JP7062677B2

JP7062677B2 - 機械部品の寸法および／または幾何学的検査のための二方向測定ヘッド

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Publication number: JP7062677B2
Application number: JP2019545308A
Authority: JP
Inventors: サムエレ、マルテッリ
Original assignee: Marposs SpA
Current assignee: Marposs SpA
Priority date: 2017-02-24
Filing date: 2018-02-21
Publication date: 2022-05-06
Anticipated expiration: 2038-02-21
Also published as: US11105603B2; EP3586079B1; CA3049294A1; EP3586079A1; TW201835525A; KR20190121349A; WO2018153921A1; JP2020508450A; TWI782954B; US20190383593A1; KR102395649B1

Description

本発明は、機械部品の寸法および／または幾何学的検査のための二方向測定ヘッドに関する。

機械部品の寸法および／または幾何学的検査を行うための二方向（すなわち、自由度２の）測定ステーションは、固定位置で機械部品を受け止めるように構成された座部と、フィーラを有する測定ヘッドであって、フィーラが、互いに垂直な２つの測定方向に沿って移動可能に取り付けられ（すなわち、プローブが、自由度２で、平面上を自由に動くことができる）、機械部品の表面に対して弾性的に押し付けられ、それぞれの測定方向に沿ったフィーラの位置を検出する２つの位置センサに結合される、測定ヘッドと、を備える。

既知の自由度２の測定ヘッドは、固定フレームに取り付けられ、自由度が１のみであり（すなわち、第１の機構を中間の平衡位置に保つ働きをする弾性要素を変形することによって第１の測定方向に沿った直線変位を可能にする）、第１の位置センサを設けられた、第１の機構と、第１の機構（特に第１の機構の可動部分）に取り付けられ、自由度が１のみであり（すなわち、第２の機構を中間の平衡位置に保つ働きをする弾性要素を変形することによって第１の測定方向に垂直な第２の測定方向に沿った直線変位を可能にする）、第２の位置センサを設けられた、第２の機構と、を備える。プローブは、（第１の機構の自由度による）第１の測定方向および（第２の機構の自由度による）第２の測定方向の両方に沿って移動することができるように、第２の機構の可動部分と一体である。

一般に、各機構は、変形可能な機構であり（すなわち、各機構は、それ自体の形状を変形させて直線変位を生じさせる）、多関節型平行四辺形から構成される（すなわち、両端が２つずつヒンジ止めされている４本のロッドであって、対向する２本のロッドの長さが同じである、４本のロッドから構成される）。

位置センサは、２つの異なる方法で使用され、すなわち、機械部品の寸法および／または幾何学的検査の際には、位置センサは、必要な測定を行うために使用され、二方向測定ヘッドの移動の際には（すなわち、二方向測定ヘッドが前の作業位置から次の作業位置まで変位する際には）、位置センサは、予期しない衝突や望ましくない衝突を検出するために使用される。換言すれば、二方向測定ヘッドの移動中、プローブは、いかなる種類の障害物にも接触するべきではない（すなわち、移動経路は、すべての予期される障害物や予測可能な障害物を回避するように設定される）。その結果、二方向測定ヘッドの位置センサが、移動中に、フィーラの（予期しない）変位を検出した場合、そのような（予期されない）フィーラの変位は、予期しない障害物に対する衝突に起因すると考えられ、二方向測定ヘッドを変位させることが直ちに中断され、人間のオペレータの介入を要求する衝突警報が生成される。

二方向測定ヘッドの移動の際には、二方向測定ヘッドが受ける加速度（正または負）は、大きすぎてはならず、それは、加速度が大きすぎると、衝突として解釈されることになる（従って、誤った衝突警報を生成させることになる）、フィーラの慣性による変位（つまり、慣性力のみに起因する変位）が大きくなる可能性があるためである。

上述の既知の測定ヘッドの欠点は、慣性の観点から対称的ではないことであり、つまり、２つの機構が直列に配置されている（つまり、第１の機構を動かすためには第２の機構全体も動かす必要がある）ために、測定方向の一方に沿って測定ヘッドを変位させる際には、その測定方向に沿って変位される質量が、他方の測定方向に沿って変位される質量の約２倍となる。結果として、ある測定方向に沿った変位は、他の測定方向の変位とは異なる動的挙動を有する。２つの測定方向における動的挙動のこの違い（不均一性）は、機械部品の寸法および／または幾何学的検査の際と移動の際との両方で動作を複雑にし、それは、２つの測定方向で異なる測定ヘッドの動きの制御を行う必要があるためである。

さらに、ある測定方向では、フィーラの慣性は大きく（すなわち、第２の機構全体を「搬送」しなければならないので第１の機構の慣性が大きい）、従って、移動の際には、この測定方向に沿った最大許容加速度は、中程度である。結果として、移動は、検査プロセスの全体的な効率を犠牲にして、比較的遅くなる（従って、二方向測定ヘッドが測定を行わない休止時間が長くなる）。

本発明の目的は、機械部品の寸法および／または幾何学的検査を行うための二方向測定ヘッドであって、測定ヘッドが、慣性の観点からは均質であり、つまり、異なる測定方向において同一の挙動を有すると同時に、実施が容易かつ安価である、二方向測定ヘッドを提供することである。

本発明のさらなる目的は、高い加速度を受けることができると同時に、実施が容易かつ安価である、適切にバランス調整された測定ヘッドを提供することである。

本発明は、添付の特許請求の範囲によって請求されるように、機械部品の寸法および／または幾何学的検査を行うための二方向測定ヘッドを提供する。

ここで、非限定的な例として与えられている添付の図面を参照して、本発明を説明する。
本発明による、機械部品の寸法および／または幾何学的検査のための二方向測定ヘッドの斜視図である。カバーおよびフィーラを取り除いた、図１の測定ヘッドの斜視図である。図１の測定ヘッドの変形可能な機構の上面斜視図である。図１の測定ヘッドの変形可能な機構の底面斜視図である。図３の変形可能な機構の上面図である。図４の変形可能な機構の底面図である。図３および図４の変形可能な機構の横材の平面図である。２つの対向する端部位置にある、図３および図４の変形可能な機構のカウンタウェイトおよび予荷重システムの平面図である。２つの対向する端部位置にある、図３および図４の変形可能な機構のカウンタウェイトおよび予荷重システムの平面図である。カウンタウェイト質量を取り除いた、図８および図９のカウンタウェイトおよび予荷重システムの斜視分解図である。

図１では、参照番号１は、全体として、機械部品（図示せず）の寸法および／または幾何学的検査を行うための測定ヘッドを示す。

測定ヘッド１は、典型的には、機械部品の寸法および／または幾何学的検査を行うための測定ステーション（図示せず）の一部である。測定ステーションは、機械部品を固定位置で受け止めるための座部（図示せず）を備える。さらに、測定ステーションが測定ヘッド１を備え、測定ヘッド１がフィーラ２を設けられ、フィーラ２が、互いに垂直な２つの測定方向Ｄ１およびＤ２に沿って移動可能に取り付けられ（すなわち、フィーラ２が、平面内で自由に動き、自由度２である）、機械部品の表面に対して弾性的に押し付けられ、対応する測定方向Ｄ１およびＤ２に沿ったフィーラ２の位置を検出する（図５および図６に示す）２つの位置センサ３ａおよび３ｂに結合されている。

図１によれば、測定ヘッド１は、金属材料（通常は鋼）で作られ、ロッド６が通過する貫通開口部５を有する、平行六面体のケーシング４を備える。ロッド６の一端は外部にあり（すなわち、ケーシング４の外部に配置され）、座部７（図２によりよく示されている）を支持し、座部７に、フィーラ２が接続される（ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ）、例えば接続される（ｈｏｏｋｅｄ）。図２に示すように、フィーラ２は、位置決め「三脚」を有する安全継手、限定するものではないが、例えば、座部７の締結面から部分的に突出する３つのボール対８と、フィーラ２の基部と一体であり、ボール対８の間に収容される、対応する３つのシリンダ（図示せず）と、によって座部７に締結される。さらに、座部７には、フィーラ２の基部を座部７に磁気的に結合する２つの磁石９が設けられている。フィーラ２は、図２に示すものとは異なる仕方でロッド６の端部に接続され得る。

図１に示すように、ケーシング４は、それぞれのねじによってケーシング４に固定され、ケーシング４の内部にアクセスするために取り外すことができる、２つのカバー１０および１１を備える（図２は、カバー１１なしのケーシング４を示している）。図２に示すように、測定ヘッド１は、ケーシング４の内側に配置され、ねじ（図示せず）によってケーシング４と一体にされている（または剛体的に拘束されている）固定フレーム１２を備える。さらに、測定ヘッド１は、ケーシング４の内側に配置され、固定フレーム１２によって支持され、かつ互いに垂直な２つの測定方向Ｄ１およびＤ２（図１に示す）に沿ってフィーラ２を移動させることができるようにフィーラ２を支持する（すなわち、フィーラ２が固定されるロッド６を支持する）、キネマティックモーションアセンブリ１３を備える。図示の実施形態では、キネマティックモーションアセンブリ１３は変形可能な機構である。

図３～図６に示すように、変形可能な機構１３は、平行四辺形（例えば、図に示すように正方形の形状）の頂点に配置された、４つの支柱１４～１７を備える。各支柱１４～１７は、２つの測定方向Ｄ１およびＤ２に対して垂直に延び、少なくとも１つの外面を有する。好ましい実施形態では、各支柱１４～１７は、おおまかに４つの表面、すなわち実質的に平坦な表面を有する。より具体的には、２つの内面（すなわち、４つの支柱１４～１７によって区切られる正方形の内側に面する２つの内面）および２つの外面（すなわち、４つの支柱１４～１７によって区切られる正方形の外側に面する２つの外面）であって、これらは、２つずつ、互いに平行であり、かつ対向している（換言すれば、各支柱１４～１７は、互いに垂直である２つの外面と、互いに垂直である２つの内面とを有し、各内面は、対応する外面に平行である）。支柱１４は、固定フレーム１２に剛体的に接続されており（すなわち、固定フレーム１２と一体である）、従って、フィーラ２が移動する場合に固定フレーム１２に対して変位しない。支柱１５は、支柱１４とは反対側にあり（すなわち、支柱１４に対して、４つの支柱１４～１７によって区切られた正方形の対頂点に配置され）、フィーラ２を支持し（すなわち、フィーラ２が剛体的に取り付けられているロッド６を支持し）、（自身が剛体的に接続されているフィーラ２と共に）両方の測定方向Ｄ１およびＤ２に沿って並進するように構成される。支柱１６は、支柱１４と支柱１５との間に配置され、支柱１５（すなわち、支柱１５に支持されたフィーラ２）が測定方向Ｄ１に沿って移動する場合にのみ並進する。特に、支柱１６の変位は、ほぼ専ら測定方向Ｄ１に沿って、または実質的に測定方向Ｄ１のみに沿って生じる。実際、支柱１６の変位の主成分は、測定方向Ｄ１の変位の成分であり、一方、測定方向Ｄ２の変位の成分は、無視できるものであり、場合によっては補償することができる。換言すれば、フィーラ２が測定方向Ｄ１に沿って移動すると、支柱１６は、測定方向Ｄ１に沿った対応する実質的な変位と、測定方向Ｄ２に沿った無視できる程度の変位と、を行う。支柱１７は、支柱１４と１５との間で、支柱１６の反対側に配置され、支柱１５（すなわち支柱１５によって支持されたフィーラ２）が測定方向Ｄ２に沿って移動する場合にのみ並進する。特に、支柱１７の変位は、ほぼ専ら測定方向Ｄ２に沿って、または実質的に測定方向Ｄ２のみに沿って生じる。実際、支柱１７の変位の主成分は、測定方向Ｄ２に沿った変位の成分であり、一方、測定方向Ｄ１の変位の成分は、無視できるものであり、場合によっては補償することができる。換言すれば、フィーラ２が測定方向Ｄ２に沿って移動すると、支柱１７は、測定方向Ｄ２に沿った対応する実質的な変位と、測定方向Ｄ１に沿った無視できる変位と、を行う。

２つの位置センサ３ａおよび３ｂ（図５および図６に部分的に見ることができる）は、対応する測定方向Ｄ１またはＤ２に沿ってフィーラ２の各位置を検出するために、変形可能な機構１３に取り付けられている。特に、位置センサ３ａは、固定フレーム１２に剛体的に接続された固定部分と、測定方向Ｄ１に沿った支柱１６の変位を検出するために支柱１６に剛体的に接続された可動部分と、を備える。同様に、位置センサ３ｂは、固定フレーム１２に剛体的に接続された固定部分と、測定方向Ｄ２に沿った支柱１７の変位を検出するために支柱１７に剛体的に接続された可動部分と、を備える。好ましい（しかし限定するものではない）実施形態によれば、位置センサ３ａおよび３ｂは、トランスデューサ、例えばＬＶＤＴ（「線形可変変位トランスデューサ」）を含み、そのそれぞれが、固定フレーム１２に固定された巻線と、巻線内に収容され、支柱１６または支柱１７に固定されたステムと一体である可動コアと、を備える。

ここでは図示されていない代替的かつ完全に等価な実施形態によれば、２つの一方向位置センサ３ａおよび３ｂは、支柱１５に機械的に直接結合される単一の二方向位置センサによって置き換えられ、つまり、これは、位置センサ３ｂは、固定フレーム１２に剛体的に拘束された固定部分と、測定方向Ｄ１およびＤ２の両方に沿った支柱１５の変位を検出するために支柱１５に剛体的に接続された可動部分と、を備える。

代替として、上述のトランスデューサは、異なるタイプ、例えば光学タイプのトランスデューサとすることができる。

変形可能な機構１３は、それらの変位を案内することによって支柱１４～１７を互いに連結する、変形可能な連結要素１８～２５を備える。

より詳細には、本明細書で説明および図示された変形可能な機構１３は、４つの弾性的に変形可能な外側横材１８～２１であって、外側横材１８～２１のそれぞれが、測定方向Ｄ１またはＤ２に平行に延び、２つの対応する支柱１４～１７の外面に（支柱１４～１７のねじ孔に螺合したそれぞれのねじによって）剛体的に拘束され、２つの対応する支柱１４～１７を互いに接続する、外側横材１８～２１を備える。特に、外側横材１８は、支柱１４と１６とを互いに接続し、測定方向Ｄ２に平行に延び、外側横材１９は、支柱１４と１７とを互いに接続し、測定方向Ｄ１に平行に延び、外側横材２０は、支柱１５と１６とを互いに接続し、測定方向Ｄ１に平行に延び（従って、外側横材１９に平行であり、かつ対向している）、外側横材２１は、支柱１７と１５とを互いに接続し、測定方向Ｄ２に平行に延びる（従って、外側横材１８に平行であり、かつ対向している）。外側横材１８～２１は、２つずつ互いに平行であり、かつ対向している。加えて、測定方向Ｄ１およびＤ２に対して垂直に測定された、４つすべての外側横材１８～２１の高さは、必須ではないとしても、支柱１４～１７の高さと実質的に同じであり得る。添付の図面に示す好ましい（しかし限定するものではない）実施形態によれば、各外側横材１８～２１は、とりわけ、外側横材１８～２１を軽くし、かつ内部構成要素のいくつかに達するのに役立つ貫通孔を有する。

変形可能な機構１３は、４つの弾性的に変形可能な内側横材２２～２５であって、内側横材２２～２５のそれぞれが、測定方向Ｄ１またはＤ２に平行に延び、２つの対応する支柱１４～１７の内面に（支柱１４～１７のねじ孔に螺合したそれぞれのねじによって）剛体的に拘束され、２つの対応する支柱１４～１７を互いに連結する、内側横材２２～２５を備える。特に、内側横材２２は、支柱１４と１７とを互いに連結し、測定方向Ｄ１に平行に延び、内側横材２３は、支柱１５と１６とを互いに連結し、測定方向Ｄ１に平行に延び（従って、内側横材２２に平行であり、かつ対向している）、内側横材２４は、支柱１４と１６とを互いに連結し、測定方向Ｄ２に平行に延び、内側横材２５は、支柱１７と１５とを互いに接続し、測定方向Ｄ２に平行に延びる（従って、内側横材２４に平行であり、かつ対向している）。内側横材２２～２５は、２つずつ平行であり、かつ対向している。加えて、測定方向Ｄ１およびＤ２に対して垂直に測定された、４つすべての内側横材２２～２５の高さは、異なっていてもよく、例えば、支柱１４～１７の高さよりはるかに低くてもよい（この設計上の選択は、変形可能な機構１３の内側の寸法全体を制限することのみを目的とする）。

上述のように、４つの支柱１４～１７は、正方形の頂点に配置されており、その結果、４つの外側横材１８～２１はすべて、測定方向Ｄ１およびＤ２のうちの一方に平行に取られた長さを同じくする。同様に、４つの内側横材２２～２５はすべて、測定方向Ｄ１およびＤ２のうちの一方に平行に取られた長さを同じくする。換言すれば、４つのすべての外側横材１８～２１は同じ寸法を有し（そして互いに交換可能であるように互いに同一である）、そして４つのすべての内側横材２２～２５は同じサイズを有する（そして互いに交換可能であるように互いに同一である）。

図示されていない、異なるが実質的には等価である実施形態によれば、４つの支柱１４～１７は、２つの測定方向Ｄ１およびＤ２のうちの一方に沿った寸法が大きい（正方形ではなく）長方形の頂点に配置される。

図７によりよく示されているように、（外側または内側のいずれかの）各横材１８～２５は、２つの対応する支柱１４～１７の間に配置された中央部分２６と、２つの側方部分２７とを有し、２つの側方部分２７は、中央部分２６の両側に配置され、対応する支柱１４～１７に拘束され、中央部分２６よりも薄い厚さを有する。添付の図面に示す好ましい（しかし限定するものではない）実施形態によれば、各横材１８～２５は、横材１８～２５の一方の端部から他方の端部まで延び、側方部分２７と中央部分２６の一部とを画定する、主要素２８と、中央に配置され、中央部分２６の別の部分を画定し、主要素２８に剛体的に拘束される（例えば、溶接される）、補強要素２９と、を備える。添付の図面に示す（限定するものではない）実施形態によれば、補強要素２９は、主要素２８と同じ厚さを有し、従って、中央部分２６の厚さは、側方部分２７の厚さの２倍である。

対応する支柱１４～１７に拘束される点の近く（すなわち、側方部分２７のうちの１つ）において、各横材１８～２５は、横材１８～２５自体の可撓性を局所的に高めるように弱化領域３０、すなわち薄肉領域を有する。弱化領域３０は、横材１８～２５の断面積を局所的に減少させ、かつ横材１８～２５が剛体的に拘束されている各支柱付近における横材１８～２５の可撓性を高める、凹部から構成される（例えば、弱化領域３０では、横材１８～２５の厚さは、側方部分２７の残りの部分の厚さの２０％～３５％に含まれる）。添付の図面に示される好ましい（しかし限定するものではない）実施形態によれば、各弱化領域３０は、完全に側方部分２７に配置され、側方部分２７と中央部分２６との間の境界ゾーンで始まる。さらに、各弱化領域３０は、中央部分２６と貫通孔３１との間の側方部分２７内に完全に配置され、そこに、横材を対応する支柱１４～１７に締結するための締結ねじが挿入される。

上述したことから、各横材１８～２５は、支柱１４～１７付近（すなわち、弱化領域３０）に集中した弾性的な可撓性を有することは明らかである。この弾性的な柔軟性のおかげで、変形可能な機構１３は、両方の測定方向Ｄ１およびＤ２に弾性的に変形することができ、これにより、（支柱１５に剛体的に拘束された）フィーラ２が両方の測定方向Ｄ１およびＤ２に動くことができる。

好ましい実施形態によれば、変形可能な機構１３は、２つのバランス調整要素６０を備え、２つのバランス調整要素６０のそれぞれが、測定方向Ｄ１およびＤ２に対して垂直な回転軸３３を中心に回転するように、適切なヒンジ機構によって固定フレーム１２に対して中央でヒンジ結合される。２つのバランス調整要素６０は、互いに垂直に配置され、より具体的には、それらは互いに垂直な方向に沿って延び、２つの回転軸３３は、互いに平行である。説明および図示された実施形態では、２つの回転軸３３は一致していない、すなわちそれらは互いにゼロとは異なる一定の距離で配置されている。さらに、２つのバランス調整要素６０は、互いに重なり合いかつ互いに離間するように、測定方向Ｄ１およびＤ２に対して垂直に取られた高さを異にして配置されている。特に、固定フレーム１２は、支持プレート３４を備え、支持プレート３４は、支柱１４と一体であり、両方の測定方向Ｄ１およびＤ２に平行に配置され、２つのバランス調整要素６０のヒンジ機構を支持し、２つのバランス調整要素６０の間に配置される。図示の実施形態では、内側横材２２～２５は、２つの測定方向Ｄ１またはＤ２のうちの一方に両方とも平行な２つの内側横材が、支持プレート３４の一方の側に配置され、かつ２つの測定方向Ｄ１またはＤ２のうちの他方に両方とも平行な他の２つの内側横材が、支持プレート３４の反対側にあるように配置される。特に、図３および図４を参照すると、支柱１４と１７および１５と１６をそれぞれ接続し、測定方向Ｄ１に平行である内側横材２２および２３は、支持プレート３４の一方の側（図３に示す向きによれば、上記プレートの上方）に配置され、支柱１４と１６および１５と１７をそれぞれ連結し、測定方向Ｄ２に平行である他の２つの内側横材２４および２５は、支持プレート３４の反対側（図４に示す向きによれば、プレートの上方）に配置される。各バランス調整要素６０は、支柱１６または支柱１７に機械的に拘束されている第１の端部を有する（すなわち、バランス調整要素６０は、支柱１６に機械的に拘束され、他のバランス調整要素６０は、支柱１７に機械的に拘束されている）。添付の図面に示す好ましい（しかし限定するものではない）実施形態によれば、各バランス調整要素６０の第１の端部は、一方の側でバランス調整要素６０の第１の端部にヒンジ結合され、他方の側で対応する支柱１６または１７にヒンジ結合される接続ロッド３５によって、対応する支柱１６または１７に機械的に拘束される。代替的な実施形態によれば、各バランス調整要素６０は、一端がそれぞれのバランス調整要素６０の端部に接続され、他端がそれぞれの支柱１６または１７と一体の剛体支持要素に固定されている（例えばねじ止めされている）弾性的な金属薄板によって対応する支柱１６または１７に拘束され得る。これにより、接続ロッドを用いてなされる接続に不可避的に存在する隙間を排除することができる。

各バランス調整要素６０は、それが拘束されている支柱１６または１７がそれぞれの測定方向Ｄ１またはＤ２に沿って移動すると、その回転軸３３を中心に回転する。本明細書で説明および図示されている実施形態に関連して、図３に示されているバランス調整要素６０は、それが拘束されている支柱１７が変位する場合に回転軸３３を中心に回転する。上述のように、支柱１７はほぼ専ら測定方向Ｄ２に沿って変位するので、図３に示されているバランス調整要素６０は、フィーラ２が測定方向Ｄ２に沿って移動すると回転する。一方、図４に示されているバランス調整要素６０は、それが拘束されている支柱１６が変位する場合にのみ回転する。支柱１６はほぼ専ら測定方向Ｄ１に沿って変位するので、図４に示されているバランス調整要素６０は、フィーラ２が測定方向Ｄ１に沿って移動すると回転する。バランス調整要素６０の同時回転は、フィーラ２の変位が測定方向Ｄ１の成分と測定方向Ｄ２の成分との両方を含む場合に生じる。

各バランス調整要素６０は、アーム３２と、（対応する支柱１６または１７に機械的に拘束される）バランス調整要素６０の第１の端部とは反対側の第２の端部においてアーム３２に剛体的に結合されている、較正された質量を有する慣性補償カウンタウェイト３６と、を備える。カウンタウェイト３６は、カウンタウェイト３６の位置を、フィーラ２およびフィーラ２が固定されているロッド６の関数として、より具体的には、それらの総重量の関数として調整することを可能にする、調整可能な機械的接続によって、アーム３２に固定される。カウンタウェイト３６はまた、スペース上の理由から一定の範囲内で、ロッドおよびフィーラの重量に応じて異なる質量および寸法を有するカウンタウェイトと交換することもできる。

支柱１６または１７が対応する測定方向Ｄ１またはＤ２に沿って移動すると、（接続ロッド３５によって支柱１６または１７に拘束されている）関係するバランス調整要素６０は、回転軸３３を中心に回転する。

カウンタウェイト３６の存在により、測定方向Ｄ１およびＤ２の両方において、（変形可能な機構１３、フィーラ２、およびフィーラが接続されるロッド６を備える）システム全体のバランス調整が確保される。システムのバランス調整は、各バランス調整要素６０が回転する回転軸３３に関して、システムに加えられる力のモーメントが同じであるという事実のおかげで得られる。換言すれば、フィーラ２、ロッド６、および支柱１６または１７に接続された変形可能な機構１３の部分によって全体として及ぼされる力と、支柱１６または１７に拘束されたバランス調整要素６０の第１の端部と回転軸３３との間の距離と、の積は、カウンタウェイト３６によって加えられる力と、回転軸３３とカウンタウェイト３６の重心との間の距離と、の積に等しい。システムのバランス調整は、測定ヘッド１が並進加速度を受けるときはいつでも有効になる。例えば、各バランス調整要素６０のカウンタウェイト３６は、測定ヘッド１が垂直に取り付けられているとき、すなわち測定方向Ｄ１およびＤ２を含む平面が地面に対して垂直である場合にその機能を果たす。この場合、カウンタウェイト３６の機能は、測定ヘッド１が作業位置にあるときと静止位置にあるときの両方で重力と釣り合いを取って、システムのバランスを保つことである。カウンタウェイト３６はまた、測定ヘッド１の位置に関係なく、移動中にその機能を果たし、高い加速度が加えられてもシステムのバランスを確保する。

本明細書で説明および図示された好ましい実施形態によれば、カウンタウェイト３６は、図に示された特定の形状を有し、質量は、変形可能な機構１３によって課される寸法に応じて（カウンタウェイト３６は、回転中に横材２２～２５に衝突してはならない）、できるだけ小さな体積を得るように分散され、また回転軸３３からできるだけ離れて重心を維持する必要がある。

（簡単にするために、固定フレーム１２の支持プレート３４にヒンジ結合された単一のバランス調整要素６０を表す）図８および図９によれば、各バランス調整要素６０は、バランス調整要素６０を中間の平衡位置に保つ働きをする２つの対向する弾性要素３７および３８に機械的に接続される。好ましい実施形態によれば、各弾性要素３７または３８は、ねじ３９または４０の軸部を部分的に収容する、つる巻きばねを含む。各ねじ３９または４０は、当接部として作用する頭部を有し、頭部に対して弾性要素３７または３８が圧縮される。換言すれば、各弾性要素３７または３８の一端は、弾性要素３７または３８が対応するねじ３９または４０の頭部に対して圧縮され得るように、対応するねじ３９または４０の頭部に対してもたれかかる。

図１０により明確に示されているように、各バランス調整要素６０は、対応するバランス調整要素６０の回転軸３３を中心に回転するように、固定フレーム１２、より具体的には支持プレート３４にヒンジ結合される一方向予荷重レバー４１に結合される（すなわち、バランス調整要素６０と一方向予荷重レバー４１とは同じ回転軸３３を中心に回転するように構成される）。各一方向予荷重レバー４１は、第１の向きで、バランス調整要素６０に対して回転するように構成され、第１の向きとは反対の第２の向きで、バランス調整要素６０に対して回転するのを防止される（後述のように）。加えて、各一方向予荷重レバー４１は、第２の向きで、固定フレーム１２に対して（すなわち、固定フレーム１２の支持プレート３４に対して）回転するようになっており、第２の向きとは反対の第１の向きで、固定フレーム１２に対して（すなわち、固定フレーム１２の支持プレート３４に対して）回転することが防止されている（後述のように）。より具体的には、第２の向きで、一方向予荷重レバー４１は、バランス調整要素６０と共に固定フレーム１２に対して回転する。

ねじ４０の頭部と一方向予荷重レバー４１との間で圧縮された弾性要素３８を支持するねじ４０は、固定フレーム１２に収容されたねじ孔４３に螺合し、ねじ頭部３９とバランス調整要素６０との間で圧縮される弾性要素３７を支持するねじ３９は、一方向予荷重レバー４１に設けられたねじ孔４２に螺合する。

ねじ３９は、バランス調整要素６０、より具体的にはバランス調整要素６０のアーム３２の貫通孔４４を横切り、バランス調整要素６０には接触しない。同様に、ねじ４０は、一方向予荷重レバー４１の貫通孔４５を横切り、一方向予荷重レバー４１には接触しない。添付の図面に示される好ましい実施形態によれば、各一方向予荷重レバー４１は、対応するバランス調整要素６０の下、すなわちバランス調整要素６０と固定支持体１２の支持プレート３４との間に配置され、回転軸３３に平行に延びる２つの第１の突出部４６および４７、すなわち可動突出部を備え、突出部は、一方向予荷重レバー４１から突出し、Ｕ字形であり、上にあるバランス調整要素６０、より詳細にはバランス調整要素６０のアーム３２に設けられた２つの対応する座部４８および４９と係合する。可動突出部４７には、ねじ３９が螺合するねじ孔４２が設けられている。固定フレーム１２（特に固定フレーム１２の支持プレート３４）は、各一方向予荷重レバー４１の下に配置され、回転軸３３に平行に延びる２つの第２の突出部５０および５１、すなわち固定突出部を有し、突出部は、固定フレーム１２から突出し、Ｌ字形であり、上にある一方向予荷重レバー４１に設けられた２つの対応する座部５２および５３と係合し、固定突出部５１には、ねじ４０が螺合するねじ孔４３が設けられている。

各バランス調整要素６０の対応する座部４８および４９に係合する各一方向予荷重レバー４１の２つの可動突出部４６および４７の存在により、バランス調整要素６０は、両方の座部４８および４９が対応する可動突出部４６および４７から離れるように移動する（図８に示すように、バランス調整要素６０と一方向予荷重レバー４１との間に相対回転が生じる）第１の向きで、回転軸３３を中心にして一方向予荷重レバー４１に対して回転することができる。バランス調整要素６０はまた、一方向予荷重レバー４１を回転運動中に「引っ張る」ことによって、一方向予荷重レバー４１の可動突出部４６および４７の両方が、バランス調整要素６０の対応する座部４８および４９の壁と係合する（図９に示すように、バランス調整要素６０と一方向予荷重レバーとが一緒に回転する６０）（第１の向きとは反対の）第２の向きで、一方向予荷重レバー４１と一体的に回転軸３３を中心に回転することができる。

各一方向予荷重レバー４１の対応する座部５２および５３と係合する２つの固定突出部５０および５１が存在することにより、一方向予荷重レバー４１は、両方の座部５２および５３が対応する固定突出部５０および５１に対して「衝突」する第１の向きで、回転軸３３を中心に、固定フレーム１２に対して回転するのが防止される。一方向予荷重レバー４１は、両方の座部５２および５３が対応する固定突出部５０および５１から離れるように移動する第２の向きで、回転軸３３を中心に、固定フレーム１２に対して回転することができる。

一対のピン５４が設けられ、各ピンは、それぞれのバランス調整要素６０、より具体的にはそのようなバランス調整要素３２のアーム３２、およびそれぞれの一方向予荷重レバー４１に設けられた対応する貫通孔に入って、バランス調整要素６０および一方向予荷重レバー４１を、回転軸３３を中心に回転可能にする。６０Ａ第２のピン５５は、各接続ロッド３５の貫通孔を通過し、対応するバランス調整要素６０の一端に設けられたキャビティ５６に入って、接続ロッド３５とバランス調整要素６０との間に回転結合を提供する。

図８に示すように、接続ロッド３５が第１の方向（図８の上方向）に移動すると、バランス調整要素６０は、回転軸３３を中心に第１の方向（図８の反時計回り）に回転して、接続ロッド３５を付随的に移動させ、その際、一方向予荷重レバー４１は、固定突出部５０および５１によって課される機械的制約によって停止されるので（図８では部分的にしか見えない）、一方向予荷重レバー４１は動かない（または回転軸３３を中心に回転しない）。この状況では、弾性要素３８は（固定フレーム１２と一体のねじ４０の頭部と、移動しない一方向予荷重レバー４１と、の間にあるため）、いかなる応力による影響も受けず、その際、弾性要素３７は（移動しない一方向予荷重レバー４１と一体のねじ３９の頭部と、こちらは移動するバランス調整要素６０と、の間に配置されるため）、圧縮される。

図９に示すように、接続ロッド３５が第２の向き、例えば上述した向きとは反対の向き（図９の下向き）に動くと、バランス調整要素６０は、第２の向き（図８の時計回り）に回転軸３３を中心に回転して、接続ロッド３５を付随的に回転させ、一方向予荷重レバー４１もまた、バランス調整要素６０と共に回転軸３３を中心に回転する。結果として、バランス調整要素６０および一方向予荷重レバー４１は、固定フレーム１２に対して第２の向き（図９では時計回り）に一緒に回転する。この状況では、弾性要素３８は（固定フレーム１２と一体のねじ４０の頭部と、移動する一方向予荷重レバー４１と、の間に配置されるため）、圧縮され、その際、弾性要素３７は（同じ運動の法則で移動する、一方向予荷重レバー４１と一体のねじ３９の頭部と、バランス調整要素６０と、の間にあるため）、いかなる応力による影響も受けない。

図示されていない可能な実施形態によれば、第１の当接要素は、測定方向Ｄ１に沿ったエンドストップを構成し、測定方向Ｄ１自体に沿った支柱１６のストロークを制限する（特に第１の当接要素は、両方の方向の支柱１６のストロークを制限するように形作られる、すなわち、それは右エンドストップと左エンドストップとの両方を構成する）。同様に、第２の当接要素は、測定方向Ｄ２に沿ったエンドストップを構成し、測定方向Ｄ２自体に沿った支柱１７のストロークを制限する（特に第２の当接要素は、両方の方向の支柱１７のストロークを制限するように形作られる、すなわち、それは右エンドストップと左エンドストップとの両方を構成する）。可能な実施形態によれば、２つの当接要素は、両方とも支柱１５に直接結合され（すなわち、両方とも支柱１５に直接作用する）、これにより、フィーラ２またはロッド６が受ける衝撃が変形可能な機構１３の他の構成要素に伝達されることと、変形可能な機構１３自体を付勢することと、が防止される。支柱１５に結合された単一の当接要素、例えば適切なサイズのピンを設けることも可能であり、これは例えばピンが一定のクリアランスで動くことを可能にする孔を用いて、固定フレーム１２と適切に係合することによって、両方の測定方向Ｄ１およびＤ２に沿った両方の向きにおける支柱１５のストロークを制限する。

図示されていない可能な実施形態によれば、（例えば粘性流体を備えた）単一の減衰要素を支柱１５に機械的に結合して、測定方向Ｄ１およびＤ２の両方に沿った支柱１５の並進運動を減衰させることができる。あるいは、第１の減衰要素を支柱１６に機械的に結合して、測定方向Ｄ１に沿った支柱１６の並進運動を減衰させることができ、第２の減衰要素を支柱１７に機械的に結合して、測定方向Ｄ２に沿った支柱１７の並進運動を減衰させることができる。減衰要素の機能は、測定方向Ｄ１およびＤ２に沿ってフィーラ２で大きな振動が発生するのを、検査段階中に防止して、より大きな安定性を保証し、また測定ヘッド１が検査サイクルの最後に静止位置に戻る場合に防止することである。

ここまで説明および図示された測定ヘッド１において、それぞれのカウンタウェイト３６を有するバランス調整要素６０、一方向予荷重レバー４１、および内側横材２２～２５は、支持プレート３４の両側に配置され、よって、一般的に、異なる幾何学的平面上にある。代替的な実施形態によれば、変形可能な機構１３は、そのすべての構成要素が、一般に、単一平面上、例えば支持プレート３４の同じ側にあるように設計することが可能である。特に、異なる構成要素、すなわち外側横材１８～２１および内側横材２２～２５ならびにバランス調整要素６０を適切にサイズ設定することによって、例えば適切な較正のなされた質量およびサイズを有するカウンタウェイト３６を使用することによって、測定方向（Ｄ１、Ｄ２）に対して垂直に測定された高さを同じくして配置されるように、支持プレート３４の同じ面に対して９０°の相互配置を維持しながら、両方のバランス調整要素６０を固定することが可能である。さらなる代替的な実施形態（図示せず）によれば、支柱（１４～１７）ならびに外側横材（１８～２１）および内側横材（２２～２５）は、例えば固体物質から機械加工された、単一部品で実現することができる。

異なる実施形態（図示せず）によれば、これまでに説明した変形可能な機構の代替として、キネマティックモーションアセンブリ１３は、スライド式要素、例えば４つのキャリッジを備え、それぞれが、２つの支柱に連結されて、フィーラの変位の関数として、測定方向Ｄ１およびＤ２の一方に沿った専ら直線の往復運動を行うことができるようになっている。

上述の測定ヘッド１は、いくつかの利点を提供する。

第一に、上述の測定ヘッド１の挙動は、慣性の観点からは完全に均一である。換言すれば、両方の測定方向Ｄ１およびＤ２に沿って、上述の測定ヘッド１の慣性は同じである。測定ヘッド１はまた、等方性、すなわち測定方向Ｄ１およびＤ２によって画定される平面内で同じ（均一な）挙動を有すると考えることもできる。これにより、測定ヘッド１に対してすべての方向に同じ加速度を加えることができるため、機械部品の寸法および／または幾何学的検査の段階の際と移動の際との両方における測定ヘッド１の移動の制御を簡単にすることができる。加えて、変形可能な機構１３の特定の構成、および特に慣性補償のカウンタウェイト３６の存在により、両方の測定方向Ｄ１およびＤ２における測定ヘッド１のバランスが確保され、その結果、移動中の極めて高い加速度までも測定ヘッド１に負荷をかける可能性が確保され、従って１つの検査サイクルと他の検査サイクルとの間の測定ヘッド１の休止時間を最小にし、一般に、測定プロセスの効率を高める。

最後に、上述の測定ヘッド１は、その構造で使うことが必要とされるのは（市場で容易に見つけられることができる）従来の製造技術および材料であるため、製造が容易かつ安価である。

Claims

機械部品の寸法および／または幾何学的検査のための二方向測定ヘッド（１）であって、前記測定ヘッド（１）が、
－固定フレーム（１２）と、
－前記機械部品と接触するように構成されたフィーラ（２）と、
－前記固定フレーム（１２）によって支持され、互いに垂直な２つの測定方向（Ｄ１、Ｄ２）に沿って前記フィーラ（２）が移動できるように前記フィーラ（２）を支持する、キネマティックモーションアセンブリ（１３）と、
－前記キネマティックモーションアセンブリ（１３）に取り付けられ、少なくとも１つの測定方向（Ｄ１；Ｄ２）に沿って前記フィーラ（２）の位置を検出する、少なくとも１つのセンサ（３ａ、３ｂ）と、
を備える、測定ヘッド（１）において、
前記測定ヘッド（１）は、前記キネマティックモーションアセンブリ（１３）が、
－前記固定フレーム（１２）に剛体的に接続された第１の支柱（１４）、前記第１の支柱（１４）の対角にあり、前記フィーラ（２）を支持し且つ前記フィーラ（２）と共に両方の前記測定方向（Ｄ１、Ｄ２）に沿って移動する第２の支柱（１５）、及び第３の支柱（１６）および第４の支柱（１７）であって、第３の支柱（１６）および第４の支柱（１７）のそれぞれが、前記第１の測定方向（Ｄ１）および第２の測定方向（Ｄ２）のうちの一方に沿って変位する、第３の支柱（１６）および第４の支柱（１７）と、
－前記支柱（１４～１７）をそれらの変位を案内することによって連結する連結要素（１８～２５）と、
を備えることを特徴とする、測定ヘッド（１）。
－前記支柱（１４～１７）が、前記２つの測定方向（Ｄ１、Ｄ２）に対して垂直に延び、
－前記第３の支柱（１６）は、前記第２の支柱（１５）が前記第１の測定方向（Ｄ１）に沿って変位することによって前記第１の測定方向（Ｄ１）に沿って移動する場合にのみ移動し、
－前記第４の支柱（１７）は、前記第２の支柱（１５）が前記第２の測定方向（Ｄ２）に沿って変位することによって第２の測定方向（Ｄ２）に沿って移動する場合にのみ移動する、請求項１に記載の測定ヘッド（１）。
前記キネマティックモーションアセンブリ（１３）が、変形可能な機構である、請求項１又は２に記載の測定ヘッド（１）。
前記連結要素（１８～２５）が、前記支柱（１４～１７）に剛体的に拘束されている弾性的に変形可能な横材を含む、請求項１～３のいずれか一項に記載の測定ヘッド（１）。
前記支柱（１４～１７）の各々が、少なくとも１つの外面を含み、前記弾性的に変形可能な横材が、２つずつ平行かつ対向する４つの外側横材（１８～２１）であって、４つの外側横材（１８～２１）の各々が、対応する測定方向（Ｄ１；Ｄ２）に平行に延び、２つの対応する支柱（１４～１７）の前記少なくとも１つの外面に剛体的に拘束され、前記２つの対応する支柱（１４～１７）を互いに連結する、４つの外側横材（１８～２１）を含む、請求項４に記載の測定ヘッド（１）。
前記支柱（１４～１７）の各々が、少なくとも１つの内面を含み、前記弾性的に変形可能な横材が、２つずつ平行かつ対向する４つの内側横材（２２～２５）であって、４つの内側横材（２２～２５）の各々が、対応する測定方向（Ｄ１；Ｄ２）に平行に延び、２つの対応する支柱（１４～１７）の前記少なくとも１つの内面に剛体的に拘束され、前記２つの対応する支柱（１４～１７）を互いに連結する、４つの内側横材（２２～２５）を含む、請求項５に記載の測定ヘッド（１）。
前記支柱（１４～１７）の各々の前記少なくとも１つの内面が、前記支柱（１４～１７）の前記少なくとも１つの外面に平行かつ対向する、請求項６に記載の測定ヘッド（１）。
前記弾性的に変形可能な横材（１８～２５）の各横材が、前記横材が剛体的に拘束されている各支柱の近くで、前記横材（１８～２５）の可撓性を局所的に高めるための薄肉領域（３０）を備える、請求項４～７のいずれか一項に記載の測定ヘッド（１）。
前記固定フレーム（１２）が支持プレート（３４）を備え、当該支持プレート（３４）は、前記第１の支柱（１４）と一体的であり且つ前記両方の測定方向（Ｄ１、Ｄ２）に対して平行に配置されている、請求項１～８のいずれか一項に記載の測定ヘッド（１）。
前記４つの支柱（１４～１７）が、矩形の頂点に配置される、請求項１～９のいずれか一項に記載の測定ヘッド（１）。
２つのバランス調整要素（６０）をさらに備え、前記バランス調整要素（６０）の各々が、前記測定方向（Ｄ１、Ｄ２）に垂直な回転軸（３３）を中心に回転するように、それぞれのヒンジ機構によって前記固定フレーム（１２）にヒンジ結合され、前記第３の支柱（１６）または前記第４の支柱（１７）に機械的に拘束された第１の端部を有する、請求項１～１０のいずれか一項に記載の測定ヘッド（１）。
前記２つのバランス調整要素（６０）が、互いに垂直に配置される、請求項１１に記載の測定ヘッド（１）。
前記２つのバランス調整要素（６０）が、前記測定方向（Ｄ１、Ｄ２）に対して垂直に取られた高さを異にして配置される、請求項１１または１２に記載の測定ヘッド（１）。
前記固定フレーム（１２）は支持プレート（３４）を備え、当該支持プレート（３４）は、前記第１の支柱（１４）と一体的であり、両方の前記測定方向（Ｄ１、Ｄ２）に対して平行に配置され、前記２つのバランス調整要素（６０）のための前記ヒンジ機構を支持し、前記２つのバランス調整要素（６０）の間に配置される、請求項１１～１３のいずれか一項に記載の測定ヘッド（１）。
各バランス調整要素（６０）が、前記第１の端部とは反対側にある第２の端部に、較正された質量を有するカウンタウェイト（３６）を備える、請求項１１～１４のいずれか一項に記載の測定ヘッド（１）。
各バランス調整要素（６０）が、アーム（３２）を備え、各カウンタウェイト（３６）が、調整可能な機械的接続によって対応するアーム（３２）に固定される、請求項１５に記載の測定ヘッド（１）。
各バランス調整要素（６０）の前記第１の端部が、接続ロッド（３５）によって、対応する支柱（１６、１７）に機械的に拘束され、前記接続ロッド（３５）は、前記バランス調整要素（６０）の前記第１の端部にヒンジ結合される一方の端部と、対応する支柱（１６、１７）にヒンジ連結される他方の端部とを有する、請求項１１～１６のいずれか一項に記載の測定ヘッド（１）。
各バランス調整要素（６０）が、前記バランス調整要素（６０）を中間の平衡位置に保つのに役立つ少なくとも１つの弾性要素（３７、３８）に機械的に接続されている、請求項１１～１７のいずれか一項に記載の測定ヘッド（１）。
各バランス調整要素（６０）が一方向予荷重レバー（４１）に結合され、当該一方向予荷重レバー（４１）は、対応するバランス調整要素（６０）の前記回転軸（３３）を中心に回転するように、前記固定フレーム（１２）にヒンジ結合され、
各一方向予荷重レバー（４１）が、第１の向きで前記固定フレーム（１２）に対して回転するのを防止され、前記第１の向きとは反対の第２の向きで前記バランス調整要素（６０）と共に前記固定フレーム（１２）に対して回転するように構成される、請求項１１～１８のいずれか一項に記載の測定ヘッド（１）。
各一方向予荷重レバー（４１）が、前記回転軸（３３）に平行に延びる、２つの可動突出部（４６；４７）を有し、当該２つの可動突出部（４６；４７）が、前記一方向予荷重レバー（４１）から突出し、それぞれのバランス調整要素（６０）に設けられた２つの対応する座部（４８、４９）に係合する、請求項１９に記載の測定ヘッド（１）。
前記固定フレーム（１２）が、前記回転軸（３３）と平行に延びる２つの固定突出部（５０、５１）を備え、前記固定突出部（５０、５１）が、前記固定フレーム（１２）から突出し、前記一方向予荷重レバー（４１）に設けられた２つの対応する座部（５２、５３）と係合する、請求項１９または２０に記載の測定ヘッド（１）。