(57)【要約】【課題】高い測定精度を達成する座標測定装置を提供する。【解決手段】検査対象物における測定座標の計量測定用座標測定装置は、検査対象物を取り付けるためのテーブル１２を備えている。テーブル１２上には、第１および第２のベアリング支持部１６、１８が配置されている。ベアリング支持部上には、それぞれ長手方向に移動可能な第１および第２のキャリッジ２０、２２が取り付けられている。本発明の一局面によれば、キャリッジ２０、２２は、少なくとも３つ、好ましくは４つの離れたベアリング点６２〜６８を介して、それぞれベアリング支持部１６、１８上に取り付けられており、ベアリング点６２〜６８はテーブルの平面に対して垂直である平面７４を画成している。【選択図】図４
2007532893.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
検査対象物における測定座標の計量測定用座標測定装置であって、
前記検査対象物を取り付けるためのテーブル（１２）と、
測定用プローブ、特にタッチプローブを受けるためのプローブホルダ（４６）と、
第１のキャリッジ（２０）が第１の長手方向（２４）に移動可能に取り付けられている第１のベアリング支持部（１６）と、
第２のキャリッジ（２２）が第２の長手方向（２４）に移動可能に取り付けられている第２のベアリング支持部（１８）と、
前記プローブホルダ（４６）にそれぞれ連結されている第１および第２のビーム（２８、３０）とを備え、
前記第１のビーム（２８）が、前記第２のベアリング支持部（１８）に対して平行に延びていて、前記第２の方向（２４）において長手方向に移動可能なように前記第１のキャリッジ（２０）に設けられており、
前記第２のビーム（３０）が、前記第１のベアリング支持部（１６）に対して平行に延びていて、前記第１の方向（２４）において長手方向に移動可能なように前記第２のキャリッジ（２２）に設けられている座標測定装置であって、
前記キャリッジ（２０、２２）が、少なくとも３つ、好ましくは少なくとも４つの離れたベアリング点（６２〜６８）を介して、それぞれの場合において、前記ベアリング支持部（１６、１８）に取り付けられており、前記ベアリング点が前記テーブルの平面に対して垂直な平面（７４）を画成していることを特徴とする座標測定装置。
【請求項２】
各ベアリング支持部（１６、１８）がスロット形状の開口部（７０）を有し、前記ビーム（２８、３０）の１つが前記開口部を通って突出しており、前記ベアリング点（６２〜６８）が前記スロット形状の開口部（７０）によって画成される平面（７２）の外側にあることを特徴とする請求項１に記載の座標測定装置。
【請求項３】
少なくとも１つのベアリング点（６２〜６８）が、前記スロット形状の穴（７０）によって画成される前記平面（７２）の両側に、あることを特徴とする請求項２に記載の座標測定装置。
【請求項４】
各ベアリング支持部（１６、１８）が上部案内表面（５２）を有し、前記上部案内表面上に、前記キャリッジ（２０、２２）が少なくとも１つのベアリング点（５４、５６）を介して、好ましくは少なくとも２つの離れたベアリング点を介して、垂直に支持されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の座標測定装置。
【請求項５】
前記プローブホルダ（４６）はプラットフォーム（３２）上に設けられ、前記プラットフォームは前記第１および第２のビーム（２８、３０）に接続されて、少なくとも１つ、好ましくは３つのさらなるベアリング（３４、３６、３８）を介して前記テーブル（１２）上に支持されており、さらなるベアリング（３４、３６、３８）のそれぞれに、前記テーブル（１２）の下面に当接するカウンターベアリング（８６、８８、９０）があることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の座標測定装置。
【請求項６】
前記テーブル（１２）は前記ベアリング支持部（１６、１８）の領域に穴（７８、８０、８２）を有し、前記穴（７８、８０、８２）を貫通するフレーム（８４）を介して、さらなるベアリング（３４、３６、３８）のそれぞれがカウンターベアリング（８６、８８、９０）に接続されていることを特徴とする請求項５に記載の座標測定装置。
【請求項７】
前記カウンターベアリング（８６、８８、９０）が横繋ぎ材（９２、９４、９６）によって共に連結されていることを特徴とする請求項５または６に記載の座標測定装置。
【請求項８】
第３の方向（４４）における長手方向移動用の駆動部（５０）を有し、かつ前記第３の方向（４４）において前記クイル（４２）の長手方向の位置を測定する測定システム（１０４）を有するクイル（４２）であって、さらに前記第３の方向（４４）に対して垂直に前記クイル（４２）の位置を画成する複数のクイルベアリング（４８）を有するクイル（４２）を特徴とし、
前記駆動部（５０）および前記測定システム（１０４）が、前記クイル（４２）の重心にその原点（１０２）を有し、かつ前記クイルベアリング（４８）によって画成される前記平面に対して平行に延びている軸（９８、１００）を有する仮想座標系の同じ象限（ＩＶ）に配置されている、請求項１ないし７のいずれかに記載の座標測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、検査対象物における測定座標の計量測定用座標測定装置であって、
前記検査対象物を取り付けるためのテーブルと、
測定用プローブ、特にタッチ（接触）プローブを受けるためのプローブホルダと、
第１のキャリッジが第１の長手方向に移動可能に取り付けられている第１のベアリング支持部と、
第２のキャリッジが第２の長手方向に移動可能に取り付けられている第２のベアリング支持部と、
前記プローブホルダにそれぞれ連結されている第１および第２のビーム（梁）とを備え、
前記第１のビームが、前記第２のベアリング支持部に対して平行に延びていて、前記第２の方向において長手方向に移動可能なように前記第１のキャリッジに設けられており、
前記第２のビームが、前記第１のベアリング支持部に対して平行に延びていて、前記第１の方向において長手方向に移動可能なように前記第２のキャリッジに設けられている座標測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
かかる座標測定装置は、下記非特許文献１から公知である。下記非特許文献１は、アイントホーフェン工科大学に寄託されており、ＩＳＢＮ  Ｎｏ．９０−３８６−２６３１−２で入手可能である。また、この論文は、インターネットのアドレスhttp：//alexandria.tue.nl/extra2/9902695.pdfでも見ることができる。
このようなタイプの座標測定装置は、とりわけ、検査対象物の物体形状を高精度に測定するのに用いられる。例えば、機械で製造した加工物の物体形状が品質管理できているかを検査するのに用いられる。典型的に、移動可能に取り付けられたスタイラス（針）を有するタッチプローブが測定プローブとして使用される。そして、座標測定装置の適当な横移動機構によって、スタイラスが検査対象物上の所望の測定点に接触するまで、このタッチプローブを検査対象物へ移動させる。その後、タッチプローブの位置およびタッチプローブに対するスタイラスの変位から、検出された測定点の空間座標を測定することができる。しかし、本発明は、触覚タッチプローブを有する座標測定装置に制限されず、また、光プローブといった異なる測定プローブを有する座標測定装置においても用いることができる。
【０００３】
横移動機構に関してさまざまな概念が知られている。三次元測定用の装置（三次元座標測定装置）の場合、典型的な概念として、門形設計のホリゾンタル（水平）アーム型座標測定装置および柱形設計を有する座標測定装置がある。門形設計の座標測定装置は、Ｘ方向に移動可能な門であり、かつＹ方向に移動可能なキャリッジが配置されたクロスビーム部を有する門を備えている。Ｙキャリッジは、Ｚ方向に移動可能なクイル（中空シャフト）を担持する。そのような座標測定装置は、例えば、下記特許文献１から公知である。
【０００４】
ホリゾンタルアーム型座標測定装置は、Ｘ方向に移動可能な支柱を有し、この支柱上にはＺ方向に移動可能なキャリッジが配置されている。Ｚキャリッジは、Ｙ方向に調節可能なアームを担持し、このアームの自由端はタッチプローブを担持する。
柱形設計の座標測定装置は、Ｚ方向に移動可能なクイルを担持する柱を有する。この柱自体をＸ方向および／またはＹ方向に移動させることができる。また、検査対象物を取り付けるための対応する可動テーブルによって、ＸおよびＹ案内軸を設けることもできる。
【０００５】
公知の概念にはそれぞれ設計に関連した利点および欠点があり、特に、測定容積のアクセスしやすさならびに静的および動的変形とその結果生じる測定誤差とによる影響の受けやすさに関するものがある。容易に理解されるように、例えば、ホリゾンタルアーム型座標測定装置におけるカンチレバー型のホリゾンタルアームには、重力の作用下でタッチプローブのＹ位置に対する変形がある。
【０００６】
前述の論文において、新規な横移動機構を備えた座標測定装置が提案され、これによって、静的および動的変形による誤差の原因の少なくともいくつかを排除することができ、その結果、測定の精度を向上させることができる。基本的に、提案された座標測定装置には、互いに対してＶ字形に配置され、ＸおよびＹ方向に対する直線案内面として機能する２つのベアリング支持部がある。各ベアリング支持部は、長手方向に移動させることができるキャリッジを担持しており、各キャリッジ上には、ベアリング支持部に対して垂直に移動させることができるビームが配置されている。これら２つのビームは、上記と同様に、互いに対してＶ字形に配置されており、第１のビームは第２のベアリング支持部に対して実質的に平行に延び、逆もまた同様である。ビームの自由端は、互いに対向しており、プラットフォームに接続されているため、ＸおよびＹ方向に移動可能であり、Ｚ方向に移動可能なクイルを担持する。提案された座標測定装置を用いた実際の検査では、このようなタイプの横移動機構によって、これまで知られていた設計よりはるかに高い測定精度を達成できることが分かった。
【特許文献１】独国特許出願公開第１０１２４４９３号明細書
【非特許文献１】マルク・フェルミューレン（Marc Vermeulen）、“High-Precision  3D Coordinate Measuring Machine”, http：//alexandria.tue.nl/extra2/9902695.pdf
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
この横移動機構の改良設計によって、誤差の原因のいくつかは既に排除されているか、または既にそれらの影響は低減しているが、さらに高い測定精度を達成することが未だ望まれている。
したがって、本発明は、上記の種類の座標測定装置を提供することを目的とし、これによって、さらに高い測定精度を達成することができる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一局面によれば、この目的は最初に記載した種類の座標測定装置によって達成され、そのキャリッジは、少なくとも３つ、好ましくは少なくとも４つの離れたベアリング点を介して、それぞれの場合において、ベアリング支持部に取り付けられており、それらベアリング点はテーブルの平面に対して垂直な平面を画成している。
これに対して、公知の座標測定装置におけるキャリッジは、必ず２つのベアリング点だけを介してベアリング支持部に取り付けられており、この２つのベアリング点は、キャリッジのそれぞれの移動方向に対して平行な直線上にある。テーブルの平面に垂直な平面を画成する第３および好ましくは第４のベアリング点を提供することで、安定性が相対的に向上し、その結果、案内の精度が相対的に向上する。実際の検査が示すところによれば、プローブホルダをより一層正確に測定容積内において位置決めできるため、このように測定精度をさらに向上できる。特に、全く同じ測定点への繰り返し手法における繰返し精度が、改良されたベアリング概念によって高められる。
【０００９】
上記の目的はこのようにして完全に達成される。
好適な改良点において、各ベアリング支持部はスロット形状の開口部を有し、ビームの１つがそこを通って突出しており、ベアリング点はそのスロット形状の開口部によって画成される平面の外側にある。
上記の座標測定装置からそれ自体既に公知であるように、この設計によって、ベアリング支持部の「内側」にビームを案内することが可能である。しかし、スロット形状の開口部によって画成される平面の外側にベアリング点を移動させることで、達成可能な測定精度をあまり損なうことなく、さらに多くの移動量を達成することが可能であり、その結果、より大きな測定容積を達成することができる。故に、その測定容積に対してさらに高い相対精度を達成することができる。
【００１０】
さらなる改良点において、少なくとも１つのベアリング点がスロット形状の開口部によって画成される平面の両側にある。
この設計は、各ビームの上方および下方の両方に少なくとも１つのベアリング点があり、ベアリング支持部上にキャリッジを案内することを意味する。これによって、さらに位置決め精度が良好になり、特に、対応するビームが横移動方向に長い距離を移動する場合により良好になる。この設計において、達成可能な測定精度はさらに高く、これまで知られていた構成に比べて、実際には測定容積が増加している。
【００１１】
さらなる改良点において、各ベアリング支持部は上部案内表面を有し、前記上部案内表面上に、キャリッジが少なくとも１つのベアリング点を介して、好ましくは少なくとも２つの離れたベアリング点を介して、垂直に支持される。
この設計によって、キャリッジをベアリング支持部上に「浮いた状態」、すなわち、テーブル上にさらなる支持部を有さない状態で配置することができる。その場合、キャリッジはテーブルから分離される。それに対して、公知の座標測定装置のキャリッジは、ベアリング支持部上およびテーブル上の両方で支持される。この好適な実施形態により、さらに低い生産コストで、少なくとも同等に高精度な案内および測定が提供される。
【００１２】
さらなる改良点において、プローブホルダはプラットフォーム上に設けられ、このプラットフォームは第１および第２のビームに接続され、少なくとも１つ、好ましくは３つのさらなるベアリングを介してテーブル上に支持されており、さらなるベアリングそれぞれに、テーブルの下面に当接するカウンターベアリングがある。各ベアリングおよびそれぞれのカウンターベアリングは、テーブルに対して垂直に延びる同軸上に配置されていることが、特に好ましい。
【００１３】
また、公知の座標測定装置においても、プラットフォームを３つのベアリングを介してテーブル上に支持するが、本発明の設計とは異なり、テーブルの下面には、１つの中央のカウンターベアリングしか設けられていない。本発明において好ましい設計は、より精密な案内を可能にし、故に、さらに高い測定精度を可能にする。さらに、この設計をより少ない重量でより小さな空間の要件で製造することができ、測定精度に関して欠点のない、より高速な測定を可能にする。
【００１４】
さらなる改良点において、テーブルはベアリング支持部の下に穴を有し、この穴を貫通するフレームによって、さらなるベアリングがそれぞれカウンターベアリングに接続されている。
一方、公知の座標測定装置におけるプラットフォームの３つのベアリングは、テーブルの周囲に延びる搬送装置を介して中央のカウンターベアリングに接続されている。本発明において好ましい設計は、より少ない重量かつより少ないスペースのため、少なくとも同等の測定精度でより高速な測定速度を可能にする。
【００１５】
さらなる実施形態において、カウンターベアリングは横繋ぎ材によって共に連結されている。
この設計によって、重量をほとんど増やすことなく、さらに案内精度が向上し、故により高い測定精度になる。
さらなる実施形態において、この新規な座標測定装置はクイルを備え、このクイルは第３の方向における長手方向移動用の駆動部、および前記第３の方向においてクイルの長手方向の位置を測定する測定システムを有し、さらに前記第３の方向に対して垂直に前記クイルの位置を画成する複数のクイルベアリングを備え、前記駆動部および前記測定システムは、前記クイルの重心にその原点を有し、かつ前記クイルベアリングによって画成される平面に対して平行に延びている軸を有する仮想座標系の同じ象限に配置されている。
【００１６】
これまでに記載した改良点は、主に動作の最初の２方向における案内精度に影響を与えるのに対して、かかる改良点は、主に第３の座標方向における案内精度を向上させる。仮想座標系の同じ象限にある駆動部および測定システムの配置とは、測定システムがより精密にクイルの位置を測定することができ、静的および動的影響に対してより良好な公差を有することを意味する。
【００１７】
以上に記載した特徴および以下にこれから説明されるべき特徴を、本発明の範囲から逸脱することなく、それぞれ記載の組み合わせにおいてのみならず、他の組み合わせ、またはそれらのみでも用いることができることは言うまでもない。
本発明の実施形態は、図面に示され、下記の明細書においてより詳細に説明される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
図面において、新規な座標測定装置の実施形態は、全体を参照符号１０によって示している。座標測定装置１０は、好ましくは花崗岩で作製されたテーブル１２を有する。テーブル１２の上面上に、２つのベアリング支持部１６および１８が互いに対してＶ字形に配置され、好適な実施形態において、実際には互いに対して直角に配置されている。しかし、後者は本発明を実施するのに絶対に必要というわけではない。図３および図４において最も明確に分かるように、キャリッジ２０、２２はベアリング支持部１６、１８にそれぞれ取り付けられている。キャリッジ２０は矢印２４の方向において長手方向に移動させることができ、キャリッジ２２は矢印２６の方向において長手方向に移動させることができる。方向２４、２６とは、座標測定装置１０のＸおよびＹ方向である。
【００１９】
図３において最もよく分かるように、キャリッジ２０、２２はそれぞれビーム（梁）２８、３０を担持する。ビーム２８はベアリング支持部１８に対して平行に延び、矢印２６の方向において長手方向に移動させることができる。ビーム３０はベアリング支持部１６に対して平行に延び、矢印２４の方向において長手方向に移動させることができる。したがって、２つのビーム２８、３０もまた、互いに対してＶ字形に配置され、ベアリング支持部１６、１８およびビーム２８、３０の２つのＶ字形構造は、互いに対向するまたは互いに「差し込まれる」自由端を有する。
【００２０】
互いに向き合うビーム２８、３０の自由端は、プラットフォーム３２に接続され、その後、ベアリング３４、３６、３８を介してテーブル１２の上面上に支持されている。キャリッジ２０、２２およびビーム２８、３０を長手方向に移動させることができるため、プラットフォーム３２はテーブル１２上で方向２４、２６に移動可能である。
プラットフォーム３２は、その上面上に屋根形フード４０を有し、このフード４０はベアリング支持部１６、１８およびキャリッジ２０、２２の上方にあって、ビーム２８、３０の外側の自由端上に支持されている。フード４０は、アルミニウム板で作製されており、フード４０の重量を低減させるため多数の孔を有する。また、ビーム２８、３０およびプラットフォーム３２を備えた構成を補強する役割を果たす。
【００２１】
プラットフォーム３２の３つのベアリング３４、３６、３８は、実質的に正三角形の角を形成する。この三角形の上方で、プラットフォーム３２上にクイル４２が配置されている。クイル４２は、矢印４４（図３）の方向において長手方向に移動させることができ、この方向は、テーブル１２の平面に対して垂直であることから、Ｚ方向を表す。
クイル４２の下側の自由端に、測定プローブを受けるためにプローブホルダ４６が配置されている。ここに示す実施形態において、座標測定装置１０はさらに２つのプローブホルダ４６、すなわち、触覚タッチプローブ用の第１のプローブホルダ４６ａおよび光学測定システム用の第２のプローブホルダ４６ｂを有する。クイル４２は、合計８つの空気ベアリング４８上に取り付けられている。空気ベアリング４８は、クイル４２の３つのそれぞれ平らな外側の面に当接している（図５参照）。直線駆動部５０のキャリッジは、図５に関連して下記にさらに詳細に説明されているように、第４の外側の面に位置する。
【００２２】
図４の部分的切取図に見られるように、ベアリング支持部１６、１８はそれぞれ、
平行六面体形の部分を有し、これに沿ってそれぞれのキャリッジ２０、２２が摺動する。各キャリッジ２０、２２は、スリーブのように平行六面体形の部分の周りを囲んで、互いに離れて配置されている２つのベアリング５４、５６を介して、それぞれの場合において、上部案内表面５２上に支持されている。平行六面体形の部分の平行な底面側の案内表面上には、２つのカウンターベアリング５８、６０があり、これらはベアリング５４、５６の下方で同軸上にある。
【００２３】
さらに、各キャリッジ２０、２２は、４つのベアリング６２、６４、６６、６８および４つのカウンターベアリングを介して、それぞれの場合において同軸上で、それぞれの平行六面体形の部分の垂直案内表面上に支持されている。以上に記載のベアリングはすべて空気ベアリングであり、ベアリング６６は、図４の部分的切取図においてそれぞれのケーブル接続も共に示す。好適な実施形態において、各キャリッジ２０、２２のベアリング６２、６４、６６、６８は中実のベアリングとして設計され、カウンターベアリングは、図４では見られないが、可動ベアリングである。
【００２４】
また、図４は、ベアリング支持部１６、１８の平行六面体形の部分がそれぞれ水平なスロット形状の開口部７０を有することを示すが、図４に示される図ではベアリング支持部１８についてしか見ることができない。ビーム２８、３０がスロット形状の開口部７０を貫通していることから、開口部７０はキャリッジ２０、２２がそれぞれのビーム２８、３０に対して垂直に移動することを可能にする。
【００２５】
スロット形状の開口部７０は水平面７２（または開口部の高さを有する水平空間容積）を画成し、ベアリング６２、６４、６６、６８は、平面７２の外側またはその空間容積の外側になるように配置されている。実際には、ベアリング６２、６４（およびそれぞれのカウンターベアリング）は平面７２の上方に配置され、ベアリング６６、６８は平面７２の下方に配置されている。その結果、ベアリング６２〜６８（およびそれらに対応するカウンターベアリング）はベアリング面７４を画成している。ベアリング面７４は、平面７２に対して垂直、かつテーブル１２の平面に対して垂直に位置している。
【００２６】
また、ビーム２８、３０もキャリッジ２０、２２にある空気ベアリングによって支持され、その１つが図４の参照符号７６で示されている。
テーブル１２は、ベアリング支持部１６の下に穴７８を有し、さらに２つの穴８０、８２がベアリング支持部１８の下に配置されている。Ｃ形フレーム８４は穴７８、８０、８２を通り抜けて、テーブル１２の上方および下方を囲んでいる。各フレーム８４の上側の自由端は、プラットフォーム３２に、すなわち、ベアリング３４、３６、３８の領域に接続される。各フレーム８４の下側の自由端は、カウンターベアリング８６、８８または９０を担持している。カウンターベアリング８６は、ベアリング３４の下で同軸に配置され、一方、カウンターベアリング８８、９０は、ベアリング３６、３８の下でそれぞれ同軸に配置される。さらに、フレーム８４の下側の自由端は、３つの横繋ぎ材９２、９４、９６によって共に連結されている。
【００２７】
したがって、座標測定装置１０は、冒頭に記載した論文の座標測定装置とは、キャリッジ２０、２２の取付およびプラットフォーム３２の取付の両方に関して異なるベアリング概念を有する。その結果、新規な座標測定装置１０はより経済的でありながら、その達成可能な最大測定精度がさらに高くなるように製造することができる。
公知の座標測定装置に優るさらなる改善が図５からわかる。これは、上から見た、Ｚ方向に移動可能なクイル４２を示している。さらに、クイル４２の重心に原点がある、２つの軸９８、１００を有する座標系を示す。この座標系は、４つの象限を形成し、クイル４２の配置は、直線駆動部５０と垂直なＺ位置（ここでは参照符号１０４で示す）を測定する測定システムとが同じ象限ＩＶに配置されるように選択される。既に上述したように、これによって、さらに高い測定精度を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】新規な座標測定装置の透視上面図である。
【図２】見やすいようにテーブルの支持脚は図示せず、下からの斜視図における図１の座標測定装置を示す。
【図３】より見やすくするために一部は図示せず、上からの斜視図における図１の座標測定装置を示す。
【図４】部分的切取図において、図３による座標測定装置のベアリング支持部およびキャリッジを示す。
【図５】上から見た、図１の座標測定装置のクイルを示す。
【図１】
2007532893.tif 000003
【図２】
2007532893.tif 000004
【図３】
2007532893.tif 000005
【図４】
2007532893.tif 000006
【図５】
2007532893.tif 000007
【国際調査報告】
2007532893.tif 000008
2007532893.tif 000009
2007532893.tif 000010
2007532893.tif 000011
2007532893.tif 000012
2007532893.tif 000013