(57)【要約】位置決め装置は、プローブ装置がその上に装着され得るクイルと、実質的に垂直方向の次元にクイルを位置決めするための少なくとも１つのモーターと、クイルのための空気圧式のカウンターバランスメカニズムとを含む。位置決め装置は、クイルに関する少なくとも１つの要因に基づいて、空気圧式のカウンターバランスメカニズムの圧力の変化を自動的に達成し、それによって、空気圧式のカウンターバランスメカニズムによって提供される、クイルにかかるカウンターバランス力を適合させるように構成されている。
2020517939.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プローブ装置がその上に装着され得るクイルと、実質的に垂直方向の次元に前記クイルを位置決めするための少なくとも１つのモーターと、前記クイルのための空気圧式のカウンターバランスメカニズムと、を含む位置決め装置であって、前記位置決め装置は、前記クイルに関する少なくとも１つの要因に基づいて、前記空気圧式のカウンターバランスメカニズムの圧力の変化を自動的に達成し、それによって、前記空気圧式のカウンターバランスメカニズムによって提供される、前記クイルにかかる前記カウンターバランス力を適合させるように構成されていることを特徴とする位置決め装置。
【請求項２】
前記少なくとも１つのモーターは、ダイレクトドライブモーターを含み、任意に、リニアモーターを含むことを特徴とする請求項１に記載の位置決め装置。
【請求項３】
前記少なくとも１つの要因は、前記クイルの実際のまたは予期される垂直方向の位置に関することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の位置決め装置。
【請求項４】
前記位置決め装置は、前記クイルの前記垂直方向の位置を測定するための１つまたは複数の位置エンコーダーをさらに含み、前記少なくとも１つの要因は、前記１つまたは複数の位置エンコーダーのうちの少なくとも１つからの出力を含むことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の位置決め装置。
【請求項５】
前記少なくとも１つの要因は、前記少なくとも１つのモーターの実際のまたは予期されるパワー要件に関することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の位置決め装置。
【請求項６】
前記少なくとも１つの要因は、前記クイルの実際のまたは予期される移動方向に関することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の位置決め装置。
【請求項７】
前記移動方向に前記クイルを移動させる際に前記モーターを支援するように、前記空気圧式のカウンターバランスメカニズムの圧力を適合させるように構成されていることを特徴とする請求項６に記載の位置決め装置。
【請求項８】
前記少なくとも１つの要因は、前記クイルの上に搭載されているかまたは搭載されることとなる、プローブなどのような少なくとも１つのモジュールに関することを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の位置決め装置。
【請求項９】
前記少なくとも１つの要因は、前記少なくとも１つのモジュールの重量に関することを特徴とする請求項８に記載の位置決め装置。
【請求項１０】
前記少なくとも１つの要因は、前記クイルの上に搭載されている前記モジュールが座標位置決め装置に対して有する影響を評価することによって決定されることを特徴とする請求項８または請求項９に記載の位置決め装置。
【請求項１１】
圧力調整器を含み、前記圧力調整器は、前記空気圧式のカウンターバランスメカニズムの圧力を所定の設定圧力に維持するように構成されており、前記装置は、前記少なくとも１つの要因に基づいて前記設定圧力を変更するように構成されていることを特徴とする請求項１から請求項１０のいずれか一項に記載の位置決め装置。
【請求項１２】
前記空気圧式のカウンターバランスメカニズムの圧力の前記変化は、ルックアップテーブルおよび／または関数から決定されることを特徴とする請求項１から請求項１１のいずれか一項に記載の位置決め装置。
【請求項１３】
前記クイルの上の荷重の予期されるまたは測定される変化に応答して、前記空気圧式のカウンターバランスメカニズムの圧力を自動的に適合させるように構成されていることを特徴とする請求項１から請求項１２のいずれか一項に記載の位置決め装置。
【請求項１４】
前記位置決め装置は、デカルト座標位置決め装置を含むことを特徴とする請求項１に記載の位置決め装置。
【請求項１５】
位置決め装置を動作させる方法であって、前記位置決め装置は、プローブ装置がその上に装着され得るクイルと、実質的に垂直方向の次元に前記クイルを移動させるための少なくとも１つのモーターと、前記クイルのための空気圧式のカウンターバランスメカニズムと、を含み、前記方法は、前記クイルの状態に基づいて、前記空気圧式のカウンターバランスメカニズムの圧力の変化を自動的に達成し、それによって、前記空気圧式のカウンターバランスメカニズムによって提供される、前記クイルにかかる前記カウンターバランス力を適合させるようになっているステップを含むことを特徴とする方法。
【請求項１６】
位置決め装置であって、前記位置決め装置は、実質的に垂直方向の自由度で相対的に移動可能な第１の部材および第２の部材を含み、エネルギーコンジットが、前記第１の部材および前記第２の部材のうちの少なくとも１つに接続されており、前記第１の部材および前記第２の部材の前記自由度において、前記エネルギーコンジットによって、それが接続されている部材のうちの少なくとも１つに付与される荷重は、前記第１の部材および前記第２の部材の相対的な位置に依存して変化し、前記位置決め装置は、空気圧式のカウンターバランスをさらに含み、前記空気圧式のカウンターバランスは、前記第１の部材および前記第２の部材の前記自由度において、荷重を印加するように構成されており、前記荷重は、前記第１の部材および前記第２の部材の前記相対的な位置に依存して、前記エネルギーコンジットによって印加される前記荷重とは逆に変化し、荷重のそのような変化は、前記空気圧式のカウンターバランスの空気圧力を変化させることによって実現される、ことを特徴とする位置決め装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、座標測定機（ＣＭＭ：coordinate measuring machine）などのような位置決め装置のためのカウンターバランスに関する。とりわけ、本発明は、デカルト座標位置決め装置のクイルのためのカウンターバランスに関する。
【背景技術】
【０００２】
位置決め装置は、ツールおよび／または対象物を互いに対して位置決めするための１つまたは複数の移動可能な部材を含むことが可能である。たとえば、ＣＭＭは、従来的に、複数の移動可能な部材、たとえば、直列に配置されている線形に移動可能な部材を含む。一般的に、位置決め装置は、少なくとも２つまたは３つの相互に直交する次元、たとえば、Ｘ、Ｙ、およびＺにおいて、ツールおよび／または対象物の相対運動を促進させるように構成されている。そのような位置決め装置は、「デカルト」位置決め装置（または、デカルトＣＭＭ）として一般に知られている。典型的なデカルト座標位置決め装置は、ブリッジタイプ、ポータルタイプ、カンチレバータイプ、ホリゾンタルアームタイプ、およびガントリータイプのマシンを含む。
【０００３】
多くの場合、ツールは、垂直方向に移動可能な部材の上に装着されている。この部材は、典型的に、「クイル」として知られているが、ｚラム（z-ram）またはｚ軸としても知られている。理解されることとなるように、ツールは、クイルに直接的に装着され得るか、または、ツールが１つまたは複数の回転軸線の周りに再位置決めされることを可能にする関節式ヘッド部材などのような、別の部材を介して装着され得る。
【０００４】
モーターに対する要件を低減させるために、クイルの重量をカウンターバランスさせるためのカウンターバランスメカニズムを提供することが知られている。クイルのためのそのようなカウンターバランスメカニズムの例は、特許文献１および特許文献２に説明されている。また、たとえば、特許文献３、特許文献４、特許文献５、特許文献６、特許文献７、特許文献８、および特許文献９に説明されているように、空気圧式のカウンターバランスメカニズムを提供することも知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第３８１８５９６号明細書
【特許文献２】米国特許第６３９７４８５号明細書
【特許文献３】独国特許第４４０８９１２号明細書
【特許文献４】米国特許第８７５５９４号明細書
【特許文献５】米国特許第４３８９７８１号明細書
【特許文献６】米国特許第４５０７８６８号明細書
【特許文献７】米国特許第４７９９３１６号明細書
【特許文献８】米国特許第４２１３２４４号明細書
【特許文献９】米国特許第４２０７６８０号明細書
【特許文献１０】国際公開第２００７／０９３７８９号パンフレット
【発明の概要】
【０００６】
本発明は、位置決め装置のクイルのための改善された空気圧式のカウンターバランスシステムに関する。
【０００７】
本発明の第１の態様によれば、プローブ装置がその上に装着され得るクイルと、実質的に垂直方向の次元にクイルを位置決めするための少なくとも１つのモーターと、クイルのための空気圧式のカウンターバランスメカニズムとを含む位置決め装置が提供される。位置決め装置は、クイルに関する少なくとも１つの要因に基づいて、空気圧式のカウンターバランスメカニズムの圧力の変化を自動的に達成する（すなわち、引き起こす／もたらす）ように構成され得る。そのような空気圧式のカウンターバランスメカニズムの圧力の変化は、空気圧式のカウンターバランスメカニズムによって提供される、クイルにかかるカウンターバランス力を適合させることが可能である。したがって、本発明の位置決め装置は、空気圧式のカウンターバランスメカニズムの圧力の変化を自動的に達成する／引き起こすように構成され得、任意の仮定される／予期されるまたは実際の／測定されるクイル状況の変化を少なくとも部分的に（および、任意に（optionally）、実質的に）補償するようになっており、たとえば、実質的に垂直方向の次元において、任意の仮定される／予期されるまたは実際の／測定されるクイルの上の荷重の変化を補償するようになっている。
【０００８】
本発明は、位置決め装置の性能、たとえば、その計量学的性能を改善することが見出された。とりわけ、空気圧式のカウンターバランスメカニズムの圧力を自動的に変化させることは、実質的に垂直方向の次元においてクイルを位置決めする（たとえば、移動させる、および／または、保持する）ためのモーターの要求されるパワーの変化を低減させることが可能である。そして、これは、モーターによって作り出される熱の変化を低減させることが可能である。モーターによって作り出される熱の変化を低減させることは、位置決め装置の計量学的性能を改善することが可能である。より詳細に説明されているように、本発明は、さまざまなクイル要因／状況に応じて、空気圧式のカウンターバランスメカニズムの圧力を自動的に変化させるために使用され得、さまざまなクイル要因／状況は、たとえば、（予期される／仮定されるもしくは実際の／測定される）クイルの垂直方向の位置、（予期される／仮定されるもしくは実際の／測定される）垂直方向の次元におけるクイルの移動方向、どのモジュール（たとえば、プローブなど）がクイルの上に装着されることとなるか、クイルのモーターパワー要件（たとえば、予期される／仮定されるもしくは実際の／測定されるもの）、および／または、装置／クイルによって実施される特定の動作（たとえば、クイルへ／クイルからプローブを搭載することもしくは取り外すことなど）を含む。要約すると、本発明は、予期される／仮定されるまたは実際の／測定されるクイルの上の（現在のまたは将来の）荷重に応じて、空気圧式のカウンターバランスメカニズムの圧力を自動的に変化させるために使用され得る。
【０００９】
理解されることとなるように、カウンターバランスメカニズムは、クイルの上の荷重を部分的にカウンターバランスさせるように構成され得る。任意に、カウンターバランスメカニズムは、クイルの上の荷重を実質的にカウンターバランスさせるように構成され得る。どちらにしても、好ましくは、装置は、クイルに関する少なくとも１つの要因に基づいて、空気圧式のカウンターバランスメカニズムの空気圧の変化を自動的に引き起こすように構成されており、クイルにかかるカウンターバランス力を適合させるようになっており、たとえば、モーターによって必要とされるパワーの変化を低減させる（および、たとえば、実質的な変化を回避する）ようになっている（すなわち、そうでない場合に、圧力の変化が行われない場合に必要とされることとなるものと比較して低減させる）。たとえば、本発明は、異なる垂直方向の位置にクイルを保持するために、モーターによって必要とされるパワーの変化を低減させる（および、たとえば、実質的な変化を回避する）ために使用され得、ならびに／または、異なるモジュールがその上に搭載された状態のクイルを任意の所与の垂直方向の位置に保持するために、モーターによって必要とされるパワーの変化を低減させる（および、たとえば、実質的な変化を回避する）ために使用され得、ならびに／または、クイルが上もしくは下のいずれに移動させられているかに応じて、モーターによって必要とされるパワーの変化を低減させる（および、たとえば、実質的な変化を回避する）ために使用され得る。
【００１０】
理解されることとなるように、空気圧式のカウンターバランスメカニズムは、シリンダーおよび関連のピストンを含むことが可能である。加圧ガス（たとえば、大気圧力を上回るガス）が、カウンターバランス力を提供するために、シリンダーおよび／またはピストンに作用することが可能である。シリンダーおよび／またはピストンは、（たとえば、クイル内側に、または、クイルの上に）クイルによって提供されてもよく、または、提供されなくてもよい。たとえば、シリンダーおよび／またはピストンは、別々に提供され得、たとえば、ワイヤー／コード、プリングシステム（pulling system）、ロッド、または、他のリンキングメカニズム／手段を介して、クイルに取り付けられ得る。
【００１１】
位置決め装置は、カウンターバランスコントローラーを含むことが可能である。これは、システムを含むことが可能である。位置決め装置（たとえば、カウンターバランスコントローラー）は、たとえば、クイルに関する１つまたは複数の態様／要因／入力をモニタリングするように構成され得る。位置決め装置（たとえば、カウンターバランスコントローラー）は、前記モニタリングに基づいて、クイルに対するカウンターバランスメカニズムのカウンターバランス効果を自動的に制御するように構成され得る。位置決め装置（たとえば、カウンターバランスコントローラー）は、クイルに関する態様／要因／入力を連続的にモニタリングするように構成され得、および、空気圧式のカウンターバランスメカニズムの空気圧を瞬間的に制御／適合させるように構成され得る。任意に、位置決め装置（たとえば、カウンターバランスコントローラー）は、所定の間隔において、たとえば、規則的な間隔において、および／または、所定の瞬間に（たとえば、プローブを交換するときなど）、空気圧式のカウンターバランスメカニズムの空気圧を制御／適合させるように構成されている。位置決め装置（たとえば、カウンターバランスコントローラー）は、クイル（たとえば、その状態）に関する少なくとも１つの入力を受信するように構成され得、また、空気圧式のカウンターバランスメカニズムの圧力の前記変化を自動的に達成する／引き起こすように構成され得る。位置決め装置（たとえば、カウンターバランスコントローラー）は、入力を連続的にモニタリングする（もしくは、入力に応答する）ように構成され得、または、所定の間隔で（たとえば、規則的な間隔で、および／または、所定の瞬間に）、入力をモニタリングする（もしくは、入力に応答する）ように構成され得る。
【００１２】
位置決め装置は、クイルに接続／装着されている少なくとも１つのエネルギーコンジットを含むことが可能である。理解されることとなるように、エネルギーコンジットは、パワーを供給するために、１つまたは複数のワイヤーおよび／またはパイプ（たとえば、流体ライン）を含むことが可能であり、装置のさまざまなパーツへおよび／またはそれから、信号および／または流体を搬送する。エネルギーコンジットは、少なくとも１つのワイヤーおよび／または少なくとも１つのパイプを含むことが可能である。エネルギーコンジットは、ワイヤーおよび／またはパイプの少なくとも１つのグループ／束を含むことが可能である。エネルギーコンジットは、ワイヤーおよびパイプの混合体を含むことが可能である。ワイヤーおよび／またはパイプは、たとえば、ケーブルタイを使用して、一緒に結び付けられ得る。エネルギーコンジットは、たとえば、少なくとも１つのケーブルおよび／または少なくとも１つのパイプを支持するために、サポートトラックを含むことが可能である。サポートトラックは、関節式サポートトラックを含むことが可能である。たとえば、関節式サポートトラックは、枢動可能に接続されているリンクのチェーン式構成体（chained arrangement）を含むことが可能である。任意に、サポートトラックは、相対的な移動によって曲がる材料のバンドを含むことが可能である（たとえば、材料の連続的なリボン状のバンドを含む）。
【００１３】
クイルの上のエネルギーコンジットによって付与される実質的に垂直方向の次元における荷重／力は、クイルの垂直方向の位置に依存して（たとえば、位置によって変化する、クイルを担持するエネルギーコンジットの質量の割合に起因して）変化することが可能である。したがって、位置決め装置は、空気圧式のカウンターバランスメカニズムの圧力の変化を達成する／引き起こすように構成され得、クイルの上の少なくとも１つのエネルギーコンジットによって付与される荷重の前記変化を補償するようになっている。
【００１４】
理解されることとなるように、空気圧式のカウンターバランスメカニズムは、アクティブな補償的部材であると考えられ得、アクティブな補償的部材は、たとえば、（たとえば、垂直方向の次元における）クイルの上の任意の（たとえば、変化する）荷重を少なくとも部分的に補償する。たとえば、空気圧式のカウンターバランスメカニズム／補償的部材は、システム（たとえば、それは、カウンターバランスコントローラーを含むことが可能である）の一部であることが可能であり、それは、少なくとも１つの（たとえば、システム）入力／変数（たとえば、クイルに印加される荷重、クイルの位置、および／または、クイルの運動の方向）をモニタリングし、ならびに、空気圧式のカウンターバランスメカニズム／補償的部材が印加する荷重を適合／変化させ、印加される（たとえば、エネルギーコンジットによって印加される）任意の荷重の変化に少なくとも部分的に対抗するようになっている。したがって、空気圧式のカウンターバランスメカニズム／補償的部材は、サーボシステムの一部であることが可能であり、それは、入力に応答して、空気圧式のカウンターバランスメカニズム／補償的部材を制御する。位置決め装置は、少なくとも１つの入力／変数（たとえば、クイルに印加される荷重、および／または、クイルの位置）に応答して、空気圧式のカウンターバランスメカニズムによって提供されるカウンターバランス力を（たとえば、動的に）変化させるように構成され得る。たとえば、位置決め装置は、少なくとも１つの要因／入力／変数（たとえば、クイルの上に印加される荷重、および／または、クイルの位置）に応答して、空気圧式のカウンターバランスメカニズムの空気圧力を（たとえば、動的に）変化させるように構成され得る。
【００１５】
位置決め装置（たとえば、カウンターバランスコントローラー）は、どのように空気圧式のカウンターバランスメカニズムの圧力を変化させるかを決定するように構成され得る。
【００１６】
理解されることとなるように、位置決め装置（たとえば、カウンターバランスコントローラー）は、デバイスを含むことが可能である。理解されることとなるように、デバイスは、回路、たとえば、プロセッサー、マイクロプロセッサー、中央処理装置、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ｆｐｇａ）、およびメモリー／ストレージのうちのいずれかまたは組み合わせなどを含むことが可能であり、それは、クイルに関する少なくとも１つの要因に基づいて、空気圧式のカウンターバランスメカニズムの圧力の変化を自動的に達成するように構成されている。理解されることとなるように、本発明は、ソフトウェアの中に少なくとも部分的に実装され、たとえば、そのようなデバイスの上で走ることが可能である。すなわち、位置決め装置は、クイルに関する少なくとも１つの要因に基づいて、空気圧式のカウンターバランスメカニズムの圧力の変化を自動的に達成するように構成されているソフトウェアを含むことが可能である。
【００１７】
位置決め装置は、クイルの位置を制御するためのコントローラーを含むことが可能である。たとえば、コントローラーは、コンピュータープログラムを実行するように、および、（たとえば、モーターパワー増幅器を制御することによって、任意に、位置エンコーダーなどからのクイル位置情報に関連して、）コンピュータープログラムにしたがって、少なくとも１つのモーターを制御するように構成され得る。任意に、コントローラーは、クイルに関する前記少なくとも１つの要因に基づいて、空気圧式のカウンターバランスメカニズムの圧力の前記変化を自動的に達成するように構成されている。たとえば、任意に、コントローラーは、上述のカウンターバランスコントローラーを含む。
【００１８】
少なくとも１つのモーターは、ダイレクトドライブモーターを含むことが可能である。任意に、少なくとも１つのモーターは、リニアモーターを含む。本発明は、ダイレクトドライブモーター、および、とりわけリニアモーターの加熱によって引き起こされる計量学問題を克服する際に、とりわけ有用であるということが見出された。任意に、リニアモーターは、細長いリニアステーターおよびアーマチュアを含む。任意に、アーマチュアは、クイルに装着されている。
【００１９】
少なくとも１つの要因（たとえば、態様／入力）は、クイルの実際のまたは予期される垂直方向の位置に関することが可能である。予期される位置は、クイルがそこに存在していると予期または仮定される位置であることが可能である。そのような予期される位置は、たとえば、（たとえば、アーチファクトを検査するように、または、位置決め装置もしくはその上に装着されているセンサーをキャリブレートするように）位置決め装置を制御するために使用されているコンピュータープログラム（たとえば、検査プログラムまたはキャリブレーションプログラムなど）から導出され得る。クイルの実際の位置は、クイルがそこに存在していると測定されている位置であることが可能である。たとえば、実際の位置は、たとえば、位置決め装置の上に装着されている１つまたは複数のセンサーから決定され得る。たとえば、センサーは、加速度計または位置エンコーダー、たとえば、リニア位置エンコーダーを含むことが可能である。たとえば、クイルの実際の垂直方向の位置は、読み取りヘッドを介して決定され得、読み取りヘッドは、位置決め装置の１つのパーツの上に装着されており、位置決め装置の別のパーツの上に装着されているスケールを読み取る。任意に、スケールは、クイルの上に装着されている。したがって、装置は、クイルの垂直方向の位置を測定するために１つまたは複数の位置エンコーダーを含むことが可能である。少なくとも１つの要因（たとえば、態様／入力）は、前記１つまたは複数の位置エンコーダーのうちの少なくとも１つからの出力を含むことが可能である。
【００２０】
理解されることとなるように、位置決め装置（たとえば、カウンターバランスコントローラー）は、クイルの現在の／現状の（たとえば、瞬間的な）位置（それは、予期される／仮定されるまたは実際の／測定されるものであることが可能である）に基づいて、どのように空気圧式のカウンターバランスメカニズムの圧力を変化させるかを決定することが可能であり、または、決定しないことが可能である。たとえば、それは、クイルの予期される（たとえば、近い）将来の位置に基づいて、それを行うことが可能である。たとえば、それは、クイルの将来の位置を予測するかまたは決定することが可能であり、それに基づいて、（たとえば、わずかに）事前に、カウンターバランスメカニズムの圧力を変化させることが可能である。
【００２１】
少なくとも１つの要因（たとえば、態様／入力）は、少なくとも１つのモーターの実際の／測定されるまたは予期される／仮定されるパワー要件に関することが可能である。そのような予期されるパワー要件は、たとえば、コンピュータープログラム（たとえば、検査プログラムまたはキャリブレーションプログラムなど）から導出され得、コンピュータープログラムは、（たとえば、アーチファクトを検査するように、または、位置決め装置またはその上に装着されているセンサーをキャリブレートするように）位置決め装置を制御するために使用される。実際のパワー要件は、たとえば、モーターに給電するために使用されているモーターパワー増幅器から決定され得る。少なくとも１つの要因（たとえば、態様／入力）は、少なくとも１つのモーターの現在の／現状の（たとえば、瞬間的な）パワー要件に関することが可能である。理解されることとなるように、位置決め装置（たとえば、カウンターバランスコントローラー）は、少なくとも１つのモーターの現在の／現状の（たとえば、瞬間的な）パワー要件に基づいて、どのように空気圧式のカウンターバランスメカニズムの圧力を変化させるかを決定することが可能であり、または、決定しないことが可能である。たとえば、それは、少なくとも１つのモーターの予期される（たとえば、近い）将来のパワー要件に基づいて、それを行うことが可能である。たとえば、それは、少なくとも１つのモーターの将来のパワー要件を予測するかまたは決定することが可能であり、それに基づいて、（たとえば、わずかに）事前に、カウンターバランスメカニズムの圧力を変化させることが可能である。
【００２２】
少なくとも１つの要因（たとえば、態様／入力）は、実際のまたは予期されるクイルの移動方向に関することが可能である。そのような予期される移動方向は、たとえば、コンピュータープログラム（たとえば、検査プログラムまたはキャリブレーションプログラムなど）から導出され得、コンピュータープログラムは、（たとえば、アーチファクトを検査するように、または、位置決め装置またはその上に装着されているセンサーをキャリブレートするように）位置決め装置を制御するために使用される。実際の移動方向は、たとえば、１つまたは複数のセンサー、たとえば、加速度計または位置エンコーダーなど、たとえば、リニア位置エンコーダーから決定され得る。理解されることとなるように、位置決め装置（たとえば、カウンターバランスコントローラー）は、現在の／現状の（たとえば、瞬間的な）移動方向に基づいて、どのように空気圧式のカウンターバランスメカニズムの圧力を変化させるかを決定することが可能であり、または、決定しないことが可能である。たとえば、それは、モーターの予期される（たとえば、近い）将来の移動方向に基づいて、それを行うことが可能である。たとえば、それは、移動方向を予測するかまたは決定することが可能であり、それに基づいて、（たとえば、わずかに）事前に、カウンターバランスメカニズムの圧力を変化させることが可能である。
【００２３】
したがって、上記の実施形態によれば、位置決め装置は、（予期される）将来のクイル荷重／状態に基づいて、空気圧式のカウンターバランスメカニズムの圧力を変化させるように構成され得る。たとえば、それは、将来のクイル荷重／状態を予測するかまたは決定することが可能であり、それに基づいて、（たとえば、わずかに）事前に、カウンターバランスメカニズムの圧力の変化を引き起こすことが可能である。
【００２４】
位置決め装置（たとえば、カウンターバランスコントローラー）は、移動方向にクイルを移動させる際にモーターを支援するように、空気圧式のカウンターバランスメカニズムの圧力を適合させるように構成され得る。
【００２５】
少なくとも１つの要因（たとえば、態様／入力）は、クイルの上に搭載されているかまたは搭載されることとなる、プローブなどのような少なくとも１つのモジュールに関することが可能である。少なくとも１つの要因（たとえば、態様／入力）は、クイルの上に搭載されているかまたは搭載されることとなる、少なくとも１つのモジュールの重量（または、質量）に関することが可能である。少なくとも１つのモジュールに関する少なくとも１つの要因（たとえば、態様／入力）は、たとえば、クイルの上に搭載されているかまたは搭載されることとなる、モジュールに関連付けられた所定の要因（たとえば、態様／入力）であることが可能である。たとえば、少なくとも１つの要因（たとえば、態様／入力）は、モジュール識別子であることが可能である。そのような場合では、一意のモジュール識別子が、たとえば、モジュールの重量を探索するために使用され得る。任意に、クイルの上に搭載されているかまたは搭載されることとなる、モジュールに関連付けられた所定の要因（たとえば、態様／入力）は、どのように空気圧式のカウンターバランスメカニズムの圧力を制御するかを決定するために使用され得る値（たとえば、プローブの重量）または設定値を含むことが可能である。
【００２６】
任意に、少なくとも１つの要因（たとえば、態様／入力）は、クイルの上に搭載されているモジュールが位置決め装置に対して有する影響を評価することによって決定され得る。任意に、少なくとも１つの要因（たとえば、態様／入力）は、所定の様式で装置（たとえば、クイル）を制御することによって、および、どのように装置（たとえば、クイル）が挙動するかをモニタリングすることによって決定され得る。たとえば、少なくとも１つの要因（たとえば、態様／入力）は、静止した垂直方向の位置にクイルを保持するために必要とされるモーターパワーを決定することによって決定され得る。たとえば、これは、所与の力によってクイルを移動させるステップと、その加速度を測定するステップとを含むことが可能である。あるいは、これは、クイルを上および／または下に移動させるステップと、そのような運動のためのパワー要件を決定するステップとを含むことが可能である。
【００２７】
位置決め装置（たとえば、カウンターバランスコントローラー）は、空気圧式のカウンターバランスメカニズムの圧力が所与の（たとえば、設定／ターゲット）圧力に維持されるように設定されるように構成され得る。たとえば、位置決め装置（たとえば、空気圧式のカウンターバランスメカニズム）は、圧力調整器を含むことが可能であり、圧力調整器は、所定の設定圧力に空気圧式のカウンターバランスメカニズムの圧力を維持するように構成されている。位置決め装置（たとえば、カウンターバランスコントローラー）は、少なくとも１つの要因（たとえば、態様／入力）に基づいて、設定圧力を変更するように構成され得る。理解されることとなるように、圧力調整器に関する別の用語は、空気調整器またはガス調整器である。また、理解されることとなるように、圧力調整器は、デジタル調整器であることが可能である。
【００２８】
任意に、空気圧式のカウンターバランスメカニズムの圧力の変化は、ルックアップテーブルおよび／または関数から決定される。たとえば、位置決め装置（たとえば、カウンターバランスコントローラー）は、空気圧式のカウンターバランスメカニズムの圧力の変化を決定するために、ルックアップテーブルおよび／または関数を参照するように構成され得る。たとえば、装置（たとえば、カウンターバランスコントローラー）は、クイルに関する少なくとも１つの要因（たとえば、予期される／仮定されるまたは実際の／測定されるクイルの位置など）に基づいて印加されることとなる空気圧式のカウンターバランスメカニズムの圧力および／またはカウンターバランス力に関係付けられる少なくとも１つのパラメーターを決定するために、ルックアップテーブルおよび／または関数を参照するように構成され得る。それは、印加されることとなる空気圧式のカウンターバランスメカニズムの圧力および／またはカウンターバランス力が、クイルの垂直方向の位置によって線形に変化しないということである可能性がある。そのようなルックアップテーブルまたは関数は、マシン特有のものである可能性がある。そのようなルックアップテーブルまたは関数は、キャリブレーションルーチンを介して決定され得る。そのようなルックアップテーブルまたは関数は、クイルの上に搭載されているモジュールに特有のものであることが可能である。
【００２９】
したがって、説明されているように、位置決め装置（たとえば、カウンターバランスコントローラー）は、クイルの上の荷重の仮定される／予期されるまたは実際の／測定される変化に応答して、クイルにかかるカウンターバランスメカニズムのカウンターバランス力を自動的に適合させるように構成され得る。これは、任意の仮定される／予期されるまたは実際の／測定される荷重の変化を少なくとも部分的に（および、任意に、実質的に）補償するようになっていることが可能である。
【００３０】
位置決め装置は、デカルト座標位置決め装置を含むことが可能である。位置決め装置は、座標位置決め装置、たとえば、座標測定機（ＣＭＭ）、たとえば、デカルトＣＭＭであることが可能である。
【００３１】
本発明の第２の態様によれば、位置決め装置を動作させる方法であって、位置決め装置は、プローブ装置がその上に装着され得るクイルと、実質的に垂直方向の次元にクイルを移動させるための少なくとも１つのモーターと、クイルのための空気圧式のカウンターバランスメカニズムとを含み、方法は、クイルの状態に基づいて、空気圧式のカウンターバランスメカニズムの圧力の変化を自動的に達成し、それによって、空気圧式のカウンターバランスメカニズムによって提供される、クイルにかかるカウンターバランス力を適合させるようになっているステップを含む、方法が提供される。
【００３２】
また、本出願は、実質的に垂直方向の自由度で相対的に移動可能な第１の部材および第２の部材を含む位置決め装置を説明している（たとえば、前記垂直方向の自由度における検査デバイスおよびワークピースの相対的な移動を達成するために）。（第１の）エネルギーコンジットは、第１の部材および第２の部材のうちの少なくとも１つに接続／装着されている。（第１の）エネルギーコンジットによって、それが接続／装着されている部材のうちの少なくとも１つに付与される（第１の部材および第２の部材の自由度における）荷重／力は、第１の部材および第２の部材の相対的な位置に依存して変化することが可能である。また、補償的部材（たとえば、空気圧式のカウンターバランスメカニズム）が設けられ得、補償的部材は、（第１の部材および第２の部材の自由度における）荷重／力を印加するように構成されており、荷重／力は、第１の部材および第２の部材の相対的な位置に依存して、（第１の）エネルギーコンジットによって印加される荷重とは逆に変化し、（第１の）エネルギーコンジットによって部材のうちの前記少なくとも１つに印加される荷重の変化に少なくとも部分的に対抗するようになっている。
【００３３】
理解されることとなるように、補償的部材は、アクティブシステムを含むことが可能である。たとえば、補償的部材は、システムの一部であることが可能であり、それは、少なくとも１つの（たとえば、システム）入力／変数（たとえば、第１の部材および／もしくは第２の部材に印加される荷重、ならびに／または、第１の部材および／もしくは第２の部材の位置）をモニタリングし、ならびに、補償的部材が印加する荷重を適合／変化させ、エネルギーコンジットによって印加される任意の荷重の変化に少なくとも部分的に対抗するようになっている。したがって、補償的部材は、サーボシステムの一部であることが可能であり、それは、入力に応答して補償的部材を制御する。補償的部材は、エネルギーコンジットが接続／装着されている部材（たとえば、クイル）のためのカウンターバランスメカニズム、たとえば、空気圧式のカウンターバランスを含むことが可能である。装置は、少なくとも１つの入力／変数（たとえば、第１の部材および／もしくは第２の部材に印加される荷重、ならびに／または、第１の部材および／もしくは第２の部材の位置）に応答して、カウンターバランスによって提供されるカウンターバランス力を（たとえば、動的に）変化させるように構成され得る。たとえば、装置は、少なくとも１つの入力／変数（たとえば、第１の部材および／もしくは第２の部材に印加される荷重、ならびに／または、第１の部材および／もしくは第２の部材の位置）に応答して、空気圧式のカウンターバランスの空気圧力を（たとえば、動的に）変化させるように構成され得る。
【００３４】
補償的部材は、（第１の部材および第２の部材の自由度において）それが印加する荷重が、（第１の）エネルギーコンジットによって印加される荷重の変化に実質的に等しくおよび反対に変化するように構成され得る。したがって、補償的部材は、（第１の部材および第２の部材の自由度において）（第１の）エネルギーコンジットおよび補償的部材によって印加される正味の荷重が、相対的な位置の範囲に関して実質的に一定になるように、たとえば、第１の部材および第２の部材の運動の範囲の少なくとも７５％にわたって、任意に、第１の部材および第２の部材の運動の範囲の少なくとも９０％にわたって、実質的に一定になるように構成され得る。
【００３５】
第１および第２の相対的に移動可能な部材は、互いに支え合っていることが可能である。換言すれば、第１および第２の相対的に移動可能な部材は、それらの間の相対的な移動を促進させるように協働する軸受構成体のそれぞれのパーツを含むことが可能である。軸受構成体は、たとえば、空気軸受および／または機械的な軸受構成体を含むことが可能である。たとえば、第１および第２の相対的に移動可能な部材のうちの一方は、少なくとも１つの空気軸受パッドを含むことが可能であり、他方は、空気軸受表面を含むことが可能である。
【００３６】
任意に、第１の部材は、実質的に垂直方向の自由度で移動可能である。任意に、第２の部材は、（たとえば、装置の残りの部分に対して）垂直方向の自由度において固定されている／動かせない。
【００３７】
（第１の）エネルギーコンジットは、第１の部材および第２の部材に接続／装着され得、たとえば、第１の端部において／第１の端部に向けて、第１の部材に接続／装着され得、第２の端部において／第２の端部に向けて、第２の部材に接続／装着され得る。
【００３８】
したがって、本出願は、また、位置決め装置であって、位置決め装置は、実質的に垂直方向の自由度において相対的に移動可能な第１の部材および第２の部材を含み（たとえば、前記垂直方向の自由度における検査デバイスおよびワークピースの相対的な移動を達成するために）、（第１の）エネルギーコンジットは、第１の部材および第２の部材のうちの少なくとも１つに接続／装着されており、（第１の）エネルギーコンジットによって、それが接続／装着されている部材のうちの少なくとも１つに付与される（第１の部材および第２の部材の自由度における）荷重／力は、第１の部材および第２の部材の相対的な位置に依存して変化し、位置決め装置は、空気圧式のカウンターバランスをさらに含み、空気圧式のカウンターバランスは、（第１の部材および第２の部材の自由度における）荷重／力を印加するように構成されており、荷重／力は、たとえば、少なくとも１つの入力／変数（たとえば、第１の部材および／もしくは第２の部材に印加される荷重、ならびに／または、第１の部材および／もしくは第２の部材の位置）に応答して、空気圧式のカウンターバランスの空気圧力を変化させることによって、第１の部材および第２の部材の相対的な位置に依存して、（第１の）エネルギーコンジットによって印加される荷重とは逆に変化する、位置決め装置を説明している。
【００３９】
また、補償的部材（たとえば、空気圧式のカウンターバランスメカニズム）が設けられ得、補償的部材は、（第１の部材および第２の部材の自由度における）荷重／力を印加するように構成されており、荷重／力は、第１の部材および第２の部材の相対的な位置に依存して、（第１の）エネルギーコンジットによって印加される荷重とは逆に変化する。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
ここで、本発明の実施形態が、単なる例として、以下の図面を参照して、説明されることとなる。
【図１】本発明の第１の実施形態によるガントリータイプＣＭＭの正面の概略等角図である。
【図２】図１のＣＭＭのクイルの上部の拡大図である。
【図３】図１のＣＭＭのクイルを断面で概略的に示しており、また、クイルのカウンターバランスメカニズムを制御することに関与する、考えられるユニットを示す図である。
【図４】本発明の別の実施形態による、図１のＣＭＭのクイルの上部の拡大図である。
【図５ａ】本発明の１つの態様による、どのようにカウンターバランスメカニズムの空気圧が下向きのクイル運動の間に時間の経過とともに変化し得るかということを図示するグラフである。
【図５ｂ】当技術分野のシステムにおいて、どのようにカウンターバランスメカニズムの空気圧が同じ下向きのクイル運動の間に時間の経過とともに変化し得るかということを図示するグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００４１】
どのように本発明が実装され得るかという例示的な実施形態の概要が、下記に説明されることとなる。このケースでは、本発明は、ＣＭＭ１００の一部として実装される。図１は、ＣＭＭ１００を示しており、その保護ハウジング／カバー（たとえば、「メイン」カバー／「ハード」カバー）が除去された状態になっており、ＣＭＭ１００の関連のコンポーネントを見ることができるようになっている。図２は、ＣＭＭ１００のクイル１１０の上部端部の拡大図を示している。
【００４２】
示されているように、ツール、たとえば、ワークピースを検査するためのプローブ１０２などのような検査デバイスが、ＣＭＭ１００の上に装着され得る。示されている実施形態では、プローブ１０２は、ワークピースに接触するプローブのスタイラスによってワークピースを測定するためのコンタクトプローブ、とりわけ、接触式アナログスキャニングプローブである。しかし、理解されることとなるように、ＣＭＭ１００は、所望の場合には、タッチトリガープローブ、非接触式（たとえば、光学式）プローブ、または、別のタイプの器具を含む、任意の種類の検査デバイスを担持することが可能である。
【００４３】
示されている実施形態では、ＣＭＭ１００は、ガントリースタイルのデカルトＣＭＭであり、プラットフォーム１０５および移動システムを含み、検査されることとなるアーチファクトが、プラットフォーム１０５の上に設置され得、移動システムは、３つの直交自由度Ｘ、Ｙ、およびＺにおいて、プラットフォーム１０５に対するプローブ１０２の位置の繰り返し可能なおよび正確な制御を提供する。
【００４４】
とりわけ、移動システムは、クロスビーム１０６、キャリッジ１０８、およびクイル１１０を含む。クロスビーム１０６は、第１の隆起レール部材１１２と第２の隆起レール部材１１４との間に延在しており、軸受構成体（この実施形態では、空気軸受構成体（図示せず））を介してＹ軸に沿ってレールに沿って移動するように構成されており、リニアモーター（図示せず）などのようなモーターによって動力を与えられる。キャリッジ１０８は、クロスビーム１０６の上に着座し、クロスビーム１０６によって担持されており、軸受構成体（この実施形態では、空気軸受構成体（図示せず））を介してＸ軸に沿ってクロスビームに沿って移動可能であり、リニアモーター（図示せず）などのようなモーターによって動力を与えられる。クイル１１０は、キャリッジ１０８によって保持されており、軸受構成体を介して（繰り返しになるが、この実施形態では、空気軸受構成体（図示せず）を介して）Ｚ軸に沿ってキャリッジ１０８に対して移動可能であり、リニアモーターなどのようなモーターによって動力を与えられる。クイルのリニアモーターのステーター４００は、図１および図２に見ることができるが、アーマチュア４０２（図３を参照）は、図１および図２に見ることができない。理解されることとなるように、ステーター４００は、キャリッジ１０８に対して固定されており（たとえば、それは、下側端部において、キャリッジ１０８にアンカー固定され得、上側端部において、タワー１９４にアンカー固定され得、タワー１９４は、キャリッジ１０８に装着されており、それとともに移動するようになっている）、また、アーマチュア４０２は、クイル１１０に固定および装着され得、クイル１１０とともに移動するようになっている。
【００４５】
クイルのための空気圧式のカウンターバランスメカニズムが、クイル１１０の重量をカウンターバランスさせるために提供され、クイルのモーターの必要とされる仕事を低減させるようになっている。とりわけ、空気圧式のカウンターバランスは、クイル１１０（ならびに、関節式ヘッド１１６およびプローブ１０２）の重量に実質的に等しい対抗する力を提供するように構成されており、それを静止した位置に維持するために、実質的にゼロの力がクイルのモーターによって必要とされるようになっている。クイル１１０は、中空になっており、空気圧式のカウンターバランスは、クイル１１０の内側に位置付けされているカウンターバランスシリンダー３０２の中にピストン３００を含む（図３を参照）。ピストン３００は、ケーブル１９６を介してタワー１９４（このケースでは、炭素繊維チューブ）にアンカー固定されている。タワー１９４は、キャリッジ１０８に装着されており、それとともに移動するようになっている。より詳細に下記に説明されているように、本発明によれば、装置は、特定の状況に応答して自動的に空気圧式のカウンターバランスを適合させるように構成されており、提供されるカウンターバランス力を変更するようになっている。
【００４６】
理解されることとなるように、モーター、たとえば、リニアモーターなどのようなダイレクトドライブモーターは、さまざまな部材のそれらの軸線に沿った相対運動を達成するために設けられ得る（それらのうち、クイルのリニアモーターのステーター４００が図１および図２に示されている）。また、位置エンコーダーが、クロスビーム１０６、キャリッジ１０８、および／またはクイル１１０の位置を報告するために設けられ得る。クイルのリニアエンコーダーのスケール４０４および読み取りヘッド４０６が、図１および図２に見ることができる。また、クイル１１０の位置を駆動およびモニタリングするためのリニアモーターおよびエンコーダー配置が、図３に関連してより詳細に下記に概略的に示されて説明されている。
【００４７】
示されている特定の例では、関節式ヘッド１１６は、プローブ１０２を担持するために、クイル１１０の下側自由端部に設けられている。このケースでは、関節式ヘッド１１６は、２つの直交する回転軸線を含む。したがって、３つの直交する線形の自由度Ｘ、Ｙ、およびＺに加えて、プローブ１０２は、２つの直交する回転軸線（たとえば、Ａ軸およびＢ軸）の周りに移動させられ得る。そのような関節式ヘッドとともに構成されているマシンは、５軸マシンとして一般に知られている。
【００４８】
ツールおよび検査デバイスのための関節式ヘッドは、よく知られており、たとえば、特許文献１０に説明されている。理解されることとなるように、関節式ヘッドは、必ずしも設けられる必要があるわけではなく、たとえば、プローブ１０２は、回転自由度を提供しない固定されたヘッドを介して、クイルアッセンブリ１１０に装着され得る。任意に、プローブ自身が、関節式部材を含むことが可能であり、少なくとも１つの軸線の周りの回転を促進させるようになっている。
【００４９】
エネルギーコンジット５０２が、クイル１１０とキャリッジ１０８との間に設けられている。エネルギーコンジット５０２は、クイル１１０、関節式プローブヘッド１１６、およびプローブ１０２へ、ならびに／または、それらから、パワー、通信、および／またはガスを提供するために、１つまたは複数の電気的なワイヤーおよび／またはパイプを含むことが可能である。たとえば、パイプは、クイルの空気軸受（図示せず）のために、および／または、空気圧式のカウンターバランスのために、ガスを供給することが可能である。明確化のために、ワイヤーおよびパイプのほとんどは、図に示されていない。空気圧式のカウンターバランスメカニズムのためにクイル１１０の内側に空気を供給するためのパイプ４２０だけが、図２および図３に示されている。任意のケースにおいて、この実施形態では、ワイヤーおよびパイプに加えて、エネルギーコンジット５０２は、サポートトラック５０３を含み、サポートトラック５０３は、クイル１１０およびキャリッジ１０８の相対的な移動によって屈曲する。サポートトラック５０３は、それに関連付けられるワイヤーおよびパイプを整然とした状態に維持するように構成されており、また、どのようにそれらがクイル１１０およびキャリッジ１０８の相対的な移動によって屈曲するかということを制御するように構成されている。エネルギーコンジット５０２のサポートトラック５０３の第１の端部は、キャリッジ１０８に接続されており（このケースでは、ブラケット１９５を介してキャリッジのタワー１９４に接続されている）、エネルギーコンジット５０２のサポートトラック５０３の第２の端部は、クイル１１０に接続されている（このケースでは、ブラケット１９８を介して）。
【００５０】
測定装置には標準的であるように、コントローラー１１８が設けられ得、コントローラー１１８は、ＣＭＭのモーターおよび位置エンコーダー、関節式ヘッド１１６（存在する場合には）、ならびにプローブ１０２と通信しており、それらへおよび／またはそれらから信号を送信および／または受信するようになっており、相対的に移動可能な部材の運動を制御するようになっており、また、フィードバックおよび測定データを受信するようになっている。コンピューター１２０、たとえば、パーソナルコンピューター（それは、コントローラー１１８とは別々になっているか、または、コントローラー１１８と一体化され得る）が提供され得、コンピューター１２０は、コントローラー１１８と通信している。コンピューター１２０は、たとえば、オペレーターが測定ルーチンをプログラムおよび開始するためのユーザーフレンドリーインターフェースを提供することが可能である。適切なコンピューターおよび関連の制御／プログラミングソフトウェアが、幅広く利用可能であり、よく知られている。そのうえ、ジョイスティック１２２または他の適切な入力デバイスが設けられ得、それは、オペレーターがプローブ１０２の運動を手動で制御することを可能にする。繰り返しになるが、そのようなジョイスティックは、よく知られており、幅広く利用可能である。
【００５１】
さまざまなツール／検査デバイスが、ラック４５０の中に保管され得、ラック４５０は、ＣＭＭの作業体積の中に位置付けされている。そのうえ、ＣＭＭ１００の上に装着されているプローブ１０２は、ラック４５０へ／ラック４５０から、公知の様式で自動的に交換され得る。
【００５２】
ここで図３を参照すると、ＣＭＭのクイル１１０の断面が、概略的に示されている。示されているように、リニアモーターおよびエンコーダー装置は、キャリッジ１０８（それは、図３に示されていない）に対してｚ軸に沿ってクイル１１０の移動を達成およびモニタリングするために設けられている。とりわけ、この実施形態では、リニアモーターは、キャリッジ１０８（図示せず）に対して固定されている細長いステーター４００（とりわけ、リニアモーターは、底部端部において、キャリッジのボックス構造体に固定されており、上部端部において、キャリッジのタワー１９４に固定されている。いずれも図３に示されていない）と、クイル１１０に固定されているアーマチュア４０２とを含む。この実施形態では、エンコーダーは、クイル１１０に固定されているスケール４０４と、スケールを読み取るためにキャリッジ１０８に固定されている読み取りヘッド４０６とを含む。理解されることとなるように、ステーター４００およびアーマチュア４０２は、逆にして装着され得る（すなわち、アーマチュアが、キャリッジに装着され得、ステーターが、クイルに装着され得る）、また、スケール４０４および読み取りヘッド４０６に関しても同様である。
【００５３】
また、図３は、例示的なコントローラー１１８のさまざまなパーツを概略的に示している。とりわけ、この例では、メイン処理ユニット（たとえば、メイン処理ボード）４１０、エンコーダーインターフェース４１２、モーターパワー増幅器４１４、およびカウンターバランスコントローラー４１６が示されている。理解されることとなるように、これらのさまざまなユニット／インターフェース／増幅器は、別々のものとして、または、（たとえば、同じもしくは異なるボードの上の、および／または、同じもしくは異なるプロセッサー／回路を介した）組み合わせられたコンポーネントとして提供され得、すべてが、コントローラー１１８の中にまたはコントローラー１１８によって提供される必要はない（たとえば、カウンターバランスコントローラーは、コントローラー１１８から分離して位置付けされ得る）。また、理解されることとなるように、そのようなユニット／インターフェース／増幅器のための回路は、特注のまたは汎用のプロセッサーユニット、たとえば、マイクロプロセッサー、中央処理装置（ＣＰＵ）、またはフィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）などを含むことが可能である。
【００５４】
また、示されているように、空気圧式のポンプなどのような加圧ガス供給部４１８、または、たとえば、圧縮ガス供給部が設けられており、それは、たとえば、パイプ４２０（それは、エネルギーコンジット５０２のサポートトラックによって支持されている）を介して、クイル１１０の内側への加圧ガス（たとえば、空気）の供給を提供する。カウンターバランスシリンダー３０２の内側の加圧ガスは、ピストン３００およびカウンターバランスシリンダー３０２の内側の壁部に対抗して作用し、ｚ軸に沿って上向きの力を提供するようになっており、それによって、クイル１１０、ならびに、その上に装着されている任意のコンポーネント、たとえば、関節式プローブヘッド１１６およびプローブ１０２などの重量のうちの少なくともいくらか（および、好ましくは、実質的にすべて）を支持している。加圧ガス供給部４１８は、カウンターバランスシリンダー３０２の中の設定圧力を維持しようとするように構成され得、たとえば、装置、たとえば、加圧ガス供給部は、デジタル圧力調整器などのような圧力調整器を含むことが可能である。
【００５５】
例示的な実施形態によれば、通常使用の間に、コントローラー１１８は、ＣＭＭ１００のｘ軸、ｙ軸、およびｚ軸、ならびに、たとえば、関節式ヘッド１１６の回転軸線の回転位置を制御するように構成されている。たとえば、これは、ジョイスティック１２２および／またはコンピューター１２０などのような入力デバイスから受信される信号に応答することが可能である。任意に、コントローラー１１８（たとえば、メイン処理ユニット４１０）は、事前規定された運動の進路を含むプログラムを実行することが可能であり、それにしたがってＣＭＭ１００および関節式ヘッド１１６の軸線を制御することが可能である。ｚ軸に関連して図３に示されているように、コントローラー１１８は、メイン処理ユニット４１０がモーターパワー増幅器４１４にコマンドを指示することによって、ｚ軸の移動を達成することが可能であり、モーターパワー増幅器４１４は、次いで、アーマチュア４０２に給電し、リニアモーターを動作させるようになっている。コントローラー１１８は、メイン処理ユニット４１０、読み取りヘッド４０６、エンコーダーインターフェース４１２、およびモーターパワー増幅器４１４を経由して、サーボループを実装するように動作することが可能であり、クイル１１０が所望の位置に向けてまたは所望の位置において移動していることを保証するようになっている。
【００５６】
上記に簡潔に述べられているように、本発明によれば、装置は、特定の状況に応答して自動的に空気圧式のカウンターバランスを適合させるように構成されており、それが提供するカウンターバランス力を変更するようになっている。これは、ＣＭＭにとってとりわけ有益であるということが見出され、ＣＭＭでは、リニアモーターなどのようなダイレクトドライブが、クイル１１０のｚ軸位置を制御するために使用されている。この理由は、ダイレクトドライブ（および、とりわけ、リニアモーター）が典型的にＣＭＭの計量学構造体のより近くに装着されていることに起因して、そのようなモーターによって発生させられる熱がＣＭＭの計量学的性能に与える影響が、より顕著になり得るからである。また、ボールスクリューまたはギヤードシステムなどのような他のタイプのモーター（それらは、逆駆動されることができない）とは対照的に、カウンターバランスメカニズムがクイルの上の荷重をカウンターバランスさせていない場合には、所与の位置を保持するために、ダイレクトドライブ／リニアモーターに給電することが必要であることが多く、それによって、静止しているときでも熱を作り出す。位置を保持するために必要とされるパワーが、異なる位置に関して異なっている場合には、発生させられる熱の量は、異なる位置に関して異なっていることが可能であり、それによって、異なる位置において異なって計量学に影響を与える。したがって、ダイレクトドライブ／リニアモーターのパワー要件の著しい変化を回避すること（ひいては、モーターによって発生させられる熱の著しい変化を回避すること）は、ベルト駆動、ボールスクリュー、またはギヤードＤＣモーターと比較して、ＣＭＭの計量学的性能に対してより重要である可能性がある。
【００５７】
したがって、１つの実施形態では、装置は、クイル１１０のｚ軸位置に応じて、空気圧式のカウンターバランスの空気圧を自動的に適合させるように構成されている。クイル１１０によって担持される質量ひいては重量は、たとえば、クイル１１０によって担持されているエネルギーコンジット５０２の割合に起因して、ｚ軸位置に応じて変化することが可能である。たとえば、この実施形態では、これは、クイル１１０によって担持されているエネルギーコンジット５０２の割合が、それが相対的に低下させられた位置にあるときと比較して、相対的に上昇させられた／より高い位置にあるときに大きくなっているということに起因している可能性がある。したがって、リニアモーターは、第２の垂直方向／ｚ軸の位置と比較して、第１の垂直方向／ｚ軸の位置における位置を保持するだけのためによりハードに働かなければならないこととなる。これは、リニアモーターが、それが第２の垂直方向／ｚ軸の位置にあるときと比較して、第１の垂直方向／ｚ軸の位置においてより多くの熱を発生させることとなるということ意味している。熱出力のそのような変動は、計量学に悪影響を与える可能性がある。理解されることとなるように、第１の垂直方向／ｚ軸の位置は、第２の垂直方向／ｚ軸の位置よりも高くなっていることが可能であり、または、第１の垂直方向／ｚ軸の位置は、第２の垂直方向／ｚ軸の位置よりも低くなっていることが可能である。
【００５８】
また、それは、エネルギーコンジット５０２に関係なく（たとえば、エネルギーコンジット５０２が、図４のように、対応する第２のエネルギーコンジット５０４によって実質的にバランスされている場合でも）、モーターのパワー要件が、たとえば、エネルギーコンジットの中のヒステリシス、および、変化するケーブルテンションなどに起因して、ｚ軸位置に応じて変化し得るということである可能性がある。したがって、そのような変動は、キャリブレーション段階の間に決定され得（たとえば、マッピングされる）、その後に、それにしたがって加圧ガス供給部４１８を制御するために、カウンターバランスコントローラー４１６によって使用され得る。たとえば、関数またはマップが、キャリブレーション段階の間に決定され得る。そのような関数／マップは、実質的に同じモーターパワー（それは、実質的にゼロのモーターパワーである可能性がある）が、すべてのｚ軸位置において、または、少なくともクイルのｚ軸位置のかなりの割合に関して（たとえば、クイルのｚ軸移動範囲の少なくとも５０％、好ましくは、少なくとも７５％に関して）クイル１１０を保持するために必要とされることを保証しようとするように構成され得る。
【００５９】
本発明の１つの態様によれば、カウンターバランスコントローラー４１６は、エンコーダーインターフェース４１２から入力を受信し、エンコーダーインターフェース４１２は、クイル１１０の現在のｚ軸位置を示している。次いで、カウンターバランスコントローラー４１６は、この入力を使用し、それにしたがってカウンターバランスシリンダー３０２の中のガスの圧力を変化させるように、どのように加圧ガス供給部４１８を制御するかを決定することが可能である。たとえば、エンコーダーインターフェース４１２からの入力に基づいて、カウンターバランスコントローラー４１６は、クイル１１０の比較的に高い位置に関して、カウンターバランスシリンダー３０２の内側に比較的に大きい圧力を確保するために、それが加圧ガス供給部４１８を制御するように構成され得、また、クイル１１０の比較的に低い位置に関して、カウンターバランスシリンダー３０２の内側の比較的に低い圧力を確保するために、加圧ガス供給部４１８を制御するように構成され得、または、その逆も同様である。加圧ガス供給部４１８が圧力調整器を含む場合には、カウンターバランスコントローラー４１６は、圧力調整器が維持しようと設定される圧力を変化させるように構成され得る。
【００６０】
カウンターバランスコントローラー４１６は、ｚ軸に沿って静止した位置を保持するために必要とされるリニアモーターパワーの中の任意の変動を少なくとも低減させるように、加圧ガス供給部４１８を制御するように構成され得る（たとえば、圧力を変化させることを介して、圧力調整器は、そのように実現するように設定される）。所望の場合には、カウンターバランスコントローラー４１６は、静止した位置を保持するために必要とされるリニアモーターパワーが、ｚ軸のかなりの割合に関して実質的に一定になることを保証するように、加圧ガス供給部４１８を制御するように構成され得る。どちらにしても、これは、たとえば、エンコーダーインターフェース４１２からの入力を使用して、カウンターバランスコントローラー４１６によって実現され得、たとえば、事前にキャリブレートされたテーブルの中で探索し、または、所定の関数を介して特定の設定（たとえば、特定のガス圧力）を決定し、それは、次いで、どのように加圧ガス供給部４１８を制御するかを自動的に決定するために使用される。
【００６１】
理解されることとなるように、代替的実施形態では、カウンターバランスコントローラー４１６は、メイン処理ユニット４１０（または、モーターパワー増幅器４１４）からの入力に基づいて、どのように加圧ガス供給部４１８を制御するかということを自動的に決定することが可能である。メイン処理ユニットからの入力は、クイル１１０の実際のおよび／または要求された位置を示すことが可能である。これは、むしろ、エンコーダーインターフェース４１２からのクイル１１０の位置の入力であることも可能であり、または、それに追加的なものであることも可能である。
【００６２】
別の実施形態では、装置は、何がクイル１１０の端部に装着されているかに応じて（たとえば、クイル１１０の上に装着されているツール／プローブに応じて）、空気圧式のカウンターバランスを自動的に適合させるように構成されている。これは、カウンターバランスシリンダー３０２の内側のガスの圧力を自動的に調節するようになっていることが可能であり、クイル１１０の上に搭載されているプローブの中の変化によって引き起こされる重量の任意の変化を調節するようになっており、したがって、リニアモーターの必要とされる仕事の変化を回避する（たとえば、カウンターバランスが、クイルおよびそれが担持するものの合計重量を実質的にカウンターバランスさせ続けることを保証する）これは、カメラまたはビデオプローブなどのような光学的なプローブがクイル１１０の上に搭載されているときに、とりわけ重要である可能性がある。その理由は、そのようなプローブが比較的に重いイメージングオプティクスを有することが可能であるからである。
【００６３】
たとえば、新しいプローブがラック４５０から関節式ヘッド１１６の上に装着されるときには、カウンターバランスコントローラー４１６は、変化を示す入力を受信することが可能である。たとえば、カウンターバランスコントローラー４１６は、どのプローブがクイル１１６の上に搭載されているか（または、搭載されようとしているか）を示す入力を、メイン処理ユニット４１０から受信することが可能である。次いで、カウンターバランスコントローラー４１６は、この入力を使用し、事前に構成されたテーブルの中で、プローブの重量に関連付けられる１つまたは複数のパラメーターを探索し、次いで、それにしたがって、カウンターバランスシリンダー３０２の内側のガスの圧力を変化させるように、加圧ガス供給部４１８を指示することが可能である。代替的実施形態では、メイン処理ユニット４１０は、（カウンターバランスコントローラー４１６がそれを探索しなければならないというよりも）プローブの重量に関連付けられる１つまたは複数のパラメーターをカウンターバランスコントローラー４１６に提供することが可能である。
【００６４】
別の代替的実施形態では、プローブの交換が行われたということを示す入力をカウンターバランスコントローラー４１６が受信することに応答して、カウンターバランスコントローラー４１６は、座標位置決め装置の上のモジュールの影響を決定することが可能であり、それによって、クイル１１０の内側のガスの圧力を変化させるように、どのように加圧ガス供給部４１８を制御するかを決定することが可能であり、それにしたがって圧力を調節する。たとえば、カウンターバランスコントローラー４１６は、クイル１１０の上に搭載されているプローブの重量に対してパラメーターを決定するために、「計量動作」を開始させることが可能である。たとえば、これは、メイン処理ユニット４１０を含むことが可能であり、メイン処理ユニット４１０は、（たとえば、クイル１１０を静止した位置に維持すること、クイルを上におよび／もしくは下に移動させること、ならびに／または、既知の距離にわたってクイル１１０を加速させることなど）特定の所定の方式でクイルのｚ軸位置を制御し、また、そのような制御を実施するためにパワー要件がどのようなものであるかということを、モーターパワー増幅器４１４から決定する。パワー要件（または、パワー要件を示す１つもしくは複数のパラメーター）は、（たとえば、任意に、メイン処理ユニット４１０を介して）カウンターバランスコントローラー４１６に入力され、プローブの重量に関係付けられるパラメーターを決定することが可能である。別の例として、メイン処理ユニット４１０は、モーターパワー増幅器４１４を制御し、特定の力によってクイル１１０を移動させることが可能である。クイル１１０の加速度が測定され得る。これは、クイルの質量／荷重（または、それに関係付けられるパラメーター）が決定されることを可能にすることとなる。任意のケースにおいて、カウンターバランスコントローラー４１６は、次いで、そのような上記に説明されているルーチンのいずれかまたは組み合わせからの情報を使用することが可能であり、それにしたがってカウンターバランスシリンダー３０２の内側のガスの圧力を変化させるように、どのように加圧ガス供給部４１８を制御するかを決定する。
【００６５】
上記に説明されている実施形態は、プローブの重量に関係付けられるパラメーターを決定することを必要とする。そのようなパラメーターは、（たとえば、所定の重量の単位、たとえば、グラムなどにおける）プローブの重量であることが可能である。しかし、理解されることとなるように、これは、必ずしも、そうである必要があるわけではない。たとえば、重量に依存する／重量を示すパラメーターが、その代わりに特定され得る。たとえば、クイル１１０の上に搭載されている（または、搭載されることとなる）プローブの重量を決定するためにルックアップテーブルを使用するというよりもむしろ、ルックアップテーブルは、クイル１１０の上に搭載されている（または、搭載されることとなる）プローブに応じて、加圧ガス供給部４１８がどのような設定値（たとえば、どのような空気圧力）に設定されるべきであるかを決定するために使用され得る。別の例として、「計量動作」は、（重量の単位において）プローブの重量を実際に決定するというよりもむしろ、単に、加圧ガス供給部４１８が設定されるべき特定の設定値（たとえば、どのような空気圧力）を決定することができるに過ぎない。
【００６６】
別の実施形態では、カウンターバランスコントローラー４１６は、クイル１１０の方向運動に応じて、カウンターバランスシリンダー３０２の内側の圧力を調節するように、加圧ガス供給部４１８を自動的に制御するように構成され得る。たとえば、説明されている実施形態では、クイル１１０が上向きに移動しているときに、カウンターバランスシリンダー３０２の中のガス圧力が増加させられ、また、クイル１１０が下向きに移動しているときには、カウンターバランスシリンダー３０２の中の圧力が低減させられ得、それによって、リニアモーターを支援する。したがって、カウンターバランスコントローラー４１６は、クイル１１０が移動している方向を示す入力をコントローラー４１０から受信することが可能であり、カウンターバランスコントローラー４１６は、それにしたがって加圧ガスの供給を調節するように、加圧ガス供給部４１８を制御することが可能である（たとえば、圧力を調節することによって、加圧ガス供給部４１８の圧力調整器が維持するように設定される）。たとえば、カウンターバランスコントローラー４１６が、コントローラー４１０から、クイル１１０が上向きに移動しているかまたはいまにも上向きに移動しそうであるということを示す入力を受信する場合には、カウンターバランスコントローラー４１６は、カウンターバランスシリンダー３０２の内側の圧力を増加させるように、加圧ガス供給部４１８を制御することが可能であり、一方、カウンターバランスコントローラー４１６が、コントローラー４１０から、クイル１１０が下向きに移動しているということを示す入力を受信する場合には、カウンターバランスコントローラー４１６は、カウンターバランスシリンダー３０２の内側の圧力を減少させるように、加圧ガス供給部４１８を制御することが可能である。理解されることとなるように、圧力を調節する前に移動が起こることを待つというよりもむしろ、カウンターバランスコントローラー４１６は、運動が起こることになる直前に圧力を調節することによって、将来の運動に先手を打つことが可能である。
【００６７】
本発明のこの態様を実装するときに、どのようにカウンターバランスシリンダー３０２の中の圧力が時間の経過とともに変化することが可能であるかという例が、図５ａに図示されている。示されているように、クイル１１０がＺ＝１００の概念的な軸線方向の位置に静止しているときには、圧力は、第１の一定の設定（すなわち、ターゲット）圧力（たとえば、５ｂａｒ）に維持されている。しかし、クイルがいまにも下向きに移動させられようとしているときに、カウンターバランスコントローラー４１６は、（コントローラー４１０からの入力に基づいて）そのような運動が行われることとなるということを事前に知ることが可能であり、それによって、そのような運動の間にカウンターバランスシリンダー３０２の内側の設定（すなわち、ターゲット）圧力を減少させるように、加圧ガス供給部４１８を制御することが可能であり（たとえば、４．５ｂａｒ）、リニアモーターを支援するようになっている（たとえば、モーターパワー要件を低減させるか、または、所与のモーターパワー／電流に関して移動速度を増加させる）。静止した位置に戻ると、カウンターバランスコントローラー４１６は、（コントローラー４１０からの入力に基づいて）加圧ガス供給部４１８をそれがクイルの上の合計荷重を実質的にカウンターバランスさせるレベルまで戻すように持って行くことが可能である。示されているように、このケースでは（および、他の上記に説明されている本発明の態様によれば）、カウンターバランスコントローラー４１６は、同じ設定（すなわち、ターゲット）圧力に圧力を戻すのではなく、その代わりに、わずかに異なる設定（すなわち、ターゲット）圧力（たとえば、４．９ｂａｒ）に戻す。その理由は、クイルの上の合計荷重が、この異なるｚ軸位置において異なっているからである（たとえば、その理由は、クイル１００が、この新しいｚ軸位置において、より少ないエネルギートラックを担持しているからである）。また、示されているように、運動の間に、４．５ｂａｒの新しい設定レベルに圧力を維持しようとしている圧力調整器の中のラグ／ヒステリシスに起因して、カウンターバランスシリンダー３０２の中の実際の圧力の中に、いくらか小さい変動が存在する可能性がある。
【００６８】
図５ａのグラフは、図５ｂのグラフと対比されることとなり、図５ｂは、空気圧式のカウンターバランスシステムの設定（すなわち、ターゲット）圧力を維持するように構成されている公知の圧力調整器を使用するときに、どのようにカウンターバランスシリンダー３０２の中の圧力が時間の経過とともに変化し得るかということを図示している。示されているように、このケースでは、システムは、すべての時間において（すなわち、静止しているとき、および、運動の間に）、同じ圧力がカウンターバランスシリンダー３０２の中に維持されるように構成されている。示されているように、圧力調整器の中のラグ／ヒステリシスに起因して、運動の間にいくらかの初期変動が存在する可能性があるが、名目上は、圧力は同じになっており、図５ａに図示されているような本発明とは対照的に、システムは、圧力がすべての状況において一定に維持されるように構成されている。
【００６９】
上記に説明されている実施形態では、カウンターバランスコントローラー４１６は、コントローラー１１８の中のさまざまな他のユニット／インターフェース／増幅器からの専用の入力を有するものとして示されている。しかし、理解されることとなるように、これは、必ずしも、そうであることを必要とするわけではなく、他の構成も可能である。たとえば、カウンターバランスコントローラー４１６は、メイン処理ユニット４１０（たとえば、それは、エンコーダーインターフェース４１２および／または増幅器４１２から信号をリレーすることが可能である）から単一の入力を受信することが可能である。任意に、カウンターバランスコントローラーは、メインプロセッサーユニット４１０によって提供されている（すなわち、そのケースでは、別々のエンティティーとしてのユニット４１６が存在する必要はない）。任意に、メイン処理ユニット４１０は、加圧ガス供給部４１８と直接的に通信し、加圧ガス供給部４１８を直接的に制御する（これは、別々のエンティティーとしてのユニット４１６が存在するかまたは存在しないときのケースであることが可能である）。
【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５ａ】
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【図５ｂ】
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【国際調査報告】
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