(57)【要約】  座標測定機など測定機用の伸長可能な脚部アセンブリ（８；３０）を記載する。伸長可能な脚部アセンブリ（８；３０）は、第１の端部および第２の端部を備え、第１の端部と第２の端部の間の間隔を測定するための計測装置を備える。計測装置は、低い熱膨張係数を有する１つまたは複数の細長計測部材（４４、４６；７６、７８）を備える。伸長可能な脚部アセンブリ（８；３０）は、枢動接合部によって、１つまたは複数のプラットホーム（４、６；３６、３８）に取り付けることができる。好ましい一実施形態において、荷重支持構造（５０、５６）は、脚部アセンブリ（８；３０）の計測構造（７６、７８、８０）から機械的に隔離される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定機用の伸長可能な脚部アセンブリであって、第１の端部および第２の端部を有し、前記第１の端部と前記第２の端部との間の間隔を測定するための計測装置を備え、
前記計測装置は、低い熱膨張係数を有する１つまたは複数の細長計測部材を備えることを特徴とする伸長可能な脚部アセンブリ。
【請求項２】
前記第１の端部から前記第２の端部へと延びる荷重支持構造を備えることを特徴とする請求項１に記載の伸長可能な脚部アセンブリ。
【請求項３】
前記１つまたは複数の細長計測部材は、前記荷重支持構造よりも低い熱膨張係数を有することを特徴とする請求項２に記載の伸長可能な脚部アセンブリ。
【請求項４】
前記荷重支持構造は、前記脚部アセンブリを通る荷重担持路を提供し、前記１つまたは複数の細長計測部材は、前記荷重担持路から実質的に機械的に隔離されることを特徴とする請求項２から３のいずれかに記載の伸長可能な脚部アセンブリ。
【請求項５】
前記荷重支持構造は、第１の部分および第２の部分を備え、前記第１の部分は、前記第２の部分に対して相対的に運動可能であることを特徴とする請求項２から４のいずれかに記載の伸長可能な脚部アセンブリ。
【請求項６】
前記荷重支持構造は、前記第１の部分が前記第２の部分内に摺動可能に取り付けられる入れ子式荷重支持構造であることを特徴とする請求項５に記載の伸長可能な脚部アセンブリ。
【請求項７】
前記１つまたは複数の細長計測部材のそれぞれは、前記荷重支持構造によって、１つを越えない位置にて長手方向に拘束されることを特徴とする請求項２から６のいずれかに記載の伸長可能な脚部アセンブリ。
【請求項８】
前記１つまたは複数の細長計測部材のそれぞれは、前記脚部アセンブリの前記第１の端部または前記第２の端部、あるいはそれらの付近においてのみ長手方向に拘束されることを特徴とする請求項７に記載の伸長可能な脚部アセンブリ。
【請求項９】
前記１つまたは複数の細長計測部材のそれぞれは、複数の位置にて前記荷重支持構造によって横方向に拘束されることを特徴とする請求項７から８のいずれかに記載の伸長可能な脚部アセンブリ。
【請求項１０】
前記荷重支持構造は、第１の枢動接合部を介して第１の関連構造に機械的に結合され、前記第１の枢動接合部は、前記伸長可能な脚部アセンブリの前記第１の端部に配置されることを特徴とする請求項２から９のいずれかに記載の伸長可能な脚部アセンブリ。
【請求項１１】
前記荷重支持構造は、第２の枢動接合部を介して第２の関連構造に機械的に結合され、前記第２の枢動接合部は、前記伸長可能な脚部アセンブリの前記第２の端部に配置されることを特徴とする請求項１０に記載の伸長可能な脚部アセンブリ。
【請求項１２】
前記荷重支持構造は、関連付けられたボールに係合して枢動接合部を形成するための少なくとも１つのソケットを備えることを特徴とする請求項２から１１のいずれかに記載の伸長可能な脚部アセンブリ。
【請求項１３】
前記少なくとも１つのソケットは中空チャネルを備え、そこに細長計測部材を通して、前記関連付けられたボールと直接接触させることができることを特徴とする請求項１２に記載の伸長可能な脚部アセンブリ。
【請求項１４】
前記少なくとも１つのソケットまたはその付近にて、前記荷重支持構造に細長計測部材が取り付けられることを特徴とする請求項１２に記載の伸長可能な脚部アセンブリ。
【請求項１５】
前記１つまたは複数の計測部材は、第１の計測部材および第２の計測部材を備え、前記脚部アセンブリの前記第１の端部と前記第２の端部との間の前記間隔のいかなる変化によっても、前記第２の計測部材に対する前記第１の計測部材の運動が生じることを特徴とする請求項１から１４のいずれかに記載の伸長可能な脚部アセンブリ。
【請求項１６】
前記第１の計測部材はスケールを有し、前記第２の計測部材は、前記スケールを読み取るための読取ヘッドを備え、前記脚部アセンブリの伸長または収縮により、前記スケールが前記読取ヘッドに対して動かされることを特徴とする請求項１５に記載の伸長可能な脚部アセンブリ。
【請求項１７】
前記脚部アセンブリを伸長および収縮させるための駆動機構を備えることを特徴とする請求項１から１６のいずれかに記載の伸長可能な脚部アセンブリ。
【請求項１８】
前記少なくとも１つの細長計測部材は、１５μｍ／℃／ｍ未満の熱膨張係数を有することを特徴とする請求項１から１７のいずれかに記載の伸長可能な脚部アセンブリ。
【請求項１９】
前記少なくとも１つの細長計測部材は、ＩＮＶＡＲ（商標）などのニッケル鉄合金、およびＺＥＲＯＤＵＲ（商標）などのガラスセラミック材料のうちの少なくとも１つで形成されることを特徴とする請求項１から１８のいずれかに記載の伸長可能な脚部アセンブリ。
【請求項２０】
第１の端部および第２の端部を有する伸長可能な脚部アセンブリであって、前記第１の端部から前記第２の端部への荷重担持路を提供する荷重支持構造と、前記第１の端部と前記第２の端部の間の間隔を測定するための計測構造とを備え、前記計測構造は、前記荷重担持路から実質的に機械的に隔離されることを特徴とする伸長可能な脚部アセンブリ。
【請求項２１】
前記計測部材は、前記荷重支持構造よりも低い熱膨張係数を有することを特徴とする請求項２０に記載の伸長可能な脚部アセンブリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測定機に関し、特に、６脚座標測定機（ＣＭＭ）など非デカルト座標測定機（non-Cartesian measuring machine）に関する。特に、本発明は、そのような機械のための伸長可能な脚部アセンブリに関する。
【背景技術】
【０００２】
様々な非デカルト座標機械が知られている。例えば、６脚構成は、特許文献１および特許文献２に記載されている。特に特許文献１は、上部の可動式プラットホームを備える６脚機械ツールを記載しており、このプラットホームは、６本の油圧的に伸長可能な脚部によって基部に取り付けられている。伸長可能な脚部は、トラニオンまたはフック継手（Hooke's joint）によって、基部および可動式プラットホームに取り付けられる。伸長可能な脚部は、油圧式であり、シリンダ内で運動可能なピストンロッドを備える。脚部の伸長量は、磁気スケールをシリンダに取り付け、適当な読取ヘッドをピストンロッド上に取り付けることによって測定される。すなわち、脚部の伸長によってスケールが読取ヘッドを通過して動くことにより、脚部の長さを測定することが可能になる。コンピュータ制御装置は、必要なプラットホームの運動をもたらすために、各脚部の長さを設定するように作用する。特許文献２は、上記の６脚装置の変形形態を記載しており、それぞれの伸長可能な脚部の長さが干渉測定される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【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】英国特許出願第０６１１９７９．６号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記で説明したタイプの従来技術の６脚装置において、伸長可能な脚部は、通常、各脚部を必要に応じて伸長および収縮させるように作用するピストンまたは電子駆動モータを備える。通常、各脚部は、脚部の伸長量を測定するための何らかの手段をさらに備える。例えば、特許文献１は、シリンダ内で運動可能なピストンロッドを備える、油圧的に伸長可能な脚部を記載している。脚部の伸長量は、磁気スケールをシリンダに取り付け、かつ適当な読取ヘッドをピストンロッド上に取り付けることによって、測定される。すなわち、脚部の伸長または収縮により、スケールが読取ヘッドを通過して動かされ、それによって脚部の長さを決定することが可能になる。
【０００５】
特許文献１に記載されたタイプの構成の不都合は、ピストンロッドおよびシリンダのいかなる熱膨張によっても、伸長可能な脚部の長さが変わることである。ただし、そのような熱により生じる脚部長さの変化は、スケールと読取ヘッドとの間に相対運動が生じないために検出されない。これにより、脚部長さの測定に誤差が生じ、したがって、物体表面の座標測定時に誤りが生じる。
【０００６】
特許文献２は、脚部長さの干渉測定（interferometric measurement）を利用することによって熱膨張の影響をいくらか低減するが、そのような構成は、実装が複雑であり、振動および光学的な不整合による誤差を生じやすい。さらに、レーザまたは再帰反射器の架台の熱膨張は、特許文献１の装置に関連する誤差と類似の誤差を生じるおそれがある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第１の態様によれば、測定機用の伸長可能な脚部アセンブリが提供され、この伸長可能な脚部アセンブリは、第１の端部および第２の端部を有し、さらに、第１の端部と第２の端部の間の間隔を測定するための計測装置を備え、この計測装置は、低い熱膨張係数を有する少なくとも１つの細長計測部材を備える。
【０００８】
すなわち本発明は、測定機の一部として使用することができる伸長可能な脚部アセンブリを提供する。測定機は、座標測定機（ＣＭＭ）とすることができ、または、より好ましくは６脚または３脚などの非デカルト座標ＣＭＭとすることができる。本発明の脚部アセンブリは、その第１の端部と第２の端部の間隔を変えることができるように、伸長可能である。第１の端部と第２の端部の間の間隔の測定を可能にするために、計測装置または計測手段も設けられる。計測装置は、低い熱膨張係数を有する、少なくとも１つの細長計測部材（たとえばロッドまたは材料の平坦な層など）を備える。
【０００９】
本発明の伸長可能な脚部アセンブリは、脚部アセンブリの残りの部分内で生じるいかなる熱膨張による悪影響も実質的に受けないように低い熱膨張係数を有する材料で形成された、少なくとも１つの細長計測部材を備える。脚部アセンブリのいかなる熱膨張も、機械によって測定され、かつ機械によって測定される座標測定値に組み込まれる。これは、そのような熱膨張の影響が測定不可能である上述したタイプの従来技術の装置に優る利点である。また、本発明の構成は、脚部アセンブリの大部分が依然として、アルミニウムのような標準的で低コストの容易に機械加工可能な材料で形成されることを可能にする。
【００１０】
有利には、少なくとも１つの細長計測部材は、１５μｍ／℃／ｍ未満、より好ましくは１０μｍ／℃／ｍ未満、より好ましくは５μｍ／℃／ｍ未満、より好ましくは３μｍ／℃／ｍ未満、より好ましくは２μｍ／℃／ｍ未満、またはより好ましくは１μｍ／℃／ｍ未満の熱膨張係数を有する。
【００１１】
少なくとも１つの細長計測部材は、好都合には、その厳密な組成に応じて約０．５〜１．５μｍ／℃／ｍの熱膨張係数を有するニッケル鉄合金であるＩＮＶＡＲ（商標）で形成することができる。あるいは、少なくとも１つの細長計測部材をＺＥＲＯＤＵＲ（商標）などのガラスセラミック材料で形成することができる。ＺＥＲＯＤＵＲは、その厳密な組成に応じて、約０．０２μｍ／℃／ｍ以下の熱膨張係数を有する。そのような低い熱膨張係数は、アルミニウム（２３μｍ／℃／ｍ）または黄銅（１９μｍ／℃／ｍ）などの従来の材料の熱膨張係数の１０分の１未満であることが分かる。
【００１２】
伸長可能な脚部アセンブリは、好都合には、第１の端部から第２の端部へと延びる荷重支持構造を備える。好都合には、１つまたは複数の細長計測部材は、荷重支持構造よりも低い熱膨張係数を有する。好都合には、荷重支持構造は、脚部アセンブリを通る荷重担持路を提供する。１つまたは複数の細長計測部材は、好ましくは、荷重担持路から実質的に機械的に隔離される。すなわち計測装置は、伸長可能な脚部アセンブリが担持する荷重を全く担持しないように構成される。
【００１３】
有利には、荷重支持構造は第１の部分および第２の部分を備え、第１の部分は、第２の部分に対して運動させることができる。好都合には、荷重支持構造は、第１の部分が第２の部分内に摺動可能に取り付けられる入れ子式荷重支持構造である。例えば、荷重支持構造は、１つまたは複数の細長または管状部分を備えることができ、追加の荷重支持用支持体を必要に応じて管状部分内に設けることができる。こうして、外側管状部分内で摺動可能な内側管状部分を有する入れ子式構成を提供することができる。
【００１４】
有利には、伸長可能な脚部アセンブリは、脚部アセンブリを必要に応じて伸長および収縮させるための駆動機構または駆動手段を備える。駆動機構は、空圧式、油圧式とすることができ、または電気モータを備えることができる。好ましくは、ベルト駆動構成が設けられる。駆動手段は、コンピュータ制御装置など、関連付けられた制御装置の制御下で動作するように構成することができる。
【００１５】
関連付けられたプラットホームへの取付け部または機械的結合具を設けるために、第１および第２の枢動接合部（例えば、ボールアンドソケット継手（ball and socket joint））を伸長可能な脚部の第１および第２の端部に設けることができる。ボールまたはソケットは、プラットホーム上に設けることができる。伸長可能な脚部は、好都合には、第１の細長計測部材を備え、第１の細長計測部材は、第１のボール継手のボール付近に配置された第１の端部を有する。伸長可能な脚部はまた、第２の細長計測部材を備え、第２の細長計測部材は、第２のボール継手のボール付近に配置された第１の端部を有する。第１および第２の細長計測部材の長手方向運動は、好ましくは、ボール継手の付近のみで抑制される。すなわち、各細長計測部材の残りの部分は（すなわち、継手から離れた計測部材のいかなる部分も）、脚部アセンブリの残りの部分に対して長手方向に実質的に自由に運動する。
【００１６】
有利には、荷重支持構造は、関連付けられたボールに係合して枢動接合部を形成するための少なくとも１つのソケットを備える。有利には、第１のソケットを伸長可能な脚部の第１の端部に設けることができ、かつ／または、第２のソケットを伸長可能な脚部の第２の端部に設けることができる。第１および／または第２のソケットは、それぞれ、ボール継手を形成することができるように、相補的なボール（例えば、プラットホームに固定されたボールなど）に取り付けるのに適したものとすることができる。脚部アセンブリは、少なくとも１つのソケットまたはその付近で荷重支持構造に取り付けられた、細長計測部材を備えることができる。例えば、第１の細長計測部材の第１の端部は、好都合には、第１のソケットに取り付けることができ、第２の細長計測部材の第１の端部は、好都合には、第２のソケットに取り付けることができる。第１および第２の細長計測部材は、ソケットにて取り付けられる以外は、有利には長手方向に自由に運動する。
【００１７】
好都合には、少なくとも１つのソケットは中空チャネルを備え、そこに細長計測部材を通して、関連付けられたボールと直接接触させることができる。例えば、第１のソケットは、中空チャネルを備えることができ、中空チャネルは、使用に際して、第１の細長計測部材の第１の端部がボール継手のボールと直接接触することを可能にする。同様に、第２のソケットは、中空チャネルを備えることができ、中空チャネルは、使用に際して、第２の細長計測部材の第１の端部がボール継手のボールと直接接触することを可能にする。このようにして、細長計測部材の第１の端部は、それぞれのボール継手のボールと直接接触して維持される。そのような構成において、計測部材は、第１または第２のソケットによって長手方向で拘束されず、ボールソケットのボールと直接接触する。細長計測部材の端部を、関連付けられたボールと接触させるように付勢するために、付勢力を提供することもできる。
【００１８】
１つまたは複数の細長計測部材は、それぞれ、有利には、１つ以下の位置にて、脚部アセンブリの荷重支持構造によって長手方向（軸方向）で拘束される。すなわち、各細長計測部材は、好都合には、その長さに沿った単一地点にて（例えば、脚部アセンブリの第１もしくは第２の端部またはその付近にて）長手方向で拘束することができ、あるいは、ボール継手の関連付けられたボールによってのみ長手方向で拘束することができる（すなわち、脚部アセンブリのいかなる部分によっても拘束されない）。
【００１９】
その長さに沿った各細長計測部材の長手方向の拘束は、好ましくは回避されるが、そのような計測部材は、必要に応じて、複数の位置にて横方向で拘束することができる。例えば、細長計測部材は、相対的な長手方向運動（すなわち、脚部拡張および収縮方向の運動）を可能にするが、径方向運動を妨げるようにして、脚部アセンブリの周囲構造に固定することができる。例えば、細長計測部材を周囲の（場合によっては、荷重支持）構造に取り付けるために、軟質発泡体層を使用することができる。周囲構造は、アルミニウムで形成することができるが、細長計測部材は、より低い熱膨張係数を有する（例えば、ＩＮＶＡＲを含むことができる）。すなわち、発泡体層は、アルミニウムが（ＩＮＶＡＲ）細長計測部材の対応する変形を伴わずに膨張することを可能にする。
【００２０】
上記で概説したように、脚部アセンブリは、第１および第２の計測部材を備えることができる。これらの計測部材は、好ましくは、脚部アセンブリの第１の端部と第２の端部との間の間隔のいかなる変化によっても、第２の計測部材に対する第１の計測部材の運動が生じるように構成される。第１の細長計測部材は、スケールを画成または担持するように構成することができる。そのようなスケールの読取りに適した適当な読取ヘッドは、第２の細長計測部材の第２の端部またはその付近に取り付けることができる。第１および第２の細長計測部材は、脚部の伸長または収縮によってスケールが読取ヘッドに対して動かされるように、構成することができる。上記のように、第１および第２の細長計測部材の運動は、枢動（ボール）継手付近のみにおいて長手方向で拘束することができる。結果的に、荷重支持構造の熱膨張もまた、スケールと読取ヘッドの間のそのような相対運動を生じる。すなわち、この構成は、駆動または荷重によって生じる脚部の拡張／収縮に加えて、伸長可能な脚部の熱膨張の影響を測定することを可能にする。
【００２１】
第１の細長計測部材と第２の細長計測部材との間の相対運動を測定するために使用することができるスケールおよび読取ヘッドは、任意の知られたタイプのスケールおよび読取ヘッドとすることができる。例えば、光学式、磁気式、または電磁誘導式の、スケールおよび読取ヘッド構成を使用することができる。好ましくは、スケールは、第１の細長計測部材の材料内の一連の明暗線として形成され、読取ヘッドは、読取ヘッドを通過するそのような線の運動を感知するための、光学式インクリメンタルセンサ（incremental optical sensor）を備える。当業者は、そのような応用例に適当となる様々なタイプのスケールおよび読取ヘッドを知っているであろう。
【００２２】
上記のように、伸長可能な脚部の第１の端部と第２の端部との間に延びる荷重支持構造を設けることができる。荷重支持構造によって担持される荷重は、第１および第２の枢動（ボール）継手を通して、関連付けられたプラットホームに結合させることができる。好都合には、第１および第２のソケットはこうして、荷重支持構造の一部を形成し、装置を通る荷重路は、第１および第２の枢動接合部を貫通する。
【００２３】
計測路および荷重支持路両方の内部でボール継手を使用する代わりに、細長計測部材の第１の端部をプラットホームに対して配置するためだけに、ボール継手を使用することができる。荷重支持構造は、異なる経路によって、独立してプラットホームに結合させることができる。有利には、組合せ枢動接合部アセンブリを伸長可能な脚部の第１および／または第２の端部のところに設けることができる。枢動接合部アセンブリは、有利には、２つ以上の旋回軸周りでの回転運動を提供する多軸旋回継手部分を備え、前記２つ以上の旋回軸は、１つの交点で実質的に交差し、ボール継手部分は、前記交点付近に配置されたボールを備える。すなわち、組合せ枢動接合部は、それぞれ、ボール継手部分およびフック継手部分を備えることができる。ボール継手部分は、計測目的に使用することができる（例えば、細長部材の第１の端部は、そのようなボール継手のボール、またはその付近にて終端することができる）。一方フック継手は、（例えば、荷重支持構造の）機械的荷重を担持することができる。このようにして、ボール継手の計測上の利点（すなわち、精度）が多軸旋回継手の加重担持上の利点（低摩擦）と組み合わされる。そのような構成はまた、継手の変形を生じる大きい荷重が担持される場合に生じるおそれがある計測誤差を低減する。
【００２４】
有利には、組合せ枢動接合部アセンブリは、ボール継手の回転中心が多軸旋回継手部分の回転中心と実質的に一致するように構成される。好ましくは、組合せ枢動接合部アセンブリは、２つ以上の伸長可能な脚部を単一のボールに取り付けることを可能にする。あるいは、フック継手およびボール継手の回転中心を離隔させることができる。そのような組合せ枢動接合部アセンブリは、本出願と共通の優先権主張を有する本出願人の同時係属中の国際（ＰＣＴ）特許出願（代理人参照番号７３１）に、より詳細に記載されている。
【００２５】
好都合には、同様の枢動接合部が便宜のために伸長可能な脚部の各端部に設けられる。ただし、異なるタイプの継手を伸長可能な脚部の各端部に必要に応じて設けることができる。
【００２６】
本発明はこうして、第１の端部および第２の端部を有する伸長可能な脚部アセンブリを提供し、第１の端部と第２の端部は、（伸長可能な）荷重支持構造によって連結される。第１の端部と第２の端部との間隔を測定するための計測構造も設けることができ、計測構造は、実質的に荷重担持路から機械的に隔離される。好ましくは、荷重支持構造は、第１および第２の端部付近においてのみ、計測構造を機械的に長手方向で拘束する。有利には、計測構造は、荷重支持構造よりも低い熱膨張係数を有する。例えば、計測構造は、上述したような低い熱膨張係数を有することができる。そのような構成は、荷重支持構造の熱膨張が計測構造を歪めないことを保証し、かつ、荷重支持構造のいかなる熱膨張を計測することも可能にする。
【００２７】
上記の伸長可能な脚部アセンブリは、本明細書では非デカルト座標測定機に関して例示されるが、有利には、多種多様な代替応用例において使用することもできることに留意されたい。
【００２８】
フック継手部分およびボール継手部分を備える測定機用の組合せ継手もまた、本明細書に記載される。有利には、組合せ継手は、ボール継手の回転中心がフック継手の回転中心と実質的に一致するように構成される。ボールおよび第１のフックアセンブリを備える組合せ継手の第１の部品もまた記載される。組合せ継手の第２の部品を提供することもでき、第２の部品は、第１の部品の前記ボールと第２のフックアセンブリとを係合させるためのソケットを備え、第２のアセンブリは、第１の部品の第１のアセンブリと組み合わされて、フック継手を形成することができる。
【００２９】
１対の相対的に運動可能なプラットホームを備える非デカルト座標機械もまた、本明細書に記載され、前記プラットホーム間に、複数の動力付きの伸長可能な脚部および複数の伸長可能な測定脚部が延び、前記動力付きの伸長可能な脚部は、フック継手によってプラットホームに取り付けられ、伸長可能な測定脚部は、ボール継手によってプラットホームに取り付けられることを特徴とする。すなわち、フック継手は、動力付きの脚部によって加えられる荷重を担持し、ボール継手は、計測構造の脚部を測定するためのより高い精度を提供する。こうして、別々の測定脚部および動力付き脚部を有する例えば６脚の機械が提供される。測定脚部は、動力付き脚部と実質的に平行に構成することができる。あるいは、測定脚部および動力付きの脚部を、それぞれ異なる構成で設けることができる。動力付きの伸長可能な脚部を制御するため、およびまた、伸長可能な測定脚部からの測定値を受信するために、コンピュータまたはその他の制御装置を設けることができる。
【００３０】
次に、添付の図面を参照しながら、本発明を例としてのみ説明する。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１Ａ】６脚座標測定機を示す図である。
【図１Ｂ】６脚座標測定機を示す図である。
【図２】本発明の伸長可能な脚部の動作原理を示す図である。
【図３】本発明のさらなる伸長可能な脚部アセンブリを示す図である。
【図４】伸長可能な脚部をプラットホームに取り付けるための継手を示す図である。
【図５】伸長可能な脚部をプラットホームに取り付けるための継手の一代替形態を示す図である。
【図６Ａ】計測機能および荷重支持機能が分離されているプラットホームに、伸長可能な脚部を取り付けるための継手の一代替形態を示す図である。
【図６Ｂ】計測機能および荷重支持機能が分離されているプラットホームに、伸長可能な脚部を取り付けるための継手の一代替形態を示す図である。
【図６Ｃ】計測機能および荷重支持機能が分離されているプラットホームに、伸長可能な脚部を取り付けるための継手の一代替形態を示す図である。
【図７】２本の脚部をプラットホームに取り付けることを可能にするさらなる継手を示す図である。
【図８】図４に示すソケットの一変形形態を示す図である。
【図９】図５に示すソケットの一変形形態を示す図である。
【図１０】分離された計測脚部および荷重支持脚部をどのように設けることができるかを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
図１を参照すると、６脚座標測定機（ＣＭＭ）が示されている。６脚ＣＭＭ２は、基部プラットホーム４と、６本の伸長可能な脚部８によって離隔された可動式プラットホーム６と、を備える。３つのボール継手１０が基部４上に設けられ、３つのボール継手１２がプラットホーム６上に設けられている。各ボール継手は、２本の伸長可能な脚部の端部に取り付けられる。クイル（quill）１４は、プラットホーム６の下面に取り付けられて、測定プローブ１６を保持するように構成されており、測定プローブ１６は、球形スタイラス先端を備えるスタイラス１８を有する。測定プローブは、接触トリガプローブ（trigger probe）、または既知のタイプの任意の測定プローブとすることができる。
【００３３】
それぞれの伸長可能な脚部８の長さは、関連付けられたコンピュータ制御装置２０によって制御される。様々な脚部の長さを変えることによって、プラットホーム６、したがってクイル１４を、基部に対して相対的に動かすことが可能になる。この構成により、基部４上に配置された物体（例えば、作業部片）の形を測定することが可能になる。
【００３４】
上記で概説したように、伸長可能な脚部の計測機能と荷重支持機能とを分離することにより、伸長可能な脚部の長さの測定を改善できることが認識されている。すなわち、荷重支持構造内の熱膨張は、低い熱膨張係数を有する材料で形成される計測構造から、機械的に隔離することができる。
【００３５】
図２を参照すると、本発明の伸長可能な脚部３０の基本原理が示されている。
【００３６】
伸長可能な脚部３０は、外側管状部分３２および内側管状部分３４を備える。内側管状部分３４は、外側管状部分３２内で摺動可能であり、それにより、入れ子式に伸長可能な脚部を形成する。内側および外側管状部分の最外端部は、それぞれ第１のボール継手４０および第２のボール継手４１によって、第１のプラットホーム３６および第２のプラットホーム３８に取り付けられ、各ボール継手は、ボールおよびソケットを備える。ボールは、プラットホームに固定的に取り付けられ、ソケットは、伸長可能なアームの端部上に設けられる。駆動手段４２は、必要に応じて脚部の拡張および収縮をもたらす。内側および外側管状部分を図２に示すが、任意の種類の入れ子構成を設けることができることに留意されたい。
【００３７】
駆動機構つまり駆動手段４２は、図２に概略的に示されており、内側管状部分と外側管状部分との間に相対的な軸方向運動を導入する、任意の構成を備えることができる。例えば、駆動手段は、油圧式ピストン、ねじジャッキとすることができ、または電子駆動構成を備えることができる。使用に際し、駆動手段４２は、伸長可能な脚部の拡張および収縮を生じ、それにより第１および第２のプラットホームを必要に応じて離隔させ、またはそれらを互いに引きつける。加えられるいかなる荷重も、管状部分によって伸長可能な脚部３０を通して伝達される。
【００３８】
伸長可能な脚部は、管状（荷重支持）部分に加えて、さらに別個の計測構造を備える。計測構造は、第１の計測部材４４および第２の計測部材４６を備える。
【００３９】
第１の計測部材４４は、細長部材を備え、その上に光学スケールが形成される。第１の計測部材４４の第１の端部は、第１のボール継手４０のボールに取り付けられ、または、第１のボール継手４０のボールのできるだけ近くの構造に取り付けられる。第１の計測部材４４の第２の端部は、長手方向に自由に運動するが、径方向運動を妨げるように周囲の内側管状部分３４によって支持することができる。すなわち、第１の計測部材の軸方向運動が抑制される唯一の地点は、第１のボール継手４０付近であり、第１の計測部材の残りの部分は、伸長可能な脚部の周囲構造に対して軸方向に自由に運動する。
【００４０】
第２の計測部材４６もまた、細長部材の形である。第２の計測部材４６の第１の端部は、第２のボール継手４１のボールに取り付けられ、または、第２のボール継手４１のボールのできるだけ近くの構造に取り付けられる。第２の計測部材４６の第２の端部は、第１の計測部材４４の光学スケールの読取りに適した光学読取ヘッド４３を有する。第２の計測部材４６の第２の端部は、長手方向に自由に運動するが、径方向運動を妨げるように、周囲の外側管状部分３２によって支持することができる。すなわち、第２の計測部材の軸方向運動が抑制される唯一の地点は、第２のボール継手４１付近であり、第２の計測部材の残りの部分は、伸長可能な脚部の周囲構造に対して軸方向に自由に運動する。
【００４１】
第１および第２の計測部材は、主に、低い熱膨張係数を有する材料で製作される。例えば、それらは、いずれも市販されているＩＮＶＡＲ（商標）またはＺＥＲＯＤＵＲ（商標）を含むことができる。
【００４２】
上記で説明した計測構造は、測定される第１のボール継手と第２のボール継手との間の分離を可能にする。従来技術の装置と異なり、スケールおよび読取ヘッドは、伸長可能な脚部の管状部分の長さに沿って機械的に直接結合されない。その代わり、各部材は、例えば、脚部の端部付近など、１つの位置のみで管状部分に連結させられる。管状部分の熱膨張は、脚部の長さを増大させるが、そのような増大によって、第２の計測部材に対する第１の計測部材の測定可能な運動も生じる。同様に、静的または動的力を加えることによって伸長可能な脚部が伸張または圧縮される場合には、第２の計測部材に対する第１の計測部材の測定可能な運動が生じる。計測（すなわち、脚部長さの測定）の精度は、脚部の管状部分の熱膨張、または脚部の管状部分に加えられる力による影響を受けない。光学スケールおよび読取ヘッド構成を図２に示すが、非光学的位置エンコーダ［例えば、磁気システムまたは静電容量システム）を代わりに使用できることに留意されたい。
【００４３】
すなわち、伸長可能な脚部３０は、その長さを測定するための一体の計測手段または装置を備え、その計測手段または装置は、荷重を支持する主構造のいかなる熱膨張または収縮による影響も受けない。すなわち、この構成により、荷重を伝達しない計測構造が提供されることが理解できる。つまり、伸長可能な脚部３０は、計測構造（すなわち、計測部材４４および４６）とは別個の荷重支持構造（すなわち管状部分３２および３４）を備えるということができる。
【００４４】
図３を参照すると、本発明の動力付きの（powered）伸長可能な脚部のより詳細な図が提供されている。脚部を通る様々な断面図も提供されている。
【００４５】
伸長可能な脚部は内側管状部分５０を備え、その内側管状部分５０は第１の端部５２を有し、その第１の端部５２は、第１のボール継手５４によって第１のプラットホームに連結される。さらに、伸長可能な脚部は外側管状部分５６を備え、その外側管状部分５６は第１の端部５８を有し、その第１の端部５８は、第２のボール継手６０によって第２のプラットホームに連結される。内側管状部分５０の第２の端部は、外側管状部分５６内に配置されて、摺動可能な入れ子式脚部構成を形成する。
【００４６】
外側管状部分５６内には、内部支持ストラット（strut）６２も配置されている。ストラット６２の一端部は、第２のボール継手６０に機械的に結合される。内部支持ストラット６２の他端部は、外側管状部分５６の第２の端部より少しだけ短い位置にて終端する。内側管状部分５０の内部寸法は、その内部で内部支持ストラット６２が摺動するように選択される。
【００４７】
内部支持ストラット６２はベルト駆動装置を担持し、そのベルト駆動装置は、第１の滑車６４および第２の滑車６６を有し、滑車の回りをベルト６８が通過させられる。第１の滑車６４を駆動してベルト６８を駆動するために、モータ７０が設けられる。内側管状部分５０の第２の端部は、ベルト６８に固定される取付け部材７２を有する。したがって、ベルト６８の運動により、内側および外側管状部分の相対的な長手方向運動が生じる。内側および外側管状部分のいかなる横方向運動をも妨げるように、Ｏリング７４も設けられる。
【００４８】
第１の計測部材７６は、内側管状部分の第１の端部から（すなわち、第１のボール継手５４から）延びる。第１の計測部材７６の運動は、第１のボール継手５４付近において長手方向のみに抑制される。ただし、前記部材は、いかなる横方向運動も妨げられるように、弾性発泡体層によって内側管状部分５０の内部表面に取り付けられる。
【００４９】
第２の計測部材７８は、外側管状部分の第１の端部から（すなわち、第２のボール継手６０から）延びる。第２の計測部材７８は、第２のボール継手６０付近およびまた内部支持ストラット６２の端部付近の地点にて合流する、２本の平行な軌道を備える。第２の計測部材７８は、第２のボール継手６０の付近においてのみ、長手方向に拘束される。ただし、第２の計測部材７８の横方向運動は、弾性の発泡体層を用いて前記部材を内部支持ストラット６２に取り付けることによって妨げられる。
【００５０】
読取ヘッド８０は第２の計測部材７８の遠位端に取り付けられ、第１の計測部材７６上にスケールが形成される。内側および外側管状部分が拡張または収縮するときに、スケールは読取ヘッドに対して相対的に運動し、それにより、それらの間の相対的な運動の測度をもたらす。上述したように、そのような構成は、脚部の荷重担持部分のいかなる熱膨張、または、その他いかなる変形を測定することも可能にする。
【００５１】
図４を参照すると、プラットホームに固定されたボール１０３に、伸長可能なアームの別個の計測および荷重支持部分を取り付けるために適当なソケット１００が示されている。すなわち、ソケット１００およびボール１０３は、ボール継手を形成する。特に、ソケット１００は、図２および図３を参照しながら上述したタイプの伸長可能なアームの各端部に含まれるものとして適当である。
【００５２】
ソケット１００はボール接触端部分１０２を備え、そのボール接触端部分１０２は、関連付けられるボール１０３との３つ以上の接触点または円錐接触部をもたらす。ソケット１００は、伸長可能なアームの荷重支持構造１０４（例えば、図２の内側または外側管状部分）およびアームの計測部材１０６（例えば、図２の第１または第２の計測部材）の両方に連結される。ソケット１００は、計測部材１０６の端部が実質的にボール１０３付近に配置されるように構成される。
【００５３】
すなわち、ソケット１００は、計測部材１０６および荷重支持構造１０４の両方をボール１０３に機械的に結合させる。計測部材１０６は、ソケットのところでのみ、荷重支持構造１０４に対して軸方向に固定することができる。計測部材１０６の残りの部分は、荷重支持構造１０４に対して軸方向に自由に運動することができる。
【００５４】
上記にて概説したように、計測部材１０６は、低い熱膨張係数を有する材料（例えば、ＩＮＶＡＲ）で製作される。実際、ＩＮＶＡＲの熱膨張係数は、本発明の目的にとってはゼロに近いと考えることができる。ただし、ソケット１００は、十分な機械的堅牢性をもたらすために、青銅（かなり高い熱膨張係数を有する）で製作される。したがって、計測路内の青銅の短い長さ（ｘ）、すなわち計測部材１０６とボール１０３との間から生じる、少量の熱膨張が存在することになる。ただし、そのような青銅材料の影響は最小限であり、通常無視することができる。ソケットを設けるために、青銅の代わりに、その他の適当な強度を有する任意の材料（例えば、鋼鉄）を使用することができる。
【００５５】
図５を参照すると、１つの代替ソケット１１０が示されている。ソケット１１０は、青銅で形成されており、関連付けられるボール１１３との３つ以上の接触点をもたらすボール接触端部分１１２を備える。さらに、ソケット１１０は、伸長可能なアームの荷重支持構造１１４にも連結される。
【００５６】
ソケット１１０を通る中心中空コアが設けられ、そこを通して、計測部材１１６の端部がボール１１３と直接接触するように、計測部材１１６を通すことができる。荷重支持構造１１４は、計測部材１１６が通るチャネル内に固定された環状ラグ１１５を備える。さらに、環状ラグ１１７もまた、計測部材１１６上に設けられる。ラグ１１５とラグ１１７との間に配置されたばね１１８は、計測部材１１６の端部を付勢してボールと接触させる。
【００５７】
この構成においては、計測部材の材料のみが計測路内にある。つまり、図４を参照しながら上述したソケット１００に関連付けられた少量の熱膨張がなくなり、それによって測定精度がより一層高まる。
【００５８】
上述した例は、伸長可能なアームの計測および荷重支持部品の両方を、そのアーム内でどのように分離できるかを示す。特に上記の例は、荷重支持路および計測路を、ソケット付近またはボール継手のボールのところでどのようにまとめることができるかを説明している。伸長可能なアームの計測路と荷重支持路とを表面に結合する継手を分離することによって、性能のさらなる改善をどのように得ることができるかについて、次に説明する。
【００５９】
図６を参照すると、表面への個別の計測路および荷重支持路を提供するための、継手１２０の第１の例が示されている。特に、図６ａは継手１２０の側面を示し、図６ｂおよび図６ｃは、それぞれ図６ａの線Ｉ−ＩおよびＩＩ−ＩＩに沿った断面を示す。
【００６０】
継手１２０は、プラットホーム１２４の表面から突出する１対の平行のアームまたは突起１２２を備える。１対のアーム１２２は、リング形状の構成要素１２６に、直径方向に対向する位置にて枢動式に取り付けられる（pivotally mounted）。Ｙ字形の荷重支持部材１２８は、２つの直径方向に対向する点にて、さらなる１対のアームまたは突起を介してリング１２６に枢動式に取り付けられる。これにより、２つの実質的に交差する旋回軸を有するいわゆるフック継手が設けられ、２つの旋回軸は、回転中心１３０の周りの枢動を実質的に可能にする。フック継手は、荷重支持部材１２８からプラットホーム１２４への機械的荷重を担持する。リング形状の構成要素１２６を図示するが、そのような構成要素は、２対の突起の連結を可能にして、ボール周りの間隙をもたらすための中心穴を提供する任意の形状とすることができる。
【００６１】
継手１２０は、さらにボール１３２を備え、そのボール１３２は、プラットホーム１２４に取り付けられて、ボール１３２中心がフック継手の両旋回軸の交点と実質的に一致するように構成される。計測部材１３０は、荷重支持部材１２８の軸と同軸上に延びる。計測部材１３０の端部は、ボール１３２と直接接触する。したがって、ボール継手は、純粋に計測目的のために設けられており、すなわち荷重は、ボール継手を通して伝達されない。
【００６２】
したがって、継手１２０は、伸長可能なアームの荷重支持構造および計測部材が、異なる経路によってプラットホームに結合されることを可能にする。特に、継手１２０は、荷重をアームからプラットホームに結合させるフック継手を提供しており、これは、そのような継手の摩擦が低く、荷重担持能力が高いことを利用している。さらに、継手１２０は、計測部材をプラットホームに結合するための、フック継手よりも本質的に精密なボール継手も含む。したがって、継手１２０は、フック継手の利点（すなわち、摩擦が低く耐荷重能力が高いこと）をボール継手の計測上の利点（すなわち高い精度）と組み合わせる。
【００６３】
したがって、図６に示す継手１２０は、プラットホームに、上述したタイプの単一の伸長可能なアームを取り付けることを可能にする。しかし、２つ以上の異なる伸長可能な脚部を受けることができる、継手を提供することが望ましいことが多い。例えば、そのような継手は、図１を参照しながら説明した６脚構成を実装するために必要とされる。
【００６４】
図７を参照すると、２本の伸長可能な脚部をプラットホーム１６０に結合させるためのさらなる継手１５０が示されている。
【００６５】
継手１５０は、第１の伸長可能な脚部からの第１の荷重支持部材１５２および第１の計測部材１５４を受けるように構成される。第２の伸長可能な脚部からの第２の荷重支持部材１５６および第２の計測部材１５８も受けられる。さらに、継手は、プラットホーム１６０に係留された中心構造１５９も備える。
【００６６】
第１の担持部１６２は、第１の回転軸Ａの周りで回転することができるように、軸受１６４を介して中心構造１５９に取り付けられる。第１の荷重支持部材１５２は、第２の回転軸Ｂの周りで回転可能となるよう、軸受１６６を介して第１の担持部１６２に回転可能に取り付けることができるように、その端部上に突起を有する。このようにして継手１５０は、第１の荷重支持部材が実質的に中心Ｃの周りで２方向の回転自由度を有して回転することを可能にする。
【００６７】
第２の担持部１７０もまた、第１の回転軸Ａと実質的に同軸の軸周りで回転可能となるように、軸受１７２を介して中心構造１５９に取り付けられる。第２の荷重支持部材１５６は、同様に中心点Ｃと実質的に交差する軸Ｄの周りで回転可能となるよう、軸受１７４を介して第２の担持部１７０に回転可能に取り付けることができるように、その端部上に突起を有する。このようにして継手１５０もまた、第２の荷重支持部材が実質的に中心Ｃの周りで２方向の回転自由度を有して回転することを可能にする。
【００６８】
さらに、中心構造１５９は、中心Ｃと実質的に一致して配置された中心を有するボール１７６を担持する。第１の計測部材１５４および第２の計測部材１５８は、ボール１７６と直接接触する。計測部材１５４および１５８の端部をボール１７６と接触させて保つために、適当なソケット（図示せず）を設けることができ、または、通常の動作状態下でボール接触が維持されるように、それらの部材を付勢してボールと接触させることができる。
【００６９】
したがって継手１５０は、プラットホームに、上述したタイプの２本の伸長可能なアームを取り付けることを可能にする。フック継手構成が荷重支持結合具を提供する一方、計測路は、ボール継手を介して提供される。２本の伸長可能なアームを例示するが、必要に応じて３本以上のアームを設けることもできることに留意されたい。
【００７０】
図８および図９を参照すると、図４および図５を参照しながら説明したソケットの変形形態が示されており、それらのソケット内には、追加の非接触距離測定装置が設けられている。
【００７１】
図８は、伸長可能なアームの荷重支持構造３０４および計測部材３０６の両方に取り付けられたソケット３００を示す。ソケット３００はまた、関連付けられるボール３０３に係合させるためのボール接触端部分３０２を備える。非接触距離測定装置３０８もまた、ソケット３００によって保持されており、ソケット３００とボール３０３との間の距離ｄを測定するように構成されている。これにより、ソケット３００とボール３０３との間の距離が常に高精度で知られることが保証され、計測性能がさらに高まる。
【００７２】
図９は、ボール３１３に係合させるための端部分３１２を有するソケット３１０を示す。ソケット３１０はまた、伸長可能なアームの荷重支持構造３１４にも連結される。ソケット３１０を通る中空コアが設けられ、そこに計測部材３１６を通すことができる。付勢機構３２０は、計測部材３１６をボール３１３に向かって付勢するように配備される。ソケット３１０のコア内に配置された計測部材３１６の端部は、支持構造３１８を担持し、非接触距離測定装置３０８がそれに取り付けられる。非接触距離測定装置３０８は、ソケット３００とボール３０３との間の距離ｄを測定するように構成されており、それにより測定性能をさらに高める。
【００７３】
上記で図８および図９を参照しながら説明した非接触距離測定装置３０８は、静電容量センサ、渦電流センサ、または光学センサ（例えば、レーザ干渉計もしくはレーザ三角測量装置など）を含むことができる。図６および図７を参照しながら説明したタイプの継手に、同様の非接触距離測定装置を含むことができることにも留意されたい。
【００７４】
図６および図７を参照しながら組合された継手を説明したが、同様の効果を実現するために、別々の（空間的に分離された）フック継手およびボール継手を設けることができることに留意されたい。
【００７５】
図１０は、第２の可動式プラットホーム２０２から離隔された第１の（例えば、基部）プラットホーム２００を示す。動力付きの伸長可能な脚部２０４および計測脚部２０６は、第１および第２のプラットホームの両方に取り付けられている。動力付きの伸長可能な脚部２０４は、必要に応じて伸長または収縮することができるように、駆動手段（図示せず）を備える。計測脚部２０６は、そのような駆動手段を備えないが、その代わりに、その長さを測定する手段を備える。計測脚部は、（動力を有さない（non-powered））入れ子式管状ハウジングを用いて収容された上述したタイプの第１および第２の計測部材を備えることができる。動力付きの脚部２０４および計測脚部２０６を動作中に互いに平行に維持するために、１つまたは複数のリンク機構２０８を設けることができる。
【００７６】
動力付きの伸長可能な脚部２０４は、フック継手２１０を介して両方のプラットホームに取り付けられ、計測脚部２０６は、ボール継手２１２を介してプラットホームに取り付けられる。この構成により、ボール継手に関連する計測上の利点を、低摩擦（低摩耗）というフック継手の利点と組み合わせることが可能になる。
【００７７】
ＣＭＭは通常、複数の動力付きの伸長可能な脚部および複数の計測脚部を備えることに留意されたい。例えば、６本の動力付きの伸長可能な脚部および６本の計測脚部を有する６脚構成を設けることができる。各計測脚部は、動力付きの脚部に隣接および／または平行に保持することができるが、任意の構成の動力付きの脚部および計測脚部を設けることができるので、この調整および／または保持は厳密には必要とされない。
【００７８】
図１に示す６脚ＣＭＭを実装するときに、図２から図１０を参照しながら説明した様々な構成の任意の１つまたは複数を用いることができる。ただし、図１は非デカルト座標測定装置のただ一例を提供しているに過ぎず、多数の代替構成を実装することができることが思い出されるべきである。例えば、アクセスが改善された６脚ＣＭＭは、特許文献３の優先権を主張する本出願人らの同時係属中の国際（ＰＣＴ）特許出願に記載されている。上述した脚部および継手は、そのような代替装置において使用することができ、かつ、非ＣＭＭ構成においても使用することができる。したがって、当業者は、本明細書で説明した装置を有利に使用することができる多数の変更された応用例を当業者に認識するであろう。
【図１Ａ】
2009540317.tif 000003
【図１Ｂ】
2009540317.tif 000004
【図２】
2009540317.tif 000005
【図３】
2009540317.tif 000006
【図４】
2009540317.tif 000007
【図５】
2009540317.tif 000008
【図６Ａ】
2009540317.tif 000009
【図６Ｂ】
2009540317.tif 000010
【図６Ｃ】
2009540317.tif 000011
【図７】
2009540317.tif 000012
【図８】
2009540317.tif 000013
【図９】
2009540317.tif 000014
【図１０】
2009540317.tif 000015
【国際調査報告】
2009540317.tif 000016
2009540317.tif 000017
2009540317.tif 000018
2009540317.tif 000019
2009540317.tif 000020