、スラストフレームの可動プラットフォームからのいかなる変形力も阻止する。プラットフォーム取付け手段は、便利には、荷重支持プラットフォームと計測プラットフォームとの間に少なくとも三つの接触点を設ける。有利には、プラットフォーム取付け手段は、キネマチックマウントを含む。
【００１９】
この態様において、計測プラットフォームは、スラストフレームの可動プラットフォームと共に動くように配置される。プラットフォーム取付け手段は、ベース取付け手段と同様のタイプであり、計測プラットフォームに伝達される可動プラットフォームのいかなるひずみまたは力も阻止する。この態様において、計測プラットフォームは、また、荷重支持プラットフォームのいかなるひずみからも分離される。計測プラットフォームおよびスラストフレームの可動（荷重支持）プラットフォームは、プラットフォーム取付け手段によって実質的に平行に維持される。
【００２０】
有利には、計測脚の端部が、複数の計測継手によって、計測ベースおよび計測プラットフォームに取り付けられる。好ましくは、上述の計測継手はボール継手を含む。ボール継手は、計測目的にとって好ましい、高度に正確な位置決めを提供する。
【００２１】
好ましくは、駆動される伸張可能な脚の端部は、複数の荷重支持継手を介して荷重支持ベースおよび可動プラットフォームに取り付けられる。荷重支持継手は、便利には、フック継手のような多軸回転継手である。フック継手は、高い荷重支持、低い摩擦能力を備える。
【００２２】
便利には、旋回継手の結合組立体が、計測継手および荷重支持継手の双方を提供する。旋回継手組立体は、有利には、二またはそれ以上の回転軸の周りに回転運動を提供する多軸回転継手部を含み、該二またはそれ以上の回転軸は、実質的に交点で交差しており、および、該交点の近辺に位置されるボールを含むボール継手部を含む。有利には、旋回継手の結合組立体は、ボール継手の回転中心が、実質的に、多軸回転継手の回転中心と一致するように配置される。そのような旋回継手の結合組立体は、この出願と共通の優先権を主張している、出願人の同時係属の国際（ＰＣＴ）特許出願（代理人参照番号；７３１）により詳細に記述される。そのような結合継手が使用されるなら、装置は、便利には、複数の結合脚を含み、各々の結合脚は、計測構造および機械的に分離している荷重支持構造を含む。このタイプの伸張可能な脚組立体は、英国特許出願第０６１１９８５．３（代理人参照番号；６９３）から優先権を主張している出願人の同時係属の国際（ＰＣＴ）特許出願に、より詳細に記述される。
【００２３】
好ましくは、装置は、較正装置を含み、較正装置は、荷重支持ベースに取り付けられる。好ましくは、較正装置は、荷重支持ベースに対して、再現可能に置くことができる。装置は、少なくとも一つの突出する較正メンバー、例えば、その遠位端にボールを有するシャフトを含む。双方が荷重支持ベースに再現可能に（例えば、キネマチックに）取り付けられる較正装置および計測ベースを有することは、計測ベースに対して既知の位置を有する較正装置を提供する。このことは、計測フレームを用いて行なわれる計測の較正を可能にする。
【００２４】
有利には、伸張可能な脚の伸張を制御するために制御器が設けられる。制御器は、適切にプログラムされるコンピュータである。
【００２５】
有利には、スラストフレームの可動プラットフォームは、それに堅固に固定されたクイルを有する。クイルは、それに取り付けられたか、または取り付けうる計測プローブを有するように配置される。計測プローブは、任意の既知のタイプのものである。有利には、計測プローブは、スライラスの運動の少なくとも一つの付加的な回転軸を提供するための連接するヘッドを含む。
【００２６】
有利には、荷重支持ベースは、測定される対象を支持するためのワークピーステーブルトップ（例えば、花崗岩の厚板）を含む。荷重支持ベースは、便利には、例えば、ワークピーステーブルトップが取り付けられる支持フレームを含む。
【００２７】
荷重支持ベースは、直接または適切な脚を介して、床に置かれ、荷重支持プラットフォームは、その上に置かれる。代わりに、荷重支持ベースは、プラットフォームが荷重支持ベースの下方に置かれる場合において、さらなる支持構造（例えば、堅固なフレーム）によって支持される。
【００２８】
好ましくは、装置は、三本またはそれ以上の駆動される伸張可能脚を含む。例えば、ヘキサポッド型の配置は、六本の駆動される伸張可能脚を有するように提供される。これらの脚は、上述のような一体の長さ計測手段を含むか、または、複数の分離した計測脚が設けられる。
【００２９】
この発明の更なる特徴によれば、位置計測装置は、スラストフレームおよび計測フレームを含み、スラストフレームは、複数の駆動される伸縮可能脚によって可動プラットフォームに結合される荷重支持ベースを含み、計測フレームは、計測ベースを含み、取付け器具が、計測ベースを荷重支持ベースに取り付けるために設けられ、取付け器具は、計測ベースに伝達される荷重支持ベースのひずみを阻止するように配置される。
【００３０】
この発明のさらなる特徴によれば、位置計測装置は、スラストフレームおよび計測フレームを含み、計測フレームは、スラストフレームより低い熱膨張係数を有する。
【００３１】
この発明の更なる特徴によれば、位置計測機械は、スラストフレームおよび計測フレームを含み、スラストフレームは、一またはそれ以上の支持脚を介して基部に接しており、計測フレームが、直接、該一またはそれ以上の支持脚に取り付けられることで特徴づけられる。計測フレームは、したがって、スラストフレームには取り付けられず、基部から（例えば、床から）離れて計測フレームを保持する支持脚に取り付けられる。この配置は、スラストフレームに置かれる荷重による計測フレームのいかなる意味のある変形も阻止する。
【００３２】
この発明のさらなる特徴によると、座標計測機械のベース部は、計測ベースおよび荷重支持ベースを含み、計測ベースは、複数の計測脚に取り付け可能であり、荷重支持ベースは、複数の駆動される脚に取付け可能であり、計測ベースは、荷重支持ベースから計測ベースに伝達されるいかなる変形力も阻止するベース取付け手段によって荷重支持ベースに取り付けられている。
【００３３】
次に、この発明は、添付した図面を参照して、実施例のみによって説明される。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】この発明のヘキサポッド型座標計測機の側面図である。
【図２】図１に示されたヘキサポッドの平面図である。
【図３】図１および図２に示された種類の伸張可能な駆動脚を詳細に示す図である。
【図４】分離した荷重支持および計測経路を有する継手を示す図である。
【図５】分離した荷重支持および計測経路を有する別の継手を示す図である。
【図６】この発明の別のヘキサポッド型座標計測機を示す図である。
【図７】空間的に離れた荷重支持および計測フレームを有する、この発明のヘキサポッド型座標計測機を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
図１および図２を参照すると、この発明のヘキサポッド型座標計測機２が図示される。特に、図１および図２は、それぞれ、ヘキサポッド型座標計測機２の側面および平面図である。
【００３６】
ヘキサポッド型座標計測機２は、ベース部４および六本の伸張可能な脚８によって空間的に隔たる可動プラットフォーム部６を含む。
【００３７】
ベース部４は、複数の支持脚１２を介して設置された、花崗岩の厚板のような荷重支持ベース１０を含む。ＩＮＶＡＲ製のストラット１５からなる三角形の枠組みを含む計測ベース１４は、マウント１６によって荷重支持ベース１０の下方に装架される。各々のマウントは、磁石またはキネマチックな位置決め手段を含む。マウント１６は、荷重支持ベース１０から計測ベース１４へ、力および荷重が伝達されないような態様で、計測ベース１４が、荷重支持ベース１０に対して、よく定められた、再現可能な位置に維持されることを確実にするように配置される。三つの継手１８が、荷重支持ベース１０および計測ベース１４を伸張脚８に分離して結合するように設けられる。
【００３８】
可動プラットフォーム部６は、荷重支持プラットフォーム２０および計測プラットフォーム２２を含む。計測プラットフォーム２２は、ＩＮＶＡＲ製のストラット２３からなる三角形の枠組みを含み、マウント３０を介して荷重支持プラットフォーム２０に取り付けられる。マウント３０は、計測プラットフォーム２２に対して荷重支持プラットフォーム２０を位置づけるが、荷重が荷重支持プラットフォーム２０から計測プラットフォーム２２に伝達されないように配置される。三つの継手３２が、荷重支持プラットフォーム２０および計測プラットフォーム２２を伸張脚８に分離して結合するように設けられる。この実施例においては、マウント３０および継手３２は、ベースのマウント１６および継手１８と同じタイプである。
【００３９】
クイル２４が荷重支持プラットフォーム２０の下方に取り付けられ、球状のスタイラスチップを備えるスタイラス２８を有する計測プローブ２６を保持するように配置される。計測プローブは、タッチトリガープローブまたは既知のタイプの任意の計測プローブである。
【００４０】
ベース部４および可動プラットフォーム部６を結合する六本の伸張可能な脚８は、それぞれ、荷重支持構造（点線３２で示される）および計測構造（実線３４で示される）を有する。脚８の計測構造３４は、荷重支持構造３２から機械的に分離されている。伸張可能な脚８は、また、脚を伸張／収縮するための駆動手段（例えば、モータ）を含む。脚８の計測構造３４は、ＩＮＶＡＲから形成され、また、脚の長さを計測するための手段（例えば、光学エンコーダ）を含む。伸張可能な脚８の構造は、図３を参照して以下に詳細に説明される。
【００４１】
ベース部４の継手１８および可動プラットフォーム部６の継手３２は、荷重支持ベース１０が、伸張脚の荷重支持構造３２を介して荷重支持プットフォーム２０に結合されることを可能にする。同じ継手１８は、また、計測ベース１４が、脚の計測構造を介して計測プラットフォーム２２に結合されることを可能にする。継手および脚の配置は、分離した荷重および計測フレームが設けられるというものであり、それによって、荷重支持要素のいかなるひずみも計測フレームのひずみを起こさないことを確実にする。さらに、計測フレーム（すなわち、計測ベース１４、計測プラットフォーム２２および伸張脚の計測構造３４）は、全て、ＩＮＶＡＲ（登録商標）から形成される。ＩＮＶＡＲは、低い熱膨張係数を有し、計測フレームは、したがって、熱環境のいかなる変化によっても実質的に影響を受けない。計測フレームおよび荷重支持フレームの間のキネマチックマウント１６および３０は、また、計測フレームのひずみが、装置の荷重支持経路の熱膨張によって引き起こされないことを確実にする。
【００４２】
使用にあたり、計測される物体（例えば、ワークピース）が荷重支持ベース１０に置かれる。各々の伸張可能な脚８の長さは、関連したコンピュータ制御器２５によって制御される。種々の脚の長さの変更は、可動プラットフォーム部６、および、それゆえに、クイル２４がベースに対して動かされることを可能にする。この配置は物体の形状が計測されることを可能にする。
【００４３】
図３を参照すると、上述したヘキサポッドの伸張可能な脚８が図示される。
【００４４】
伸張可能な脚８は、外部管状部４０および内部管状部４２を含む。内部管状部４２は、外部管状部４０内をスライド可能であり、それによって、伸縮自在な伸張可能脚を形成する。内部および外部管状部が図３に示されるが、任意の種類の伸縮配置が設けられるということが留意されるべきである。駆動手段４４は、要求に応じて、脚の展開および収縮を可能にする。駆動手段４４は、図３に模式的に図示され、内部および外部の管状部の間の相対的な軸方向の運動を導く任意の配置を含む。例えば、駆動手段は、油圧ピストン、ねじジャッキであり、または、電気的な駆動配置を含む。使用にあたって、駆動手段４４は、要求に応じて、伸張可能な脚の展開および収縮を生ぜしめ、それにより、ベース部４および可動プラットフォーム部６を離れさせ、または、同時に引き寄せる。荷重は管状部を介し伸張可能な脚８を通して伝達される。
【００４５】
管状（荷重支持）部４０および４２に加えて、伸張可能な脚８は、また、分離した計測構造を含む。計測構造は、第一計測メンバー４６および第二計測メンバー４８を含む。
【００４６】
第一計測メンバー４６は、光学スケールが形成される長尺のメンバーである。脚８の軸に沿った第一計測メンバー４６の第一端の運動は、継手３２の近辺のみに制限される。第一計測メンバー４６の第二端は、横方向の動きを妨げるために囲繞する内部管状部４２によって支持されているが、縦方向に移動するのは自由である。
【００４７】
第二計測メンバー４８は、また、長尺メンバーの形状である。脚８の軸に沿った第二計測メンバー４８の第一端の運動は、継手１８の近辺のみに制限される。第二計測メンバー４８の第二端は、したがって、放射方向の動きを妨げるために囲繞する外部管状部４０によって支持されているが、縦方向に移動するのは自由である。第二計測メンバー４８の第二端は、第一計測メンバー４６の光学スケールを読み取るために好適な光学読取ヘッド５０を支持する。この態様で、第一および第二メンバーの間のいかなる相対的な運動も計測される。図３に光学スケールおよび読取ヘッドが図示されるけれども、非光学的位置エンコーダ（例えば、磁気式または静電容量式システム）が代替的に使用されることが留意されるべきである。
【００４８】
第一および第二計測メンバー４６および４８は、上述したように、低い熱膨張係数を有する材料であるＩＮＶＡＲで形成される。また、第一および第二計測メンバー４６および４８は、脚の内部および外部管状部４０および４２によって、軸方向に拘束されないことが記憶されるべきである。したがって、いかなる熱膨張または内部および外部の管状部４０および４２のひずみも、第一および第二の計測メンバー４６および４８に伝達されない。
【００４９】
各々の伸張可能な脚８は、したがって、その脚の荷重支持構造のいかなる熱膨張または収縮によっても影響されない、長さの計測のための一体の計測手段を有する。配置は、したがって、荷重が伝達されない計測構造を提供する。換言すると、伸張可能な脚８は、計測構造（すなわち、計測メンバー４６および４８）から分離した荷重支持構造（すなわち、管状部分４０および４２）を含むといえる。
【００５０】
次に図４を参照すると、上述のヘキサポッドの継手３２がより詳細に示される。上に概説されたように、継手３２は、二本の伸張可能な脚８ａおよび８ｂの荷重支持および計測構造が、それぞれ、荷重支持プラットフォーム２０および計測プラットフォーム２２に連結されることを可能にする。
【００５１】
継手３２は、伸張可能な脚８ａの内部管状部４２の端部に位置される第一荷重支持端部メンバー６０ａを受け入れるように配置される。脚８ａの計測メンバー４６ａは、また、継手３２によって受け入れられる。第二荷重支持端部メンバー６０ｂおよび計測メンバー４６ｂは、また、第二の伸張可能な脚８ｂから受け入れられる。
【００５２】
継手３２は、荷重支持プラットフォーム２０に固定される中央荷重構造６４を含む。第一キャリッジ６６が、第一回転軸Ａの周りを回転できるような態様で、ベアリング６８を介して中央荷重構造６４に装架される。第一荷重支持端部メンバー６０ａは、それが、ベアリング７０を介して第一キャリッジ６６に回転可能に装架されることを可能にする突出部を有し、その結果、それは第二回転軸Ｂの周りを回転することができる。軸ＡおよびＢは、Ｃ点で実質的に交差し、第一荷重支持端部メンバー６０ａが交点または中心点Ｃの周りを二回転自由度で回転することを可能にする。
【００５３】
第二キャリッジ８０は、また、第一回転軸Ａと実質的に一致する軸の周りを回転できるような態様で、ベアリング８２を介して中央荷重構造６４に装架される。第二荷重支持端部メンバー６０ｂは突出部を有し、ベアリング８４を介して第二キャリッジ８０に回転可能に装架されており、その結果、実質的に中心点Ｃと交差する別の回転軸Ｄの周りを回転することができる。この態様において、継手３２は、また、第二荷重支持端部メンバーが中心Ｃの周りを二回転自由度で回転することを可能にする。
【００５４】
中央荷重構造６４は、長尺メンバー９０が通される孔を有する。長尺メンバー９０の一端部は計測プラットフォーム２２に取り付けられ、一方、他端部は、ボール９２を有する。ボール９２の中心は実質的に中心Ｃに一致するように配置される。二本の伸張可能な脚の計測メンバー４６ａおよび４６ｂは、ボール９２と直接接触する。適切なソケット（図示されない）が計測メンバー４６ａおよび４６ｂの端部をボール９２との接触下に維持するために用意され、または、計測メンバーは、そのような接触を提供するためにバネ付勢される。長尺メンバー９０は中央構造６４の孔を通されるが、継手構造の任意の適切な部分を通ることが留意されるべきである。
【００５５】
継手３２は、したがって、図３に関連して上述されたタイプの二本の伸張可能な腕が荷重支持および計測プラットフォームに取り付けられることを可能にする。外方のフック継手配置は、荷重支持カップリングを提供し、一方、計測経路はボールジョイントを介して提供される。
【００５６】
この実施例において、ベース部４の継手１８の構造は、可動プラットフォーム部６の継手３２の構造に類似しており、継手１８は、荷重支持ベース１０および計測ベース１４に分離したカップリングを提供する。
【００５７】
図５を参照すると、図４を参照して説明された継手の変形例が図示される。図５に示された継手１００は、単一の伸張可能な脚を荷重支持および計測プラットフォームに接続するのに適している。これは、図１から図４を参照して説明されたヘキサポッド設計の変形例が実施される場合に、例えば、英国特許出願第０６１１９７９．６号（代理人参照番号６９１）の優先権を主張する我々の国際（ＰＣＴ）特許出願に記載されているタイプのヘキサポッドにおいて要求される。
【００５８】
継手１００は、第一回転軸Ａの周りを回転できる態様で、ベアリング１０６を介して中央荷重構造１０４に装架されるキャリッジ１０２を含む。荷重支持構造１０４は、荷重支持プラットフォーム１０５に装架される。伸張可能な腕からの荷重支持端部メンバー１０８は突出部を有し、ベアリング１１０を介してキャリッジ１０２に回転可能に装架され、その結果、第二回転軸Ｂの周りを回転可能であり、軸Ａおよび軸Ｂは実質的に点Ｃで交差する。この態様において、継手１００は、荷重支持端部メンバー１０８が二回転自由度で中心Ｃの周りを回転するのを可能にする。
【００５９】
中央荷重構造１０４は、長尺メンバー１１２が通される孔を有する。長尺メンバー１１２の一端は、結合させられる計測プラットフォーム１１４に取り付けられ、一方、他端は、ボール１１６を担持する。ボール１１６の中心は、実質的に中心Ｃに一致するように配置される。伸張可能な脚の計測メンバー４６は、ボール１１６と直接接触する。適切なソケット（図示されない）が、計測メンバー４６の端部をボール１１６との接触下に維持するために用意され、または、計測メンバーは、そのような接触を提供するためにばね付勢される。
【００６０】
図６を参照すると、この発明の代わりのヘキサポッド構造１３０が図示される。ヘキサポッド１３０は、上述されたと同様の可動プラットフォーム６および伸張可能な脚８を含む。ヘキサポッド１３０は、また、上述のものに対して変形された構造を有するベース部１３４を含む。
【００６１】
ベース部１３４は、三本の突出支持腕１３８を有する荷重支持ベースフレーム１３６を含む。ベースフレーム１３６は、支持脚１４２を介してワークピーステーブルトップ１４０を支持する。計測ベース１４４は、ワークピーステーブルトップ１４０の下方に、磁石およびキネマチック位置決め手段を含むマウント１４６によって取り付けられる。マウント１４６は、計測ベースが、荷重支持ベースのテーブルトップ１４０に対するよく定められた位置に、いかなる荷重もそれへ伝達されることなく保持されることを確実にする。
【００６２】
荷重支持ベースフレーム１３６の突出支持腕１３８は、それぞれ、継手１４８を備える。継手１４８は、図４を参照して上述された継手と類似のタイプのものである。支持ストラットの三角形配置として形成された計測ベース１４４は、また、継手１４８に終端する腕１５０を含む。上述と同様の態様において、荷重支持フレーム１３６および計測フレーム１４４は、したがって、腕８の荷重支持および計測構造に分離して結合される。
【００６３】
較正装置１５２が、また、図示され、マウント１５４を介してワークピーステーブルトップ１４０にキネマチックに位置される。較正装置１５２は、その遠位端に較正用の球を有する直立する較正メンバー１５６を含む。較正装置１５２は、計測ベース１４４に対する再現可能な基準位置が決定されることを可能とする。使用において、較正装置１５２は、装置から除去され、対象がワークピーステーブルトップ１４０に直接置かれる。
【００６４】
一体化された荷重支持および支持脚を提供することが上述されたが、同様な配置が、また、空間的に分離された計測および荷重支持フレームを用いて実施される。そのような装置は、図７を参照して説明される。
【００６５】
図７を参照すると、ヘキサポッド型座標計測機が示され、ベース部１７０および可動プラットフォーム部１７２を有する。
【００６６】
ベース部１７０は、計測ベース１７４および荷重支持ベース１７６を含む。荷重支持ベースは、支持材１７８により設置され、計測ベース１７４は、マウント１８０によって荷重支持ベース１７６に取り付けられる。マウントは磁石またはキネマチックな位置決め手段を含み、その結果、計測ベース１７４は、荷重支持ベース１７６に対して定められた位置に保持されるが、荷重支持ベース１７６から計測ベース１７４への荷重は伝達されない。
【００６７】
可動プラットフォーム部１７２は、マウント１９０によって荷重支持プラットフォーム１８８に取り付けられた計測プラットフォーム１８６を含む。マウント１９０は、キネマチックな位置決め手段を含み、その結果、計測プラットフォーム１８６は、荷重支持プラットフォーム１８８に対して定められた位置に保持されるが、荷重支持プラットフォーム１８８から計測プラットフォーム１８６への荷重は伝達されない。クイル１９２が、荷重支持プラットフォーム１８８の下方に装架され、スタイラス１９６を有する計測プローブ１９４を備える。
【００６８】
三つのフック継手１８２が荷重支持ベース１７６に設けられ、三つのフック継手１９８が、荷重支持プラットフォーム１８８に設けられる。伸張可能な、駆動される脚１８４が、ベースのフック継手１８２と可動プラットフォームのフック継手１９８の間に設けられる。各々のフック継手は、ヘキサポットのスラストフレームを提供するため、駆動される二本の脚１８４を受け入れるように配置される。駆動される脚１８４は、したがって、ベース部１７４に対する可動プラットフォーム部１７２の位置を動かす。
【００６９】
三つのボール継手２００が、計測ベース１７４に設けられ、三つの別のボール継手２０２が、計測プラットフォーム１８６に設けられる。六本の計測脚２０４が、計測ベース１７４および計測プラットフォーム１８６のボール継手間に延びる。各々の計測脚２０４は、その長さを計測するための手段を含む。各計測脚２０４の長さの計測は、したがって、計測ベース１７６および計測プラットフォーム１８６の相対的位置が決定されることを可能にする。このことは、言い換えると、ベース部１７４に対する可動プラットフォーム部１７２の位置の計測を可能にする。
【技術分野】
【０００１】
この発明は、計測装置、および、特に、分離したスラストおよび計測フレームを有する非デカルト座標計測機械のような、座標計測機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
種々の非デカルト型機械が知られている。例えば、種々のヘキサポッド型の配置が特許文献１、特許文献２および特許文献３に記載されている。
【０００３】
特許文献１は、六本の油圧式の伸張可能な脚によってベースに取り付けられた上方の可動プラットフォームを含む、ヘキサポッド型の工作機械を記述している。各々の駆動される脚は、プラットフォームおよびベース間に設けられた、一体の長さ計測手段または分離した計測脚の配置を含む。
【０００４】
特許文献２は、種々のヘキサポッド型の座標計測機械を記述している。一つの実施例において、ヘキサポッドは、コーナー支持要素に結合された三本の堅いストラットを有する三角形のベース構造を含む。六つの駆動される脚の第一端は、コーナー支持要素に取り付けられ、他方、六つの駆動される脚の第二端は、プラットフォームに取付けられる。プラットフォームは、したがって、駆動される脚の伸張または収縮により、ベース構造に対して動かされる。脚の長さは、ベースの近辺で駆動される脚に、または、ベースのコーナー支持要素に、直接取り付けられたレーザー干渉計を用いて計測される。
【０００５】
特許文献３は、六本の予め較正された計測バーを含む、別のヘキサポッド型の計測構造を記述している。構造はそれの較正のために座標計測機械に置かれる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許第５０２８１８０号明細書
【特許文献２】米国特許第５６０４５９３号明細書
【特許文献３】米国特許第６２２６８８４号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
この発明は、したがって、上述したタイプの従来装置と比較して高い精度の計測を提供できる。特に、そのような計測は、計測装置のスラストフレームに存在する避けられないひずみによって実質的に影響されない。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明の第一の特徴によれば、位置計測装置は、スラストフレームおよび計測フレームを含み、スラストまたは荷重支持フレームは、複数の駆動される伸張可能な脚によって可動プラットフォームに結合された荷重支持ベースを含み、計測フレームは、計測ベースを含み、計測ベースは、ベース取付け手段によって荷重支持ベースに取り付けられており、ベース取付け手段は、計測ベースに伝達される荷重支持ベースのひずみを阻止するように配置される。
【０００９】
この発明は、したがって、スラストフレームおよび分離した計測フレームを有する位置計測装置を提供する。スラストフレームは、荷重支持ベースに対する可動プラットフォームの制御された運動を提供するための複数の駆動される脚を含む。計測フレームのベースは、ベース取付け手段によってスラストフレームのベースに取り付けられる。ベース取付け手段は、荷重支持ベースから計測ベースへ伝達される、いかなる変形力も阻止する。
【００１０】
この発明は、したがって、荷重支持構造に生じるいかなる負荷力も計測構造に伝達されない位置計測装置を提供する。例えば、可動プラットフォームが方向転換されるとき、または、重い対象が荷重支持ベースに置かれたとき、スラストフレームに力が存在する。この発明は、また、スラストフレームの膨張または収縮を生じさせる熱膨張作用が計測構造のひずみをもたらさないことを確実にする。この態様におけるスラストフレームからの計測フレームの分離は、したがって、計測フレームのいかなる実質的なひずみも阻止し、計測精度が低下されないことを確実にする。
【００１１】
有利には、ベース取付け手段は、荷重支持ベースと計測ベースとの間の少なくとも三点の接触を提供する。便利には、ベース取付け手段は、キネマチックマウントを含む。キネマチックマウントは、決して本質的ではないが、いかなる余分の拘束も提供することなく、計測ベースと荷重支持ベースの間の六自由度を拘束するので好ましい。
【００１２】
キネマチックマウントは、例えば、円錐、Ｖ溝および平面の配置を含む。このタイプのキネマチックマウントは、荷重支持ベースのいかなる変形力も計測ベースに伝達されないという態様で、計測ベースが荷重支持ベースに取り付けられることを可能にする。さらに、そのようなキネマチックマウントは、荷重支持ベースに対する計測ベースの正確かつ再現可能な位置決めを可能にする。有利には、ベース取付け手段は、計測ベースを荷重支持ベースに実質的に平行に維持する。
【００１３】
計測ベースは、便利には、荷重支持ベースの下方に装架される。このことは、計測ベースが装置への接近に干渉することを防止する。計測ベースと荷重支持ベースを接触下に保つために、ベース取付け手段は、便利には、少なくとも一つの磁石を含む。一またはそれ以上の磁石が、必要に応じて、計測ベースおよび／または荷重支持ベースに固定され、ベースは、磁石の吸引作用によって互いに強く引かれる。そのような配置において、計測ベースおよび荷重支持ベースの少なくとも一つは、有利には、適切な磁気材料を含む。代わりに、ベース取付け手段は、計測ベースと荷重支持ベースを接触下に保つために、柔軟性の接着剤または柔軟性の機械的構成要素を含む。有利には、一つの軸に沿って柔軟であり、他の二つの軸に沿って堅固である柔軟性の機械的構成要素が、計測フレームとスラストフレームのキネマチックカップリングを創生するような配置で使用される。
【００１４】
有利には、計測ベースは、複数の相互に連結されるストラットを含む。例えば、そのようなストラットの三角形の配置が設けられる。
【００１５】
有利には、計測フレームは、スラストフレームと異なった熱膨張係数を有する。好ましくは、計測フレームは、スラストフレームより小さな熱膨張係数を有する。計測フレームは、有利には、小さい熱膨張係数を有する。有利には、計測フレームは、１５ｐｐｍ／℃より小さい、さらに好ましくは、１０ｐｐｍ／℃より小さい、さらに好ましくは、５ｐｐｍ／℃小さい、さらに好ましくは、３ｐｐｍ／℃より小さい、さらに好ましくは、２ｐｐｍ／℃より小さい、または、さらに好ましくは、１ｐｐｍ／℃より小さい熱膨張係数を有する。
【００１６】
計測フレームは、便利には、その正確な組成に依存する、ほぼ０．５〜１．５ｐｐｍ／℃の熱膨張係数を有する、ニッケル−鉄合金であるＩＮＶＡＲ（登録商標）から形成される。代わりに、計測フレームは、ＺＥＲＯＤＵＲ（登録商標）のようなガラスセラミック材料から形成される。ＺＥＲＯＤＵＲは、正確な組成に依存する、ほぼ０．０２ｐｐｍ／℃またはそれより小さい熱膨張係数を有する。そのような低い熱膨張係数は、スラストフレームを形成するのに用いられるアルミニウム（２３ｐｐｍ／℃）または黄銅（１９ｐｐｍ／℃）のような従来の材料のそれよりも一桁以上小さいことが理解される。
【００１７】
低い熱膨張係数を有する材料（例えば、ＩＮＶＡＲ）から作られる計測フレームを提供することは、温度の変化で導入される、いかなる実質的な計測エラーも防止する。しかしながら、そのような材料は、多くの場合機械加工が難しく、典型的に、アルミニウムのような標準の工場材料より実質的により高価である。この発明は、したがって、ＩＮＶＡＲのような材料の計測上の利点と、アルミニウムと結びついた製造の容易さを結合しており、例えば、ＩＮＶＡＲの計測フレームは、アルミニウムのような伝統的な材料から作られるトラストフレームと結合される。
【００１８】
便利には、計測ベースは、複数の伸張可能な計測脚によって可動計測プラットフォームに結合される。計測プラットフォームは、便利には、プラットフォーム取付け手段によって可動プラットフォームに取り付けられる。プラットフォーム取付け手段は、好ましくは、計測プラットフォームに伝達される可動プラットフォームのひずみを阻止するように配置される。このことは、計測フレームの計測プラットフォームに伝達される、スラストフレームの可動プラットフォームからのいかなる変形力も阻止する。プラットフォーム取付け手段は、便利には、荷重支持プラットフォームと計測プラットフォームとの間に少なくとも三つの接触点を設ける。有利には、プラットフォーム取付け手段は、キネマチックマウントを含む。
【００１９】
この態様において、計測プラットフォームは、スラストフレームの可動プラットフォームと共に動くように配置される。プラットフォーム取付け手段は、ベース取付け手段と同様のタイプであり、計測プラットフォームに伝達される可動プラットフォームのいかなるひずみまたは力も阻止する。この態様において、計測プラットフォームは、また、荷重支持プラットフォームのいかなるひずみからも分離される。計測プラットフォームおよびスラストフレームの可動（荷重支持）プラットフォームは、プラットフォーム取付け手段によって実質的に平行に維持される。
【００２０】
有利には、計測脚の端部が、複数の計測継手によって、計測ベースおよび計測プラットフォームに取り付けられる。好ましくは、上述の計測継手はボール継手を含む。ボール継手は、計測目的にとって好ましい、高度に正確な位置決めを提供する。
【００２１】
好ましくは、駆動される伸張可能な脚の端部は、複数の荷重支持継手を介して荷重支持ベースおよび可動プラットフォームに取り付けられる。荷重支持継手は、便利には、フック継手のような多軸回転継手である。フック継手は、高い荷重支持、低い摩擦能力を備える。
【００２２】
便利には、旋回継手の結合組立体が、計測継手および荷重支持継手の双方を提供する。旋回継手組立体は、有利には、二またはそれ以上の回転軸の周りに回転運動を提供する多軸回転継手部を含み、該二またはそれ以上の回転軸は、実質的に交点で交差しており、および、該交点の近辺に位置されるボールを含むボール継手部を含む。有利には、旋回継手の結合組立体は、ボール継手の回転中心が、実質的に、多軸回転継手の回転中心と一致するように配置される。そのような旋回継手の結合組立体は、この出願と共通の優先権を主張している、出願人の同時係属の国際（ＰＣＴ）特許出願（代理人参照番号；７３１）により詳細に記述される。そのような結合継手が使用されるなら、装置は、便利には、複数の結合脚を含み、各々の結合脚は、計測構造および機械的に分離している荷重支持構造を含む。このタイプの伸張可能な脚組立体は、英国特許出願第０６１１９８５．３（代理人参照番号；６９３）から優先権を主張している出願人の同時係属の国際（ＰＣＴ）特許出願に、より詳細に記述される。
【００２３】
好ましくは、装置は、較正装置を含み、較正装置は、荷重支持ベースに取り付けられる。好ましくは、較正装置は、荷重支持ベースに対して、再現可能に置くことができる。装置は、少なくとも一つの突出する較正メンバー、例えば、その遠位端にボールを有するシャフトを含む。双方が荷重支持ベースに再現可能に（例えば、キネマチックに）取り付けられる較正装置および計測ベースを有することは、計測ベースに対して既知の位置を有する較正装置を提供する。このことは、計測フレームを用いて行なわれる計測の較正を可能にする。
【００２４】
有利には、伸張可能な脚の伸張を制御するために制御器が設けられる。制御器は、適切にプログラムされるコンピュータである。
【００２５】
有利には、スラストフレームの可動プラットフォームは、それに堅固に固定されたクイルを有する。クイルは、それに取り付けられたか、または取り付けうる計測プローブを有するように配置される。計測プローブは、任意の既知のタイプのものである。有利には、計測プローブは、スライラスの運動の少なくとも一つの付加的な回転軸を提供するための連接するヘッドを含む。
【００２６】
有利には、荷重支持ベースは、測定される対象を支持するためのワークピーステーブルトップ（例えば、花崗岩の厚板）を含む。荷重支持ベースは、便利には、例えば、ワークピーステーブルトップが取り付けられる支持フレームを含む。
【００２７】
荷重支持ベースは、直接または適切な脚を介して、床に置かれ、荷重支持プラットフォームは、その上に置かれる。代わりに、荷重支持ベースは、プラットフォームが荷重支持ベースの下方に置かれる場合において、さらなる支持構造（例えば、堅固なフレーム）によって支持される。
【００２８】
好ましくは、装置は、三本またはそれ以上の駆動される伸張可能脚を含む。例えば、ヘキサポッド型の配置は、六本の駆動される伸張可能脚を有するように提供される。これらの脚は、上述のような一体の長さ計測手段を含むか、または、複数の分離した計測脚が設けられる。
【００２９】
この発明の更なる特徴によれば、位置計測装置は、スラストフレームおよび計測フレームを含み、スラストフレームは、複数の駆動される伸縮可能脚によって可動プラットフォームに結合される荷重支持ベースを含み、計測フレームは、計測ベースを含み、取付け器具が、計測ベースを荷重支持ベースに取り付けるために設けられ、取付け器具は、計測ベースに伝達される荷重支持ベースのひずみを阻止するように配置される。
【００３０】
この発明のさらなる特徴によれば、位置計測装置は、スラストフレームおよび計測フレームを含み、計測フレームは、スラストフレームより低い熱膨張係数を有する。
【００３１】
この発明の更なる特徴によれば、位置計測機械は、スラストフレームおよび計測フレームを含み、スラストフレームは、一またはそれ以上の支持脚を介して基部に接しており、計測フレームが、直接、該一またはそれ以上の支持脚に取り付けられることで特徴づけられる。計測フレームは、したがって、スラストフレームには取り付けられず、基部から（例えば、床から）離れて計測フレームを保持する支持脚に取り付けられる。この配置は、スラストフレームに置かれる荷重による計測フレームのいかなる意味のある変形も阻止する。
【００３２】
この発明のさらなる特徴によると、座標計測機械のベース部は、計測ベースおよび荷重支持ベースを含み、計測ベースは、複数の計測脚に取り付け可能であり、荷重支持ベースは、複数の駆動される脚に取付け可能であり、計測ベースは、荷重支持ベースから計測ベースに伝達されるいかなる変形力も阻止するベース取付け手段によって荷重支持ベースに取り付けられている。
【００３３】
次に、この発明は、添付した図面を参照して、実施例のみによって説明される。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】この発明のヘキサポッド型座標計測機の側面図である。
【図２】図１に示されたヘキサポッドの平面図である。
【図３】図１および図２に示された種類の伸張可能な駆動脚を詳細に示す図である。
【図４】分離した荷重支持および計測経路を有する継手を示す図である。
【図５】分離した荷重支持および計測経路を有する別の継手を示す図である。
【図６】この発明の別のヘキサポッド型座標計測機を示す図である。
【図７】空間的に離れた荷重支持および計測フレームを有する、この発明のヘキサポッド型座標計測機を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
図１および図２を参照すると、この発明のヘキサポッド型座標計測機２が図示される。特に、図１および図２は、それぞれ、ヘキサポッド型座標計測機２の側面および平面図である。
【００３６】
ヘキサポッド型座標計測機２は、ベース部４および六本の伸張可能な脚８によって空間的に隔たる可動プラットフォーム部６を含む。
【００３７】
ベース部４は、複数の支持脚１２を介して設置された、花崗岩の厚板のような荷重支持ベース１０を含む。ＩＮＶＡＲ製のストラット１５からなる三角形の枠組みを含む計測ベース１４は、マウント１６によって荷重支持ベース１０の下方に装架される。各々のマウントは、磁石またはキネマチックな位置決め手段を含む。マウント１６は、荷重支持ベース１０から計測ベース１４へ、力および荷重が伝達されないような態様で、計測ベース１４が、荷重支持ベース１０に対して、よく定められた、再現可能な位置に維持されることを確実にするように配置される。三つの継手１８が、荷重支持ベース１０および計測ベース１４を伸張脚８に分離して結合するように設けられる。
【００３８】
可動プラットフォーム部６は、荷重支持プラットフォーム２０および計測プラットフォーム２２を含む。計測プラットフォーム２２は、ＩＮＶＡＲ製のストラット２３からなる三角形の枠組みを含み、マウント３０を介して荷重支持プラットフォーム２０に取り付けられる。マウント３０は、計測プラットフォーム２２に対して荷重支持プラットフォーム２０を位置づけるが、荷重が荷重支持プラットフォーム２０から計測プラットフォーム２２に伝達されないように配置される。三つの継手３２が、荷重支持プラットフォーム２０および計測プラットフォーム２２を伸張脚８に分離して結合するように設けられる。この実施例においては、マウント３０および継手３２は、ベースのマウント１６および継手１８と同じタイプである。
【００３９】
クイル２４が荷重支持プラットフォーム２０の下方に取り付けられ、球状のスタイラスチップを備えるスタイラス２８を有する計測プローブ２６を保持するように配置される。計測プローブは、タッチトリガープローブまたは既知のタイプの任意の計測プローブである。
【００４０】
ベース部４および可動プラットフォーム部６を結合する六本の伸張可能な脚８は、それぞれ、荷重支持構造（点線３２で示される）および計測構造（実線３４で示される）を有する。脚８の計測構造３４は、荷重支持構造３２から機械的に分離されている。伸張可能な脚８は、また、脚を伸張／収縮するための駆動手段（例えば、モータ）を含む。脚８の計測構造３４は、ＩＮＶＡＲから形成され、また、脚の長さを計測するための手段（例えば、光学エンコーダ）を含む。伸張可能な脚８の構造は、図３を参照して以下に詳細に説明される。
【００４１】
ベース部４の継手１８および可動プラットフォーム部６の継手３２は、荷重支持ベース１０が、伸張脚の荷重支持構造３２を介して荷重支持プットフォーム２０に結合されることを可能にする。同じ継手１８は、また、計測ベース１４が、脚の計測構造を介して計測プラットフォーム２２に結合されることを可能にする。継手および脚の配置は、分離した荷重および計測フレームが設けられるというものであり、それによって、荷重支持要素のいかなるひずみも計測フレームのひずみを起こさないことを確実にする。さらに、計測フレーム（すなわち、計測ベース１４、計測プラットフォーム２２および伸張脚の計測構造３４）は、全て、ＩＮＶＡＲ（登録商標）から形成される。ＩＮＶＡＲは、低い熱膨張係数を有し、計測フレームは、したがって、熱環境のいかなる変化によっても実質的に影響を受けない。計測フレームおよび荷重支持フレームの間のキネマチックマウント１６および３０は、また、計測フレームのひずみが、装置の荷重支持経路の熱膨張によって引き起こされないことを確実にする。
【００４２】
使用にあたり、計測される物体（例えば、ワークピース）が荷重支持ベース１０に置かれる。各々の伸張可能な脚８の長さは、関連したコンピュータ制御器２５によって制御される。種々の脚の長さの変更は、可動プラットフォーム部６、および、それゆえに、クイル２４がベースに対して動かされることを可能にする。この配置は物体の形状が計測されることを可能にする。
【００４３】
図３を参照すると、上述したヘキサポッドの伸張可能な脚８が図示される。
【００４４】
伸張可能な脚８は、外部管状部４０および内部管状部４２を含む。内部管状部４２は、外部管状部４０内をスライド可能であり、それによって、伸縮自在な伸張可能脚を形成する。内部および外部管状部が図３に示されるが、任意の種類の伸縮配置が設けられるということが留意されるべきである。駆動手段４４は、要求に応じて、脚の展開および収縮を可能にする。駆動手段４４は、図３に模式的に図示され、内部および外部の管状部の間の相対的な軸方向の運動を導く任意の配置を含む。例えば、駆動手段は、油圧ピストン、ねじジャッキであり、または、電気的な駆動配置を含む。使用にあたって、駆動手段４４は、要求に応じて、伸張可能な脚の展開および収縮を生ぜしめ、それにより、ベース部４および可動プラットフォーム部６を離れさせ、または、同時に引き寄せる。荷重は管状部を介し伸張可能な脚８を通して伝達される。
【００４５】
管状（荷重支持）部４０および４２に加えて、伸張可能な脚８は、また、分離した計測構造を含む。計測構造は、第一計測メンバー４６および第二計測メンバー４８を含む。
【００４６】
第一計測メンバー４６は、光学スケールが形成される長尺のメンバーである。脚８の軸に沿った第一計測メンバー４６の第一端の運動は、継手３２の近辺のみに制限される。第一計測メンバー４６の第二端は、横方向の動きを妨げるために囲繞する内部管状部４２によって支持されているが、縦方向に移動するのは自由である。
【００４７】
第二計測メンバー４８は、また、長尺メンバーの形状である。脚８の軸に沿った第二計測メンバー４８の第一端の運動は、継手１８の近辺のみに制限される。第二計測メンバー４８の第二端は、したがって、放射方向の動きを妨げるために囲繞する外部管状部４０によって支持されているが、縦方向に移動するのは自由である。第二計測メンバー４８の第二端は、第一計測メンバー４６の光学スケールを読み取るために好適な光学読取ヘッド５０を支持する。この態様で、第一および第二メンバーの間のいかなる相対的な運動も計測される。図３に光学スケールおよび読取ヘッドが図示されるけれども、非光学的位置エンコーダ（例えば、磁気式または静電容量式システム）が代替的に使用されることが留意されるべきである。
【００４８】
第一および第二計測メンバー４６および４８は、上述したように、低い熱膨張係数を有する材料であるＩＮＶＡＲで形成される。また、第一および第二計測メンバー４６および４８は、脚の内部および外部管状部４０および４２によって、軸方向に拘束されないことが記憶されるべきである。したがって、いかなる熱膨張または内部および外部の管状部４０および４２のひずみも、第一および第二の計測メンバー４６および４８に伝達されない。
【００４９】
各々の伸張可能な脚８は、したがって、その脚の荷重支持構造のいかなる熱膨張または収縮によっても影響されない、長さの計測のための一体の計測手段を有する。配置は、したがって、荷重が伝達されない計測構造を提供する。換言すると、伸張可能な脚８は、計測構造（すなわち、計測メンバー４６および４８）から分離した荷重支持構造（すなわち、管状部分４０および４２）を含むといえる。
【００５０】
次に図４を参照すると、上述のヘキサポッドの継手３２がより詳細に示される。上に概説されたように、継手３２は、二本の伸張可能な脚８ａおよび８ｂの荷重支持および計測構造が、それぞれ、荷重支持プラットフォーム２０および計測プラットフォーム２２に連結されることを可能にする。
【００５１】
継手３２は、伸張可能な脚８ａの内部管状部４２の端部に位置される第一荷重支持端部メンバー６０ａを受け入れるように配置される。脚８ａの計測メンバー４６ａは、また、継手３２によって受け入れられる。第二荷重支持端部メンバー６０ｂおよび計測メンバー４６ｂは、また、第二の伸張可能な脚８ｂから受け入れられる。
【００５２】
継手３２は、荷重支持プラットフォーム２０に固定される中央荷重構造６４を含む。第一キャリッジ６６が、第一回転軸Ａの周りを回転できるような態様で、ベアリング６８を介して中央荷重構造６４に装架される。第一荷重支持端部メンバー６０ａは、それが、ベアリング７０を介して第一キャリッジ６６に回転可能に装架されることを可能にする突出部を有し、その結果、それは第二回転軸Ｂの周りを回転することができる。軸ＡおよびＢは、Ｃ点で実質的に交差し、第一荷重支持端部メンバー６０ａが交点または中心点Ｃの周りを二回転自由度で回転することを可能にする。
【００５３】
第二キャリッジ８０は、また、第一回転軸Ａと実質的に一致する軸の周りを回転できるような態様で、ベアリング８２を介して中央荷重構造６４に装架される。第二荷重支持端部メンバー６０ｂは突出部を有し、ベアリング８４を介して第二キャリッジ８０に回転可能に装架されており、その結果、実質的に中心点Ｃと交差する別の回転軸Ｄの周りを回転することができる。この態様において、継手３２は、また、第二荷重支持端部メンバーが中心Ｃの周りを二回転自由度で回転することを可能にする。
【００５４】
中央荷重構造６４は、長尺メンバー９０が通される孔を有する。長尺メンバー９０の一端部は計測プラットフォーム２２に取り付けられ、一方、他端部は、ボール９２を有する。ボール９２の中心は実質的に中心Ｃに一致するように配置される。二本の伸張可能な脚の計測メンバー４６ａおよび４６ｂは、ボール９２と直接接触する。適切なソケット（図示されない）が計測メンバー４６ａおよび４６ｂの端部をボール９２との接触下に維持するために用意され、または、計測メンバーは、そのような接触を提供するためにバネ付勢される。長尺メンバー９０は中央構造６４の孔を通されるが、継手構造の任意の適切な部分を通ることが留意されるべきである。
【００５５】
継手３２は、したがって、図３に関連して上述されたタイプの二本の伸張可能な腕が荷重支持および計測プラットフォームに取り付けられることを可能にする。外方のフック継手配置は、荷重支持カップリングを提供し、一方、計測経路はボールジョイントを介して提供される。
【００５６】
この実施例において、ベース部４の継手１８の構造は、可動プラットフォーム部６の継手３２の構造に類似しており、継手１８は、荷重支持ベース１０および計測ベース１４に分離したカップリングを提供する。
【００５７】
図５を参照すると、図４を参照して説明された継手の変形例が図示される。図５に示された継手１００は、単一の伸張可能な脚を荷重支持および計測プラットフォームに接続するのに適している。これは、図１から図４を参照して説明されたヘキサポッド設計の変形例が実施される場合に、例えば、英国特許出願第０６１１９７９．６号（代理人参照番号６９１）の優先権を主張する我々の国際（ＰＣＴ）特許出願に記載されているタイプのヘキサポッドにおいて要求される。
【００５８】
継手１００は、第一回転軸Ａの周りを回転できる態様で、ベアリング１０６を介して中央荷重構造１０４に装架されるキャリッジ１０２を含む。荷重支持構造１０４は、荷重支持プラットフォーム１０５に装架される。伸張可能な腕からの荷重支持端部メンバー１０８は突出部を有し、ベアリング１１０を介してキャリッジ１０２に回転可能に装架され、その結果、第二回転軸Ｂの周りを回転可能であり、軸Ａおよび軸Ｂは実質的に点Ｃで交差する。この態様において、継手１００は、荷重支持端部メンバー１０８が二回転自由度で中心Ｃの周りを回転するのを可能にする。
【００５９】
中央荷重構造１０４は、長尺メンバー１１２が通される孔を有する。長尺メンバー１１２の一端は、結合させられる計測プラットフォーム１１４に取り付けられ、一方、他端は、ボール１１６を担持する。ボール１１６の中心は、実質的に中心Ｃに一致するように配置される。伸張可能な脚の計測メンバー４６は、ボール１１６と直接接触する。適切なソケット（図示されない）が、計測メンバー４６の端部をボール１１６との接触下に維持するために用意され、または、計測メンバーは、そのような接触を提供するためにばね付勢される。
【００６０】
図６を参照すると、この発明の代わりのヘキサポッド構造１３０が図示される。ヘキサポッド１３０は、上述されたと同様の可動プラットフォーム６および伸張可能な脚８を含む。ヘキサポッド１３０は、また、上述のものに対して変形された構造を有するベース部１３４を含む。
【００６１】
ベース部１３４は、三本の突出支持腕１３８を有する荷重支持ベースフレーム１３６を含む。ベースフレーム１３６は、支持脚１４２を介してワークピーステーブルトップ１４０を支持する。計測ベース１４４は、ワークピーステーブルトップ１４０の下方に、磁石およびキネマチック位置決め手段を含むマウント１４６によって取り付けられる。マウント１４６は、計測ベースが、荷重支持ベースのテーブルトップ１４０に対するよく定められた位置に、いかなる荷重もそれへ伝達されることなく保持されることを確実にする。
【００６２】
荷重支持ベースフレーム１３６の突出支持腕１３８は、それぞれ、継手１４８を備える。継手１４８は、図４を参照して上述された継手と類似のタイプのものである。支持ストラットの三角形配置として形成された計測ベース１４４は、また、継手１４８に終端する腕１５０を含む。上述と同様の態様において、荷重支持フレーム１３６および計測フレーム１４４は、したがって、腕８の荷重支持および計測構造に分離して結合される。
【００６３】
較正装置１５２が、また、図示され、マウント１５４を介してワークピーステーブルトップ１４０にキネマチックに位置される。較正装置１５２は、その遠位端に較正用の球を有する直立する較正メンバー１５６を含む。較正装置１５２は、計測ベース１４４に対する再現可能な基準位置が決定されることを可能とする。使用において、較正装置１５２は、装置から除去され、対象がワークピーステーブルトップ１４０に直接置かれる。
【００６４】
一体化された荷重支持および支持脚を提供することが上述されたが、同様な配置が、また、空間的に分離された計測および荷重支持フレームを用いて実施される。そのような装置は、図７を参照して説明される。
【００６５】
図７を参照すると、ヘキサポッド型座標計測機が示され、ベース部１７０および可動プラットフォーム部１７２を有する。
【００６６】
ベース部１７０は、計測ベース１７４および荷重支持ベース１７６を含む。荷重支持ベースは、支持材１７８により設置され、計測ベース１７４は、マウント１８０によって荷重支持ベース１７６に取り付けられる。マウントは磁石またはキネマチックな位置決め手段を含み、その結果、計測ベース１７４は、荷重支持ベース１７６に対して定められた位置に保持されるが、荷重支持ベース１７６から計測ベース１７４への荷重は伝達されない。
【００６７】
可動プラットフォーム部１７２は、マウント１９０によって荷重支持プラットフォーム１８８に取り付けられた計測プラットフォーム１８６を含む。マウント１９０は、キネマチックな位置決め手段を含み、その結果、計測プラットフォーム１８６は、荷重支持プラットフォーム１８８に対して定められた位置に保持されるが、荷重支持プラットフォーム１８８から計測プラットフォーム１８６への荷重は伝達されない。クイル１９２が、荷重支持プラットフォーム１８８の下方に装架され、スタイラス１９６を有する計測プローブ１９４を備える。
【００６８】
三つのフック継手１８２が荷重支持ベース１７６に設けられ、三つのフック継手１９８が、荷重支持プラットフォーム１８８に設けられる。伸張可能な、駆動される脚１８４が、ベースのフック継手１８２と可動プラットフォームのフック継手１９８の間に設けられる。各々のフック継手は、ヘキサポットのスラストフレームを提供するため、駆動される二本の脚１８４を受け入れるように配置される。駆動される脚１８４は、したがって、ベース部１７４に対する可動プラットフォーム部１７２の位置を動かす。
【００６９】
三つのボール継手２００が、計測ベース１７４に設けられ、三つの別のボール継手２０２が、計測プラットフォーム１８６に設けられる。六本の計測脚２０４が、計測ベース１７４および計測プラットフォーム１８６のボール継手間に延びる。各々の計測脚２０４は、その長さを計測するための手段を含む。各計測脚２０４の長さの計測は、したがって、計測ベース１７６および計測プラットフォーム１８６の相対的位置が決定されることを可能にする。このことは、言い換えると、ベース部１７４に対する可動プラットフォーム部１７２の位置の計測を可能にする。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スラストフレームが、複数の駆動される伸張可能な脚によって可動プラットフォームに結合された荷重支持ベースを含み、計測フレームが、計測ベースを含む、スラストフレームおよび計測フレームを含んだ位置計測装置であって、計測ベースは、ベース取付け手段によって荷重支持ベースに取り付けられており、ベース取付け手段は、荷重支持ベースから計測ベースへ伝達されるひずみを阻止するように配置されていることを特徴とする装置。
【請求項２】
請求項１の装置であって、ベース取付け手段が、荷重支持ベースと計測ベースの間に少なくとも三つの接触点を備えることを特徴とする装置。
【請求項３】
請求項１または２の装置であって、ベース取付け手段が、キネマチックマウントを含むことを特徴とする装置。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかの装置であって、ベース取付け手段が、少なくとも一つの磁石を含むことを特徴とする装置。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれかの装置であって、計測ベースが、複数の相互に連結されたストラットを含むことを特徴とする装置。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれかの装置であって、計測フレームが、スラストフレームよりも低い熱膨張係数を有していることを特徴とする装置。
【請求項７】
請求項１ないし６のいずれかの装置であって、計測ベースが、複数の伸張可能な計測脚によって可動計測プラットフォームに結合され、計測プラットフォームが、計測プラットフォームへ伝達される可動プラットフォームのひずみを阻止するプラットフォーム取付け手段によって取り付けられていることを特徴とする装置。
【請求項８】
請求項７の装置であって、プラットフォーム取付け手段が、荷重支持プラットフォームおよび計測プットフォーム間に少なくとも三つの接触点を備えることを特徴とする装置。
【請求項９】
請求項８の装置であって、プラットフォーム取付け手段が、キネマチックマウントを含むことを特徴とする装置。
【請求項１０】
請求項７ないし９のいずれかの装置であって、計測脚の端部が、複数の計測継手によって計測ベースおよび計測プラットフォームに取り付けられていることを特徴とする装置。
【請求項１１】
請求項１０の装置であって、上述の計測継手が、ボール継手を含むことを特徴とする装置。
【請求項１２】
請求項１ないし１１のいずれかの装置であって、駆動される伸張可能な脚の端部が、複数の荷重支持継手によって荷重支持ベースおよび可動プラットフォームに取り付けられていることを特徴とする装置。
【請求項１３】
請求項１２の装置であって、上述の荷重支持継手が、フック継手であることを特徴とする装置。
【請求項１４】
請求項１０または１１のいずれか一つを引用する場合の請求項１２または１３のいずれか一つの装置であって、結合継手が、計測継手および荷重支持継手の双方を提供することを特徴とする装置。
【請求項１５】
各々の結合脚が計測構造および機械的に分離した荷重支持構造を含む、複数の結合脚を含んだ請求項１４の装置。
【請求項１６】
荷重支持ベースに取付けられる較正装置を含む、請求項１ないし１５のいずれかの装置であって、較正装置が荷重支持ベースに対して再現可能に位置できることを特徴とする装置。
【請求項１７】
伸張可能な脚の伸張制御のための制御装置を含む、請求項１ないし１６のいずれかの装置。
【請求項１８】
請求項１ないし１７のいずれかの装置であって、可動プラットフォームが、それに堅固に固定されたクイルを有し、計測プローブがクイルに取り付けられていることを特徴とする装置。
【請求項１９】
請求項１ないし１８のいずれかの装置であって、荷重支持ベースが、ワークピーステーブルトップを含むことを特徴とする装置。
【請求項２０】
請求項１ないし１９のいずれかの装置であって、荷重支持ベースが、支持フレームを含むことを特徴とする装置。
【請求項２１】
三本またはそれ以上の駆動される伸張可能な脚を含む、請求項１ないし２０のいずれかの装置。
【請求項２２】
六本の駆動される伸張可能な脚を含む、請求項１ないし２１のいずれかの装置。
【請求項２３】
スラストフレームが、複数の駆動される伸張可能な脚によって可動プラットフォームに結合された荷重支持ベースを含み、計測フレームが、計測ベースを含む、スラストフレームおよび計測フレームを含んだ位置計測装置であって、取付け装置が、計測ベースを荷重支持ベースに取り付けるために設けられ、取付け装置は、計測ベースに伝達される荷重支持ベースのひずみを阻止するように配置されていることを特徴とする装置。
【請求項２４】
スラストフレームおよび計測フレームを含む位置計測装置であって、計測フレームが、スラストフレームよりも低い熱膨張係数を有することを特徴とする装置。
【請求項２５】
スラストフレームおよび計測フレームを含む位置計測装置であって、スラストフレームが、一またはそれ以上の支持脚を介して基部に接しており、計測フレームが、上述の一またはそれ以上の支持脚に直接取り付けられていることを特徴とする装置。
【請求項１】
スラストフレームが、複数の駆動される伸張可能な脚によって可動プラットフォームに結合された荷重支持ベースを含み、計測フレームが、計測ベースを含む、スラストフレームおよび計測フレームを含んだ位置計測装置であって、計測ベースは、ベース取付け手段によって荷重支持ベースに取り付けられており、ベース取付け手段は、荷重支持ベースから計測ベースへ伝達されるひずみを阻止するように配置されていることを特徴とする装置。
【請求項２】
請求項１の装置であって、ベース取付け手段が、荷重支持ベースと計測ベースの間に少なくとも三つの接触点を備えることを特徴とする装置。
【請求項３】
請求項１または２の装置であって、ベース取付け手段が、キネマチックマウントを含むことを特徴とする装置。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかの装置であって、ベース取付け手段が、少なくとも一つの磁石を含むことを特徴とする装置。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれかの装置であって、計測ベースが、複数の相互に連結されたストラットを含むことを特徴とする装置。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれかの装置であって、計測フレームが、スラストフレームよりも低い熱膨張係数を有していることを特徴とする装置。
【請求項７】
請求項１ないし６のいずれかの装置であって、計測ベースが、複数の伸張可能な計測脚によって可動計測プラットフォームに結合され、計測プラットフォームが、計測プラットフォームへ伝達される可動プラットフォームのひずみを阻止するプラットフォーム取付け手段によって取り付けられていることを特徴とする装置。
【請求項８】
請求項７の装置であって、プラットフォーム取付け手段が、荷重支持プラットフォームおよび計測プットフォーム間に少なくとも三つの接触点を備えることを特徴とする装置。
【請求項９】
請求項８の装置であって、プラットフォーム取付け手段が、キネマチックマウントを含むことを特徴とする装置。
【請求項１０】
請求項７ないし９のいずれかの装置であって、計測脚の端部が、複数の計測継手によって計測ベースおよび計測プラットフォームに取り付けられていることを特徴とする装置。
【請求項１１】
請求項１０の装置であって、上述の計測継手が、ボール継手を含むことを特徴とする装置。
【請求項１２】
請求項１ないし１１のいずれかの装置であって、駆動される伸張可能な脚の端部が、複数の荷重支持継手によって荷重支持ベースおよび可動プラットフォームに取り付けられていることを特徴とする装置。
【請求項１３】
請求項１２の装置であって、上述の荷重支持継手が、フック継手であることを特徴とする装置。
【請求項１４】
請求項１０または１１のいずれか一つを引用する場合の請求項１２または１３のいずれか一つの装置であって、結合継手が、計測継手および荷重支持継手の双方を提供することを特徴とする装置。
【請求項１５】
各々の結合脚が計測構造および機械的に分離した荷重支持構造を含む、複数の結合脚を含んだ請求項１４の装置。
【請求項１６】
荷重支持ベースに取付けられる較正装置を含む、請求項１ないし１５のいずれかの装置であって、較正装置が荷重支持ベースに対して再現可能に位置できることを特徴とする装置。
【請求項１７】
伸張可能な脚の伸張制御のための制御装置を含む、請求項１ないし１６のいずれかの装置。
【請求項１８】
請求項１ないし１７のいずれかの装置であって、可動プラットフォームが、それに堅固に固定されたクイルを有し、計測プローブがクイルに取り付けられていることを特徴とする装置。
【請求項１９】
請求項１ないし１８のいずれかの装置であって、荷重支持ベースが、ワークピーステーブルトップを含むことを特徴とする装置。
【請求項２０】
請求項１ないし１９のいずれかの装置であって、荷重支持ベースが、支持フレームを含むことを特徴とする装置。
【請求項２１】
三本またはそれ以上の駆動される伸張可能な脚を含む、請求項１ないし２０のいずれかの装置。
【請求項２２】
六本の駆動される伸張可能な脚を含む、請求項１ないし２１のいずれかの装置。
【請求項２３】
スラストフレームが、複数の駆動される伸張可能な脚によって可動プラットフォームに結合された荷重支持ベースを含み、計測フレームが、計測ベースを含む、スラストフレームおよび計測フレームを含んだ位置計測装置であって、取付け装置が、計測ベースを荷重支持ベースに取り付けるために設けられ、取付け装置は、計測ベースに伝達される荷重支持ベースのひずみを阻止するように配置されていることを特徴とする装置。
【請求項２４】
スラストフレームおよび計測フレームを含む位置計測装置であって、計測フレームが、スラストフレームよりも低い熱膨張係数を有することを特徴とする装置。
【請求項２５】
スラストフレームおよび計測フレームを含む位置計測装置であって、スラストフレームが、一またはそれ以上の支持脚を介して基部に接しており、計測フレームが、上述の一またはそれ以上の支持脚に直接取り付けられていることを特徴とする装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公表番号】特表２００９−５４０３１５（Ｐ２００９−５４０３１５Ａ）
【公表日】平成２１年１１月１９日（２００９．１１．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−５１４８７６（Ｐ２００９−５１４８７６）
【出願日】平成１９年６月８日（２００７．６．８）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＧＢ２００７／００２１０２
【国際公開番号】ＷＯ２００７／１４４５７３
【国際公開日】平成１９年１２月２１日（２００７．１２．２１）
【出願人】（３９１００２３０６）レニショウ パブリック リミテッド カンパニー (166)
【氏名又は名称原語表記】ＲＥＮＩＳＨＡＷ ＰＵＢＬＩＣ ＬＩＭＩＴＥＤ ＣＯＭＰＡＮＹ
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２１年１１月１９日（２００９．１１．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年６月８日（２００７．６．８）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＧＢ２００７／００２１０２
【国際公開番号】ＷＯ２００７／１４４５７３
【国際公開日】平成１９年１２月２１日（２００７．１２．２１）
【出願人】（３９１００２３０６）レニショウ パブリック リミテッド カンパニー (166)
【氏名又は名称原語表記】ＲＥＮＩＳＨＡＷ ＰＵＢＬＩＣ ＬＩＭＩＴＥＤ ＣＯＭＰＡＮＹ
【Ｆターム（参考）】
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