JP2020517940A - 位置決め装置 - Google Patents

Abstract

実質的に垂直な自由度で相対的に移動可能な第１の部材および第２の部材を備える位置決め装置。少なくとも１つのエネルギー導管が、第１の部材および第２の部材の少なくとも一方に装着され、これが装着された部材の少なくとも一方に、第１の部材および第２の部材の相対位置に応じて変動する負荷を付与する。補償部材は、少なくとも１つのエネルギー導管によってかけられた負荷の変動に反比例して、第１の部材および第２の部材の相対位置に応じて変動する負荷をかけるように構成され、それによって部材の少なくとも１つに少なくとも１つのエネルギー導管によってかけられた負荷の変動を少なくとも部分的に打ち消す。

Description

本発明は、位置決め装置、たとえば座標測定機（ＣＭＭ）などの座標位置決め機に関する。

位置決め装置は、工具および／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備えることができる。たとえば、ＣＭＭは、従来、複数の移動可能な部材、たとえば直列に配置された線形に移動可能な部材を備える。一般に、位置決め装置は、工具および／または対象物の少なくとも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の相対動作を容易にするように構成される。そのような位置決め装置は、一般に、「デカルト」位置決め装置（またはデカルトＣＭＭ）として知られている。典型的なデカルト座標位置決め装置は、ブリッジ（Ｂｒｉｄｇｅ）、ポータル（Ｐｏｒｔａｌ）、カンチレバー（Ｃａｎｔｉｌｅｖｅｒ）、水平アーム（Ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ Ａｒｍ）およびガントリ（Ｇａｎｔｒｙ）のタイプの機械を含む。

位置決め装置は、１つまたは複数のエネルギー導管（またはこれらがＣＭＭの分野で呼ばれることがあるエネルギー「チェーン」）を有することができ、これら導管は、電力を供給し、信号および／または流体を装置のさまざまな部分に、およびさまざまな部分から運ぶための１つまたは複数のワイヤおよび／または流体ライン（たとえば空気管）を備える。これらのエネルギー導管は、エネルギー導管の少なくとも一部が移動可能な部材と共に移動するように相対的に移動可能な部材の１つまたは複数に締め付けられ得る。

Ｂｒｏｗｎ＆Ｓｈａｒｐｅによって販売されているＶａｌｉｄａｔｏｒ Ｃｈａｍｅｌｅｏｎと呼ばれる、知られているＣＭＭ上では、水平に移動可能な部材間のエネルギー導管は２つに分割され、それによって電気ワイヤはエネルギーチェーンの一方上で担持され、空気圧用の管は他方上で担持される。ワイヤおよび空気圧エネルギーチェーンは、これらが反対方向に延びるように移動可能な部材に連結され、それにより、移動可能な部材の位置の変化によって移動可能な部材にこれらが及ぼす負荷のあらゆる変動は、互いに反対に変動する。この機械では、水平に移動可能な部材間の相対運動をもたらすための駆動機構は、ベルトを駆動するための回転式ＤＣモータを備えるベルト駆動式機構を備える。

国際公開第２００７／０９３７８９号パンフレット

本発明は、改良された位置決め（たとえば測定）装置、たとえば座標測定機（ＣＭＭ）などの改良された座標位置決め装置に関する。

特に、本発明の１つの態様は、位置決め装置の移動可能な部材間のエネルギー導管の改良された構成に関する。特定の例では、本発明は、少なくとも２つの相対的に移動可能な部材間に、平衡化されたエネルギー導管を有する位置決め装置に関する。

本発明の第１の態様によれば、位置決め装置であって、実質的に垂直な自由度で相対的に移動可能な（たとえば、前記垂直な自由度で検査デバイスおよび工作物の相対運動をもたらすための）第１の部材および第２の部材を備える、位置決め装置が提供される。（第１の）エネルギー導管は、第１の部材および第２の部材の少なくとも一方に連結／装着される。（第１の）エネルギー導管によって、これが連結／装着された部材の少なくとも一方に付与された（第１の部材および第２の部材の自由度における）負荷／力は、第１の部材および第２の部材の相対位置に応じて変動し得る。また、補償部材であって、（第１の）エネルギー導管によってかけられた負荷に反比例して、第１の部材および第２の部材の相対位置に応じて変動する（第１の部材および第２の部材の自由度における）負荷／力をかけるように構成され、それによって部材の前記少なくとも一方に（第１の）エネルギー導管によってかけられた負荷の変化を少なくとも部分的に打ち消す、補償部材が提供され得る。

本発明者は、（第１の）エネルギー導管によって、これが締め付けられた部材に付与された（第１の部材および第２の部材の自由度における）負荷が、第１の部材および第２の部材の相対位置に応じて変動し得ることを見出した。これは、たとえば、（第１の）エネルギーチェーンの、これが締め付けられた部材によって担持される質量／重量の割合が、第１の部材および第２の部材の相対位置に応じて変動するためであり得る。負荷の変動は、位置決め装置の構造内にひずみの変動を作りだす可能性があり、これによって位置決め装置の計測に悪影響を及ぼす恐れがある。追加的／代替的に、負荷の変動は、モータから必要とされる電力が異なる位置において異なり得ることを意味し得る。この結果、モータは、異なる位置に対して異なる量の熱を生み出す可能性があり、これは、さらに、位置決め装置の計測に悪影響を及ぼす恐れがある。これは、線形モータが使用される実施形態に特にあてはまることが見出されている。

第１および第２の相対的に移動可能な部材は、第１の線形自由度で互いに対して移動可能であり得る。たとえば、これらは、実質的に垂直な自由度でしか互いに対して移動できないように拘束され得る。

任意選択により、第１の部材は、垂直な自由度で移動可能である。第１の部材は、アーチファクトと相互作用するための工具、たとえばアーチファクトを検査するための検査デバイスを担持するように構成され得る。工具は、測定デバイス、たとえば測定プローブを備えることができる。検査デバイスは、接触または非接触の検査デバイスを備えることができる。たとえば、検査デバイスは、（アナログプローブとしても知られている）走査プローブを備えることができる。連接式ヘッドが、前記部材と工具との間に提供され得る。連接式ヘッドは、その上に装着された工具の、少なくとも１つの軸を中心とした、たとえば少なくとも２つの軸（たとえば、少なくとも２つの直交軸）を中心とした回転を提供するように構成され得る。連接式ヘッドは、（割り付けヘッドとは対照的に）（連続的な）走査ヘッドであり得る。

補償部材は、これが（第１の部材および第２の部材の自由度で）かける負荷が、（第１の）エネルギー導管によってかけられた負荷の変動と実質的に等しく、反対方向に変動するように構成され得る。したがって、補償部材は、（第１の）エネルギー導管および補償部材によって（第１の部材および第２の部材の自由度で）かけられる正味負荷が、相対位置の範囲に対して実質的に一定であり、たとえば、第１の部材および第２の部材の動作の範囲の少なくとも７５％にわたって、任意選択により、第１の部材および第２の部材の動作の範囲の少なくとも９０％にわたって実質的に一定であるように構成され得る。

第１および第２の相対的に移動可能な部材は、互いに対して支承することができる。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、これらの間の相対運動を容易にするように共働する支承配置のそれぞれの部分を備えることができる。支承配置は、たとえば、空気支承配置および／または機械的支承配置を備えることができる。たとえば、第１および第２の相対的に移動可能な部材の一方は、少なくとも１つの空気支承パッドを備えることができ、他方は、空気支承表面を備える。

任意選択により、第１の部材は、実質的に垂直な自由度で移動可能である。任意選択により、第２の部材は、（たとえば装置の残りの部分に対して）垂直な自由度で固定される／動かないようにされる。

（第１の）エネルギー導管は、第１の部材および第２の部材に、たとえば第１の端部において／向かって第１の部材に、および第２の端部において／向かって第２の部材に連結／装着され得る。

補償部材は、能動システムを備えることができる。たとえば、補償部材は、少なくとも１つの（たとえばシステム）の入力／変数（たとえば、第１の部材および／または第２の部材にかけられた負荷、ならびに／または第１の部材および／または第２の部材の位置）を監視し、補償部材がかける負荷を、エネルギー導管によってかけられた負荷のあらゆる変化を少なくとも部分的に打ち消すように適応させる／変更するシステムの一部であり得る。したがって、補償部材は、入力に応答して補償部材を制御するサーボシステムの一部であり得る。たとえば、補償部材は、エネルギー導管が連結／装着された部材（たとえばクイル）のための釣合い機構、たとえば空気圧式釣合い錘を備えることができる。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／または第２の部材にかけられた負荷、ならびに／または第１の部材および／または第２の部材の位置）に応答して、釣合い錘によって提供された釣合い力を（たとえば動的に）変動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／または第２の部材にかけられた負荷、ならびに／または第１の部材および／または第２の部材の位置）に応答して、空気圧式釣合い錘の空気圧力を（たとえば動的に）変動させるように構成され得る。

補償部材は、受動型（換言すれば、能動的でない／サーボ型でない）補償部材であり得る。換言すれば、補償部材は、部材の前記少なくとも一方にエネルギー導管によってかけられた負荷の変化を少なくとも部分的に打ち消すように元来構成された、すなわち、監視／サーボ／モータシステムまたは外部電力源／供給装置を必要としない、１つまたは複数の構成要素を備えることができる。

補償部材は、第１の部材および／または第２の部材（たとえば、（第１の）エネルギー導管が装着されたのと同じ部材）に連結／装着された部材を備えることができる。たとえば、補償部材は、機械的補償部材を備えることができる。

補償部材は、（第１の）エネルギー導管が連結／装着された部材によって担持される補償部材の質量／重量の割合が、第１の部材および第２の部材の相対運動と共に変動するように構成され得る。補償部材は、（第１の）エネルギー導管が連結／装着された部材によって担持される補償部材の質量／重量の割合が、（第１の）エネルギー導管が連結／装着された部材によって担持される、（第１の部材および第２の部材の相対運動と共に／第１の部材および第２の部材の相対位置に応じて変動する）（第１の）エネルギー導管の質量／重量の割合に反比例して、（第１の部材および第２の部材の相対運動と共に／第１の部材および第２の部材の相対位置に応じて）変動するように構成され得る。補償部材は、（第１の）エネルギー導管が連結／装着された部材によって担持される補償部材の質量／重量の割合が、（第１の）エネルギー導管が連結／装着された部材によって担持される、（第１の部材および第２の部材の相対運動と共に／第１の部材および第２の部材の相対位置に応じて変動する）（第１の）エネルギー導管の質量／重量の割合と実質的に等しく、反対方向に（第１の部材および第２の部材の相対運動と共に／第１の部材および第２の部材の相対位置に応じて）変動するように構成され得る。

補償部材は、第１の部材および第２の部材の相対運動と共に形状を変更するように構成され得る。補償部材は、たとえば、第１の部材および第２の部材の相対運動と共に巻き上がるおよび／または巻き出す（またはカールする／真っ直ぐになる、または曲がる／伸ばす）ように構成され得る。補償部材は、１つまたは複数のばね部材、および／または（たとえば第１の本体および第２の本体の相対運動と共に変形する／曲がる／撓む）１つまたは複数の可撓性部材を備えることができる。たとえば、補償部材は、材料の連続的なリボン様バンドを備えることができる。補償部材は、少なくとも（第１の）エネルギー導管が連結／装着された部材に、これが変形する／曲がる／撓むときに変動する（たとえばその曲がり／撓み点に応じて変動する）負荷／力を提供するように構成され得る。補償部材は、第１の部材と第２の部材との間を蛇行するように構成され得る。

補償部材は、第２のエネルギー導管を備えることができる。第２のエネルギー導管は、第１のエネルギー導管が装着されるのと同じ部材に装着され得る。第２のエネルギー導管は、第１の部材および／または第２の部材に連結／装着することができ、それにより、これが（第１の部材および第２の部材の自由度で）第１の部材および／または第２の部材にかける負荷／力は、第１の部材および第２の部材の相対運動と共に／第１の部材および第２の部材の相対位置に応じて第１のエネルギー導管によってかけられたものに対して反対方向に変動する。換言すれば、第２のエネルギーチェーンは、第１の部材および／または第２の部材に連結／装着させることができ、それにより、これが（第１の部材および第２の部材の自由度で）第１の部材および／または第２の部材にかける負荷／力は、（第１の部材および第２の部材の相対位置に応じて変動する）、（第１の部材および第２の部材の自由度で）第１の部材および／または第２の部材にエネルギー導管によってかけられた負荷の変動に反比例して、第１の部材および第２の部材の相対位置に応じて変動する。第２のエネルギー導管は、これが（第１の部材および第２の部材の自由度で）第１の部材および／または第２の部材にかける負荷が、第１の部材および第２の部材の相対運動と共に／第１の部材および第２の部材の相対位置に応じて、第１のエネルギー導管によってかけられたものに実質的に等しく、反対方向に変動するように構成され得る。換言すれば、第２のエネルギーチェーンは、第１の部材および／または第２の部材に連結／装着させることができ、それにより、これが第１の部材および／または第２の部材に（第１の部材および第２の部材の自由度で）かける負荷／力は、（第１の部材および第２の部材の相対位置に応じて変動する）、（第１の部材および第２の部材の自由度で）第１の部材および／または第２の部材にエネルギー導管によってかけられた負荷の変動に対して等しく、反対方向に、第１の部材および第２の部材の相対位置に応じて変動する。したがって、第１のエネルギー導管および第２のエネルギー導管は、「平衡化」され得る。換言すれば、第１のエネルギー導管および第２のエネルギー導管によってかけられた負荷は、「平衡化」され得る。理解されるように、第１のエネルギー導管および第２のエネルギー導管は、実質的に反対方向に延びることができる。

理解されるように、より多くの／さらなるエネルギー導管が存在し得る。たとえば、２つまたはそれ以上の別個のエネルギー導管（たとえば各々がそれ自体の支持トラックを備えた）が存在することができ、その各々は、部材の少なくとも一方に、同じ方向に（第１の部材および第２の部材の自由度で）負荷を付与し、その各々は、第１の部材および第２の部材の相対位置に応じて変動する。したがって、補償部材は、これらの負荷の両方を補償するように構成され得る。追加的に／代替的に、補償部材は、それ自体、２つまたはそれ以上の別個のエネルギー導管（たとえば各々がそれ自体の支持トラックを備えた）を備えることができる。

エネルギー導管は、少なくとも１つのワイヤおよび／または少なくとも１つの管を備えることができる。エネルギー導管は、ワイヤおよび／または管の少なくとも１つのグループ／束を備えることができる。エネルギー導管は、ワイヤおよび管の混合体を備えることができる。ワイヤおよび／または管は、たとえばケーブルタイを使用して一緒に結び付けることができる。

エネルギー導管は、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つの管を支持するための支持トラックを備えることができる。支持トラックは、連接式支持トラックを備えることができる。たとえば、連接式支持トラックは、枢動的に連結されたリンクの繋がれた配置を備えることができる。任意選択により、支持トラックは、相対運動と共に曲がる材料のバンドを備える（たとえば、材料の連続的なリボン様バンドを備える）ことができる。

第２のエネルギー導管は、第１のエネルギー導管のものに類似する／これと同じ支持トラックを備えることができるが、ワイヤおよび／または管を有さない。したがって、補償部材／第２の「エネルギー導管」は、「ダミー」のエネルギー導管であり得る。

位置決め装置は、（第１の部材および第２の部材の自由度における）第１の部材および第２の部材の相対運動をもたらす（たとえば相対位置を制御する）ように構成された少なくとも１つのモータを備えることができる。モータは、線形モータを含むことができる。したがって、（たとえば磁石の線形配列を備える）線形ステータを（たとえば第１の部材および第２の部材の一方上、たとえば第２の部材上に）提供することができ、電機子（たとえばコイルの線形配列を備える、線形電機子）を（たとえば他方の部材上、たとえば第１の部材上に）提供することができる。電機子のコイルは、非重複式であり得る。たとえば、線形ステータは、細長い線形ステータを備えることができる。たとえば、電機子は、細長い線形電機子を備えることができる。任意選択により、線形モータは真っ直ぐである。したがって、ステータも真っ直ぐであり得る。

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を備えることができる。

第１の部材は、ＣＭＭの分野では一般的に「クイル」と称されるものであり得る。第２の部材は、ＣＭＭの分野では一般的に「キャリッジ」と称されるものであり得る。

位置決め装置は、第１の部材および第２の部材の少なくとも一方に対して（たとえば線形自由度で）移動可能であるさらなる部材を備えることができる。第２の部材（たとえば「キャリッジ」）は、第３の部材に対して、たとえば第１の水平自由度で、例として、（たとえば第１の線形自由度に直交する）第２の線形自由度で移動可能であり得る。第３の部材は、ビームまたはクロス部材を備えることができ、これに沿ってキャリッジが進行することができる。第３の部材は、第４の部材に対して、（たとえば第１の水平自由度に直交する）第２の水平自由度で、例として、（たとえば第１の線形自由度および第２の線形自由度に直交する）第２の線形自由度で移動可能であり得る。第４の部材は、たとえば工作物ベッドを含むことができるＣＭＭのベースを備えることができ、および／またはこれに対して固定され得る。第４の部材は、第３の部材が支持される１つまたは複数の隆起した支持体を備えることができる。

理解されるように、本発明の第１の態様に関連して上記で説明した特徴は、以下で説明する後続の態様にも同様にあてはめることができ、またその逆も同様である。

本発明の別の態様によれば、位置決め装置であって、線形自由度で互いに対して移動可能な第１の部材および第２の部材を備える、位置決め装置が提供される。位置決め装置は、（たとえば実質的に水平自由度または実質的に垂直な自由度における）第１の部材および第２の部材の相対運動をもたらすように構成された線形モータを備えることができる。位置決め装置は、第１の部材および第２の部材の少なくとも一方に装着された（第１の）エネルギー導管を備えることができる。（第１の）エネルギー導管によって、これが装着された部材の少なくとも１つに（第１の部材および第２の部材の自由度で）付与された負荷／力は、第１の部材および第２の部材の相対位置の位置に応じて変動し得る。位置決め装置は、補償部材であって、エネルギー導管によってかけられた負荷に反比例して、第１の部材および第２の部材の相対位置に応じて変動する（第１の部材および第２の部材の自由度における）負荷／力をかけるように構成され、それによって（第１の）エネルギー導管によってかけられた負荷の変化を少なくとも部分的に打ち消す、補償部材を備えることができる。

したがって、本出願はまた、位置決め装置であって、線形自由度で互いに対して移動可能な第１の部材および第２の部材と、第１の部材および第２の部材の相対運動をもたらすように構成された線形モータと、第１の部材および第２の部材の少なくとも一方に装着された少なくとも１つのエネルギー導管であって、これが装着された部材の少なくとも１つに、第１の部材および第２の部材の相対位置の位置に応じて変動する負荷を付与する、少なくとも１つのエネルギー導管と、補償部材であって、少なくとも１つのエネルギー導管によってかけられた負荷に反比例して、第１の部材および第２の部材の相対位置に応じて変動する負荷をかけるように構成され、それによって少なくとも１つのエネルギー導管によってかけられた負荷の変化を少なくとも部分的に打ち消す、補償部材とを備える、位置決め装置を説明する。

本出願はまた、位置決め装置であって、線形自由度で（たとえば実質的に水平自由度または実質的に垂直な自由度で）互いに対して移動可能な第１の部材および第２の部材と、第１の部材および第２の部材の相対運動をもたらすように構成された線形モータと、第１の部材および第２の部材の少なくとも一方に装着された少なくとも１つのエネルギー導管であって、これが装着された部材の少なくとも一方に負荷を付与する、少なくとも１つのエネルギー導管とを備える、位置決め装置を説明する。装置はまた、補償部材であって、たとえば、少なくとも１つのエネルギー導管によってかけられた負荷に対して反比例する負荷をかけるように構成されて、少なくとも１つのエネルギーによってかけられた負荷を実質的に平衡化する、補償部材を備えることもできる。

位置決め装置は、（第１の）エネルギーチェーンおよび補償部材によって引き起こされる、（第１）のエネルギー導管が連結／装着された第１の部材および／または第２の部材への（第１の部材および第２の部材の自由度における）正味負荷が、第１の部材および第２の部材の動作の範囲の少なくとも７５％にわたって、たとえば少なくとも９０％にわたって５ニュートン（Ｎ）未満である（任意選択により、３Ｎ未満、たとえば２Ｎ未満、例として１Ｎ未満である）ように構成され得る。

次に、本発明の実施形態は、以下の図を参照して、例としてのみ説明される。

本発明によるガントリタイプのＣＭＭの正面の概略等角図である。 図１のＣＭＭの後部の概略等角図である。 図１のＣＭＭのクロスビームの概略等角図である。 図３のクロスビームの断面図である。 図４で特定した領域Ａの詳細図である。 図４で特定した領域Ａの別の詳細図である。 図６で特定した領域Ａ’の詳細図である。 図６で特定した領域Ａ’の別の詳細図である。 図３のクロスビームを製造する例示的な方法を示す流れ図である。 分離したバルクヘッドを示す図である。 図３のクロスビームの箱構造の負荷支承面がどのようにバルクヘッドにリベット留めされるかを示す断面図である。 ＣＭＭのｙ軸に対する線形モータ配置を示す図である。 図１１ａ内で特定した領域Ａ”の詳細図である。 分離した図１１の線形モータのステータ組立体を示す図である。 分離した図１２ａのステータ組立体のモジュールを示す図である。 図１２のステータ組立体の柔軟な装着組立体を示す平面図である。 図１２のステータ組立体の柔軟な装着組立体を示す断面図である。 図１２のステータ組立体の固定された装着組立体の断面図である。 図３の線形モータの電機子組立体の等角図である。 保護ハウジングがｙ軸の隆起したレールの１つの上方に位置する、図１のガントリＣＭＭの概略等角図である。 分離した図１７の保護ハウジングを示す図である。 図１７および図１８のカバーの保護ハウジングの切断図である。 図１７〜１９の保護ハウジングの部分断面図である。 図１のＣＭＭのｚ軸のエネルギーチェーン配置を示す図である。 クイルが降下位置にある、図２１のエネルギーチェーン配置の側面図である。 クイルが隆起位置にある、図２１のエネルギーチェーン配置の側面図である。 図１のＣＭＭの後部の概略等角図である。

本発明をどのように実施できるかの実施形態の概要が、以下において説明される。この場合、本発明は、ＣＭＭ１００の一部として実施される。図１は、ＣＭＭ１００を示し、この保護ハウジング／カバー（たとえば「主」カバー／「硬質」カバー）は除去されており、それによってＣＭＭ１００の関連する構成要素を見ることができる。

図示するように、工具、たとえば、工作物を検査するためのプローブ１０２などの検査デバイスが、ＣＭＭ１００上に装着され得る。図示する実施形態では、プローブ１０２は、プローブのスタイラスを工作物に接触させることによって工作物を測定するための、接触プローブ、特に接触アナログ走査プローブである。しかし、理解されるように、ＣＭＭ１００は、タッチトリガプローブ、非接触（たとえば光学）プローブ、または所望の場合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できる。

図示する実施形態では、ＣＭＭ１００は、ガントリスタイルのデカルトＣＭＭであり、検査されるアーチファクトを上に置くことができるプラットフォーム１０５と、３つの直交する自由度Ｘ、Ｙ、およびＺにおけるプラットフォーム１０５に対するプローブ１０２の位置の反復可能で正確な制御を提供する移動システムとを備える。

特に、移動システムは、クロスビーム１０６と、キャリッジ１０８と、クイル１１０とを備える。クロスビーム１０６は、第１の隆起したレール部材１１２と第２の隆起したレール部材１１４との間を延び、支承配置（この実施形態では空気支承配置）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る。キャリッジ１０８は、クロスビーム１０６上に着座し、これによって担持され、支承配置（この実施形態では、以下でより詳細に説明する空気支承配置）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る。クイル１１０は、キャリッジ１０８によって保持され、支承配置を介して（ここでもこの実施形態では、空気支承配置を介して）ｚ軸に沿ってキャリッジ１０８に対して移動可能である。クイル用の空気圧式釣合い機構が、クイルのモータの必要とされる作用を低減するようにクイル１１０の重量の釣合いをとるために提供される。特に、空気圧式釣合い錘は、クイル１１０（および連接式ヘッド１１６およびプローブ１０２）の重量に実質的に等しい対抗力を提供するように構成され、それにより、クイルのモータによって必要とされる、これを固定位置に保つための力は、実質的にゼロとなる。空気圧式釣合い錘は、クイル１１０内にピストン（図示せず）を備える。ピストンは、ケーブル１９６を介してタワー１９４（この場合はカーボンファイバチューブ）にアンカー固定される。タワー１９４は、キャリッジ１０８に装着されてこれと一緒に移動する。

理解されるように、モータ、たとえば線形モータなどの直接駆動モータが、さまざまな部材のこれらの軸に沿った相対運動をもたらすために提供され得る。また、位置エンコーダ（図示せず）もまた、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提供され得る。

図示する特定の例では、連接式ヘッド１１６が、プローブ１０２を担持するためにクイル１１０の下側自由端部上に提供される。この場合、連接式ヘッド１１６は、２つの直交する回転軸を備える。したがって、３つの直交する線形自由度Ｘ、Ｙ、およびＺに加えて、プローブ１０２は、２つの回転軸（たとえばＡ軸およびＢ軸）を中心として移動され得る。そのような連接式ヘッドを備えて構成された機械は、一般に、５軸機械として知られている。

工具および検査デバイス用の連接式ヘッドがよく知られており、たとえば、特許文献１に説明されている。理解されるように、連接式ヘッドは必ずしも提供される必要はなく、たとえばプローブ１０２は、いかなる回転自由度も提供しない固定されたヘッドを介してクイル組立体１１０に装着され得る。任意選択により、プローブそれ自体が、少なくとも１つの軸を中心とした回転を容易にするための連接式部材を備えることができる。

測定装置で標準であるように、制御装置１１８を提供することができ、この制御装置は、ＣＭＭのモータおよび位置エンコーダ（図示せず）、連接式ヘッド１１６（存在する場合）、ならびにプローブ１０２と通信して、信号をこれらにおよび／またはこれらから送受信して、相対的に移動可能な部材の動作を制御すると共にフィードバックおよび測定データを受信する。制御装置１１８と通信する、コンピュータ１２７、たとえば（制御装置１１８と別個であるか、または一体的であることができる）パーソナルコンピュータが、提供され得る。コンピュータ１２７は、ユーザに優しいインターフェースを提供して、オペレータが、たとえば測定ルーティンをプログラムし、開始できるようにする。適切なコンピュータおよび関連する制御／プログラミングソフトウェアは、広く入手可能であり、よく知られている。さらに、オペレータがプローブ１０２の動作を手動で制御することができるジョイスティック１２５または他の適切な入力デバイスが提供され得る。ここでもそのようなジョイスティックは、よく知られており、広く入手可能である。

クロスビーム１０６の構造が、図３〜１０を参照してより詳細に説明される。図示するように、この実施形態では、クロスビーム１０６は、箱型ビームを備える。箱型ビーム１０６は、モジュール構造を有し、特に、この実施形態では、３つの細長いコーナ部材１２０、１２２、１２４と、シート材料の３つの部片１２６、１２８、１３０とを備え、シート材料の各々は、箱型ビームの負荷支承面を形成し（換言すれば、各々は、平面状の負荷支承部材を形成し）、各々は、３つの細長いコーナ部材の対間に延びる。説明する実施形態では、細長いコーナ部材１２０、１２２、１２４は、押し出し成形され、すなわち押し出しによって形成される。説明する実施形態では、シート材料の３つの部片１２６、１２８、１３０の厚さは、大きくても３ｍｍである。これらは、金属材料、特にこの実施形態では、アルミニウムから作製されるが、理解されるように、ステンレス鋼などの他の金属材料を使用することができ、またはカーボンファイバまたはセラミックなどの非金属材料を使用することができる。かさおよび重量を低減するために、箱型ビームの負荷支承面（すなわち平面状の負荷支承部材）は、５ｍｍ（これ以上は、これらは「シート」ではなく「プレート」であると通常説明される）を超えない厚さのシート材料から形成されることが好ましくなり得る。

所望の場合、３つの細長いコーナ部材１２０、１２２、１２４は、実質的に同一であるように作製され得る。これは、３つの細長いコーナ部材が、これらが共通の方法で温度変化に応答するように、実質的に同じ熱慣性（たとえば同じ熱応答特性）を有することを確実にするのを助けることができる。これは、箱型ビーム１０６の変形（たとえばねじれまたは曲がり）を回避するのを助けることができる。同じ理由のために、シート材料の３つの部片１２６、１２８、１３０もまた実質的に同一であるように作製され得る。しかし、理解されるように、コーナ部材（および／またはシート材料の部片）は、これらが実質的に同一でない場合でも、たとえばこれらが同じ形状または断面形態を有さない場合でも、同じ熱慣性を有して同じ効果を達成するように設計され得る。

説明する実施形態では、３つの細長いコーナ部材１２０、１２２、１２４およびシート材料の３つの部片１２６、１２８、１３０は、同じ材料タイプ（たとえばアルミニウム）から形成される。

説明する実施形態では、第１の細長いコーナ部材１２０は、空気支承部がそれに対して支承することができる第１の支承表面１３２および第２の支承表面１３４を提供する。説明する実施形態では、キャリッジ１０８は、第１の空気支承組立体と、第２の空気支承組立体とを備え、これらの各々は、互いにおよび装着ブラケット１３９（図４から図６では省略されている）を介してキャリッジ１０８の主要本体１０９に連結された第１の空気支承パッド１４０および第２の空気支承パッド１４２を備える。第１の空気支承組立体および第２の空気支承組立体は、第１の細長いコーナ部材１２０をまたぎ、それにより、第１の空気支承パッド１４０は、第１の支承表面１３２に対して支承し、第２の空気支承パッド１４２は、第２の支承表面１３４に対して支承する。

その組み立てられた状態で、箱型ビーム１０６およびキャリッジ１０８は、互いに対して予負荷がかけられる。そのような予負荷は、重力によっておよび／またはばね負荷によって提供され得る。たとえば、空気支承パッド１４０、１４２、１４３（図４を参照）は、キャリッジ１０８（図４では図示せず）に剛性に装着することができ、空気支承パッド１４５は、キャリッジ１０８にばね装着されて予負荷を提供することができる。

図５に概略的に示すように、予負荷により、第１の支承パッド１４０および第２の支承パッド１４２は、箱型ビーム１０６に対して、第１のベクトルＦ₁および第２のベクトルＦ₂によってそれぞれ示す力を及ぼすようになる。図示するように、装置は、力Ｆ₁およびＦ₂が同じ点において交差するように構成され、この点において、シート材料の第１の部片１２６および第２の部片１２８の平面が交差する。これは、第１の細長いコーナ部材１２０に伝達される力をシート材料の第１の部片１２６および第２の部片１２８の（たとえばせん断）平面内に／沿って直接分解できること（したがって力を伝達できること）を確実にする。したがって、予負荷力は、シート材料の平面に沿って直接担持される。これは、シート材料の屈曲を回避するのを助け、予負荷力をシート材料の平面に沿って直接担持することができない構成と比べて、より薄い（したがってより軽い）シートを使用して所与の予負荷を支持できることを意味することができる。

図示する実施形態では、第１の支承パッド１４０および第２の支承パッド１４２は、第１の細長いコーナ部材１２０をまたぐように配置される。力Ｆ₁、Ｆ₂は、第１の細長いコーナ部材１２０の第１の支承表面１３２および第２の支承表面１３４内に垂直に伝達されることが知られている。したがって、第１の支承パッド１４０および第２の支承パッド１４２からの力Ｆ₁、Ｆ₂は、予測可能な点（図６および図７に示す点１５０）において交差することになる。この点は、第１の細長いコーナ部材１２０の長さに沿って予想可能であり、そのために予測可能な交差線として説明することができる。換言すれば、この実施形態では、この２つの間の共働点の各々において第１の空気支承組立体１３６によって第１の細長いコーナ部材１２０内に付与される力は、第１の細長いコーナ部材１２０に対して平行に延びる所定の細長い目標線と交差するように向けられる。交差点１５０（したがって細長い目標線）が知られており、予測可能であるため、シート材料の第１の部片１２６および第２の部片の平面１５２、１５４も、実質的に同じ点において（同じ線に沿って）交差するように箱型ビーム１０６を構成することが可能である。

さらに、図６および７に示すように、予負荷力がシート材料の第１の部片１２６および第２の部片１２８の（たとえばせん断）平面内で／平面に沿って主に担持されることを確実にするために、交差点１５０（すなわち細長い目標線）が概念上の細長い容積部（図７ａおよび図７ｂに示すダイアモンド形状１７０によって強調された断面）の近傍内に入るように箱型ビーム１０６を形成することが可能であり、この概念上の細長い容積部は、（第１の負荷支承面／平面状の負荷支承部材を画定する）シート材料の第１の部片１２６の材料の前部表面および後方表面を含む平面の第１の対１６０と、（第２の負荷支承面／平面状の負荷支承部材を画定する）シート材料の第２の部片１２８の材料の前部表面および後方表面を含む平面の第２の対１６２との交差部によって画定される。この実施形態では、これは、細長い支承トラック（たとえば１２０）の支承表面（たとえば１３２、１３４）を、シート材料の隣接する部片（たとえば１２６、１２８）に対して実質的に突き出て着座させることによって容易にされる。この場合、シート材料の隣接する部片の表面と支承表面との間の段Ｓは、約１８ｍｍである。また、図５に示すように、押し出し成形された支承トラック１２０は実質的に中空であるが、複数の補強ウエブ１２１、１２３を備える。図示するように、コーナの各側に１つのウエブが存在し、このウエブ（すなわちウエブ１２３）は、支承表面１３２、１３４に対して垂直に延び、予負荷がこれを直接通して担持されるように支承パッド１４０、１４２に対して中央に位置する。

交差点１５０が概念上の細長い容積部の内側１７０に入ることが好ましくなり得るが、交差点１５０は、概念上の細長い容積部１７０の近傍に入るだけで十分になり得る。たとえば、図７ｂに示すように、交差点がより大きい概念上の容積部１７２内にあるだけで十分になり得、この容積部は、シート材料の第１の部片１２６の材料の前部表面および後方表面を含む平面の第１の対１６０と、シート材料の第２の部片１２８の材料の前部表面および後方表面を含む平面の第２の対１６２との交差部によって画定された概念上の細長い容積部上で中心揃えされるが、これより最大１００％、たとえば（図示するように）最大４００％、またはそれ以上（たとえば最大９００％）大きい断面積を有する。比例的に測定されるのではなく、より大きい概念上の容積部１７２を、たとえば図７ｂに示すように絶対的に決定することができ、概念上の細長い容積部上に中心揃えされた、より大きい概念上の容積部は、すべての側面上に概念上の細長い容積部のものより大きくても５ｍｍ大きい断面範囲を有することができる。そのような構成は、予負荷力が、シート材料の第１の部片１２６および第２の部片１２８の（たとえばせん断）平面内で／平面に沿って主に担持されることを確実にするのを助けることができる。

同じ支承配置は、キャリッジ１０８上の支承組立体と、図４に概略的に示すような第２の細長いコーナ部材１２２との間に提供され、それにより、第２の細長いコーナ部材１２２に付与された予負荷力は、シート材料の第２の部片１２８および第３の部片１３０の（たとえばせん断）平面内に／平面に沿って主に担持される。

予負荷は、箱型ビーム１０６のシート材料の第１の部片１２６、第２の部片１２８、および第３の部片１３０の（たとえばせん断）平面内で／平面に沿って主に担持されるため、本発明者は、バルクヘッドのような他の支持構造は、予負荷力を支持するために必要でないことを見出した。しかし、図３に示すように、本発明の箱型ビーム１０６は、（分離して図９に示す）複数のバルクヘッド１８０を有する。バルクヘッドを提供することで、ビームの製造を助けることができる。バルクヘッドはまた、箱型ビームの異なる部片を、組み立て中にこれらを所定の場所に保持することによって組み立てることを支援することもできる。また、細長いコーナ部材が、その支承表面を改良するように機械加工される必要がある場合、そしてこの機械加工が、箱型ビーム１０６の組み立て後に行われる場合、バルクヘッドは、そのような機械加工中に支持を提供するのを助けることができる。図８は、箱型ビーム１０６を製造するための例示的なプロセス１０を示す。図示するように、箱型ビーム１０６のさまざまな部分の製造後、（たとえばステップ１２において第１から第３の細長いコーナ部材を押し出し成形し、ステップ１４においてシート材料の第１から第３の部片およびバルクヘッドを切断した後）、これらは、ステップ１６において箱型ビームに組み立てられる。（理解されるように、製造ステップ１２および１４は、組み立てステップ１６までの異なる段階において異なる第３者によって実行されてよい。）説明する実施形態では、組み立てステップ１６は、シート材料の第１の部片１２６、第２の部片１２８、および第３の部片１３０をバルクヘッド１８０に接合し、第１の細長いコーナ部材１２０、第２の細長いコーナ部材１２２、および第３の細長いコーナ部材１２４をシート材料の第１の部片１２６、第２の部片１２８、および第３の部片１３０に取り付けることを伴う。

図示するように、バルクヘッド１８０は、説明する実施形態では、（たとえばバルクヘッド上の折り畳まれたフラップに対向する）シート材料の第１の部片１２６、第２の部片１２８、および第３の部片１３０に、「端と端を合わせて」ポップ／ブラインドリベットで留められる。これは、シート材料の第１の部片１２６、第２の部片１２８、および第３の部片１３０内に直交するように向けられた負荷が、バルクヘッド１８０の（たとえばせん断）平面内で／平面に沿って主に担持されて、これらを、材料のより薄いシートから作製することを可能にする（それによって重量を削減する）ことを確実にする。そのような配置は、狭くされた／制限されたネック１８４を有するバルクヘッドの縁内に凹部１８２（図９を参照）を提供することによって可能であり、この凹部を通して、ポップ／ブラインドリベット１８８が受け入れられ得る。リベットが膨張されたとき、これは、凹部１８２の側面を押しつけて（たとえばネック１８４の端部における内側棚１８６を押しつけて）把持して、それによってバルクヘッドを、箱型ビーム１０６の負荷支承面／平面状の負荷支承部材を提供する材料のシート（たとえば図１０に示すようにシート材料の第１の部片１２６）に締め付けることができる。

説明する実施形態では、ビーム１０６のさまざまな部片が、次いで、接着剤を使用して一緒に接着される。たとえば、第１の細長いコーナ部材１２０、第２の細長いコーナ部材１２２、および第３の細長い部材１２４は、シート材料の第１の部片１２６、第２の部片１２８、および第３の部片１３０に、（たとえば適切な接着剤である、一液型、熱硬化型、エポキシ樹脂、たとえばＰｅｒｍａｂｏｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ａｄｈｅｓｉｖｅｓ Ｌｉｍｉｔｅｄから入手可能なＰＥＲＭＡＢＯＮＤ（登録商標）ＥＳ５６９を介して）接着される。また、バルクヘッド１８０は、シート材料の第１の部片１２６、第２の部片１２８、および第３の部片１３０にも（たとえば同じ接着剤を使用して）接着され得る。

組み立てられた後、箱型ビーム１０６は、次いで、ステップ１８において工作機械（図示せず）に装填される（図８を参照）。説明する実施形態では、これは、工作機械上の対応する対合部材が係合できる穴１９０の形態の装着特徴を有する端部バルクヘッド１８０を介して行われる。この観点から、端部バルクヘッドは、装着力に耐えるために、内側バルクヘッドより厚くなり得る。たとえば、端部バルクヘッドは、６ｍｍの厚さであることができ、一方で内側バルクヘッドは、内側のバルクヘッドであることから３ｍｍの厚さであることができる。

工作機械に装填された後、第１の細長いコーナ部材１２２および第２の細長いコーナ部材１２２は、ステップ２０において機械加工されて、空気支承表面（たとえば１３２、１３４）の仕上げを、たとえばこれらをより平たく／より平滑になるように、任意選択により、これらの互いに対する平行性を改良するように改良する。

説明する実施形態では、直接駆動モータ２００、特に線形モータ２００が使用されてクロスビーム１０６をｙ軸に沿って駆動する。線形モータは、これが高いサーボ剛性を有するサーボシステムを容易にするのを助けることができるという点で有利になり得る。ＣＭＭ１００上の線形モータ２００の配置は、図１１ａおよび図１１ｂに示され、図１から１６に関連してより詳細に説明される。図示するように、線形モータ２００は、ステータ２０２と、電機子２０４とを備える。電機子２０４は、（この実施形態ではアルミニウムから形成された）クロスビーム１０６に装着され、ステータ２０２は、（これもまたアルミニウムから形成された）第２の隆起したレール部材１１４に装着される。理解されるように、電機子２０４は、（たとえば図１６に示すように）本体２０５に装着された複数のコイル２０６を備え、ステータ２０２は、（たとえば図１２から１４に示すように）Ｕ字形本体２０７の対向する内側側面上にその長さに沿って装着された複数の磁石２０８を備え、それによって電機子を内部に受け取ることができるチャネル２０９を画定する。説明する実施形態では、Ｕ字形本体２０７は、鋼材料を含み、鋼材料は、（ステータの磁石２０８の磁場を含み、磁束密度を改良するために）線形モータステータ本体に特に適切になる。また説明する実施形態では、電機子の本体２０５は、アルミニウムなどの非鉄製材料から作製される。線形モータをよく知る人によって理解されるように、電流は制御されながら電機子のコイル２０６を通過でき、電機子２０４（したがってこれが固定されるクロスビーム１０６）をステータ２０２に沿って（したがって第１の隆起したレール部材１１２および第２の隆起したレール部材１１４に沿って）押す。説明する実施形態では、線形モータは、鉄無しコア線形モータである。これは、電機子とステータとの間の、動作方向以外の方向の力を低減し、それによってそのそれぞれの装着体の剛性要求を低減し、また、それによって（電機子およびステータが完全に位置合わせされない場合に軸に沿って変動し得る）計測ループ上の力を低減する。図示するように、電機子のコイルは、重複していない。

この実施形態では、空気支承部は、クロスビーム１０６と、第１の隆起したレール部材１１２および第２の隆起したレール部材１１４との間の低摩擦動作を容易にする。特に、クロスビーム１０６の第１の端部には、第１の隆起したレール部材１１２に対して支承する空気支承パッド２５０を備える第１の空気支承配置が提供される。クロスビーム１０６の対向する第２の端部には、第２の隆起したレール部材１１４に対して支承する複数の空気支承パッド２５２を備える第２の空気支承配置が、提供される。理解されるように、図示するものに追加する空気支承パッドを提供することもでき、たとえば、それによってビーム１０６と、第１の隆起したレール部材１１２および第２の隆起したレール部材１１４との間に予負荷を提供する。理解されるように、機械的支承部などの他のタイプの支承を空気支承部と共に、またはその代わりに使用することができる。

説明する実施形態では、ステータ２０２は、（この実施形態では同一であるが、これは場合によって必ずしも必要ではない）複数のステータモジュール２２０を備え、これらのステータモジュールは、コネクタ部材２２２（この例では隣接するステータモジュールに結合されたプレート２２２）を介して互いに連結され、それによって２つのステータ組立体を提供する。特に、第１のステータ組立体は、プレート２２２を介して直列に連結された第１のステータモジュール２２０ａ、第２のステータモジュール２２０ｂ、および第３のステータモジュール２２０ｃを備え、第２のステータ組立体は、プレートを介して直列に連結された第４のステータモジュール２２０ｄ、第５のステータモジュール２２０ｅ、および第６のステータモジュール２２０ｆを備える。図１２ａは、プレート２２２を介して連結された複数のステータモジュール（たとえば２２０ａ、２２０ｂ、２２０ｃ）を備える、分離したステータ組立体を示す。理解されるように、ステータ組立体は、本質的には、１つのステータモジュールと等価である考えることができるため、ステータ組立体に関する以下の説明は、（図１２ｂに分離して示す）単一のステータモジュールを備えるステータ組立体にも同様に適用可能であり、またその逆も同様である。換言すれば、ステータ組立体は、（たとえば、プレート２２２によって一緒に接合された別個の本体ではなく、単一の一体型のＵ字形本体のみを有する）単一のステータモジュールだけを備えることができる。

説明する実施形態では、電機子２０４もまた、ブラケット３００にそれぞれ連結された（この実施形態では同一であるが、これを必ずしもあてはめる必要はない）複数の電機子組立体２２４を備える。簡単にするために、図１６は、１つのみの電機子組立体２２４を示す。理解されるように、説明する実施形態では、複数の電機子組立体２２４を備える電機子２０４が提供されるが、これを必ずしもあてはめる必要はなく、電機子は、１つだけの電機子組立体を備えることができる。（また、説明する実施形態では、各電機子組立体２２４は単一の電機子モジュールだけを備えるが、説明する実施形態のステータ組立体に関して、電機子組立体２２４は、一緒に、たとえばプレートを介して連結された複数の電機子モジュールを備えることができる。１つの複合ステータ組立体ごとに、そのような複合電機子組立体を、電機子モジュールの１つの剛性装着によって第１の端部に向かってブラケットに固定することができ、他の電機モジュールの１つの可撓性の装着によって第２の端部に向かってブラケットに固定することができる。）
ステータおよび／または電機子のそのようなモジュール配置は、ＣＭＭ１００の製造を支援することができる。

以下でより詳細に説明するように、各ステータ組立体および各電機子組立体は、そのそれぞれの部材に対して長手方向の膨張および／または収縮を可能にする方法で、そのそれぞれの部材に装着される。ステータ組立体（たとえば、第１のステータモジュール２２０ａ、第２のステータモジュール２２０ｂ、および第３のステータモジュール２２０ｃを備える第１のステータ組立体）に関して、これは、ステータ組立体に、固定された装着組立体２６０を一方の端部に、および柔軟な装着組立体２７０をその他方の端部に提供することによって説明した特定の実施形態において達成される。図１５を参照すれば、固定された装着組立体２６０が、示される。図示するように、固定された装着組立体２６０は、第２の隆起したレール部材１１４に（たとえば結合および／またはねじ留めによって）剛性に締め付けられたスペーサ部材２６２と、ステータ２０２／ステータモジュール２２０（たとえば図１２を参照）の第１の端部に提供された穴／スロット２６６を通って延びるねじ２６４とを備える。ねじ２６４は、スペーサ部材２６２内のねじ山付き孔内に受け入れられ、ねじ２６４のヘッドがステータ２０２／ステータモジュール２２０の本体２０７と係合するように締められ、それによってステータ２０２／ステータモジュール２２０をスペーサ部材２６２に、したがって第２の隆起したレール部材１１４にクランプする。

図１３および１４を参照すると、柔軟な装着組立体２７０は、ステータ２０２／ステータモジュール２２０の第１の端部（穴／スロット２６６の反対側の端部）において本体２０７内に形成された細長いスロット２６８（図１２も参照）と、摺動装着体とを備える。摺動装着体は、スペーサ部材２７６と、（ステータ組立体／ステータモジュール２２０の横断方向場所を制御するためにスロット内に延びる）ポスト部材２７２と、ステータ組立体／ステータモジュール２２０の鋼本体２０７をスペーサ部材２７６（したがって第２の隆起したレール部材１１４）に引き付け、これに対して保持するように構成された磁石２７４とを備える。説明する実施形態では、磁石２７４は、リング形状にされ、ポスト部材２７２の周りを延びる。細長いスロット２６８およびポスト部材２７２は、ステータ２０２／ステータモジュール２２０およびポスト部材２７２が、細長いステータ組立体／ステータモジュール２２０の長さに沿って（すなわち図１３の矢印Ａの方向に）互いに対して自由に摺動するように構成される。そのような相対摺動により、ステータ組立体／ステータモジュール２２０およびこれが装着された部材（この場合第２の隆起したレール部材１１４）の相対膨張および／または収縮が、容易にされる。理解されるように、そのような相対膨張および／または収縮は、モータからの熱の結果、および／またはその部分の熱膨張係数の相違、すなわちこれらが周囲温度の変化と共に異なる速度で膨張／収縮することを意味する相違によるものになり得る。

これもまた図１４に示すように、ねじ２７８が、ポスト２７２内のねじ山付き孔にねじ込まれ得る。しかし、固定された装着組立体２６０のねじ２６４とは異なり、柔軟な装着組立体２７０のねじ２７８のヘッドは、ステータ２０２／ステータモジュール２２０の本体２０７と係合しないため、ステータ２０２／ステータモジュール２２０をスペーサ部材２７６、したがって第２の隆起したレール部材１１４にクランプするように作用しない。そうではなく、ねじ２７２のヘッドと本体２０７との間には小さい空隙が存在する。したがって、ねじ２７２は、ステータ２０２／ステータモジュール２２０が第２の隆起したレール部材１１４から引き出されることを防止するように安全機構としてのみ作用する。

第１のステータ組立体および第２のステータ組立体の各々は、これらの間に空隙を有してこれらの膨張を容易にして、このように装着することができる。また、理解されるように、ステータ組立体になるようにステータモジュールを連結するのではなく、各ステータモジュールは、個々に、たとえば上記で説明した方法で、これらの各々の間に空隙を有してこれらの膨張を容易にして、連結され得る。代替的には、（ここでも、固定された装着組立体および柔軟な装着組立体によって上記で説明した形で装着された）１つだけの単体のステータモジュールを提供することもできる。これはまた、以下でより詳細に説明するように、電機子の場合にもあてはまる。

理解されるように、そのような膨張／収縮は、他の方法で容易にされ得る。たとえば、特に図１６を参照すれば、電機子２０４の電機子組立体２２４は、一方の端部に固定された装着組立体２９０と、別の端部に柔軟な装着組立体２９２とを備える。固定された装着組立体２９０は、ねじ２９１を備え、このねじは、電機子モジュール２２４の本体２０５内の穴を通って延び、（クロスビーム１０６に剛性にさらに装着された）ブラケット３００のねじ山付き孔と係合し、それによって電機子組立体２２４の本体２０５をブラケット３００に剛性にクランプする。他方の端部では、柔軟な装着組立体２９２は、撓みアーム２９４を備える。撓みアームの第１の端部は、（この場合）２つのねじ２９３を介してブラケット３００に剛性にねじ留めされ、第２の端部では、電機子モジュール２２４の本体２０５に取り付けられる。撓みアーム２９４は、電機子モジュール２２４の長手方向（すなわち矢印Ｂの方向）に撓むように構成され、それによってブラケット３００および電機子モジュール２２４の相対膨張および／または相対収縮を容易にするが、これに垂直な方向（すなわち矢印Ｂに対して垂直な方向）では相対的に剛性である。

そのような配置は、ステータモジュール２２０／ステータ２０２の摺動装着の代わりに使用することができ、またその逆も同様である。

説明する配置は、装置のサーボ剛性を維持しながら、電機子組立体および／またはステータ組立体のそのそれぞれの部材に対する長手方向の膨張および／または収縮に対応するのを助ける。説明する実施形態では、ステータ組立体および電機子組立体の両方は、そのそれぞれの部材に、そのそれぞれの部材に対して長手方向の拡張および／または収縮を可能にする方法で装着される。しかし、理解されるように、ステータ組立体のみ、または電機子組立体のみを、そのそれぞれの部材に対して長手方向の拡張および／または収縮を可能にするように装着することも可能である。

線形モータ配置が、ＣＭＭのｙ軸に関連して上記で説明されている。理解されるように、同じまたは類似の配置が、ｘ軸および／またはｚ軸の動作をもたらすために使用され得る。同様に、類似の支承配置（たとえば空気支承部）が、ｘ軸および／またはｚ軸に対して使用され得る。

理解されるように、ＣＭＭに１つまたは複数の保護ハウジング（カバー）を提供してＣＭＭのさまざまな部分を外部汚染および物体から保護することが一般的である。次に図１７および１８に移れば、ＣＭＭのｙ軸の線形モータ２００、および（空気支承パッド２５２と、第２の隆起したレール１１４上のそれぞれの支承表面とを備える）上記で述べた第２の空気支承配置も保護するように構成されたそのようなタイプの保護ハウジング（カバー）４００の例が示される。この保護ハウジング（カバー）４００は、図１７から２０に関連してより詳細に説明される。

保護ハウジング４００は、ＣＭＭ１００の構造と一緒になって、特に第２の隆起したレール１１４の構造と一緒になって、内部容積部４０２を画定し、その内部では、第２の空気支承配置の線形モータ２００および空気支承パッド２５２（およびそのそれぞれの支承表面）が、位置し、汚染および外部の作業環境４０４内に位置する物体から保護される。

保護ハウジング４００は、第１の端部プレート４１０および第２の端部プレート４１２と、（この場合図１９に示すように複数の面を提供するように折り畳まれた）前部プレート４１４および後方プレート４１６とを備え、第２の隆起したレール１１４の上方に受け入れられ、これを捕捉するように構成される。第１の端部プレート４１０および第２の端部プレート４１２は、第２の隆起したレール１１４に、締結具（たとえばねじなどの機械的締結具）によって締め付けられてこれを所定場所に保持する。保護ハウジング４００内の細長い開口部４０１が提供され、それによってクロスビーム１０６は保護ハウジング内に延びることができ、また、その支承パッドは、第２の隆起したレール１１４と共働して第２の隆起したレールとの案内された相対動作を容易にすることができる。保護ハウジング４００は、さらに、第１のベローズ４２０および第２のベローズ４２２の形態の後退可能なダストカバーをさらに備える。ベローズフレーム４２４が、ベローズをクロスビーム１０６に取り付けるために提供され、それによってこれらは、ビーム１０６の運動と共に膨張し、収縮する。（チャネルの形態の）上側ベローズトラック４３０および下側ベローズトラック４３２が提供され、この内部にベローズ４２０、４２２の上側側面および下側側面が受け入れられ、それにより、これらは、ビーム１０６の運動と共に膨張および収縮しながら案内される。

第１のベローズ４２０および第２のベローズ４２２は、ｙ軸に沿ったクロスビーム１０６の運動と共に膨張し、崩壊し／折り畳まれる。特に、クロスビーム１０６は、フレーム４２４に連結され、このフレームは、クロスビーム１０６と共に摺動して、クロスビーム１０６がｙ軸に沿って前後して動くときに、第１のベローズ４２０および第２のベローズ４２２を押し引きする。図１９および２０により詳細に示すように、第１のベローズ４２０および第２のベローズ４２２は、第１のベローズトラック４３０および第２のベローズトラック４３２内に着座し、これらによって案内される。特に、上側ベローズトラック４３０および下側ベローズトラック４３２の各々は、チャネル４３４を備え、その内部に、第１のベローズ４３０および第２のベローズ４３２の上側および下側の側面／縁部が着座し、摺動することができる。

図１９および図２０に示すように、各チャネル４３４は、汚染トラップ４３６を備える。図２０に最も明確に示すように、汚染トラップ４３６は、チャネル４３４の長さに沿って通る溝４３８を備え、この溝内で、ベローズ４２２から離れた汚れを収集することができる。また、細長い磁気ストリップ４４０が溝４３８内に位置することができ、これは、保護ハウジング４００によって画定された内部容積部４０２に入ろうとする強磁性の汚染／汚れを引き付けて保持する。

理解されるように、保護ハウジング４００は、保護ハウジング４００によって画定された内部容積部４０２とＣＭＭの外部作動環境４０４との間に気密シールを提供しない。したがって、内部容積部４０２とＣＭＭの外部作動環境４０４との間にいくらかの空気の流れが存在することになる。特に、第１のベローズ４２０および第２のベローズ４２２のチャネル４３４に沿った移動により、内部容積部４０２とＣＭＭの外部作動環境４０４との間、例としてベローズ４２０、４２２の側面周りに、図２０に点線の矢印４０４によって示す「漏出」が存在し得る。汚れおよび汚染は、そのような空気の流れに同伴し得る。本発明者は、溝４３８などのトラップを提供することで、内部容積部４０２に入るそのような同伴する汚れおよび汚染の量を低減するのを助けることができることを見出した。これは、内部容積部４０２内に位置する空気支承部およびモータなどの、ＣＭＭ１００の性能、信頼性および／または寿命を維持するのに有益になり得る。特に、溝内に磁石４４０を提供することで、空気の流れＡ内に存在する強磁性の汚染または汚れを引き付け、除去し、保持するのを助けることができる。これは、モータが（通常は複数の強い露出した磁石を備える）線形モータ２００を備える実施形態において特に有用であることが見出された。そのような強磁性トラップ４３６は、モータ線形２００に到達する、線形モータ２００の性能および寿命に影響を与える強磁性汚染の量を低減するのを助ける。

理解されるように、他の実施形態では、１つの細長いスリップではなく、複数の（たとえば細長くない）磁石を溝４３８内に置くことができる。さらに、磁石は、溝内に位置する必要はない。たとえば、１つまたは複数の磁石は、チャネル４３４に隣接して（たとえば参照記号４３９によって特定される表面のいずれかに）位置することができ、Ａに沿った空気の流れ内に同伴する強磁性材料の少なくともいくらかを引き付け、保持する。しかし、溝の対策により、あらゆる汚染および汚れを閉じ込めるのを助けることができ、さらに、（そうでなければその摺動がチャネル４３４内の汚染および汚れの収集によって影響される）第１のベローズ４２０および第２のベローズ４２２を含む、ＣＭＭの他の部分からそのような汚染および汚れを離して保つのを助けることもできる。

細長い磁気ストリップ４４０は、取り外し可能になり得る。たとえば、これは、溝４３８内に載置するだけでよく、および／または解放可能な（たとえば機械的）締結具などの解放可能な手段によって保持することができ、端部プレート４１０上に提供された端部キャップ４４２を介して取り外しのためにアクセス可能になり得る。開かれた／取り外されたとき、そのような端部キャップ４２４は、細長い磁気ストリップ４４０の洗浄および／または交換を（これらが摺動して溝から出ることを可能にすることによって）容易にし、および／または溝４３８の洗浄を容易にするのを助けることができる。

汚染トラップを提供するこの概念は、ＣＭＭのｙ軸に関連して上記で説明されている。理解されるように、同じまたは類似の配置は、ｘ軸および／またはｚ軸にも使用され得る。

ＣＭＭ１００などの位置決め装置において通常であるように、エネルギー導管（または「エネルギーチェーン」）は、装置の移動可能な部材間に存在し、電力、信号および／または（空気支承部用の空気などの）流体を、移動可能な部材（および／または連接式プローブヘッドおよびプローブなどの下流側の部材、器具など）に送出し、および／またはこれらから送出することができるように必要なワイヤおよび管を備える。

図２１から２３を特に参照すれば、本発明の実施形態では、２つのエネルギー導管（第１のエネルギー導管５０２および第２のエネルギー導管５０４）が、クイル１１０とキャリッジ１０８との間に提供され、その各々は、クイル１１０、連接式プローブヘッド１１６、およびプローブ１０２との電力および通信のやりとりを提供するための１つまたは複数の電気ワイヤを備える。第１のエネルギー導管５０２および第２のエネルギー導管５０４はまた、空気をクイルの空気支承部（図示せず）に供給するための１つまたは複数の管を備えることもできる。説明する実施形態では、第１のエネルギーチェーン５０２および第２のエネルギーチェーン５０４の各々は、クイル１１０およびキャリッジ１０８の相対運動と共に撓む支持トラックを備える。支持トラックは、これに関連するワイヤおよび管を整頓して保ち、クイル１１０およびキャリッジ１０８の相対運動と共にこれらが撓む様子を制御するように構成される。第１のエネルギーチェーン５０２および第２のエネルギーチェーン５０４の各支持トラックの第１の端部は、キャリッジ１０８に（この場合は、ブラケット１９５によってキャリッジの釣合いタワー１９４に）連結され、第１のエネルギーチェーン５０２および第２のエネルギーチェーン５０４の各支持トラックの第２の端部は、クイル１１０に（この場合はブラケット１９８を介して）連結される。

相対的に移動可能な部材間（たとえば、クイル１１０とキャリッジ１０８との間）に２つのエネルギーチェーンを提供することは、相対的に移動可能な部材にこれら各々が付与する負荷が、互いに反比例して変動するようにこれらが構成され得ることを意味する。たとえば、本発明者は、単一のエネルギーチェーン（たとえば第１のエネルギーチェーン５０２）だけを提供することは、クイル１１０に付与された負荷が、キャリッジ１０８に対するクイル１１０の位置に応じて変動することを意味することを見出した。これは、エネルギーチェーン自体が、クイル１１０およびキャリッジ１０８に負荷を付与するためである。たとえば、説明する実施形態では、第１のエネルギーチェーン５０２の重量によって引き起こされた負荷は、クイル１１０が垂直に低い位置（図２１および図２２を参照）にあるときにキャリッジ１０８によって主に担持されていることから、クイル１１０が垂直に高い位置（図２３を参照）にあるときにクイル１１０によって主に担持されていることにシフトする。そのように変動する負荷は、ＣＭＭ１００の計測に悪影響を与え得る。特に、本発明者は、クイルのモータがクイル１１０の高さが増大するにつれてより激しく作用しなければならないことを見出した。特に、この実施形態のモータは直接駆動モータ（特に線形モータ）であるため、大きく変動する熱量が、クイル１１０の位置に応じてモータによって生み出されたことを見出した。理解されるように、装置の構造は、その温度に応じて変化する可能性があり、したがって、モータなどの熱源の変動は、所望の計測性能より劣る結果となり得る。

本発明者は、補償部材であって、クイル１１０およびキャリッジ１０８の相対位置に応じて変動する負荷をかけるように構成され、それによって（クイル１１０およびキャリッジ１０８の相対位置に応じて）第１のエネルギー導管５０２によってかけられた負荷の変化を少なくとも部分的に打ち消す、補償部材を提供することによって、この影響を低減し、さらに回避できることを見出した。説明する実施形態では、補償部材は、第２のエネルギー導管５０４を備え、このエネルギー導管は、これらがクイル１１０およびキャリッジ１０８に付与する負荷が、実質的に等しく、反対方向に変動する形でクイル１１０およびキャリッジ１０８に連結される。したがって、第１のエネルギー導管５０２および第２のエネルギー導管５０４は、「平衡化される」として説明することができる。説明する実施形態では、これは、第１のエネルギー導管５０２および第２のエネルギー導管５０４が、少なくともこれらが連結された部材間で実質的に同一であることを確実にすることによって達成される。たとえば、第１のエネルギー導管５０２および第２のエネルギー導管５０４の連接式支持トラックは、構成上実質的に同一であり、ワイヤおよび／または導管の質量は、第１のエネルギー導管５０２と第２のエネルギー導管５０４との間で等しく分割される。理解されるように、補償部材によって付与された負荷が実質的に等しく、反対方向に変動しない場合であっても有益性を得ることができるが、これが付与する負荷が実質的に等しく反対方向に変動することの方が好ましくなり得る。

理解されるように、他の配置が可能である。たとえば、第１のエネルギー導管５０２と第２のエネルギー導管５０４との間でワイヤおよび管を実質的に等しく共有するのではなく、これらを実質的に等しくないように共有することもできる。さらに、第２のエネルギー導管が、これがいかなるワイヤまたは管も担持／案内しないという点で、「ダミー」エネルギー導管である場合もある。したがって、ダミーの第２のエネルギー導管の支持トラックは、補償部材としてのみ提供され得る。この場合、ダミーの第２のエネルギー導管の支持トラックは、ダミーの第２のエネルギー導管の支持トラックが部材に付与する負荷が、（トラックおよびワイヤならびに管を備える）第１のエネルギー導管のものに実質的に等しく、反対であるように、第１のエネルギー導管の支持トラックとは異なるように構成され得る。たとえば、ダミーの第２のエネルギー導管５０４の支持トラックの質量を、第１のエネルギー導管５０２の支持トラックのものより大きくして、第１のエネルギーチェーン５０２のワイヤおよび管の質量（そしてこれらによって提供される抵抗）を補償することができる。

説明する実施形態では、第１のエネルギー導管５０２および第２のエネルギー導管５０４の各々の支持トラックは、枢動的に連結されたリンクのチェーン様配置を備えるが、これを、必ずしもあてはめる必要はない。たとえば、第１のエネルギー導管５０２および第２のエネルギー導管５０４の支持トラックは、クイル１１０およびキャリッジ１０８の相対運動と共に曲がる材料の連続的なリボン様バンドを備えることができる。任意選択により、支持トラックは提供されず、ワイヤおよび管は、たとえば、一緒に結び付けられてこれらを整頓して保つことができる。この場合、本発明のこの実施形態により、ワイヤおよび管を第１の束および第２の束に分割し、一緒に結び付けて第１のエネルギーチェーン５０２および第２のエネルギーチェーン５０４を提供することができる。したがって、この場合、第２の束は、たとえば、補償部材であると考えることができる。

ＣＭＭの移動可能な部材の相対位置に応じて変動する負荷をかけるように構成された補償部材を有し、それによってエネルギー導管によってかけられた負荷の変化を少なくとも部分的に打ち消す概念が、クイル１１０およびキャリッジ１０８に関連して上記で説明されてきた。これは、変動する負荷の影響が、相対的な垂直動作によるクイル１１０とキャリッジ１０８との間に担持される重量のシフトによって、最も顕著になるためである。しかし、エネルギー導管によって相対的に移動可能な部材にかけられる後方駆動力は、軸に沿った移動可能な部材の位置に応じて変動し得るため、そのような補償部材を有する概念は、水平の相対動作を提供する（そしてこの動作の方向の重量負荷の変動を受けない）ＣＭＭの他の軸にも有益であることも見出されている。たとえば、水平に移動可能な部材間の２つの実質的に平衡化されたエネルギー導管のそのような配置は、図２４に見ることができ、ここでは第１のエネルギー導管６０２および第２のエネルギー導管６０４は、ビーム１０６とキャリッジ１０８との間に提供される。キャリッジ１０８とクイル１１０との間の第１のエネルギー導管５０２および第２のエネルギー導管５０４と同様に、ビーム１０６とキャリッジ１０８との間の第１のエネルギー導管６０２および第２のエネルギー導管６０４は、１つまたは複数の電気ワイヤと、１つまたは複数の管とを備える。また、キャリッジ１０８とクイル１１０との間の第１のエネルギー導管５０２および第２のエネルギー導管５０４と同様に、ビーム１０６とキャリッジ１０８との間の第１のエネルギー導管６０２および第２のエネルギー導管６０４は、これらがその部材（たとえばキャリッジ１０８）に付与する負荷が、ビーム１０６に沿ったキャリッジ１０８の相対運動と共に実質的に等しく、反対方向に変動するように構成される。しかし、キャリッジ１０８とクイル１１０との間の第１のエネルギー導管５０２および第２のエネルギー導管５０４とは異なり、第１のエネルギー導管６０２および第２のエネルギー導管６０４は、キャリッジ１０８およびビーム１０６の相対運動と共に曲がる材料の連続的なリボン様バンドを（枢動的に連結されたリンクのチェーン様配置を備えるのではなく）備えて、ワイヤおよび管を案内する。

補償部材を提供することで、後方駆動力によって引き起こされる、結果として生じる負荷におけるあらゆる変化を低減する、または回避するのも助けることができる。これは、直接駆動モータ（線形モータなど）を使用して、直接駆動モータ（たとえば線形モータ）が特に敏感となる、上記で説明した熱消散問題による相対運動をもたらす場合に特に有利である。特に、補償部材が、第１のエネルギーチェーンによってかけられた力を（たとえば、エネルギーチェーンおよび補償部材によって移動可能な部材にかけられた、結果として生じる負荷が、軸に沿ったその移動可能な範囲の少なくとも７５％に沿って、任意選択により少なくとも９０％に沿って、大きくても５ニュートン（Ｎ）であり、任意選択により大きくても４Ｎであり、たとえば大きくても３Ｎであり、例として大きくても２Ｎであり、さらには大きくても１Ｎであるように）実質的に平衡化することを確実にすることで、モータによって消散される熱が過剰にならないことを確実にすることができる。さらに、エネルギーチェーンおよび補償部材によって移動可能な部材にかけられた、結果として生じる負荷の変化が、その移動可能な範囲の少なくとも７５％に沿って、任意選択により少なくとも９０％に沿って、大きくても３ニュートン（Ｎ）であり、任意選択により大きくても２Ｎであり、たとえば大きくても１Ｎであるように、第１のエネルギーチェーンによってかけられたものに反比例して変動する力を移動可能な部材に提供する補償部材を提供することで、軸に沿ってモータによって消散される熱の変動が適当なレベル内に保たれることを確実にすることができる。

説明する実施形態では、支承組立体は、空気支承を備える。しかし、理解されるように、本発明は、非空気支承組立体にも適用可能である。たとえば、レース支承などの機械的支承を使用することができる。

理解されるように、本発明およびその設計原理は、ＣＭＭ１００の他の部分（たとえばクイル１１０）およびブリッジ、コラム、水平アーム、およびカンチレバー型のＣＭＭを（非制限的リストとして）含む他のタイプのＣＭＭにも適用可能である。本発明はまた、ＣＭＭに限定されず、工作機械を含む他の位置決め装置にも適用可能である。

Claims (15)

1. 位置決め装置であって、
   実質的に垂直な自由度で相対的に移動可能な第１の部材および第２の部材と、
   前記第１の部材および前記第２の部材の少なくとも一方に装着された少なくとも１つのエネルギー導管であって、これが装着された前記部材の少なくとも１つに、前記第１の部材および前記第２の部材の相対位置に応じて変動する負荷を付与する、少なくとも１つのエネルギー導管と、
   補償部材であって、前記少なくとも１つのエネルギー導管によってかけられた負荷の変動に反比例して、前記第１の部材および前記第２の部材の相対位置に応じて変動する負荷をかけるように構成され、それによって前記部材の前記少なくとも１つに前記少なくとも１つのエネルギー導管によってかけられた負荷の変動を少なくとも部分的に打ち消す、補償部材と
   を備える位置決め装置。
2. 前記補償部材は、これがかける負荷が、前記少なくとも１つのエネルギー導管によってかけられた負荷の変動と実質的に等しく、かつ反対方向に、変動するように構成され、それにより、前記エネルギー導管および補償部材によってかけられる正味負荷は、相対位置の範囲にわたって実質的に一定である請求項１に記載の位置決め装置。
3. 前記補償部材は、受動的補償部材を備える請求項１または２に記載の位置決め装置。
4. 前記少なくとも１つのエネルギー導管が装着された前記部材によって担持される、前記補償部材の質量の割合が、前記少なくとも１つのエネルギー導管が装着された前記部材によって担持される、前記少なくとも１つのエネルギー導管の質量の割合に反比例して変動するように構成される請求項１乃至３のいずれか一項に記載の位置決め装置。
5. 前記少なくとも１つのエネルギー導管が装着された前記部材によって担持される、前記補償部材の質量の割合が、前記少なくとも１つのエネルギー導管が装着された前記部材によって担持される、前記少なくとも１つのエネルギー導管の質量の割合と実質的に等しく、かつ反対方向に、変動するように構成される請求項４に記載の位置決め装置。
6. 前記補償部材は、少なくとも第２のエネルギー導管を備える請求項１乃至５のいずれか一項に記載の位置決め装置。
7. エネルギー導管は、少なくとも１つのワイヤおよび／または少なくとも１つの管を備える請求項１乃至６のいずれか一項に記載の位置決め装置。
8. エネルギー導管は、少なくとも１つのケーブルおよび／または少なくとも１つの管のための連接式支持トラックを備える請求項１乃至７のいずれか一項に記載の位置決め装置。
9. 前記第１の部材および前記第２の部材の相対動作をもたらすように構成された少なくとも１つの線形モータを備える請求項１乃至８のいずれか一項に記載の位置決め装置。
10. 前記位置決め装置は、座標測定機である請求項１乃至９のいずれか一項に記載の位置決め装置。
11. 位置決め装置であって、
    線形自由度で互いに対して移動可能な第１の部材および第２の部材と、
    前記第１の部材および前記第２の部材の相対運動をもたらすように構成された線形モータと、
    前記第１の部材および前記第２の部材の少なくとも一方に装着された少なくとも１つのエネルギー導管と、
    補償部材であって、前記少なくとも１つのエネルギー導管によってかけられた負荷に反比例する負荷をかけるように構成され、それによって前記少なくとも１つのエネルギー導管によってかけられた負荷を実質的に平衡化する、補償部材と
    を備える位置決め装置。
12. エネルギーチェーンおよび前記補償部材によって引き起こされる、前記少なくとも１つのエネルギー導管が装着された前記第１の部材および／または前記第２の部材への前記正味負荷は、前記第１の部材および前記第２の部材の動作範囲の少なくとも７５％にわたって５ニュートン（Ｎ）未満である請求項１１に記載の位置決め装置。
13. 前記補償部材は、これがかける負荷が、前記少なくとも１つのエネルギー導管によってかけられた負荷の変動と実質的に等しく、かつ反対方向に、変動するように構成され、それによって前記少なくとも１つのエネルギー導管および補償部材によってかけられる前記正味負荷は、相対位置の範囲にわたって実質的に一定である請求項１１または１２に記載の位置決め装置。
14. 前記補償部材は、少なくとも１つの第２のエネルギー導管を備える請求項１１乃至１３のいずれか一項に記載の位置決め装置。
15. 前記位置決め装置は、座標測定機である請求項１１乃至１４のいずれか一項に記載の位置決め装置。

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