(57)【要約】【課題】機械部分の不所望な回転を低減するための装置を備えた機械を提供する。【解決手段】並進的に移動可能な少なくとも１個の第１移動部分（３）と、駆動装置とを備え、駆動装置の力（Ｆ１）を移動部分に加えることが、第１移動部分の重心（Ｓ）から離れた作用点で行われるかまたは行うことが可能であり、それにより力によって第１移動部分の不所望な回転と第１回転モーメント（Ｍ１）が発生するかまたは発生し得るように形成されている機械（１）において、少なくとも１個の回転可能な第１質量（１０）と、第１質量のための少なくとも１個の第１駆動モータ（１２）とを備え、第１駆動モータが第１移動部分（３）に固定連結されているかまたは相対運動しないように取付けられ、第１移動部分に作用する、第１回転モーメント（Ｍ１）とは反対向きの第１逆回転モーメント（Ｍ２）を発生することができるように、第１質量（１０）が駆動モータ（１２）によって駆動可能であることを特徴とする機械（１）。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
並進的に移動可能な少なくとも１個の第１移動部分（３）と、駆動装置とを備え、前記駆動装置の力（Ｆ１）を前記移動部分に加えることが、前記第１移動部分の重心（Ｓ１）から離れた作用点で行われるかまたは行うことが可能であり、それにより前記力によって前記第１移動部分の不所望な回転と第１回転モーメント（Ｍ１）が発生するかまたは発生し得るように形成されている機械（１）において、
少なくとも１個の回転可能な第１質量（１０、１８）と、前記第１質量のための少なくとも１個の第１駆動モータ（１２、１９）とを備え、前記第１駆動モータが前記第１移動部分（３）に固定連結されているかまたは相対運動しないように取付けられ、前記第１移動部分に作用する、前記第１回転モーメント（Ｍ１）とは反対向きの第１逆回転モーメント（Ｍ２）を発生することができるように、前記第１質量（１０、１８）が前記駆動モータ（１２、１９）によって駆動可能であることを特徴とする機械（１）。
【請求項２】
前記機械が座標測定器であることを特徴とする請求項１に記載の機械（１）。
【請求項３】
前記座標測定器が門形構造の座標測定器であり、前記駆動モータを取付けた前記第１移動部分（３）が門形部材であることを特徴とする請求項２に記載の機械。
【請求項４】
第２移動部分（８、１４）と、キャリッジ（１４）と前記キャリッジ内を移動可能な主軸（８）からなる組立て体（８、１４）とを備え、前記キャリッジが前記門形部材（３）の横材（６）に沿って移動可能であることを特徴とする請求項２または３に記載の機械。
【請求項５】
前記組立て体を移動させるために力を加えることが、前記組立て体（８、１４）の重心（Ｓ２）から離れた作用点で行われるかまたは行うことが可能であり、それにより前記力によって前記組立て体の不所望な回転と第２回転モーメントが発生するかまたは発生可能であり、
回転可能な第２質量（１５）と、前記第２質量のための第２駆動モータ（１６）とを備え、前記第２駆動モータが前記キャリッジ（１４）に固定連結されているかまたは相対運動しないように取付けられ、
前記キャリッジ（１４）に作用する、前記第２回転モーメントとは反対向きの第２逆回転モーメントを発生することができるように、回転可能な前記第２質量（１５）が前記第２駆動モータ（１６）によって駆動可能であることを特徴とする請求項４に記載の機械。
【請求項６】
第３移動部分としてセンサ（９、２８）を備え、
前記センサ（９、２８）を移動させるために力を加えることが、前記センサ（９、２８）または前記センサの一部（９）の重心から離れた作用点で行われるかまたは行うことが可能であり、それにより前記力によって前記センサまたは前記センサの一部（９）の不所望な回転と第３回転モーメントが発生するかまたは発生可能であり、
回転可能な第３質量（２１）と、回転可能な前記第３質量のための第３駆動モータ（２４）とを備え、前記第３駆動モータが前記センサ（９、２８）またはその一部に固定連結されているかまたは相対運動しないように取付けられ、
前記センサ（９、２９）に作用する、前記第３回転モーメントとは反対向きの第３逆回転モーメントを発生することができるように、前記第３質量（２１）が前記第３駆動モータ（２４）によって駆動可能であることを特徴とする請求項２〜５のいずれか一項に記載の機械。
【請求項７】
制御または調整装置（１７）を備え、この制御または調整装置によって、
回転可能な前記質量（１０、１５）の角速度および／または前記角速度の方向が、前記移動部分（３；８、１４）の速度および／または重心位置に依存して制御可能または調整可能であり、および／または
前記質量（１０、１５）の角加速度および／または前記角加速度の方向が、前記移動部分の加速度および／または重心位置に依存して制御可能または調整可能であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の機械。
【請求項８】
前記第１移動部分の重心（Ｓ１）が前記第１移動部分（３）上での前記第２移動部分（８、１４）の移動位置を変更することによって変えることができ、少なくとも１個の回転可能な第１質量（１０、１８）の角速度および／または角加速度および／または角速度および／または角加速度の方向を前記第１移動部分（３）上での前記第２移動部分（８、１４）の移動位置に依存して制御または調整するように、前記制御または調整装置（１７）が設計されていることを特徴とする請求項４または７に記載の機械。
【請求項９】
キャリッジ（１４）と主軸（８）からなる組立て体の重心（Ｓ２）が前記キャリッジ（１４）上での前記主軸（８）の移動位置（Ｚ）を変更することによって変えることができ、回転可能な前記第２質量（１５）の角速度および／または角加速度および／または角速度および／または角加速度の方向を前記キャリッジ上での前記主軸（８）の移動位置（Ｚ）に依存して制御または調整するように、前記制御または調整装置（１７）が設計されていることを特徴とする請求項５または７に記載の機械。
【請求項１０】
機械（１）の並進移動可能な少なくとも１個の移動部分（３；８、１４）に加えられる不所望な回転モーメントを完全にまたは部分的に相殺するための方法であって、前記方法において請求項１〜７のいずれか一項に記載の機械が使用され、
−  前記移動部分の重心（Ｓ１；Ｓ２）から離れた作用点で前記移動部分（３；８、１４）に力（Ｆ１；Ｆ２）を加えるステップを含み、それにより前記力によって前記第１移動部分の不所望な回転と回転モーメント（Ｍ１）が発生させられ、
−  前記移動部分に作用する、前記回転モーメント（Ｍ１）とは反対向きの逆回転モーメント（Ｍ２）が発生するように、前記移動部分（３；８、１４）に連結または取付けられた前記駆動モータ（１２；１６）によって前記質量（１０；１５）を駆動するステップを含むことを特徴とする方法。
【請求項１１】
前記移動部分（３；８、１４）が回転振動を行い、それにより、回転モーメント（Ｍ１）の方向が周期的に変更され、逆回転モーメント（Ｍ２）を生じるように、前記質量（１０；１５）の駆動が行われ、前記逆回転モーメント（Ｍ２）が前記回転モーメント（Ｍ１）とは反対向きになるように、前記逆回転モーメントの方向が周期的に変更されることを特徴とする請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
−  前記回転可能な質量（１０；１５）の角速度および／または前記角速度の方向を、前記移動部分（３；８、１４）の速度および／または重心の位置に依存して、制御または調整し、
−  前記質量（１０；１５）の角加速度および／または前記角加速度の方向を、前記移動部分の加速度および／または重心の位置に依存して、制御または調整することを特徴とする請求項１０または１１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、機械部分の不所望な回転を低減するための装置を備えた機械と、機械部分の不所望な回転を低減するための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
駆動装置を用いて質量を直線的に移動させようとすると、移動させるべき質量に作用する力のベクトルは理想的には質量の重心を通過すべきであり、少なくとも重心の近くを通過すべきである。これが不可能であると、付加的に作用する回転モーメントが加速すべき質量に加えられる。この回転モーメントは質量の回転を生じる。機械部分の並進的な運動の場合、並進運動を生じる力はしばしば重心の外側で、すなわち偏心的に作用する。このような偏心的に作用する力によってしばしば機械部分の不所望な回転が生じる。この回転は意図した並進に重ね合わされる。回転はてこの腕によって発生させられ、このてこの腕は剛性の機械部分の重心の外側で力を作用させることによって生じる。この問題は座標測定器（以下、ＫＭＧとも呼ぶ）と工作機械、特に門形構造のこのようなものの場合には、回避することが困難である。駆動装置と、移動させるために力を加える点は一般的に、移動可能な部分、特に門形部材の重心から遠く離れている。その結果、門形部材を加速する際に加えられる回転モーメントは、空気軸受で支持された門形部材の場合には、空気軸受で受け止めなければならない。それによって、空気軸受内の空隙が縮小し、互いに支持された部分が接触し、それによって、軸受部が損傷し得る。
【０００３】
構造体の安定性を高めることによってあるいはガイド内の遊びを小さくすることによって、並進的に移動すべき部分の安定性を実現することを試みることができる。残念ながら、これはコストの上昇および／または重量の増大なしには実現できないかまたは容易に実現することはできない。
【０００４】
空気軸受の損傷を最小限に抑えることは原理的には、移動すべき部分の加速度を低下させることによって達成可能である。しかし、この解決策は現実的なオプションではない。なぜなら、この手段が機械の動的特性、ひいては経済性を制限するからである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の課題は、並進的に移動する機械部分の不所望な回転運動またはその際発生する回転モーメントを縮小することである。特に、並進運動のための力が偏心的に作用する際の機械部分の回転を最小限に抑えるべきである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の根底をなす思想によれば、機械の移動部分で発生する不所望な回転モーメントが反対向きの回転モーメントによって完全にまたは部分的に相殺される。反対向きの回転モーメントの発生は好ましくは、移動可能な移動部分に駆動モータを介して連結された回転質量の回転加速によって行われる。
【０００７】
特に機械と方法は独立請求項に記載されている。有利な実施形態は従属請求項と本明細書に記載してある。
【０００８】
本発明は特に、並進的に移動可能な少なくとも１個の第１移動部分と、駆動装置とを備え、駆動装置の力を移動部分に加えることが、第１移動部分の重心から離れた作用点で行われるかまたは行うことが可能であり、それにより力によって第１移動部分の不所望な回転と第１回転モーメントが発生するかまたは発生し得るように形成されている機械に関し、この機械は、少なくとも１個の回転可能な第１質量と、第１質量のための少なくとも１個の第１駆動モータとを備え、第１駆動モータが第１移動部分に固定連結されているかまたは相対運動しないように取付けられ、第１移動部分に作用する、第１回転モーメントとは反対向きの第１逆回転モーメントを発生することができるように、回転可能な第１質量が駆動モータによって駆動可能であることを特徴とする。
【０００９】
機械は並進的に移動可能な複数の移動部分を備えることができ、この各移動部分において回転モーメント相殺を行うことができる。
【００１０】
用語「第１質量」は第１移動部分に関するかまたは第１部分に作用する逆回転モーメントを発生することができる第１質量に関する。
【００１１】
移動部分には、複数の回転可能な第１質量と、それぞれ付設された第１質量用第１駆動モータを設けることができる。各第１質量に付設された第１駆動モータは第１移動部分に固定連結されているかまたは相対運動しないように取付けられている。第１移動部分の不所望な複数の回転が異なる回転軸線回りに発生し、それに対応して付設された複数の第１回転モーメントが発生し得る。駆動される複数の第１質量によって、第１移動部分に作用する複数の第１逆回転モーメントを発生することができる。この第１逆回転モーメントは第１回転モーメントとは逆向きである。
【００１２】
移動部分の（不所望な）回転は、本発明では機械部分回転軸線とも呼ばれる回転軸線回りに行われる。回転可能な質量（第１、第２．．．の回転可能な質量）は、本発明では質量回転軸線とも呼ばれる回転軸線回りに回転可能である。回転可能な質量の質量回転軸線は好ましくは機械部分回転軸線に対して平行または一直線である。このような質量回転軸線回りの質量の回転によって、逆回転モーメントが発生する。この逆回転モーメントは、平行または一直線の機械部分回転軸線回りの移動部分の回転の際に発生する回転モーメントとは反対向きである。
【００１３】
駆動モータは上述のように、移動部分に固定連結されているかまたは相対運動しないように取付けられている。特にモータのステータまたはハウジングが、このように連結または取付けられている。このモータが回転質量を加速するために使用されると、移動部分に逆回転モーメントが作用する。この逆回転モーメントは回転質量の回転モーメントとは反対向きで同じ大きさである。移動部分に伝達されるこの逆回転モーメントは、不所望な回転に反対作用するかあるいは重心から離れたところで力を加えることによって達成される（不所望な第１または以下において第２、第３．．．と呼ぶ）回転モーメントの全部または少なくとも一部を相殺するかまたはこの回転モーメントに反対作用する。
【００１４】
逆回転モーメントは不所望な回転とは反対向きの、少なくとも試みられた逆回転を同時に生じる。従って、不所望な回転は部分的にまたは完全に相殺される。
【００１５】
回転可能な質量を回転させるためまたは回転を生じるために、回転モーメントが加えられる。モータには、作用＝反作用の原理に従って同じ大きさの逆回転モーメントが作用する。この逆回転モーメントが本発明に係る逆回転モーメントである。
【００１６】
逆回転モーメントはモータの固定連結によって移動部分に伝達される。この固定連結は、モータの運転時に動かないモータ部分を介して行うことができる。例えばモータのステータまたはモータのハウジングを移動部分に相対運動しないように連結することができる。モータのロータは質量を回転駆動することができる。
【００１７】
回転可能な質量は回転質量とも呼ばれ、好ましくは回転対称、特に円筒形または円板形状である。
【００１８】
本発明に従って形成可能である例示的な機械は工作機械や座標測定器である。この場合、座標測定器が特に有利である。特別な変形例では、座標測定器が門形構造の座標測定器である。
【００１９】
上述の第１移動部分は例えば門形部材である。
【００２０】
機械は、第１移動部分に可動に支持されかつ第１移動部分と相対的に移動可能である第２移動部分を備えることができる。この場合、第１移動部分上で第２移動部分が移動することにより、第１移動部分（または第１組立て体とも呼ばれる、第１移動部分と第２移動部分とからなる組立て体）の重心が変更される。第１移動部分は好ましくは上述の門形部材であり、第２移動部分は好ましくはキャリッジとこのキャリッジ内を移動可能な主軸（Ｐｉｎｏｌｅ）からなる組立て体（第２組立て体とも呼ばれる）である。
【００２１】
重心の変更は、回転可能な第１質量の角速度／角加速度を（値に従って）および／または角速度／角加速度の方向を適合させることによって考慮することができる。重心が加えられる力の作用点から離れていればいるほど、発生する回転モーメントは大きくなり、角加速度は大きく選定される。
【００２２】
次に説明する制御または調整装置によって、回転可能な第１質量の角速度／角加速度を（値に従って）および／または角速度／角加速度の方向を制御／調整することができる。
【００２３】
第２移動部分は有利な実施形態では、キャリッジとこのキャリッジ内を移動可能な主軸からなる組立て体である。この場合、キャリッジは門形部材の横材に沿って移動可能である。組立て体を移動させるために力を加えることが、組立て体の重心から離れた作用点で行われるかまたは行うことが可能であり、それにより力によって組立て体の不所望な回転と第２回転モーメントが発生するかまたは発生可能であり、回転可能な第２質量と、第２質量のための第２駆動モータとを備え、第２駆動モータがキャリッジに固定連結されているかまたは相対運動しないように取付けられ、キャリッジに作用する、第２回転モーメントとは反対向きの第２逆回転モーメントを発生することができるように、第２質量が第２駆動モータによって駆動可能である。
【００２４】
作用する逆回転モーメントの原理は、ここでは上述の原理と同じである。キャリッジと移動可能な主軸からなる組立て体の場合、この組立て体の重心は座標測定器の運転中Ｚ方向への主軸の移動によって変更される。従って、回転質量の回転速度はＸ方向に移動させられるキャリッジの移動速度に左右されるだけでなく、主軸のＺ位置にも左右される。重心位置に応じて、回転可能な第２質量の場合には角速度／角加速度を（値に従って）および／または角速度／角加速度の方向を変更する必要がある。これは次の例に基づいてさらに説明する。次にさらに説明する制御または調整装置によって、次にさらに説明するように、回転可能な第２質量の角速度／角加速度を（値に従って）および／または角速度／角加速度の方向を制御／調整することができる。
【００２５】
他の実施形態では、機械は、特に座標測定器の場合、第３移動部分としてセンサを備えている。この場合、センサを移動させるために力を加えることが、センサまたはセンサの一部の重心から離れた作用点で行われるかまたは行うことが可能であり、それにより力によってセンサまたはセンサの一部の不所望な回転と第３回転モーメントが発生するかまたは発生可能であり、回転可能な第３質量と、回転可能な第３質量のための第３駆動モータとを備え、第３駆動モータがセンサまたはその一部に固定連結されているかまたは相対運動しないように取付けられ、センサに作用する、第３回転モーメントとは反対向きの第３逆回転モーメントを発生することができるように、第３質量が第３駆動モータによって駆動可能である。
【００２６】
センサは複数の部分、特に測定ヘッドおよび／または探針および／または探針系を備えることができる。複数の探針からなる系が探針系と呼ばれる。上述の重心はセンサの一部の重心、特に測定ヘッド、探針または探針系の重心とすることができる。
【００２７】
第３移動部分はセンサ、特に測定ヘッド、探針、探針系であるかあるいは測定ヘッドと探針または探針系が互いに連結されているときにはこの測定ヘッド、探針、探針系の組み合わせである。
【００２８】
センサは光学式センサでもよいし、接触式センサでもよい。探針または探針系は光学式でもよいし、接触式でもよい。接触しない光学式のセンサの場合にも、「探針」または「接触感知」と呼ぶ。
【００２９】
センサ、特にその一部としての測定ヘッドに力を加えることは、主軸を介して行われる。この主軸には、センサ、特に測定ヘッドが連結されている。
【００３０】
センサの一部としての探針または探針系に力を加えることは、測定ヘッドに統合された駆動装置、例えば測定ヘッド内の継手を回転させるための駆動装置を介して行うことができる。この継手には探針を連結することができる。このような継手は測定ヘッドのディスクとも呼ばれる。有利な変形例では、探針／探針系に非対称に力を加えること（重心のずれ）によって発生する回転モーメントを相殺するために、本方法が使用される。側方に突出していてＫＭＧの駆動装置によって加速される１個または複数の探針がディスクに連結されると、ここでも同様に、探針／探針系の偏心した重心の加速によって、内部の曲げ作用が発生する。これは、例えば凹部の連続的な測定点検出の際に、測定速度や移動速度に応じて、測定誤差を生じることになる。
【００３１】
用語「第１の」、「第２の」、「第３の」部分は、部分を互いに区別するために役立つ。この番号づけは、他の部分が存在する必要があることを明言するものではなく、例えば第３部分の場合に第１部分と第２部分が存在する必要があるということを意味するものではない。上記の移動部分は互いに絶縁して設けることができる。同様に、回転可能な回転質量と駆動モータは１個または複数の移動部分のために互いに独立して設けることまたはこの移動部分に付設することが可能である。
【００３２】
本発明の他の実施形態では、機械が制御または調整装置を備え、この制御または調整装置によって、
−  回転可能な質量の角速度および／または角速度の方向が、移動部分の速度および／または重心位置に依存して制御可能または調整可能であり、および／または
−  質量の角加速度および／または角加速度の方向が、移動部分の加速度および／または重心位置に依存して制御可能または調整可能である。
【００３３】
原理的には、回転質量の必要な回転加速度または回転速度が機械の可動の移動部分、例えば門形部材の直線的な加速度または速度に比例すると仮定される。これは次のように利用することができる。
−  可動の移動部分の一定の加速度から、回転質量の一定の加速度が生じる。
−  可動の移動部分の速度が一定である場合、回転質量の一定の速度が生じる。
−  可動の移動部分が停止すると、続いて回転質量が停止する（なぜなら、回転モーメントの相殺が行われないからである）。
【００３４】
制御兼調整装置は、回転質量の駆動モータが並進的に動く移動部分と同じ移動命令を受け、場合によっては比例係数だけ補正されるように設計されている。制御または調整装置が可動の移動部分の運動さえも制御または調整しないならば、可動の移動部分に関する運動情報を制御または調整装置に伝送することができるので、制御または調整装置は回転質量の運動を制御／調整することができる。
【００３５】
上述のように、門形ＫＭＧではキャリッジと主軸からなる組立て体である移動部分の場合、重心が変化する。この場合、角速度および／または角加速度および／または角速度および／または角加速度の方向を主軸の移動位置に依存して制御／調整するように、制御または調整装置を設計することができる。組立て体の重心は基本的には、主軸の移動位置が知られているときにはわかっている。これはＫＭＧの運転中の場合である。重心位置に関する情報はリアルタイムで制御兼調整装置に送信可能であるので、この角速度、角加速度または方向を適切に制御することができる。これについては例に基づいてさらに説明する。
【００３６】
本発明は、他の態様では、機械の並進移動可能な少なくとも１個の移動部分に加えられる不所望な回転モーメントを完全にまたは部分的に相殺するための方法に関する。この方法では、前述したような機械が使用され、この方法は、
−  移動部分の重心から離れた作用点で移動部分に力を加えるステップを含み、それにより力によって第１移動部分の不所望な回転と回転モーメントが発生させられ、
−  移動部分に作用する、回転モーメントとは反対向きの逆回転モーメントが発生するように、移動部分に連結または取付けられた駆動モータによって質量を駆動するステップを含む。
【００３７】
本方法では、前述した具体的な特徴あるいは前述した方法に係る具体的な特徴を個別的にまたは組み合わせて実現することができる。このような方法に係る特徴について、具体的な特徴の機能の説明を含めて説明する。本方法は１個または複数の可動の移動部分に適用可能である。すなわち、いろいろな移動部分によって発生する複数の不所望な回転モーメントを完全にまたは部分的に相殺するために使用される。
【００３８】
本方法はさらに、
−  移動部分の速度および／または重心位置に依存して回転可能な質量の角速度および／または角速度の方向を制御または調整し、
−  移動部分の加速度および／または重心に依存して質量の角加速度および／または角加速度の方向を制御または調整する。
【００３９】
本方法の特別な変形例では、移動部分が回転振動を行い、それによって回転モーメントの方向が周期的に変えられる。この場合、逆回転モーメントが発生するように、質量の駆動が行われ、この逆回転モーメントの方向は、回転モーメントの反対向きになるように周期的に変えられる。
【００４０】
最後の方法の変形例では、移動部分の不所望な回転運動の積極的な防止に加えて、回転振動を相殺するために、機械と本方法が使用される。回転振動を相殺する場合も前述と同様に行われる。移動部分の回転振動は、２倍の時間的な微分に従って角加速度の回転振動によって説明することができる。角度位置、角速度または角加速度の測定によるこの回転振動の検出の場合に従って、この振動は回転質量によって相殺または縮小することが可能である。そのために、回転質量は、振動する構造体、すなわち振動する移動部分の振動する角加速度に比例して加速することが可能である。比例制御駆動の方向、すなわち回転方向は、適切な逆モーメントによって振動が抑制されて増大しなくなるように選択される。この方法の変形例の場合には、回転質量が同様に回転振動させられる。この回転振動が移動部分の回転振動とは反対向きであるので、移動部分の回転振動は消滅するかまたは縮小する。
【００４１】
回転振動の（部分的な）相殺の、最後に説明した方法の変形例は、センサの場合にも、特に測定ヘッドまたは探針（系）の場合にも適用可能である。探針は、側方に突き出した探針の場合には、例えば探針ディスクのように、構造に起因して、力を加える点から離れた位置にその重心を有する。従って、探針（系）を直線的に加速する場合、測定ヘッドの運動によって受け止めなければならないモーメントが発生する。これは特に探針が大きく突き出している場合および直線的な加速が大きい場合に、測定ヘッド内部の軸受を早く摩耗させることになる。このような作用は回転質量、好ましくは小型化された回転質量および好ましくは探針（系）に取付けられた回転質量によって相殺可能である。従って、移動部分がセンサ、特に測定ヘッドまたは探針（系）であるときには、特別な方法の変形例によって、測定ヘッドまたは探針（系）の振動消去を実現することができる。
【００４２】
次に、実施形態に基づいて本発明を説明する。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】門形部材と回転可能な第１質量の回転運動誤差が生じ得る、門形構造の座標測定器を示す。
【図２】回転した質量の原理と、逆回転モーメントの発生を示す図である。
【図３】図３ａは、キャリッジと主軸を備え、そこで回転運動誤差が発生し、そして回転可能な第２質量を備えた、門形構造の座標測定器を示す。図３ｂは、キャリッジと主軸を備え、そこで回転運動誤差が発生し、そして回転可能な第２質量を備えた、門形構造の座標測定器を示す。
【図４】重心に対して偏心してＺ方向に力が加わる際の探針の回転を示す。
【図５】重心に対して偏心してＹ方向に力が加わる際の探針の回転を示す。
【図６】重心に対して偏心してＸ方向に力が加わる際の探針の回転を示す。
【図７】第１の実施形態に係る回転可能な第３質量を備えた探針と測定ヘッドを示す図である。
【図８】第２の実施形態に係る回転可能な第３質量を備えた探針と測定ヘッドを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４４】
図１に示した座標測定器１は門形構造に形成されている。基礎２と、この基礎に沿って移動可能な門形部材３が設けられている。この門形部材はＹ方向に移動可能である（右上の座標系参照）。門形部材３は柱４、５と横材６とを備えている。門形部材のための詳しい図示をしていない駆動装置がガイド７内に設けられている。横材６にはキャリッジ１４が取付けられ、このキャリッジは横材６に沿ってＸ方向に移動可能である。キャリッジ１４には主軸８が取付けられている。この主軸は横材６に沿ってＺ方向に移動可能である。主軸に取付けられた探針９はＺ方向に移動可能である。
【００４５】
門形部材３をＹ方向に移動させるために、詳しく図示していない駆動装置によって、矢印の形に記入した力Ｆ１が柱４の基部に加えられる。門形部材３の重心Ｓ１はＺ方向に見て力Ｆ１の作用点よりも高い位置にある。これにより、門形部材の少なくとも２つの運動誤差が生じる。一方では、門形部材が機械部分回転軸線ＭＤＸ回りに傾動する。機械部分回転軸線ＭＤＸ回りの傾動はピッチングとも呼ばれる。門形部材はさらに、機械部分回転軸線ＭＤＺ回りに回転する。この回転方向もＭＤＸ回りの回転時の回転方向も矢印によって示してある。ＭＤＺ回りの回転はヨー運動とも呼ばれる。不所望な両回転は、力Ｆ１が門形部材の重心Ｓに対して偏心して作用することにより生じる。Ｙ方向の門形部材の摺動が所望される。この摺動は門形部材の意図した運動である。この場合、機械部分回転軸線ＭＤＹ回りに門形部材の回転は発生しない。なぜなら、この回転が、ここで適用される作用力Ｆ１によって発生しないからである。しかし、原理的には、他の方法での作用によってＭＤＹ回りの回転が起こり得る。ＭＤＹ回りの回転はロール運動とも呼ばれる。
【００４６】
図２は、モータまたはモータハウジングにおける逆回転モーメント発生原理を示す。回転可能な質量１０は対象の軸１１を介してモータ１２に連結されている。このモータはモータハウジング１３内に収納されている。モータの軸である軸１１を介して、質量１０を駆動することができる。ここでは円筒体の形をした質量１０が、慣性モーメントＩと角加速度αで加速されると、モータ１２が運転開始される。質量の回転方向はこの斜視図で時計回りである。第１回転モーメントＭ１が発生させられる。モータ１２またはモータハウジング１３には、作用＝反作用の原理に従って、同じ大きさの第１逆回転モーメントＭ２が作用する。
【００４７】
図１には、この原理をどのようにして本発明のために利用するかが示してある。駆動モータ１２は詳しく示していないロータとステータを備えている。ステータはさらにハウジング１３に固定連結されている。このハウジング１３は門形部材３に、ここでは柱４に相対回転しないように連結されている。
【００４８】
モータ軸１１は軸線が機械部分軸線ＭＤＸと一直線に並んでいる。従って、回転可能な第１質量１０の回転軸線（質量回転軸線）も機械部分軸線ＭＤＸと一直線に並んでいる。この配置構造の代わりに、機械部分軸線ＭＤＸに対してモータ軸１１を平行に配置することも考えられる。モータ軸１１は重心Ｓ１の方に向いていなくてもかまわない。回転可能な第１質量１０が図１の図示において（異なる図示の図２と同様に）反時計回りに動くと、門形部材３から離れる方向に向いた第１回転モーメントＭ１が発生する。逆回転モーメントＭ２は反対方向に、すなわち門形部材内部の方に向いている。第１逆回転モーメントＭ２は、モータハウジング１３とモータステータが門形部材３に固定連結されていることにより、門形部材３に逆回転運動を生じる。この逆回転運動は、駆動力Ｆの作用によって生じる、機械部分軸線ＭＤＸ回りの回転とは反対向きである。それによって、逆回転モーメントＭ２の大きさに応じて、門形部材３のピッチングの回転誤差の全部または一部を相殺することができる。
【００４９】
図１ではさらに、回転可能な他の第１質量１８が横材６に設けられている。この第１質量は軸２１を介してモータ１９によって駆動される。モータ１９は横材６に相対回転しないように連結されたモータハウジング内に収納されている。重心Ｓ１から離れたところで力Ｆ１を加えることによって、門形部材３が機械部分回転軸線ＭＤＺ回りに回転させられると、この場合Ｚ方向に向いた回転モーメントと、対応する逆回転モーメントが発生し得る。作用原理は回転可能な第１質量１０の場合と同じである。回転可能な両質量１０、１８は回転可能な第１質量と呼ばれる。なぜなら、この第１質量が第１移動部分３に作用するからである。
【００５０】
モータ１９は制御兼調整装置１７に接続されている。この制御兼調整装置によって、第１質量１８の角速度と角加速度並びに角速度または角加速度の方向を制御することができる。図１から判るように、キャリッジ１４、ひいては主軸８のＸ方向への摺動によって、重心Ｓ１の位置が変化し得る。すなわち、加えられる力Ｆ１の作用点に対する重心Ｓ１の相対位置が変化し得る。これは門形部材３に作用する回転モーメント、ひいては必要な逆回転モーメントの大きさに影響する。この逆回転モーメントは、加えられた回転モーメントを相殺するために、機械部分回転軸線ＭＤＺに対して平行に作用させられる。制御兼調整装置１７によって、横材６上での逆回転モーメントＭ２の大きさが制御／調整される。同様に、モータ１２も制御兼調整装置１７に接続可能である。これはここでは図示していない。
【００５１】
図３ａには、（図１に示していない）キャリッジ１４とこのキャリッジ１４内を移動可能な主軸８とからなる組立て体の重心Ｓ２の変更可能な重心位置が示してある。キャリッジ１４はＸ方向に移動可能であり、主軸８はＺ方向に移動可能である。図３ａにおいて、主軸８は上方へ移動させられており、重心Ｓ２の位置はキャリッジ１４の上方にある。図３ｂの状況はこれとは逆である。図３ｂの状況では、主軸８が下方へ移動させられ、キャリッジ１４と主軸８とからなる組立て体の重心の位置は下方へキャリッジ１４の下側に移動している。この変化した重心位置は力Ｆ２の作用時に回転誤差に影響を及ぼす。力Ｆ２はほぼ横材６の高さ位置で作用する。図３ａの場合、重心Ｓ２の位置に対して偏心して作用する力（下方で作用する力）が、主軸８の傍らの矢印によって示すように、キャリッジ１４と主軸８とからなる組立て体を時計回りに回転する。図３ｂの逆の場合には、観察者から見たときに反時計回りの回転が生じる。図示していない場合において力作用点の高さ位置が重心Ｓ２の高さ位置にあると、キャリッジ１４と主軸８の回転は生じない。
【００５２】
図３ａに示した回転誤差には、回転可能な第２質量１５が反作用することができる。観察者の見る方向において、回転可能な質量の背後に配置された駆動モータ１６が隠れている。図３ａの場合には、質量１５は時計回りに回転し、それに続いて観察者から離れる方向に向いた回転モーメントが生じる。モータ１６はそのステータとハウジングがキャリッジ１４に相対回転しないように連結されている。モータ１６には逆回転モーメントが発生し、この逆回転モーメントはキャリッジ１４に回転運動を強制する。この回転運動が時計回りに向いた回転誤差とは反対向きであるので、この回転誤差は逆回転モーメントの大きさに応じてその全部または一部が相殺される。図３ｂでは状態が図３ａとはまったく逆である。
【００５３】
図３ａと図３ｂから明らかなように、発生した逆回転モーメントをそのときの状態に適合させるためには、重心Ｓ２の位置に依存して、質量１５の回転方向と質量１５の角速度を変えなければならない。そのために、制御兼調整装置１７が設けられている。この制御兼調整装置は、モータ（正確に言うとモータ１６のロータ）の回転方向と回転速度を制御する。基本的には、質量１５または１０の必要な回転加速度は、門形部材３またはキャリッジ１４と主軸８からなる組立て体のような動かされる部分の直線加速度に比例する。よって、質量１０、１５の角速度または角度位置も、門形部材３または組立て体の速度に比例する。従って、移動部分の一定の加速度から、質量１０、１５の一定の加速度が生じ、移動部分の速度が一定の場合、質量１０、１５の一定の速度が生じる。移動部分３または１４／８の停止時には、質量１０、１５が停止することになる。これは制御技術的には、モータ１２、１６が比例係数を除いて、移動部分３または１４／８と同じ移動命令を受けることを意味する。これはソフトウェア技術的に変成して（比例係数で）およびモータのための適切な最終段で実現することができる。図３ａと図３ｂにおいて質量１５を駆動制御する場合、原理的には全く同様に行われるが、変化する重心Ｓ２に基づいて主軸８のＺ方向位置を一緒に考慮しなければならない。質量１５の角速度と回転方向が同様にこの主軸のＺ方向位置に依存する。図３ａと図３ｂの場合に、キャリッジ１４の移動中主軸が左へ移動させられると考えると、キャリッジ１４の移動中逆回転モーメントの方向を前述のように変更しなければならない。重心Ｓ２の位置は主軸のそのときのＺ方向位置から求めることができる。この情報は例えば、ここでは詳細に示していないＫＭＧ移動システムの制御装置または測定計算機から制御兼調整装置１７に供給される。
【００５４】
回転振動を移動部分に発生させることも可能である。例えばキャリッジ１４と主軸８からなる組立て体が横材６に沿って左から右へ移動している間に回転振動し得る、すなわち重心Ｓ２の位置を変えずに、速い周波数でそして再び反時計回りに回転する。このような回転振動は例えば軸受の品質によって起こり得る。このような振動を相殺するために、振動質量１５が位相を適切にずらして同様に往復回転させられる、すなわち回転振動させられる。この回転振動は、主軸８とキャリッジ１４からなる組立て体の回転振動を相殺するように形成されている。質量１５の回転振動によって、振動する逆回転モーメントが発生する。この逆回転モーメントは主軸８とキャリッジ１４からなる組立て体の振動する回転モーメントに対して反対向きである。同じやり方で、門形部材３を機械部分回転軸線ＭＤＸ回りに回転振動、例えば往復傾動させることができる。このような回転振動は同様に、質量１０を回転振動させて、振動する逆回転モーメントＭ２を加えることによって相殺可能である。同様に、門形部材３の回転振動に対する質量１０の回転振動の位相は、門形部材３のピッチングを相殺する瞬間的な逆回転モーメントＭ２を加えるように選択される。
【００５５】
図１と図３ａおよび図３ｂにはさらに、探針系９’が示してある。この探針系９’は側方へ突き出ていて、移動系への力の作用によって加速される。探針系９’の重心が力作用点から離れているときは、探針の加速度によって内部曲げ作用が発生し得る。探針系９’への力の作用点は例えば測定ヘッドの回転ディスク上に存在する。この回転ディスク上には、探針系９’が例えば三点支持部によって連結されている。側方に突き出ている探針は構造に起因して力作用点から離れた位置にその重心を有する。本発明では、回転可能な質量を小型化して探針系９’に取付けることができる。この回転可能な質量は、回転可能な質量１０と回転可能な質量１５を門形部材３または主軸８とキャリッジ１４からなる組立て体に加えるのと同様に逆回転モーメントを加える。これは個々の探針に基づいて次の図に示してある。
【００５６】
図４、図５および図６には、重心Ｓ３を有する探針９に基づいて、異なる方向に加える力の作用が示してある。図４では、例えば探針９がＺ方向に移動させられるときに、力Ｆ３がＺ方向に加えられる。重心Ｓ３の位置によって機械部分回転軸線ＭＤＹ回りの回転が生じる。これと同様に、図５では、力Ｆ４をＹ方向に加えることによって、機械部分回転軸線ＭＤＸとＭＤＺ回りの回転が生じる。Ｘ方向に力Ｆ５を加えると、機械部分回転軸線ＭＤＹ回りの回転が行われる。
【００５７】
図７と図８には、異なる場所に取付けられた回転可能な第３質量２１が示してある。センサは測定ヘッド２８と探針９によって形成されている。図７は探針ディスク２２を介してディスク受け２３に連結された、図４〜図６の探針９を示している。そのために、普通の軸受２４が役立つ。探針ディスク２２の受け２３には、モータ２４のモータハウジング２５が取付けられている。軸２６を介して、回転可能な第３質量が駆動される。構造物全体はハウジング２７によって取り囲まれている。このハウジング２７は測定ヘッド２８のハウジングである。懸吊部２９は略示してある。
【００５８】
図５のように探針がＹ方向に動くことによって、機械部分回転軸線ＭＤＺと矢印によって示す回転が探針に加えられると、回転可能な第３質量２１を適切に回転させることにより、探針９に作用する第３逆回転モーメントが発生させられる。原理は図１に基づいて説明した回転モーメントＭ１と逆回転モーメントＭ２の場合と同様である。
【００５９】
図８には、図７とは異なる振動質量２１の配置が示してある。すなわち、測定ヘッド２８のハウジング２７内に配置する代わりに、探針９自体に配置されている。図７の実施形態の利点は、軸受２４における探針ディスク２２の懸吊部の負荷が軽減されることである。
【符号の説明】
【００６０】
１  機械、座標測定器
２  基礎
３  第１移動部分、門形部材
４、５  柱
６  横材
７  ガイド
８  主軸
９  探針
９’  探針系
１０  回転可能な質量
１１  軸
１２  モータ
１３  モータハウジング
１４  キャリッジ
１５  回転可能な質量
１６  モータ
１７  制御兼調整装置
１８  回転可能な質量
１９  モータ
２０  モータハウジング
２１  回転可能な第３質量
２２  探針ディスク
２３  探針受け
２４  軸受／モータ
２５  モータハウジング
２６  軸
２７  ハウジング
２８  測定ヘッド
２９  懸吊部
Ｆ１  力
Ｆ２  力
Ｆ３  力
Ｆ４  力
Ｆ５  力
Ｍ１  第１回転モーメント
Ｍ２  逆回転モーメント
ＭＤＸ、ＭＤＹ、ＭＤＺ  機械部分回転軸線
Ｓ１  門形部材の重心
Ｓ２  キャリッジと主軸からなる組立て体の重心
Ｓ３  探針の重心
【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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【外国語明細書】
2018077226000001.pdf