JP3204762B2

JP3204762B2 - 座標位置決め装置

Info

Publication number: JP3204762B2
Application number: JP33061192A
Authority: JP
Inventors: ロバーツマクマートリィデイヴィッド
Original assignee: レニショウメタロジィリミテッド
Priority date: 1991-12-11
Filing date: 1992-12-10
Publication date: 2001-09-04
Anticipated expiration: 2016-09-04
Also published as: JPH05248849A; EP0546784A2; EP0546784A3; GB9126269D0

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は座標測定機、工作機械、
デジタル化機械および検査ロボットのような座標位置決
め装置に関する。特に、本発明はこのような装置のため
の温度センサに関する。

【０００２】

【従来の技術】米国特許第５，０１１，２９７号および
独国特許出願番号ＤＥ４０３９３３６は座標測定機のた
めの温度センサを開示している。温度センサは、コンピ
ュータ制御の下、測定機の可動ヘッドによって貯蔵ラッ
クからピックアップされ、寸法が測定されるワークピー
スに接触され得る。センサは接触しているときにワーク
ピースの温度を計測し、その温度値は熱膨張に対しワー
クピースの測定寸法を補償するためにコンピュータ制御
に用いられ得る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、信頼で
きる温度読取りを得るためには、センサがワークピース
の表面にある時間接触しつつとどまることが必要であ
り、この時間中はワークピースの測定を行うことができ
ない。このことは測定機の作業性の著しい低下を引き起
こし、特に、ワークピースの多くの異なる領域に温度差
がある場合に、その領域の温度をチェックすることが要
求されるときに顕著である。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明は、ワークピース
に対し可動でワークピースの寸法測定用のプローブを担
持し得るアームないしはヘッドと、ワークピースから発
される赤外線を受ける赤外線検出器を有する温度センサ
とを備え、これによりワークピースの温度を計測するよ
うにした座標位置決め装置を提供する。

【０００５】温度センサはアームないしはヘッドの内な
いしは上にマウントされるないしはマウント可能であっ
てもよく、あるいは座標位置決め装置のどこかに別にマ
ウントされてもよい。

【０００６】また、本発明は上記のような温度センサを
有するプローブヘッドを提供する。さらに別の形態で
は、本発明は座標位置決め装置上にマウントされるべく
適合され、赤外線検出器を有する温度センサを提供す
る。

【０００７】好ましくは、赤外線検出器はワークピース
の２次元像を受け取るカメラの形態である。ヘッドはワ
ークピースに対しプローブを指向させるよう配置された
関節接合型のものであってもよい。温度センサがこのよ
うな関節接合型のヘッドの内ないしは上にマウントされ
る場合は、ヘッドはワークピースの所望の表面の方向に
センサを向けることができる。温度センサはヘッドに永
久的にマウントされてもよい。替わりに、温度センサは
ヘッドによって交換されるプローブと同様に交換可能な
マウンティングを有してもよく、かつ、不使用時にはプ
ローブ用の貯蔵ラックないしはマガジン内に貯えられて
もよい。

【０００８】

【実施例】本発明の好適な実施例を添附図面を参照しつ
つ説明する。

【０００９】図１はブリッジタイプの座標測定機を示
す。ブリッジ１２はベッドないしはテーブル１０上をＹ
軸方向（紙面に垂直方向）に移動可能である。キャリッ
ジ１４はブリッジ１２に沿ってＸ軸方向に移動可能であ
り、クイルないしはアーム１６はキャリッジ１４内を垂
直のＺ方向に移動可能である。周知の如く、これらの移
動はコンピュータ（不図示）によって制御されたモータ
によって行われる。プローブ２０はクイル１６に担持さ
れたプローブヘッド１８にマウントされ、プローブ２０
およびプローブヘッド１８は、ブリッジ１２，キャリッ
ジ１４およびクイル１６によって３方向Ｘ，ＹおよびＺ
方向のそれぞれに移動され得る。これにより、測定を可
能とするために、プローブ２０のスタイラス２２をベッ
ド１０上に置かれたワークピース２４の種々の表面に接
触させることができる。

【００１０】プローブ２０はタッチトリガープローブな
いしはアナログ（比例）プローブであってもよく、ある
いは他の型式、例えば、光学走査プローブで置換えられ
得る。

【００１１】図１および図２の両者を参照するに、プロ
ーブヘッド１８は、プローブ２０を、例えば図１に２０
Ａで示すように全ての所望の方向に指向させるために、
関節接合型であるのが好ましい。プローブヘッドは、例
えば本出願人のレニショウによって型番ＰＨ９Ａあるい
はＰＨ１０Ｍとして販売され、かつコンピュータで制御
され得るプローブヘッドと同類のモータ駆動プローブで
あってもよい。プローブヘッド１８はクイル１６内に取
付けられる固定部分２６を有している。第１ロータ２８
が固定部分２６内においてベアリング３２上にマウント
されており、モータ３４によって軸線Ａの回りに回動自
在である。第２ロータ３０が第１ロータ２８内において
ベアリング３６上に配置されており、モータ３８によっ
て軸線Ｂの回りに回動自在である。ベアリング３２，３
６およびモータ３４，３８はロータ２８，３０を連続的
に滑らかに回転させることができるし、替わりに本出願
人のＰＨ９ＡおよびＰＨ１０Ｍ型プローブヘッドや米国
特許第４，１６８，５７６号の図４〜図７に記載のもの
のように、ステップ状にロータを割送りさせてもよい。

【００１２】プローブ２０は、米国特許第４，６５１，
４０５号に記載された型式の自動結合ジョイントによっ
てローラ３０に取付けられる。この特許に記述されてい
るように、自動結合ジョイントは機械のベッド１０上に
設けられる貯蔵ラック（不図示）に、自動的にヘッド１
８によりプローブ２０をピックアップおよび戻すことを
許容する。このようにして、プローブ２０は他の異なる
プローブに、あるいは異なる形態を有するプローブに交
換され得る。図２において、ロータ３０から延びている
結合要素ないしはピン４０が示されており、これは米国
特許第４，６５１，４０５号にさらに記述されている。
これは自動結合ジョイントの一部を形成している。

【００１３】本発明の第１の実施例においては、赤外線
温度センサ４２がロータ３０内に設けられている。セン
サ４２は検知要素４６と該検知要素４６に赤外線の焦点
を結ばせるレンズ４４とを有している。使用時には、プ
ローブ２０は取外されて貯蔵ラックに設置され、プロー
ブヘッドが移動され、温度センサ４２がワークピース２
４に向くようにロータが方向付けられる。検知要素４６
はワークピースの温度を入射する赤外線から検出し、コ
ンピュータに温度値を供給する。コンピュータは、この
温度値を（ワークピースが構成されている特異な材質に
対する）補正ファクタをルックアップするために用い
る。

【００１４】補正ファクタは、そのワークピースに対し
装置によってなされた寸法測定を補償するのに用いられ
る。替わりに、コンピュータは、もし温度がある所定の
限界を越えているなら、単にエラー信号を与えるように
してもよい。

【００１５】温度センサ４２は、ワークピース上の一点
（焦点が結ばれているとき）の、あるいはワークピース
表面の領域上の平均読取（焦点が結ばれていないとき）
のただ一つの温度読取値を与える型式のものであっても
よい。

【００１６】しかしながら、好ましくはセンサ４２は熱
画像（ｔｈｅｒｍａｌｉｍａｇｉｎｇ）センサであ
り、検知要素４６は２次元の画素アレイを有している。
使用時には、プローブヘッド１８はワークピース表面の
２次元画像が検知要素４６上に形成されるような位置に
誘導される。そして、この２次元画像から得られたデー
タは分析のためにコンピュータに送られる。これによ
り、ワークピース表面のある部分は他の部分に対し異な
る温度にあることが示されるかもしれない。例えば、コ
ンピュータはワークピースの異なる特徴点のそれぞれの
温度を計測し、これらの特徴点のそれぞれの測定値に対
し適当な異なる補償ファクタを適用するようにプログラ
ムされ得る。

【００１７】上述の温度計測に続き、プローブヘッドは
適当なプローブを貯蔵ラックからピックアップし、ワー
クピースの測定を通常通り行うことができる。

【００１８】ロータ３０内に配置される替わりに、温度
センサ４２は他の位置に配置されてもよい。一つの例
は、図２の４２Ａに破線で示されるように、ロータ２８
の側部に配置することである。センサ４２Ａはレンズ４
４Ａと検知要素４６Ａとを前実施例と同じように有し、
ロータ３０と共に回転するようにシャフト４８で連結さ
れている。このようにすると、大きなセンサを設置する
ことができ、かつ温度計測をする前にプローブ２０を取
外す必要がなくなるという利点を有する。

【００１９】他の可能性は、図３に示すように、温度セ
ンサ４２Ｂに結合要素４０と協働するために必要な結合
要素を、プローブ２０の場合と同様に設けることであ
る。かくて、温度センサ４２Ｂは貯蔵ラックに貯えられ
得、必要なときにプローブ２０と交換されてピックアッ
プされ得る。このような配列は（異なる型式の温度セン
サと共に）上述の米国特許第５，０１１，２９７号に記
述されている。

【００２０】本発明は上述の関節接合型のプローブヘッ
ドに制限されるものではない。温度センサ４２，４２Ａ
または４２Ｂは手動動作用機械の手動割出ヘッドの上あ
るいは内、あるいは固定の非関節接合プローブヘッドに
固設されてもよい。温度センサはクイルないしはアーム
１６に直接的にマウントされてもよい。しかしながら、
このような配列は上述した好ましい配列よりも明らかに
柔軟性が劣る。

【００２１】本発明の第２の実施例では、ヘッド１８に
おけるセンサ４２の替わりに、温度センサ５０が装置の
ベッド１０上、例えばポストないしはスタンド５２上に
マウントされている。ユニバーサル旋回ジョイントがポ
スト５２とセンサ５０との間に設けられ、センサがワー
クピースに向け（手動あるいはコンピュータ制御の下
で）指向できるようになっている。替わりに、あるいは
付加的に、ポスト５２の高さが調整でき、および／また
はベッド上の位置も変更可能であり、上述の指向を許容
している。センサ５０は、センサ４２と同様に、ただ一
つの読取値を与える型式のものであってもよく、あるい
はワークピース表面の２次元画像をもたらすものでもよ
い。温度センサは、装置の全体作動容積の熱画像を与え
るようにマウントされてもよく、コンピュータはワーク
ピースから得られた熱画像のみの部分を用いるようにプ
ログラムされている。

【００２２】図３はまた、較正ブロック（ｃａｌｉｂｒ
ａｔｉｏｎｂｌｏｃｋ）６０をも示しており、これは
座標測定機のテーブル（ベッド）１０の適宜位置に設け
られる。較正ブロック６０は、プローブヘッド１８の内
ないしは上にマウントされた温度センサ４２，４２Ａ，
４２Ｂのどれとも一緒に用いられ得る。プローブヘッド
は、較正ブロック６０が温度センサの視野内に存在する
ように操作される。替わりに、較正ブロック６０は測定
機のベッド１０にマウントされた温度センサ５０と共に
用いられてもよい。このときは、温度センサ５０の視野
内に較正ブロック６０が置かれていることが条件であ
る。

【００２３】較正ブロック６０は所定の基準温度に維持
されている。このために、それは加熱要素６２を包含し
ており、さらに温度を平衡的に維持するためにブロック
の温度を検出し信号をフィードバックする熱電対６４の
ような永久的に固設された温度センサを有していてもよ
い。他の可能性としては、ブロック６０の小さな標的領
域だけの温度を平衡的に制御することである。ブロック
ないしは標的が維持される所定温度は、もし自動調温制
御のために都合がよければ２０℃ないしはそれより高め
の温度でよい。

【００２４】替わりに、加熱要素６２は冷却要素によっ
て置換えられてもよく、ブロックないしは標的６０は０
℃のような低い温度に平衡的に維持される。使用時にお
いては、赤外線温度センサ４２，４２Ａ，４２Ｂおよび
５０がブロックないしは標的の温度読取値を得るために
用いられ、ワークピース２４に対し上記温度センサで得
られた他の読取値に対する基準温度を与える。

【００２５】代替的に、加熱要素６２はブロック６０か
ら取除かれ、温度が外気条件と共に変動することを許容
してもよい。この場合、温度センサ（熱電対）６４が装
置のコンピュータ制御系に接続される。コンピュータ
は、その出力を、ブロック６０に向けられたときのセン
サ４２，５０の出力と比較し、温度測定値を与え、セン
サ４２，５０による他の測定値はこれに対し照合され
る。

【００２６】温度センサ４２，４２Ａ，４２Ｂおよび５
０としては、いかなる型式の赤外線温度センサをも用い
ることができる。英国，Ｃａｓｗｅｌｌの「ＧＥＣＭ
ａｒｃｏｎｉＭａｔｅｒｉａｌｓＴｅｃｈｎｏｌｏ
ｇｙ社」から入手可能なソリッドステート像形成タイプ
は、１９９１年１０月発行の「ＮｅｗＥｌｅｃｔｒｏ
ｎｉｃｓ」，第１９〜２０頁にＡｄｒｉａｎＭａｃｈ
ｅｏｄによる記事中に記載されており、これは検知要素
４６のために、１００×１００のハイブリッド集積回路
の一部を形成する焦電気性セラミック要素（ｐｙｒｏｅ
ｌｅｃｔｒｉｃｃｅｒａｍｉｃｅｌｅｍｅｎｔｓ）の
アレイを用いている。

【００２７】他の可能性のあるセンサには、光導電性セ
ンサおよび光電池性センサが含まれる。赤外線温度セン
サを販売している会社は、英国，ＮｅｗｌａｎｄｓＳ
ｃｉｅｎｃｅＰａｒｋ，ＩｎｇｌｅｍｉｒｅＬａｎ
ｅ，Ｈｕｌｌ，ＨＵ６７ＴＱの「ＬａｓｅｒＭｏｎ
ｉｔｏｒｉｎｇＳｙｓｔｅｍｓＬｉｍｉｔｅｄ
社」、英国，４０ＨｉｇｈＳｔｒｅｅｔ，Ｅａｒｌ
Ｓｈｉｌｔｏｎ，Ｌｅｉｃｅｓｔｅｒｓｈｉｒｅ，Ｌ
Ｅ９７ＤＧの「ＥｖｒｉｓｅｍＴｅｃｈｎｉｃｓ
社」、米国，カリフォニア州９２８０５−２５８９，Ａ
ｍａｈｅｉｍ，７００Ｎ．ＨａｒｂｏｒＢｌｖｄの
「ＴｅｒｒａＵｎｉｇｅｒｓａｌＩｎｃ．社」およ
び英国，Ｐ．Ｏ．Ｂｏｘ３６，ＮｅｗＳｔａｒＲｏ
ａｄ，Ｌｅｉｃｅｓｔｅｒ，ＬＥ４７ＴＱの「Ｒａｎ
ｋＴａｙｌｏｒＨｏｂｓｏｎＬｉｍｉｔｅｄ社」
である。

【００２８】上述の座標測定機から離れて、本発明は他
の型式の座標測定装置や、工作機械、デジタル化機械お
よび検査ロボットの如き他のワークピースの寸法測定が
行われる装置においても用いることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示す座標測定装置の模式的立
面図である。

【図２】図１の矢印ＩＩの方向からみた、上記装置に用
いられるプローブヘッドの立面図である。

【図３】上記装置に用いられるさらなるプローブヘッド
配列を示す図である。

【符号の説明】

１０ベッド１２ブリッジ１４キャリッジ１６クイル１８プローブヘッド２０プローブ２４ワークピース４２，４２Ａ，４２Ｂ，５０赤外線温度センサ６０較正ブロック６２加熱要素６４熱電対

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】ワークピース（２４）に対し可動でワー
クピースの寸法測定用のプローブ（２０）を担持し得る
アームないしはヘッド（１６，１８）と、ワークピース
から発される赤外線を受ける赤外線検出器（４２，４２
Ａ，４２Ｂ，５０）を有する温度センサとを備えたこと
を特徴とする座標位置決め装置。
【請求項２】前記温度センサ（４２，４２Ａ，４２
Ｂ）は、アームないしはヘッド（１６，１８）内ないし
は上にマウントされるないしはマウント可能であること
を特徴とする請求項１に記載の座標位置決め装置。
【請求項３】前記温度センサ（４２Ｂ）は前記プロー
ブ（２０）と交換可能であることを特徴とする請求項２
に記載の座標位置決め装置。
【請求項４】前記温度センサ（４２，４２Ａ，４２
Ｂ）は、該温度センサをワークピース（２４）の所望の
表面方向に向けることができる関節接合型ヘッド（１
８）の内ないしは上にマウントされるないしはマウント
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
座標位置決め装置。
【請求項５】前記温度センサ（５０）は、アームない
しはヘッド（１６，１８）とは別に装置上にマウントさ
れていることを特徴とする請求項１に記載の座標位置決
め装置。
【請求項６】前記赤外線検出器（４２，４２Ａ，４２
Ｂ，５０）は、ワークピースの２次元像を受け取る熱画
像センサであることを特徴とする請求項１ないし５のい
ずれかに記載の座標位置決め装置。
【請求項７】前記装置は、さらに、前記温度センサ
（４２，４２Ａ，４２Ｂ，５０）が基準の温度読取値を
得ることができる較正ブロックないしは標的（６０）を
含んでいることを特徴とする請求項１ないし６のいずれ
かに記載の座標位置決め装置。
【請求項８】前記較正ブロックないしは標的（６０）
の温度は、熱平衡的に制御可能であることを特徴とする
請求項７に記載の座標位置決め装置。
【請求項９】前記装置は、前記較正ブロックないしは
標的（６０）の温度を計測するさらなる温度センサ（６
４）を含むことを特徴とする請求項７に記載の座標位置
決め装置。
【請求項１０】ワークピース（２４）の寸法測定用の
プローブとワークピースの温度を計測するためにプロー
ブヘッドの内ないしは上にマウントないしはカウント可
能な温度センサとを担持するよう適合された座標位置決
め装置のプローブヘッド（１８）において、前記温度セ
ンサはワークピースから発される赤外線を受ける赤外線
検出器（４２，４２Ａ，４２Ｂ，５０）を備えることを
特徴とする座標位置決め装置のプローブヘッド。