(57)【要約】【課題】機械の較正を行うために用いられる装置もしくは機械自身として用いられる装置について記述される。【解決手段】装置は、２つの構造体を具え、その各々は、その上に三角形状に間隔を置いて配置された３つの支持部を有する。支持部は、ボールもしくはソケットとすることができる。構造体は６つの部材によって相互に接続され、各々の支持部には２つの部材の端部が接続される。較正デバイスとして用いる場合には、部材を伸縮駆動される測定バーとし、構造体をそれぞれ機械の固定部および可動部に接続すれば、機械の部分の変位が構造体間の相対変位を生じさせ、測定バーの長さを変化させる。機械として用いる場合には、部材を構造体の一方によって動力が供給される支柱とする。その構造体は、ワークピースに対し工具またはプローブを相対的に位置づけるべく工具またはプローブを保持して他方の構造体に対し相対的に操作されるものとすることができる。【選択図】図１
2006133235.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一つが、ワークピースへの操作を行う工具またはプローブを保持できる、相対的に可動な部分を有し、前記部分の相対運動が機械の制御器の制御の下に駆動される機械で測定を行う装置であって、
機械の相対的に可動な部分それぞれの部分を形成するまたはそれぞれの部分に連結される第１および第２の構造体であって、構造体の少なくとも一つが三角形状に間隔を置いた３つの支持部を有し、構造体の他方が少なくとも一つの支持部を有する、第１および第２の構造体を具え、
第１および第２の構造体の支持部の各々は、各構造体の較正点を定める点に中心付けられ、前記構造体の少なくとも一つの前記較正点の相対的位置が知られている部分球状の支持表面を有し、
少なくとも３つの予め較正された伸縮可能な測定バーであって、支持部と測定バーとの間に全方位に回動可能な接続を形成して構造体の支持部に嵌るように形状付けられている表面を端部に有する測定バーを具え、前記測定バーは端部の形状付けられた表面が前記較正点と所定の関係で位置されるように２つの構造体の間に接続され、２つの構造体の支持部の少なくとも一つがそれに接続された少なくとも２つの測定バーを有し、
前記測定バーは、機械がワークピースへの前記操作を行うとき、機械の可動部の相対運動中に作動して、前記相対運動中の任意の時点で前記支持部の全ての前記較正点の相対位置に関する情報を提供し、
前記位置情報が機械の部分の相対的運動の制御のためのフィードバックデータとして機械の制御器に供給されることを特徴とする装置。
【請求項２】
前記少なくとも一つの構造体は、各頂点が支持部である三角形を規定するように配列された３つのロッドを具えることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
支持部の部分球面の各々は凸状であり、測定バーの両端の表面の各々は凹状であり、各測定バーはその各端部における全方位に回動可能な接続の中心を貫通する軸を有し、前記凹状面が形成された端部の少なくとも一つに傾けられたソケットを有することを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項４】
全方位に回動可能な接続の各々には、それぞれの測定バーの表面および支持部を共に保持すべく磁気装置が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項５】
第１の構造体は、三角形状に間隔を置いた３つの支持部を有し、
第２の構造体は１つの支持部を有し、および
３つの予め較正された伸縮可能な測定バーが設けられ、各々はその表面により各構造体の支持部の一つに接続されていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項６】
支持部の部分球面の各々は凸状であり、測定バーの両端の表面の各々は凹状であり、各測定バーはその各端部における全方位に回動可能な接続の中心を貫通する軸を有し、前記凹状面が形成された端部の少なくとも一つに傾けられたソケットを有することを特徴とする請求項５に記載の装置。
【請求項７】
全方位に回動可能な接続の各々には、それぞれの測定バーの表面および支持部を共に保持すべく磁気装置が設けられていることを特徴とする請求項５に記載の装置。
【請求項８】
測定バーの表面の各々は、支持部の部分球面に接触する３つの接触領域を含むことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項９】
少なくとも一端は、支持部の表面に接触する３つの接触領域を含むことを特徴とする請求項５に記載の装置。
【請求項１０】
前記接触領域のうちの一つは、測定バーの軸の上にあることを特徴とする請求項８または９に記載の装置。
【請求項１１】
一つが、ワークピースへの操作を行う工具またはプローブを保持できる、相対的に可動な部分を有し、前記部分の相対運動が機械の制御器の制御の下に駆動される機械の操作を制御する方法であって、
機械の相対的に可動な部分それぞれの部分に連結される、またはそれぞれの部分を形成する第１および第２の構造体であって、構造体の少なくとも一つが三角形状に間隔を置いた３つの支持部を有し、構造体の他方が少なくとも一つの支持部を有し、各支持部が(露出した）支持表面を有する第１および第２の構造体を用意し、
両端に、構造体の支持表面に嵌るべく形状付けられた表面を有する予め較正された装置を用い、前記支持表面に関連する所定の較正点の相対的位置の測定を前記少なくとも一つの構造体に対し行い、
少なくとも３つの予め較正された伸縮可能な測定バーであって、構造体の支持表面に嵌るように形状付けられている表面を両端に有する測定バーを用意し、
前記測定バーの各々を２つの構造体の間に接続して、測定バーの両端部の形状付けられた表面が２つの構造体の支持表面に前記較正点と所定の関係で位置され、２つの構造体の支持部の少なくとも一つがそれに接続された２つの測定バーを有するようにし、
機械の相対的に可動な部分の相対運動がワークピースへの前記操作を行なわせるように機械の制御器を有する機械を駆動し、支持表面の較正点の互いに対しての位置を測定するために、伸縮可能な測定バーから読取り、
伸縮可能な測定バーからの位置情報を機械の部分の相対的運動の制御のためのフィードバックデータとして機械の制御器に供給する
スッテプを具えることを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一方の部材が他方に対して相対的に位置づけられる機械に関する。例えば、本発明は、測定器械、工作機械、スキャニングマシンなど、工具あるいはプローブがワークピースに対して位置づけられる機械に関するものである。
【０００２】
特に、本発明は、かかる装置上で測定あるいは較正(calibration)を行う方法に関するものである。
【背景技術】
【０００３】
いくつかの形態においては、本発明は本出願人になる特許文献１に記載された装置または方法を発展させたものであり、それを参照すべきものである。また、特許文献２、特許文献３、および特許文献４も参照すべきである。
【０００４】
これらすべての出願においては、工具、プローブまたは他の操作部材(operator)は、一方の構造体(strucure)、すなわちワークピースが取り付けられる他の構造体に対して変位する当該一方の構造体に取り付けられている。工具、プローブまたは他の操作部材は、固定されたワークピースに対して移動可能であり、あるいは逆もまた同様である。かかる相対的変位は、２つの構造体間に作用する６つのラム(ram)によって効果あらしめられる。これらのラムは、６自由度（３つの並進および３つの回転）をもつ所望のいかなる構造体間相対変位を生じさせために制御が可能である。ラムの変位を測定することが必要であり、本発明の一形態は、かかる測定に関与するのである。
【０００５】
【特許文献１】国際特許出願Ｎｏ．ＰＣＴ／ＧＢ９４／０２５９３
【特許文献２】国際特許出願Ｎｏ．ＷＯ９１／０３１４５
【特許文献３】国際特許出願Ｎｏ．ＷＯ９２／１７３１３
【特許文献４】欧州特許出願Ｎｏ．５３４５８５
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記参照された種々の特許出願に記載された装置に付随した課題は、機械の変位の較正である。これを達成するためには、固定構造体に対する可動構造体の相対変位および向き(orientation)を測定することが必要である。かかる変位および方向はそれを生じさせるラムの伸張(extension)とは無関係である。本発明の他の形態は、上記特許出願に記載されたタイプおよび他の従来の機械双方での較正を許容するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一形態に係り、機械の較正を行う方法においては、少なくとも１つの球状もしくは部分球状(part-spherical)支持部をもつ第１の構造体を機械の第１部分に取り付ける工程と、３つの球状もしくは部分球状の支持部を３角形状に配設してなる第２の構造体を機械の第２部分に取り付ける工程と、それぞれが各構造体の支持部の一方に取り付けられた少なくとも３つの測定  バーにより、２つの構造体を相互に接続する工程と、機械の２つの前記部分間の相対変位を生じさせて２つの構造体の相対変位を生じさせ、当該２つの構造体の相対変位によって生じる測定バーの長さの変化を決定する工程と、当該長さの変化から２つの構造体の実際の変位を決定する工程と、を具える。
【０００８】
本発明の一実施例においては、第１構造体はその上に３角形状に配設してなる３つの球状もしくは部分球状(part-spherical)の支持部を有し、６つの測定バーが設けられ、各バーの対向端部を各構造体上の一方の支持部に接続してある。かかる実施例においては、双方の構造体上の各支持部は、それに接続された２つの測定バーの端部を有している。
【０００９】
発明の他の実施例においては、第１構造体は、通常は工具あるいは測定プローブの先端が占めている位置で機械に配置された単一の支持部を具え、３つの測定バーを具備し、各バーの対向端部を第１構造体上の単一の支持部と第２構造体上の支持部の一方とに接続してある。
【００１０】
本発明の他の形態では、少なくとも１つの球状もしくは部分球状の支持部をその上に有する第１構造体と、その上に３角形状に離隔配置した３つの球状もしくは部分球状の支持部を有する第２構造体と、当該２つの構造体を相互接続する少なくとも３つの部材とを具える。
【００１１】
かかる装置は較正デバイスとしての機械に接続されていても良く、この場合上記部材は受動的な測定バーであっても良い。あるいはまた、上記部材は構造体の一方を他方に対して操作することができるように動力を供給される伸縮可能な支柱(powered extensible strut)であっても良い。
【００１２】
本発明の一実施例においては、構造体の双方はその上に３つの球状もしくは半球状の支持部を３角形状に離隔配置してなり、６つの測定バーが設けられ、各バーは一方の端部が一方の構造体上の支持部に接続され、他方の端部が他方の構造体上の支持部に接続されている。かかる実施例においては、双方の構造体上の各支持部は、それに接続された２つの測定バーの端部を有している。
【００１３】
動力供給される支柱はまた測定デバイスを含んでいても良く、これによってそれは２つの構造体の相対変位を決定するための測定バーとして付加的な作用を行う。
【００１４】
本発明のいずれの形態のいずれの実施例においても、支持部は、球状もしくは球の部分(part-sphere) の形態、または、球状もしくは球の部分状のソケットの形態をとることができる。従って測定バーもしくは支柱の被支持端部は、これに対応していずれかの端部がボールまたはソケット状に適切に形成されたものとすることができる。これは、支持部に嵌合できるように、完全な球状もしくは単に部分的に球状のものとすることができる。
【００１５】
測定バーもしくは支柱は、支持部間に延在し、入れ子継手式(telescopic)もしくは他のいくつかの方法で伸縮可能なものであっても良い。または、構造体に対するより広い範囲での相対変位を可能とすべく、支持部を貫く固定長を有するもの、もしくは支持部を貫く延長部をもつものとすることもできる。
【００１６】
支柱はそれ自体公知の内部もしくは外部駆動手段によって動力を供給されるものとすることができる。
【００１７】
本発明の一つの斬新な特徴によれば、測定バーもしくは支柱の被支持端部が支柱の長手軸に対しある角度をなしており、これによって、支持部上の適切な位置にあれば支柱の軸が支持部の中心とアライメントされることになる。
【００１８】
測定バーもしくは支柱は適当ないかなる方法を用いても支持部に取り付けることができるが、取り付けの好ましい形態は磁気的吸着手段によるものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
添付の図面を参照して本発明の好適な実施例を説明する。
【００２０】
図１は、較正のために用いることのできるデバイスを示す。これは、開放三角形フレーム１０の形態の上部構造体と、開放三角形フレーム１２の形態の下部構造体とから成っている。各フレームには、三角形の各コーナに一つずつ、３つの精密な鋼球が設けられている。使用に際しては、上部フレーム１０は機械の可動構造体にクランプされ、一方下部フレームは固定構造体にクランプされる（これらは逆であっても良い）。かかるデバイスは、従来の工作機械とともに、または上述の特許文献１ないし４に例示された型式の機械とともに用いることができる。
【００２１】
使用に際して球１４は、本実施例では受動的測定バー１６とした６本の部材にリンクされている。これらの位置は図１では単に破線でのみ示されているが、より詳細には図３に示されている。本例における各測定バー１６は部品１８、２０を具備している。これら部品は入れ子式にはめ込まれて球間に延在しているが、他の実施例について後述するように、球を貫く剛のリンクの形態をとるものであっても良い。各端部にはマグネットソケット２２が設けられていて、球１４のそれぞれに対して自在に回動できるようにバー１６を保持する。従っていかなるときにもバー１６の長さが球１４間距離の正確な測定値となる。この長さは、例えば、部材２０に取り付けられた読み取りヘッド(readhead)２６が通過できるように部材１８内に設けられたスケール２４など、適宜のトランスジューサシステムを用いて測定される。
【００２２】
マグネットソケット２２は公知の種類のものであり、工作機械および他の位置決め機械を較正するために用いられるボールバーにおいて共通に使用されているものである。マグネットソケットは磁石によってその内部にボール１４を引き寄せる３面形の支持部を含んでいる。ボール１４が正確な球体であれば、ボールとバー１６とは極めて精密に動的に(kinematically)接続がなされることになる。マグネットソケット２２は、例えば、Bryan による米国特許第４，４３５，９０５号、およびJ.B.Bryan による論文“A Simple Method For Testing Measuring Machines and Machine Tools ”（Precision Engineering、 Ｖｏｌ．４、 Ｎｏ．２、１９８２年４月、第６１頁〜第６９頁、およびＮｏ．３、１９８２年７月、第１２５頁〜第１３８頁）に記載されている。マグネットソケットは必須のものではなく、他の形態の接続法を用いることもできる。
【００２３】
使用に際して３角形フレーム１０、１２は、適宜のいかなる手段によっても機械の固定部および可動部によりクランプすることができ、６本の測定バー１６は各ボール１４間に配置される。而して機械は、多くの異なる位置および方向に固定部に対し相対的に可動部を移動させるべく駆動(exercise)される。そして、図１１において符号１２１で示されるコンピュータは各測定バー１６内のトランスジューサからデータを受け取る。公知のアルゴリズムを用いることによって、このデータは、機械が移動している正確な位置および方向を決定し、さらにその運動を較正するのに用いられる。例えば、それ自身の測定デバイスによって示されるような様々な要求位置に対して、機械の可動部の真の位置および方向を指示する誤差マップを構築することも可能である。
【００２４】
上部および下部の三角フレーム１０および１２は、所望であれば単一のユニットとして構成されていても良い。しかし好ましくは、可搬性を考慮して分解可能とした一組の部品から構成されたモジュール構造(modular construction)とすることが勧められる。従って図１および図２に示すように、各フレームは、ボール１４への取り付けを行うために各端部にねじ接続部３０を有した３本のロッドから構成することができる。所望であれば、異なる寸法の機械で使用されることを考慮して、本発明の装置を構成するための一組の部品を、異なる長さのロッド28を選んで集めたものとすることができる。フレーム１０、１２はまた機械へのクランピングを容易とするための様々なクランプ要素(clamping feature)を有していてもよいのは勿論であるが、これらは図示していない。
【００２５】
測定バー１６の長さから機械の位置および方向を決定するのに用いられるアルゴリズムには、各フレーム１０、１２上で隣り合うボール１４間の距離を知ることが必要である。図２において破線で示したような測定バー１６の１つ自身を用いて、これらの距離を決定することができる。較正の手順を実行する前に、フレーム１０上で隣接するボール間の３つの測定値と、フレーム１２上で隣接するボール間の３つの測定値との合計６つの測定値が必要となる。
【００２６】
一組の部品はまた較正ブロックを含んでいても良い。これによって使用に先立ち測定バー１６の較正を行うことができる。そのような較正ブロックは、ボール１４と同様、２つの精密な鋼球を有しており、それらは既知の間隔を置いて互いに接続される。この既知の間隔はトレース可能な標準器(traceable standard)に照して個別に較正することができる。較正ブロックのボールは、INVAR（商標）やZERODUR（商標）など、熱膨張係数が低い、もしくはゼロの材料のバーによって互いに接続される。これによって、ボール間の既知の間隔は熱による変化が生じないものとなる。
【００２７】
フレーム１０、１２の各ボール１４は２本の測定バー１６のマグネットソケットを受けるべきものであるから、移動時にソケットが互いに衝突することの無いようにしておく必要がある。図３に示したような測定バーとともに、マグネットソケット２２よりやや径の大きいボール１４を用いる必要もあり得る。これによると、かかる２つのソケットは１つのボールに同時に嵌合できることになる。
【００２８】
本発明は、上述した先の特許出願に示されたような型式の較正装置に限られることはない。従来の工作機械，座標測定機械，ロボット等にも等しく適用することができるものである。かかる従来の機械は、概して互いに直列に配置された複数の軸を含んでいる。例えば、５軸の工作機械または座標測定機械は、３つに軸Ｘ、Ｙ、Ｚに加えて２つの回転軸ＡおよびＢを有しうるものである。本発明装置をかかる機械の較正を行うために用いることができ、上部フレーム１０を機械のスピンドルないしはクイル(quill)に接続し、下部フレーム１２機械のテーブルないしはワークピースホルダに接続することができる。図４は上部フレームをかかる機械のスピンドルないしクイルに容易に嵌め込みできるようにした一方法を模式的に示している。これは、６本のフレーム部材２８に加えて、さらに三面体の形状を構成する３本のリンク３４を有している。３面体の頂点にはスピゴット３６が設けられ、機械のクイルないしスピンドルに嵌め込めるようになっている。所望であればこのスピゴットを通常工作機械のスピンドルに嵌入するのに用いられる標準のテーパシャンクの形態とすることもできる。
【００２９】
上述した本装置は機械の較正を行うのに用いられるものに限られない。機械の移動をサーボ制御するための位置フィードバックデータを供給する目的で、機械の可動部の位置または向きを測定するための手段の形態として、機械に恒久的に装着されるものとすることもできる。例えば、特許文献２に記載された伸縮可能な計測器アームに置き換えるものとすることもできる。本発明装置の６本の測定バー１６を、本出願人の特許文献１に記載された６つのラムと平行にして、（ボール１４上に）取り付けることもできる。そして、機械の移動を測定すべく、かかる出願に記載された干渉計または他のデバイスに置き換えるものとすることができる。
【００３０】
上部フレーム１０を適用しうる他の例としては、特別なメタロジ・フレーム(metrology frame)の部分をなす（もしくはそれにクランプされる）ものがあげられる。これは、機械の可動部とは分離しているが、これに接続されて、工具またはプローブのように機械の可動部と同じ運動を行うものである。かかる分離メタロジ・フレームの例としては、本出願人が先に出願した特許文献１の図６に記載されたものがある。本出願の図１における上部フレーム１０の代わりに、３つのボール１４が３つの間隔を置いて当該先の出願の図６に示されたメタロジ・フレーム６８に単純に接続されて構造体を形成するようにする。本出願の測定バー１６を機械に対する恒久的な測定デバイスとするのであれば、当該先の出願に示された干渉計のレトロリフレクタ(retroreflector)６６の代わりに本出願のボール１４を単に接続すればよい。
【００３１】
図１に示した三角形フレーム１０および１２の変形例としては、図５に示したようなフレームがある。これは、３本の剛のロッド４０から成っており、そのそれぞれは、一端には恒久的に取り付けられたボール４２を、他端にはマグネットソケット４４を有している。
【００３２】
三角形フレーム１０および１２の構成には他の変形も可能である。例えば図１を参照して述べた一組の部品を、６個のボールと、６本の剛のロッドと、６本の測定バーとから成るものとしても良い。それらロッドおよび測定バーの端部には上述したようなマグネットソケットを設け、ボールを止める（スナップする）ことができる。６本の剛のロッドは、装置の上部および底部に対する２つの剛の三角形フレームを形成するように構成され、それら三角形フレームの間に測定バーを接続する。
【００３３】
ボールおよびソケットは他のものに置換できるのは勿論であり、測定バーによって相互に接続される剛の三角形フレームをさらに設けることができる。
【００３４】
図５においては、三角形フレームはボールの間隔を規定するための較正ジグ４６内に位置づけられるものとして例示されている。そのジグは、ZERODUR（商標）やINVAR（商標）から作ることができ、一端に固定ソケット４８を、他端に可動ソケット５０を有している。ソケットの中心間の距離がボール４２の中心間の距離を与える。この距離は、例えばＬＶＤＴ等、符号５０で示すような入れ子継手式の検出デバイスによって測定することができる。あるいは、可動ソケットにレトロリフレクタを取り付け、固定ソケットに取り付けたレーザ干渉計システム（不図示）からの光ビームを反射するようにして、ボール間の距離を干渉を利用して測定するようにすることもできる。
【００３５】
組み立てられたメタロジ・フレームにおいては、測定バー１６のマグネットソケットはボール４２に取り付けられる。
【００３６】
好ましくは、ロッドおよび測定バーの軸はボールの中心を通るようにすべきである。１つのボールに対して３以上のアタッチメントが形成されるこの特徴に適合させるためには、各アーム上もしくはロッド上のいずれか１つ以上のソケットを、図６に示すようにロッドもしくはアームの軸に対して傾けるようにすればよい。
【００３７】
図６はボール４２に取り付けた１本のロッド４０を示している。各ソケットはボール４２の表面に接触する３つのパッド５２を有している。パッドの一つはロッドの軸上にあり、従ってボール４２の中心を通る軸線上でボールと接触する。他の二つの接触点は、好ましくは、第１のものに直交する中心線上におかれる。ソケットには磁石５４が取り付けられて、ボール上の適切な位置にソケットが保持されるようにする。
【００３８】
磁気的に保持されるソケットを２つの三角形フレーム１０，１２に用いることで、それらを容易に取り外すことができるようになり、フレームの携帯性が増す。図６を参照して述べたソケットをロッドの両端に設けることもできる。
【００３９】
しかしロッドおよびボールの組立体として形成された構造は必須のものではない。頂点にボールまたは部分球状(part-spherical)のソケットを配した中実もしくは中空の三角形構造を設けることもできる。
【００４０】
図７は上述した実施例のロッド２８（４０）および測定バー１６の配置例を示す。これにより２本のロッドおよび２本の測定バーの端部を単一のボール１４（４２）に接続することができる。
【００４１】
この例においては、ロッド２８（４０）のそれぞれはストレートであり、端部にはロッドの軸と同一中心のマグネットソケット２２が設けられている。ロッドは、ボール１４（４２）に対して、その軸がボールの中心と一致するようにボール１４（４２）に取り付けられる。
【００４２】
測定バーのそれぞれは図６に例示したものと同様の傾斜ソケット６０を有しており、これによって測定バーは、その軸がボールの中心を通るようにボールに取り付けられる。ソケットには磁石６２を設け、バーを適切な位置に保持する。ソケットをボール上に位置づけることにより、較正される機械上で２つの三角形フレームが互いに相対移動する際に、測定バーが干渉することなく最大限自由に回動できることになる。
【００４３】
図８および図９に示す本発明の他の新規な形態によれば、図１の構成を簡単化できる。３つのボール１４を有する上部構造体に変えて、単一のボール７０を有する構造とすることができる。これは機械の可動部に取り付けられるべきもので、ここで可動部はスピンドル７２である。また、使用されるべき工具の作動点が占めるのと同じ位置に正確に位置づけられるべきである。例えば、切削工具の切削点の位置、あるいは接触検知プローブのスタイラス先端の位置とすることができる。図１における下部フレーム１２はそのままであって、合計３つの測定バー１６が用いられる。測定バーのそれぞれは可動構造体上の単一のボールと、フレーム１２上の各１つのボール１４との間に取り付けられる。そして機械が運転されると、先に述べたのと同じ方法で較正データが得られる。しかしながら、３つの測定値が得られるのみであるから、可動構造体上のボールの空間的位置を決定することのみが可能であって、可動構造体の向きを決定することはできない。なぜならば、可動構造体上に工具の作動点と同じ位置にボールを取り付けることが必要であるからである。
【００４４】
可動構造体のロール、ピッチおよびヨーについての情報を得るためには、延長部材(extension)７６を用いて単一ボール７４を可動構造体に取り付ければよい。これは、図９に示すように、工具の作動点（図８におけるボール７０参照）から側方に延在し、この点から単一ボール７４をオフセットするものである。下部フレームおよび測定バーは図８に示すような固定構造体に接続される。
【００４５】
ロール、ピッチおよびヨーについてのデータを得るための一つの方法は、まずフレーム１２および単一ボールを図８に示すように接続した較正ルーチンを実行し、ついで同一位置でフレーム１２を取り去って図９に示したような延長部材に置き換え、較正ルーチンを繰り返すことによって機械の較正を行うことである。その結果の差がロール、ピッチおよびヨーのデータを示すものとなる。
【００４６】
図１０ないし図１４は本発明の他の実施例を例示するもので、ここで装置はワークピースに対して工具またはプローブが位置決めをされる工作機械、ロボットまたは測定機械について用いることができるようにしたものである。このため、測定バーは動力供給される支柱(powered strut)に置き換えられるが、それ自身測定デバイスを含むものとすることができる。本実施例において、上部および下部の両構造体は三角形状であり、３つの支持部を支える。
【００４７】
かかる動力供給される支柱はそれ自体公知であるので詳述しない。例えば、特許文献２に示されたような内蔵型駆動機構を有する入れ子継手式のものとすることができる。または、特許文献３に示されたように内的に、もしくは本出願人による特許文献１の図４に示されたように外的に駆動されて、三角形状支持部を通ることができるようにされたもの、あるいはそのようにされた延長部を有するものであっても良い。本発明の新規な特徴の一つは、支柱を三角形状の構造体に接続して支柱の長さを正確に測定することを許容できるようにしたことにある。
【００４８】
図１０は三角形状構造体の構成の一例を概略的に示す。本例では、上部および底部構造体１００、１０２はそれぞれ剛の中実もしくは成形加工された三角形状構造体であり、それぞれ各頂点に球状ソケット１０４、１０６を有している。球状ソケットは、機械の構造を簡単化するために、先の実施例におけるボールに代えて設けられたものである（尤もボールを用いても良い）。
【００４９】
２つの三角形状構造体１００、１０２ は、破線で示す６本の動力供給された支柱によって相互に接続される。図のように、各ソケット１０４、１０６には２本の支柱が接続される。支柱をソケットに接続する手法は図１１ないし図１４に例示されている。
【００５０】
図１１および図１２は上部三角形状構造体１００における１つのソケット１０４での２本の支柱のボール１１２に対する接続部の詳細を示し、図１３および図１４は底部三角形状構造体における１つのソケット１０６での支柱他端のボールに対する接続部の詳細を示す。
【００５１】
図１１および図１２を参照するに、球状ソケット１０４は、組立易さを考慮して分割構成とした円筒状挿入体１１０内に形成されており、分割ボールベアリング１１２を支持している。この挿入体はクランププレート１１４によって構造体内に固定される。クランププレートは構造体の開口内の棚(ledge)に対して挿入体をクランプする。
【００５２】
断面が矩形状の（もしくは断面が矩形状の延長部分を有する）支柱１０８は、分割されたボールベアリング１１２内において開口１１１の部分を通っており、各支柱（もしくは延長部分）の一側面がボールベアリングの中心線にあるように構成されている。この平坦な表面は、本例においては、符号１１８で部分的に示すスケールを保持している。スケールは、光電子または他の適宜の形態の読み取りヘッド１１９によって読み取られ、支柱の長さの変化が決定される。スケールの読みは、ケーブル１２０を介して、それ自体公知の適切なアルゴリズムがプログラムされたコンピュータ１２１に供給され、いかなる時点においても支柱の長さからボール１１２の相対位置が決定される。
【００５３】
スケールはボールベアリングの中心線上に位置しているので、２つの構造体が互いに相対移動したとき、構造体１００内のボールベアリング１１２の中心と構造体１０２内のボールベアリング１１３（後述）の中心との間の距離のいかなる変化に対しても、長さの変化を一層正確に組み合わせることができる。
【００５４】
本例において支柱は、機械のワーキングボリュームの外側にある支柱端部においてキャプスタン駆動機構により駆動される。キャプスタン駆動機構は駆動ローラ１２４および一対のピンチローラ１２５を具備し、それらの間に支柱が保持される。各駆動ローラ１２４は、コンピュータ１２１による制御を可とする外部電源からケーブル１２７を介して電力が供給されるモータ１２６により駆動される。読み取りヘッド１１９はモータのケーシング上に取り付けられ、ケーシングはさらにロッド１２８によって分割ボール１１２に対し剛に接続されているので、ボールとともに回転し、支柱上のスケールと読み取りヘッドとの相対移動が許容される。
【００５５】
本実施例の支柱は入れ子継手式ないしは伸縮可能なものではなく、固定長を有している。ボールを貫いて構造体１００の外側まで延在しているので、機械のワーキングボリューム内に制限される入れ子継手式のものとする場合よりも、支柱は構造体１００および１０２間のより大きな相対移動を許容できる。
【００５６】
図１３および図１４を参照し、構造体１０２内のソケット１０６に対する各支柱他端の接続について説明する。
【００５７】
ソケット１０４について説明したのと同様、ソケット１０６はプレート１３２によりクランプされて適切に位置づけられる分割円筒状の挿入体１３０内に設けられる。円筒状挿入体は球状の内表面を有し、ボールベアリング１１３を支持している。ボールベアリングは第１の支柱１０８ａの端部に設けられた延長部１３１に対し剛に接続される。これによってソケット１０６の中心に関する第１支柱１０８ａの自在な回動が許容される。
【００５８】
第２の支柱１０８ｂはその端部が延長部１３６に接続され、延長部は球状の内表面をもつ開口を有している。この表面で、球状ベアリング１３４を通るピストンピン（gudgeon pin）１４２により保持されたベアリングエレメント１４０の球状外表面が支持される。これにより、支柱１０８ｂは支柱１０８ａの回動に影響を受けないようになる。
【００５９】
ベアリング１１３は切り欠かれてスロット１４４が設けられ、延長部１３６を受け、かつピストンピン１４２の軸の回りの支柱１０８の回動範囲を規定している。ピストンピン１４２はボールベアリング１３４の中心を通っているので、支柱もまたボールベアリング１１３の直交軸の回りに独立に回動することができる。
【００６０】
支柱１０８ａおよび１０８ｂそれぞれの延長部１３１および１３６は、各支柱のスケール１１８を保持する表面がボール１１３の中心にそろい、同時に各延長部の軸がボールの中心を通るように構成されている。
【００６１】
支柱が固定長で外部駆動機構を有する本例においては、２つの構造体１００、１０２内のソケット１０４、１０６での支柱１０８の２つの端部の接続を異ならせる必要があることを理解すべきである。
【００６２】
支柱を入れ子継手式もしくは他の方法で伸縮可能なものとし、上記特許文献１に記載された内部駆動機構を有するようにする場合には、図１３および図１４を参照して述べたように支柱の２つの端部を接続することができる。構造体１００、１０２に対する支柱１０８の接続については、他の形態の駆動機構とともに他の方法を用いることができるのは勿論である。
【００６３】
他の形態の測定トランスジューサを用いることもでき、これは支柱の内部に設けても、外部に設けても良い。
【００６４】
支柱とソケットとの接続、または測定バーとボールとの接続についての種々の形態は、それぞれが説明された各実施例にとって必須ないしは特有なものではなく、適当な場合には異なる実施例間で置換しうるものであることを理解すべきである。
【００６５】
測定バーを単独で用いる場合には、比較的小さい磁力を利用してボール上のバーの位置を維持することができる。しかしながら、従動支柱をプレートまたは構造体に接続するのにマグネットボールとソケットとの組み合わせを用いる場合には、磁石を十分に強力なものとし、支柱がその支持部から脱落しないようにする必要がある。かかる状況下では、また実際のところボールおよびソケットのどの実施例においても、ボールおよびソケットのジョイントにエアを供給し、エアベアリング効果を生成して摩擦を極力小さくすることができる。
【００６６】
また、以上の実施例において明瞭に確認されるものではないが、受動性の測定バー内のトランスジューサから入来するデータを取り扱うのにコンピュータを用いることもできることを理解すべきである。
【００６７】
図１０ないし図１４の実施例の他の特徴はまた、図１ないし図９の実施例からも読み取ることができる。
【００６８】
例えば、較正デバイスのフレーム間の相対変位量を改善するために、図１１および図１２において動力供給される支柱について例示したのと同様に、ボール１４を通る固定長の測定バーに入れ子継手式の測定バー１６を置き換えることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】測定ないし較正装置の好適実施例を単純化して示す斜視(isometric)図である。
【図２】図１の装置の部分を示す側面図である。
【図３】図１の装置の他の部分を示すより詳細な側面図である。
【図４】図１の部分の変形例を示す模式的斜視図である。
【図５】本発明の測定ないし較正装置の他の実施例の部分を示す図である。
【図６】ボールおよびソケットジョイントの一方を詳細に示し、ソケットの変形例を示す図である。
【図７】本発明装置における単一のボールに対し４本の支柱の端部を取り付ける一方法を示す図である。
【図８】本発明のさらなる実施例を示す図である。
【図９】図８の実施例の変形例を示す図である。
【図１０】本発明に係る装置のさらに他の実施例を示す図である。
【図１１】図１０の矢印Ａ方向における部分的断面図であり、動力供給される支柱の構造体に対する取り付け部の詳細を示す図
【図１２】図１１におけるＣ−Ｃ線断面図である。
【図１３】図１０の矢印Ｂ方向における部分的断面図であり、動力供給される２本の支柱の構造体に対する取り付け部の他の例を示す図である。
【図１４】図１３のＤ−Ｄ線断面図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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