▶ カール マール ホールティング ゲーエムベーハーの特許一覧
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2022-12-07
(45)【発行日】2022-12-15
(54)【発明の名称】測定器用の玉軸受ガイドユニットを有する測定システム
(51)【国際特許分類】
G01B 21/00 20060101AFI20221208BHJP
G01B 5/00 20060101ALI20221208BHJP
F16C 31/04 20060101ALI20221208BHJP
F16C 32/04 20060101ALI20221208BHJP
【ＦＩ】
G01B21/00 L
G01B5/00 L
F16C31/04
F16C32/04 Z
【請求項の数】
16
(21)【出願番号】P 2018113416
(22)【出願日】2018-06-14
(65)【公開番号】P2019007952
(43)【公開日】2019-01-17
【審査請求日】2021-04-21
(31)【優先権主張番号】10 2017 113 699.1
(32)【優先日】2017-06-21
(33)【優先権主張国・地域又は機関】DE
(73)【特許権者】
【識別番号】514011033
【氏名又は名称】カール マール ホールティング ゲーエムベーハー
(74)【代理人】
【識別番号】100079049
【弁理士】
【氏名又は名称】中島 淳
(74)【代理人】
【識別番号】100084995
【弁理士】
【氏名又は名称】加藤 和詳
(72)【発明者】
【氏名】マティアス ルドコウスキ
【審査官】山▲崎▼ 和子
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１７－０４４６１５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１０－２７６５１３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平１１－３３６７５９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００５－１８１２３３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特表２０１２－５２６２６８（ＪＰ，Ａ）
【文献】独国特許出願公開第１０２０１２１０８７０７（ＤＥ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｇ０１Ｂ ５／００－５／３０
２１／００－２１／３２
Ｆ１６Ｃ ３１／００－３２／０４
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
測定アーム（１６）を配置するように構成された測定アーム収容ユニット（１８）と、軸ピン（３０）を有する固定アセンブリ（５２）であって、前記軸ピン（３０）が回転軸（Ｄ）に沿って軸方向（Ａ）に延在する、固定アセンブリ（５２）と、
前記測定アーム収容ユニット（１８）が、前記軸ピン（３０）を中心に回転可能に取り付けられ、前記軸ピン（３０）に沿って前記軸方向（Ａ）に変位可能に取り付けられるように、測定アーム収容ユニット（１８）を前記軸ピン（３０）に取り付ける玉軸受ガイドスリーブ（４０）と、
前記測定アーム収容ユニット（１８）の前記軸ピン（３０）に沿った軸方向位置を定めるように構成された磁気アキシアル軸受装置（４６）と
を備える、測定器（１０）用の測定システム。
【請求項2】
前記磁気アキシアル軸受装置（４６）が、玉軸受ガイドスリーブ（４０）の前記軸ピン（３０）に沿った前記軸方向（Ａ）の軸方向位置を定めるように構成されていることを特徴とする、請求項１に記載の測定システム。
【請求項3】
前記磁気アキシアル軸受装置（４６）が、前記測定アーム収容ユニット（１８）の軸方向一方側の第１のアキシアル磁気軸受（４７）、及び前記測定アーム収容ユニット（１８）の軸方向他方側の第２のアキシアル磁気軸受（４８）を備えることを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載の測定システム。
【請求項4】
前記第１のアキシアル磁気軸受（４７）が、前記測定アーム収容ユニット（１８）と前記固定アセンブリ（５２）との間に前記軸方向（Ａ）に作用する第１の磁力（Ｆ１）を発生させるように構成されていることを特徴とする、請求項３に記載の測定システム。
【請求項5】
前記第２のアキシアル磁気軸受（４８）が、前記測定アーム収容ユニット（１８）と前記固定アセンブリ（５２）との間に前記軸方向（Ａ）に作用する第２の磁力（Ｆ２）を発生させるように構成されていることを特徴とする、請求項４に記載の測定システム。
【請求項6】
前記第１の磁力（Ｆ１）が前記第２の磁力（Ｆ２）と反対に作用することを特徴とする、請求項５に記載の測定システム。
【請求項7】
前記第１の磁力（Ｆ１）及び前記第２の磁力（Ｆ２）が互いに向けられていることを特徴とする、請求項５に記載の測定システム。
【請求項8】
少なくとも前記第１のアキシアル磁気軸受（４７）又は前記第２のアキシアル磁気軸受（４８）のいずれか一方が、前記玉軸受ガイドスリーブ（４０）と前記固定アセンブリ（５２）との間に前記軸方向（Ａ）に作用する第３の磁力（Ｆ３）を発生させるように構成されていることを特徴とする、請求項３～請求項７のいずれか１項に記載の測定システム。
【請求項9】
少なくとも前記第１のアキシアル磁気軸受（４７）又は前記第２のアキシアル磁気軸受（４８）のいずれか一方が、前記玉軸受ガイドスリーブ（４０）と前記測定アーム収容ユニット（１８）との間に前記軸方向（Ａ）に作用する第４の磁力（Ｆ４）を発生させるように構成されていることを特徴とする、請求項３～請求項８のいずれか１項に記載の測定システム。
【請求項10】
第３の磁力（Ｆ３）が第４の磁力（Ｆ４）と反対に作用することを特徴とする、請求項８に従属する請求項９に記載の測定システム。
【請求項11】
第３の磁力（Ｆ３）及び第４の磁力（Ｆ４）が互いに向けられていることを特徴とする、請求項８に従属する請求項９に記載の測定システム。
【請求項12】
前記第１のアキシアル磁気軸受（４７）及び前記第２のアキシアル磁気軸受（４８）のうち少なくとも一方が、前記回転軸（Ｄ）と同軸に配置された少なくとも２つのリング磁石を備えることを特徴とする、請求項３～請求項１１のいずれか１項に記載の測定システム。
【請求項13】
前記玉軸受ガイドスリーブ（４０）が、それぞれが１つの玉（４１）用の複数の玉座を備え、前記玉（４１）が前記回転軸（Ｄ）を中心に螺旋経路に沿って配置されていることを特徴とする、請求項１～請求項１２のいずれか１項に記載の測定システム。
【請求項14】
測定値を検出するために、スケール部（６８）及び前記スケール部（６８）と協働する検出ユニット（６９）を備える測定装置（６７）が設けられ、前記スケール部（６８）又は前記検出ユニット（６９）が前記測定アーム収容ユニット（１８）に接続されており、前記測定アーム収容ユニット（１８）と一緒に前記回転軸（Ｄ）を中心に回転可能に配置されていることを特徴とする、請求項１～請求項１３のいずれか１項に記載の測定システム。
【請求項15】
前記回転軸（Ｄ）と同軸に配置され共同回転のために前記測定アーム収容ユニット（１８）に接続された回転子（２７）を備える、モータユニット（２４）が設けられていることを特徴とする、請求項１～請求項１４のいずれか１項に記載の測定システム。
【請求項16】
前記測定アーム収容ユニット（１８）及び前記回転子（２７）が、前記玉軸受ガイドスリーブ（４０）によって前記軸ピン（３０）に取り付けられた共通のキャリアスリーブ（３８）に配置されていることを特徴とする、請求項１５に記載の測定システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、測定器用の測定システムに関する。測定システムは、回転軸を中心に枢動可能に取り付けられた、回転軸から反対方向に離れるように突出してロッカを形成する２つのアームを有する測定アームを備えることができる。ロッカの前アームには、測定素子又はプローブ素子、たとえば、プローブチップ、プローブスキッド、若しくはプローブボールが配置されており、他方の後端には、センサ及び力発生装置が割り当てられている。センサによって後アームの撓みを検出することができ、これに基づいて測定値を求めることができる。力発生装置は、測定される物体又は工作物の表面に規定の力でプローブ素子を押し当てるために使用される。この種のプローブシステムは、たとえば、ドイツ特許出願公開第４０１３７４２号明細書、ドイツ特許出願公開第３１５２７３１号明細書、ドイツ特許出願公開第１９６１７０２２号明細書、ドイツ特許出願公開第１０２００７０１９８３３号明細書、又はドイツ特許出願公開第１０２０１５００４５２５号明細書から知られている。この種のプローブシステムは、たとえば物体の表面粗さを測定するときに使用することができる。
【背景技術】
【0002】
この種のプローブシステムでは、プローブ素子を物体の表面に置く測定力を調整することができる。測定力調整は、たとえば、ドイツ特許出願公開第４０１３７４２号明細書又はドイツ特許出願公開第１０２００９０２０２９４号明細書から知られている。
【0003】
この種の測定システム又はプローブシステムを、たとえば座標測定器に使用することで、測定システムは全体として、適切な装置により、空間の中で位置決めされること又は向きを定められることができる。対応する装置が、たとえば、ドイツ特許出願公開第１０２００９０１９１２９号明細書又はドイツ特許出願公開第１０２０１４１１０８０１号明細書に記載されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
従来技術から進んで、本発明の目的は、測定アームの広い回転角度範囲で精密な測定を行うことを可能にする測定システムを構築することと考えることができる。
【課題を解決するための手段】
【0005】
この目的は、以下の特徴を有する測定システムによって達成される。
【0006】
本発明による測定システムは、接触に基づく測定用の触覚プローブシステムとして具体化することができ、又は非接触測定システムとして具体化することができる。前記測定システムは、たとえば、物体の表面粗さ、幾何形状、又は寸法許容差を測定するために使用することができる。この測定のために、測定アームの回転運動又は枢動運動が検出される。物体に配置された測定素子若しくはプローブ素子によって、回転運動若しくは枢動運動が次に引き起こされ、この素子は、物体の表面に接触するか、又は接触なしに規定の若しくは既知の距離を置いて物体の表面に沿って移動する。
【0007】
前記測定システムは、回転軸に沿って延在する回転不能な軸ピンを備える固定アセンブリを備える。前記固定アセンブリのさらなる部分、たとえばハウジング若しくは電気モータの固定子を、前記軸ピンに対して、少なくとも回転不能又は軸方向に移動不能のいずれか一に締結することができる。
【0008】
前記軸ピンには、測定アーム収容ユニットが玉軸受ガイドスリーブによって取り付けられている。前記軸ピン及び前記玉軸受ガイドスリーブは、玉軸受ガイドユニットの一部とすることができる。前記玉軸受ガイドスリーブにより、前記測定アーム収容ユニットの前記軸ピンを中心とする回転、及び前記測定アーム収容ユニットの前記軸ピンに沿った軸方向の移動が可能になる。前記測定アーム収容ユニットの前記軸ピンに沿った移動を防止するため又は少なくとも制限するために、磁気アキシアル軸受装置が設けられている。前記磁気アキシアル軸受装置は、前記測定アーム収容ユニットの前記軸ピンに沿った軸方向位置を定めるように構成されている。前記玉軸受ガイドスリーブ又は前記玉軸受ガイドユニットにより、前記測定アーム収容ユニットの非常に低摩擦の回転支持が実現される。前記磁気アキシアル軸受装置は、前記測定アーム収容ユニットの望ましくない軸方向の移動をなくすこと又は少なくとも最小限にすることができる。それは、摩擦なしに作動し、前記測定アーム収容ユニットの前記軸ピンに沿った軸方向位置を、軸方向に作用する磁力によって定めることができる。したがって、前記測定システムは非常に精密に測定を行うことができる。同時に、前記玉軸受ガイドスリーブ又は前記玉軸受ガイドユニットによる前記測定アーム収容ユニットの回転支持により、広い回転角度測定範囲が可能になる。
【0009】
前記磁気アキシアル軸受装置が、前記玉軸受ガイドスリーブの前記軸ピンに沿った軸方向の軸方向位置を定めるようにさらに構成されていると好ましい。したがって、前記玉軸受ガイドスリーブの望ましくない軸方向の移動も防止又は少なくとも制限することができる。
【0010】
前記磁気アキシアル軸受装置は、前記測定アーム収容ユニットの軸方向一方側の第１のアキシアル磁気軸受、及び前記測定アーム収容ユニットの軸方向他方側の第２のアキシアル磁気軸受を備えることができる。両方のアキシアル磁気軸受は、反対方向に向けられた磁力を発生させて、前記測定アーム収容ユニットを２つのアキシアル磁気軸受の間に言わば挟持することができる。前記２つのアキシアル磁気軸受は、共同回転のために前記測定アーム収容ユニットに接続され、前記軸ピンを中心に回転可能に取り付けられた、他の構成要素の異なる軸方向側に配置することもできる。
【0011】
例示的な一実施形態では、前記第１のアキシアル磁気軸受は、前記測定アーム収容ユニットと前記固定アセンブリとの間に軸方向に作用する第１の磁力を発生させるように構成されている。第１の磁力は、たとえば、前記固定アセンブリのハウジングと前記測定アーム収容ユニットとの間に作用することができ、これを前記ハウジングから遠ざけるように軸方向に押すことができる。
【0012】
前記第２のアキシアル磁気軸受は、前記測定アーム収容ユニットと前記固定アセンブリとの間に軸方向に作用する第２の磁力を発生させるように構成することができる。たとえば、第２の磁力は、前記固定アセンブリの固定子と前記測定アーム収容ユニットとの間に作用することができ、前記測定アーム収容ユニットを前記固定子から遠ざけるように軸方向に押すことができる。第１の磁力が第２の磁力と反対に作用し、この２つの磁力が特に互いに向けられていると好ましい。たとえば、前記測定アーム収容ユニットは、前記固定アセンブリの前記固定子と前記固定アセンブリの前記ハウジングとの間に配置することができ、２つの磁力によって軸方向に付勢することができる。
【0013】
少なくとも前記第１のアキシアル磁気軸受又は前記第２のアキシアル磁気軸受のいずれか一方が、前記玉軸受ガイドスリーブと前記固定アセンブリとの間に軸方向に作用する第３の磁力を発生させるように構成されているとさらに有利である。さらに、少なくとも前記第１のアキシアル磁気軸受又は前記第２のアキシアル磁気軸受のいずれか一方は、前記玉軸受ガイドスリーブと、少なくとも前記測定アーム収容ユニット又は前記固定アセンブリのいずれか一方との間に軸方向に作用する、第４の磁力を発生させるように構成することができる。
【0014】
第３の磁力が第４の磁力と反対に作用し、第３の磁力及び第４の磁力が特に互いに向けられているとここでは好ましい。したがって、前記玉軸受ガイドスリーブは、前記アキシアル磁気軸受のうちの少なくとも１つによって、軸方向に磁気的に付勢し、位置決めすることができる。
【0015】
前記アキシアル磁気軸受は、好ましくは、軸方向に排他的に作用する磁力を発生させるように構成されている。具体的には、回転軸に対して半径方向に作用する合成磁力は発生しないものとする。磁力のいかなる半径方向成分も、好ましくは、ただ合成軸方向磁力だけが有効であるように互いに打ち消し合う。
【0016】
関連磁力、特に、第１の磁力又は第２の磁力又は第３の磁力又は第４の磁力のうち少なくともいずれか一つを発生させるために、少なくとも前記第１のアキシアル磁気軸受又は前記第２のアキシアル磁気軸受のいずれか一方は、各場合に、少なくとも２つのリング磁石を備える。全てのリング磁石は、好ましくは永久磁気である。前記リング磁石は、好ましくは回転軸と同軸に配置されている。第１の磁力を発生させるリング磁石は、好ましくは、第２の磁力を発生させるリング磁石と同じ半径方向寸法を有する。第３の磁力を発生させるリング磁石が、第４の磁力を発生させるリング磁石と同じ半径方向寸法を有するとやはり有利である。したがって、回転軸に対して直角に延びる軸を中心とする傾動モーメントを避けることができる。例示的な一実施形態では、全てのリング磁石は同じ半径方向寸法を有することができ、又は同一に形成することができる。
【0017】
リング磁石は、たとえば、それぞれがＮ磁極及びＳ磁極を有し、各磁極が回転軸Ｄを中心に環状に延在する。リング磁石の２つの磁極は、軸方向に隣接して配置されている。２つのリング磁石の同様の磁極を軸方向に直接隣接して配置することにより、２つのリング磁石を互いに遠ざけるように押す、軸方向に作用する磁力を発生させることができる。
【0018】
リング磁石はまた、周方向に分布しそれぞれがＮ極及びＳ極を有する個々の磁気素子を有する磁石を意味すると理解される。たとえば、軸方向に隣接して配置されたＮ極及びＳ極をそれぞれが有する複数の磁気素子は、好ましくは、回転軸を中心に周方向に規則正しく分布することができ、このようにしてリング磁石を形成することができる。
【0019】
前記玉軸受ガイドスリーブが、それぞれが１つの玉用の複数の玉座を備えるとさらに好ましい。各玉は、対応する玉座内で、好ましくは玉中心点を中心に全ての方向に回転することができる。前記玉座又は前記玉は、好ましくは、回転軸を中心に少なくとも１つの螺旋経路又はヘリックスに沿って配置されている。この螺旋経路のために、回転軸Ｄを中心に周方向に回転する場合、前記玉軸受ガイドスリーブは、螺旋経路のピッチ又はリード角に従って、２つの軸方向側の一方に向かって移動する傾向にある。この軸方向移動の傾向は、前記アキシアル軸受装置によってなくなるか、又は少なくとも制限される。したがって、前記磁気アキシアル軸受装置のみによって完全になくすことはできない、前記玉軸受ガイドスリーブの繰り返される軸方向の微動を、軽減又は回避することが可能である。
【0020】
さらに、前記玉又は前記玉座の螺旋経路により、複数の玉が回転軸に対して同じ半径方向平面内で軸方向ピン上を転動するのを防止することが可能である。したがって、摩耗を低減することができる。
【0021】
前記測定アーム収容ユニットの回転角度位置又はそれに配置された測定アームの回転軸を中心とする回転角度値を検出するために、スケール部及び前記スケール部と協働する検出ユニットを備える測定装置が好ましくは設けられている。前記スケール部及び前記検出ユニットは、好ましくは非接触で協働する。前記スケール部及び前記検出ユニットは、共同回転のために前記測定アーム収容ユニットに接続されており、この接続は間接的又は直接的に確立することができる。前記測定装置の他の部分は、それに応じて前記固定アセンブリに配置されている。前記スケール部は、好ましくは、前記測定アーム収容ユニットと一緒に回転軸を中心に回転可能に取り付けられており、前記検出ユニットは、前記固定アセンブリに回転不能に配置されている。
【0022】
好ましい実施形態では、前記検出ユニットは送信機及び受信機を備えることができる。前記送信機は、電磁放射線又は電磁波を送信し、これが、ビーム経路内に配置された前記スケール部によって、前記スケール部の回転軸を中心とする回転運動又は回転位置に応じて変更され、次いで、前記受信機によって受信される。たとえば、前記送信機は光送信機として具体化することができ、前記受信機は光受信機として具体化することができ、前記スケール部は光路内に配置することができる。光の代わりに、前記送信機はまた、たとえば、前記スケール部によって変動する磁場を生成することができ、変動した磁場を前記受信機によって検出することができる（誘導結合）。
【0023】
前記検出ユニットはまた、特に回転軸を中心とする回転の方向又は回転の向きを特定するように構成されている。たとえば、回転の方向を特定するために、回転軸を中心に互いに対してずれたスケール素子を有する複数のスケール範囲を前記スケール部に設けることができ、又は回転軸を中心に互いにオフセットして配置された受信機を設けることができ、この受信機はまた、それぞれ個別の若しくは共通の送信機に関連付けることができる。
【0024】
ここでは、前記送信機及び前記受信機は、前記スケール部の同じ側又は反対側に配置することができる。前記送信機及び前記受信機を前記スケール部の同じ軸方向側に配置するのが好ましい。この場合には、前記スケール部は、回転軸を中心に周方向に配置された、交互の放射線反射領域及び放射線非反射領域又はスケール素子を備えることができる。
【0025】
モータユニットが、前記固定アセンブリの一部であって共同回転のために前記軸ピン又はハウジングに締結することができる固定子を備えるとやはり有利である。前記固定子は、好ましくは回転子を同軸に囲むことができる。前記モータユニットが永久励磁される電気モータを備え、この電気モータの磁石が前記固定子に配置されているとさらに有利である。したがって、前記回転子の質量及びその慣性モーメントを減少させることができる。
【0026】
前記回転子には、好ましくは複数の回転子巻線が設けられて、少なくとも１つの電気巻線端子に電気的に接続されている。前記少なくとも１つの電気巻線端子は、前記回転子と一緒に回転軸を中心に回転可能に配置されている。例示的な一実施形態では、複数の巻線端子が設けられており、設けられた各回転子巻線に個別の巻線端子を設けることができ、全ての回転子巻線に追加の共通の巻線端子を設けることができる。たとえば、それに応じて、３つの巻線に４つの巻線端子を設けることができる。巻線端子の数は、前記回転子巻線の電気的接続及び回転子巻線の数によって異なることができる。
【0027】
さらに、例示的な一実施形態では、前記測定アーム収容ユニットに少なくとも１つの電気測定アーム端子を設けることができる。前記測定アーム端子により、前記測定アーム収容ユニットに保持された測定アームへの電気的接続が生じることができる。少なくとも２つの測定アーム端子が好ましくは設けられている。たとえば、したがって、前記測定アーム内又は上に配置されたデータキャリア、特にチップを読み取ること、また測定アームタイプを自動的に特定することが可能である。たとえば、前記測定アーム収容ユニットに測定アームが配置されているかどうかを検出するために、さらなる測定アーム端子を設けることができる。
【0028】
前記固定アセンブリに、たとえば前記ハウジング又は前記固定子に、少なくとも１つの電気端子を備える端子装置が設けられているとさらに好ましい。さらに、前記電気端子装置を、前記少なくとも１つの巻線端子又は前記少なくとも１つの測定アーム端子に電気的に接続する、電気的接続装置を設けることができる。前記接続装置は特に、この電気的接続を、前記軸ピンに回転可能に取り付けられた構成要素、特に前記測定アーム収容ユニット及び／若しくは前記回転子の、前記固定アセンブリに対する相対回転が、所望の回転角度範囲内、好ましくは約３６０°以下で、又は３６０°よりも大きい回転角度範囲内で可能となるように、確立又は提供するように構成されている。基本的に、前記測定アーム収容ユニットが、回転軸を中心に前記ハウジングに対して１又は複数回３６０°回転することができるように、前記測定システムを形成することが可能である。
【0029】
前記接続装置は、例示的な一実施形態では、たとえば電気モータ又は他の回転電気接続の場合に知られているように、ブラシ接触を介して電気的接続を提供することができる。非接触誘導結合を用いることもできる。ブラシの代わりに、導電性転動体、たとえば玉を設けることもでき、回転角度範囲内で周方向に延びる転動体軌道への電気的接続を確立することができ、それにより、相対回転が可能となる。
【0030】
好ましい例示的な実施形態では、前記電気的接続装置は、少なくとも１つのスパイラル導体を備え、そのスパイラルが実質的に半径方向平面内に回転軸に対して半径方向に延びる。前記スパイラル導体の半径方向外端は、前記固定アセンブリの前記端子装置に電気的に接続することができ、他方の半径方向内端は、関連付けられた巻線端子又は測定端子に電気的に接続することができる。前記回転子又は前記測定アーム収容ユニットの、回転軸を中心とする前記固定ユニットに対する回転の場合には、前記スパイラル導体は、その相対回転の方向の向きに応じて、それぞれ半径方向内側又は半径方向外側に、螺旋状に巻回又は巻出しすることができる。この種のスパイラル導体により、研磨接触又は転がり接触のない電気的接続が確立される。
【0031】
前記測定システムは、重量補償装置をさらに備えることができる。前記重量補償装置は、回転軸を中心に補償トルクを発生させるように構成されており、この補償トルクは、前記固定アセンブリと前記測定アーム収容ユニットとの間で有効である。前記測定アーム収容ユニットに収容された測定アームは、その重量力のために、回転軸を中心にトルクを発生させる。前記測定アームの重量力によって誘起されるこのトルクは、前記重量補償装置の補償トルクによって、平衡させること又は少なくとも部分的に補償することができる。測定アームによって回転軸を中心に発生するトルクはまた、水平線又は垂直線に対する前記アームの向きにも依存する。前記モータユニットにかかる負荷が前記測定アームの所望の回転角度範囲内で最大限に軽減されるように、補償トルクを前記重量補償装置によって調整することができる。調整される補償トルクの目的は、前記モータユニットによって印加されるトルクを所望の回転角度範囲内でできるだけ低く保ち、それにより、前記測定アームの必要な測定力又は回転位置を実現することとすることができる。
【0032】
好ましい例示的な実施形態では、前記重量補償装置は少なくとも１つのコイルばねを備えることができ、その半径方向内端が、共同回転のために前記測定アーム収容ユニットに接続されており、その半径方向外端が、前記固定アセンブリに、たとえば前記ハウジングに接続されている。前記少なくとも１つのコイルばねによって、補償トルクを印加することができる。ここでは、前記少なくとも１つのコイルばねが、スパイラル電線路を同時に形成すると有利であり得る。この目的のために、前記コイルばねは導電性材料から製作することができ、又は少なくとも導電性材料を含むことができる。前記コイルばねはこの場合二重機能を有し、一方では補償トルクを発生させることができ、他方では、前記固定アセンブリと、少なくとも前記回転子又は前記測定アーム収容ユニットのいずれか一方に対して回転可能な構成要素との間の、導電接続を提供することができる。
【0033】
前記重量補償装置が、補償トルクの値を設定することができる設定装置を備えると有利である。たとえば、前記少なくとも１つのコイルばねの半径方向外端が締結された一部分は、前記少なくとも１つのコイルばねの半径方向内端が締結された別の部分に対して、回転軸を中心に回転することができ、所望の回転位置に固定することができる。
【0034】
前記測定システムの有利な実施形態が、従属請求項、明細書、及び図面から明らかになる。添付図面を参照して、前記測定システムの好ましい実施態様を以下に詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【0035】
【発明を実施するための形態】
【0036】
図１及び図２は、たとえば工作物又は物体１２の表面１１の表面粗さを測定するために使用することができる測定器１０を示す。この種の測定器１０を使用して、物体１２の幾何形状又は寸法許容差をも測定することができる。
【0037】
測定器１０は、送り軸１４と、測定アーム１６を備える測定システム１５とを備える。測定アーム１６は自由端を有し、そこに、触覚又は接触に基づいて物体１２を測定するための測定素子１７、たとえばプローブ素子を搭載する。測定アーム１６は、測定素子１７と反対側の端部を、測定システム１５の測定アーム収容ユニット１８に収容又は保持されている。測定アーム収容ユニット１８は、回転軸Ｄを中心に回転可能に取り付けられている。したがって、測定アーム収容ユニット１８に保持された測定アーム１６は、回転軸Ｄを中心に枢動することができる。
【0038】
送り軸１４により、測定アーム１６が配置された測定システム１５は、測定中に、測定方向、たとえば、水平測定方向Ｍｘ又は垂直測定方向Ｍｚに移動することができる。測定素子１７が物体１２と接触して、物体１２の表面１１に沿って測定方向に移動する場合、測定アーム１６は、表面１１の形状、幾何形状、又は粗さに応じて、測定素子１７を介して撓む。測定システム１５は、測定アーム１６又は測定アーム収容ユニット１８の枢動位置を検出することができる。さらに、測定素子１７の測定方向Ｍｘ，Ｍｚの位置を、送り軸１４の位置を介して決定することができる。測定素子１７の枢動位置及び関連位置と測定方向とを表す測定値ペアを用いて、表面１１の粗さ、又は物体１２の形状若しくは幾何形状を求めることができる。
【0039】
図１及び図２に単に概略的に示してある測定器１０の例示的な実施形態では、送り軸１４は枢動可能である。送り軸１４は、高精度の直線軸として形成されている。したがって、それは、所望の測定方向Ｍｘ，Ｍｚに向けることができ、少なくとも水平線又は垂直線のいずれか一方に対して任意の角度に傾斜した測定方向も設定することもできる。したがって、測定中に、ただ送り軸１４だけによって測定アーム１６を移動させれば十分である。変形形態では、機械軸をこの目的のために十分に精密に制御することができる場合、測定アーム１６を有する測定システム１５はまた、所望の測定方向Ｍｘ，Ｍｚに応じて、少なくとも異なる又は複数のいずれか一方の機械軸によって、所望の測定方向に同時に移動させることもできる。
【0040】
測定アーム収容ユニット１８は、測定アーム１６の取付用の少なくとも機械的又は電気的のいずれか一方のインタフェースを備えることができる（図３）。測定アーム１６用の少なくとも機械的又は電気的のうち一方の締結手段は、測定アーム収容ユニット１８の収容体１９に配置することができ、この収容体は、回転軸Ｄから離れるように半径方向に突出している。収容体１９は、回転軸Ｄを中心に回転可能に取り付けられている。それは、この目的のために、回転部２０に接続されており、又は回転部２０と一体に形成されている。回転部２０は、図４、図６、図８、及び図９に示してあり、測定アーム収容ユニット１８の一部である。回転部２０は、本実施例によれば回転軸Ｄと同軸に配置されている。
【0041】
測定システム１５は、電気モータ２５を有するモータユニット２４を備える。電気モータ２５は、好ましくはブラシレス電気モータとして具体化される。それは、固定子２６及び回転子２７を有する。本実施例によれば、電気モータ２５は永久励磁される。この目的のために、回転軸Ｄを中心に周方向Ｕに分布するように、固定子２６に永久磁石２８が配置されている。例示的な一実施形態では、固定子２６はポット状又はカップ状であり、永久磁石２８は固定子の内周面に配置されている（図６及び図７）。固定子２６は、共同回転のために、外端２９が軸ピン３０に、回転軸Ｄに平行に向けられた軸方向Ａに接続されている。軸ピン３０は、軸ピン３０の長手方向軸が回転軸Ｄを画定するように、回転軸Ｄに沿って延在する。ここで提示する例示的な実施形態では、固定子２６は、その外端２９に、回転軸Ｄに対して半径方向に延在し、少なくとも摩擦係合接続又は確実係合接続又は好ましくは一体結合接続のうちいずれか一つにより、共同回転のために軸ピン３０に接続された壁部３１を備える。
【0042】
電気モータ２５の回転子２７は、複数の回転子巻線３２を、好ましい例示的な実施形態では３つの回転子巻線３２を備え、この回転子巻線３２のうちの２つは、図６、図８、及び図９に見ることができる。回転子巻線３２は、回転子２７の積層鉄心３３の外周囲に配置されている。
【0043】
測定アーム収容ユニット１８の回転部２０は、共同回転のために回転子２７に接続されている。共同回転のためのこの接続は、本例示的な実施形態では、回転子２７と回転部２０の両方が共同回転のために共通のキャリアスリーブ３８に配置されているので実現される。回転子２７及び回転部２０を回転可能に取り付けるために、共通のキャリアスリーブ３８は、本実施例によれば、回転軸Ｄを中心に周方向Ｕに回転可能に、また回転軸Ｄに沿って軸方向Ａに変位可能に、取り付けられている。この目的のために、本実施例によれば玉軸受ガイドユニット３９が設けられている。玉軸受ガイドユニット３９により、キャリアスリーブ３８の周方向Ｕの回転及び軸ピン３０に対する軸方向Ａの変位が可能になる。
【0044】
本実施例による玉軸受ガイドユニット３９は、複数の玉４１（図１１）を備える玉軸受ガイドスリーブ４０を備える。本例示的な実施形態の場合、玉軸受ガイドユニット３９はまた、玉４１を有する玉軸受ガイドスリーブ４０の他に、軸ピン３０及びキャリアスリーブ３８をも含む。玉４１は、玉中心点を中心に全ての方向に回転可能に、それぞれが玉軸受ガイドスリーブ４０の玉座内に配置されている。したがって、玉軸受ガイドスリーブ４０はまた、玉軸受用保持器と呼ぶこともできる。玉４１が、回転軸Ｄを中心に螺旋経路Ｓに沿って配置されていることが、特に図８、図９、及び図１１から分かる。螺旋経路Ｓは、図８に破線で概略的に示してある。螺旋経路Ｓはまた、ヘリックスと呼ぶこともできる。螺旋経路Ｓはリード角αを有する。図示してある例示的な実施形態と比較した変形形態では、周方向Ｕに互いにオフセットして配置された複数の螺旋経路Ｓに沿って、玉４１を配置することも可能である。玉軸受ガイドスリーブ４０は、一方の軸端に、実質的に半径方向平面内に回転軸Ｄに対して半径方向に配置されたリングフランジ４２を備える。
【0045】
回転可能に取り付けられた部品の軸ピン３０に沿った軸方向移動は、望ましくない。摩擦のない十分な剛性の軸方向支持を提供するために、測定システム１５は、測定アーム収容ユニット１８及び共同回転のためにそれに接続された回転子２７の軸方向位置を定めることができる、磁気アキシアル軸受装置４６を備える。本例示的な実施形態では、玉軸受ガイドスリーブ４０の軸方向位置もまた、磁気アキシアル軸受装置４６によって定められる。
【0046】
本実施例による磁気アキシアル軸受装置４６（図６）は、第１のアキシアル磁気軸受４７及び第２のアキシアル磁気軸受４８を有する。２つのアキシアル磁気軸受４７，４８は、軸方向Ａに互いに離れて配置されている。第１のアキシアル磁気軸受４７は、測定アーム収容ユニット１８、本実施例によれば回転部２０と、固定アセンブリ５２との間に軸方向Ａに作用する、第１の磁力Ｆ１を発生させるように構成されている。固定アセンブリ５２は、軸ピン３０、及び共同回転のために軸ピン３０に間接的若しくは直接的に接続された、又はそれに固定的に接続された、測定システム１５の全ての構成要素を含む。
【0047】
本実施例によれば、共同回転のために軸ピン３０に接続されたハウジング４９が設けられている。それは、中空円筒状デザインを有し、本実施例によれば、全く貫通開口がないわけではないケージのように形成されている。本例示的な実施形態のハウジング４９は、モータユニット２４と軸方向反対側の外端５０に、回転軸Ｄに対して実質的に半径方向に延在し、共同回転のためにハウジングを軸ピン３０に接続する、壁部５１を有する。
【0048】
したがって、ハウジング４９及び固定子２６は、固定アセンブリ５２の構成要素である。
【0049】
第１の磁力Ｆ１は、回転部２０をハウジング４９の外端５０から遠ざけて、固定子２６に向かわせる。第２のアキシアル磁気軸受４８は、測定アーム収容ユニット１８の回転部２０と、固定アセンブリ５２、本実施例によれば固定子２６との間に、第２の磁力Ｆ２を発生させる。第２の磁力Ｆ２は、回転部２０、本実施例によれば、回転部２０、キャリアスリーブ３８、及び回転子２７で形成された回転可能に取り付けられたアセンブリを、固定子２６から遠ざけて、ハウジング４９の外端５０に向かわせる。磁力Ｆ１，F２は、図４に概略的に示してある。固定子２６及びハウジング４９は、軸ピン３０により、互いに対して軸方向Ａに移動不能に結合されており、周方向Ｕの共同回転のために結合されている。第１の磁力Ｆ１及び第２の磁力Ｆ２は、反対方向から互いに向けられており、等しい大きさである。回転子２７、測定アーム収容ユニット１８の回転部２０、及びキャリアスリーブ３８で形成された回転可能に取り付けられたアセンブリは、反対方向に向けられた磁力Ｆ１，F２によって、軸方向に付勢され、位置決めされる。図４の異なる矢印の長さは、大きさを表すものではなく、それよりも、磁力が支持される箇所を示すことを意図するものである。
【0050】
玉軸受ガイドスリーブ４０の軸方向位置が、２つのアキシアル磁気軸受のうちの１つにより、本実施例によれば第１のアキシアル磁気軸受４７により、さらに予め定められる。この目的のために、軸方向に作用する第３の磁力Ｆ３が第１のアキシアル磁気軸受４７によって発生して、固定アセンブリ５２、本実施例によればハウジング４９と、玉軸受ガイドスリーブ４０との間に作用する。本実施例によれば、第３の磁力Ｆ３は、玉軸受ガイドスリーブ４０をハウジング４９の外端５０から固定子２６の方向に遠ざける。第１のアキシアル磁気軸受４７は、第４の磁力Ｆ４をさらに発生させる。第３の磁力Ｆ３及び第４の磁力Ｆ４は、互いに反対方向に向けられている。それらは等しい大きさであり、玉軸受ガイドスリーブ４０の軸ピン３０に沿った軸方向位置を定める。本例示的な実施形態では、第４の磁力Ｆ４は、測定アーム収容ユニット１８の回転部２０と玉軸受ガイドスリーブ４０との間に作用して、玉軸受ガイドスリーブ４０を回転部２０からハウジング４９の外端５０の方向に遠ざける。回転部２０は次に、第２のアキシアル磁気軸受４８により、第４の磁力Ｆ４を固定アセンブリ５２上に支持する。
【0051】
２つのアキシアル磁気軸受４７，４８の配置は、特に図６から分かる。各アキシアル磁気軸受４７，４８は、回転軸Ｄと同軸に配置され、軸方向Ａに磁化された、複数のリング磁石を有する。これは、リング磁石のＮ極及びＳ極が、軸方向に隣接して配置されていることを意味する。図６～図９には、リング磁石のＮ極が破線の平行線で満たされた領域によって概略的に示してあり、リング磁石のＳ極が菱形ハッチングよって概略的に示してある。アキシアル磁気軸受４７，４８の全てのリング磁石は、本実施例によれば永久磁気である。
【0052】
図６から分かるように、第１のアキシアル磁気軸受４７は、軸方向Ａに隣接して配置された３つのリング磁石を備える。第１のリング磁石５５は、共同回転のために、また軸方向に変位不可能に軸ピン３０に取り付けられた、支持リング５６上に位置している。他の例示的な実施形態では、支持リング５６は、ハウジング４９に、たとえば壁部５１に直接接続することもできる。したがって、支持リング５６は、少なくとも固定アセンブリ５２又はハウジング４９のいずれか一方の一部である。
【0053】
第１のリング磁石５５に直接隣接して、第１のアキシアル磁気軸受４７の第２のリング磁石５７が配置されている。第２のリング磁石５７は、玉軸受ガイドスリーブ４０上に、たとえばリングフランジ４２に締結されており、玉軸受ガイドスリーブ４０と一緒に軸ピン３０に対して移動することができる。第３の磁力Ｆ３を発生させるために、第１のリング磁石５５及び第２のリング磁石５７が互いに反発し合うように、第２のリング磁石５７のＮ極は、ここでは第１のリング磁石５５のＮ極に直接隣接して配置されている。
【0054】
第１のアキシアル磁気軸受４７は、第３のリング磁石５８をさらに備える。第３のリング磁石５８は、本実施例によれば遊びをもって玉軸受ガイドスリーブ４０を囲んでいる。それは、その半径方向外側領域で、測定アーム収容ユニット１８の回転部２０に固定的に接続されている。本実施例によれば、回転部２０は、キャリアスリーブ３８を越えて軸方向に突出し、第３のリング磁石５８が締結された、軸方向延在部５９を有する。本例示的な実施形態のキャリアスリーブ３８は、第３のリング磁石５８から軸方向に離れて配置されている。第１のアキシアル磁気軸受４７の全てのリング磁石５５，５７，５８は、回転軸Ｄと同軸に配置されている。
【0055】
第３のリング磁石５８が第２のリング磁石５７によって第１のリング磁石５５に間接的に支持されているので、第１のアキシアル磁気軸受４７のこの例示的な実施形態で第１の磁力Ｆ１が実現される。この積層配置の結果、第１のアキシアル磁気軸受４７のリング磁石の数を最小限にすることができる。変更された例示的な実施形態では、同一の極が互いに隣接した状態で第１のリング磁石５５及び第３のリング磁石５８が配置されている場合、これらの間に第１の磁力Ｆ１を直接的に発生させることもできる。
【0056】
ここで示す例示的な実施形態の場合には、第１のアキシアル磁気軸受４７の３つの全てのリング磁石５５，５７，５８は同じ半径方向寸法を有し、好ましくは同一に形成されている。所望の反発力を実現するために、真ん中に配置された第２のリング磁石５７は、他の２つのリング磁石５５，５８と比較して正反対の磁気分極で配置されている。
【0057】
第２のアキシアル磁気軸受４８は、第４のリング磁石６０及び第５のリング磁石６１を備える。本実施例によれば、第４のリング磁石６０及び第５のリング磁石６１は、同じ半径方向寸法並びに／又は第１のアキシアル磁気軸受４７のリング磁石５５，５７，５８と同じ半径方向寸法を有し、第１のアキシアル磁気軸受４７のリング磁石５５，５７，５８と同一に構成することができる。第４のリング磁石６０及び第５のリング磁石６１は、回転軸Ｄを同軸に囲んでいる。第４のリング磁石６０は、回転子２７に固定的に配置されている。第５のリング磁石６１は、固定子２６に固定的に配置されており、本実施例によれば壁部３１に配置されている。第４のリング磁石６０及び第５のリング磁石６１は、互いに隣接して配置されており、２つのリング磁石６０，６１が互いに反発するように、同一の磁極が直接隣接して配置されている。したがって、固定子２６と回転子２７との間に軸方向の磁力が発生して、第２の磁力Ｆ２を形成する。本実施例によれば、２つのＮ極が互いに直接隣接して配置されている。
【0058】
上記で説明したように、本例示的な実施形態では、全てのリング磁石５５，５７，５８，６０，６１は同じ半径方向寸法を有する。したがって、これらのリング磁石によって発生する磁力は、回転軸Ｄに対して直角にトルクが生じないように、回転軸Ｄから等距離に配置されている。
【0059】
玉軸受ガイドスリーブ４０の玉４１が、回転軸Ｄを中心に螺旋経路Ｓ上に配置されているので、玉軸受ガイドスリーブ４０は、軸ピン３０を中心とする回転に伴って、螺旋経路Ｓのピッチに従って軸ピン３０に沿って軸方向Ａの一方側にだけ移動する傾向にある。この移動は、磁気アキシアル軸受装置４６によって防止される。螺旋経路Ｓに沿った玉４１の配置により、磁気アキシアル軸受装置４６のみによって支持することができない玉軸受ガイドスリーブ４０の非常に小さい微動を、軸ピン３０に沿って回避することができる。したがって、玉軸受ガイドスリーブ４０の、その結果、それに取り付けられた測定アーム収容ユニット１８の軸方向Ａの位置決めもまた、さらに改善することができる。
【0060】
測定アーム収容ユニット１８又は収容体１９の回転軸Ｄを中心とする回転位置を検出するための測定システム１５は、測定装置６７を備える。測定装置６７は、図４にかなり概略的に示してある。測定装置６７の構成要素はまた、図７及び図９にも見られる。スケール部６８及び検出ユニット６９が測定装置６７に属する。回転位置を検出するために、検出ユニット６９は、本実施例によれば非接触で、スケール部６８と共に作動する。この目的のために、本実施例による検出ユニット６９は、送信機７０及び受信機７１を備える。送信機７０は、本実施例によれば光送信機として具体化され、受信機７１は、本実施例によれば光受信機として具体化される。送信機７０及び受信機７１は、スケール部６８に対して同じ側又は反対側に配置することができる。本実施例によれば、送信機７０及び受信機７１は同じ側に隣接して配置されており、ハウジング４９に締結されている。
【0061】
スケール部６８は、固定アセンブリ５２に、及び本実施例によれば共同回転のために測定アーム収容ユニットに接続されている。スケール部６８は、本例示的な実施形態では、完全に閉じた周方向Ｕのリングディスクとして具体化される（図９）。それは、環状スケール領域内に光反射素子及び光非反射素子を交互に備える。反射素子は、送信機７０から発せられた光を反射し、その光は非反射素子によって少なくとも部分的に吸収される。反射光の異なる強度が受信機７１によって検出される。したがって、相対移動を特定することができる。したがって、検出ユニット６９の助けにより、軸ピン３０を中心とする、したがって回転軸Ｄを中心とする、測定アーム収容ユニット１８の回転角度位置の変化を検出することができる。このようにして検出された回転角度値は、測定される変数、たとえば物体１２の表面１１の粗さ又はその形状若しくは幾何形状を求めるのに使用できる測定値と、相関関係にある。
【0062】
スケール部６８又はそのスケール領域はまた、図示してある例示的な実施形態と比較した変形形態では、完全に閉じていなくてもよく、それに応じて測定範囲が３６０°よりも小さい角度範囲に制限されているとき、円弧の形で具体化することができる。環状に閉じたスケール領域を有する本実施例によれば完全に閉じたディスクによって、基本的にいかなる任意の回転角度位置（０°～３６０°）も、測定アーム１６を使用して測定することができる。
【0063】
モータユニット２４又は電気モータ２５は、測定アーム収容ユニット１８に、その結果、それに配置された測定アーム１６に、回転軸Ｄを中心とするモータトルクを発生させるように構成されている。したがって、測定中に、測定素子１７を物体１２の表面１１に当接させる予め定められた測定力を設定し、特に制御することができる。制御ユニット（図示せず）が、さらにパラメータ依存的に、電気モータ２５のモータトルクについてモータ制御可変特性を予め定めることができ、このモータ制御変数は、少なくとも前記制御ユニットに保存された特性曲線に従って、開ループ制御又は閉ループ制御によって制御することができる。モータ制御変数は、たとえばモータ電流とすることができる。少なくとも１つの特性曲線は、少なくとも１つのパラメータに依存することができ、たとえば、使用される測定アーム１６、特に回転軸Ｄと測定素子１７との間の少なくともその長さ、又はその重さのいずれか一方、特に水平線若しくは垂直線に対する測定アーム１６の電流回転角度位置、並びに他のパラメータに依存することができる。したがって、制御ユニットは所望の測定力を制御することができる。少なくとも１つの特性曲線は、少なくとも異なる測定アームについて、又は異なる測定範囲（回転軸を中心とする回転角度範囲）のいずれか一方で、経験的に求めることができる。
【0064】
本実施例によれば、１又は複数の回転可能に取り付けられた構成要素と固定アセンブリ５２との間の電気的接続を確立することが必要である。電気的接続は、特に図５に概略的に示してある。回転子２７には、回転子巻線３２の電気的接続のために複数の電気巻線端子７６が設けられている。本例示的な実施形態では、４つの電気巻線端子が回転子２７に設けられている。巻線端子７６は、本実施例によれば３つの回転子巻線３２のそれぞれに設けられており、さらに、全ての回転子巻線３２が電気的に接続されたスターポイント７７に電気的に接続された共通の巻線端子７６が設けられている。回転子巻線３２及びその電気的接続の数に応じて、より多くの又はより少ない電気巻線端子７６を回転子２７に設けることもできる。
【0065】
本実施例によれば、測定アーム収容ユニット１８に少なくとも１つの電気測定アーム端子７８が設けられており、各場合に、収容体１９上の１又は複数の電気接触素子７９に電気的に接続される。少なくとも１つの接触素子７９は、接触面、接触ピン、接触ソケット等によって形成することができる。それは、収容された測定アーム１６と共に、測定アーム１６上の適当な対応する電気対向接触子への電気的接続を提供するように構成されている。測定アーム収容ユニットの実施形態に応じて、１つ、２つ、若しくはさらにより多くの少なくとも接触素子７９又は測定アーム端子７８のいずれか一方を設けることができる。図５には、単なる一例として、２つの測定アーム端子７８が示してある。
【0066】
両方の巻線端子７６と測定アーム端子７８は、回転軸Ｄを中心に回転可能に取り付けられている。ハウジング４９又は固定アセンブリ５２の別の部分には、回転軸Ｄ又は軸ピン３０に対して回転可能に固定して配置された電気端子装置８０が設けられている（図３、図４、及び図１４）。電気端子装置８０は、設けられた巻線端子７６及び測定アーム端子７８の数に応じて、対応する数の電気端子８１を有する。たとえば、図１４には端子クランプ８２の形の９つの電気端子８１が示してある。端子装置８０の電気端子８１は、本例示的な実施形態では電気絶縁板８３上に締結されており、この板はここではハウジング４９に固定的に接続されている。
【0067】
測定アーム収容ユニット１８又は回転子２７の軸ピン３０を中心とする回転可能性を著しく制限することなく、端子装置８０の電気端子８１と設けられた少なくとも巻線端子７６又は測定アーム端子７８のいずれか一方との間の電気的接続を提供する、電気的接続装置８４が設けられている。
【0068】
たとえば、電気的接続装置８４は、ブラシ等などの摺動接触子、又は導電性であり、回転軸Ｄと同心円状に配置された導電性軌道上を摺動若しくは転動する玉若しくはローラなどの転動体を備えることもできる。前記軌道は、たとえば対応するライン又はケーブルにより、少なくとも巻線端子７６又は測定アーム端子７８のいずれか一方に電気的に接続することができる。
【0069】
本例示的な実施形態の場合には、電気接続装置８４は、１又は複数の電気スパイラル導体８５を備える。各スパイラル導体８５は、回転軸Ｄの方向に外端８６から半径方向内側に螺旋状に巻回され、巻きの半径が半径方向内側に減少する。スパイラル導体８５は、回転軸Ｄに対して実質的に半径方向平面内に延在する。スパイラル導体８５の半径方向内端を備える又は形成する半径方向最内巻き８７が、締結リング８８内に収容されている。締結リング８８は、半径方向外側に開いた溝又はチャネルを有する。前記チャネルは、締結リング８８の環状基部８８ｂによって半径方向内側に互いに接続された、締結リング８８の第２の側壁８８ａによって、軸方向Ａに画定される。したがって、締結リング８８はＵ字形断面を有する。半径方向最内巻き８７は、摩擦係合、一体結合、若しくは確実係合させて、又はこれらの締結タイプの組み合わせによって、締結リング８８内に固定することができる。本例示的な実施形態では、締結リング８８の側壁８８ａは、少なくともいくつかの箇所で再成形され、少なくとも、これらの箇所で半径方向最内巻き８７に締付力を加えるか、又はこれらの再成形箇所で半径方向最内巻き８７への確実係合接続を形成する。
【0070】
スパイラル導体８５及び締結リング８８は、導電性材料製であり、機械的接続の確立により同様に互いに電気的に接続されている。スパイラル導体の外端８６は、特に図１４に示してあるように、電気端子装置８０の関連付けられた端子８１に電気的に接続されている。
【0071】
締結リング８８及び特にその環状基部８８ｂは、１又は複数の周辺箇所で、その半径方向内側に面した下面上に非円領域８９がある状態で形成されている。非円領域８９は、締結リング８８の半径方向内側下面の残りの部分を有する共通の円筒側面上に位置せず、その外側に位置する、周辺箇所を意味すると理解されたい。ここで提示する例示的な実施形態の場合には、非円領域８９は、円筒側面を有する円筒に広がる扁平部分によって具体化され、締結リング８８の下面がこの円筒側面上の非円領域８９の外側に位置する。
【0072】
スパイラル導体８５用の締結リング８８は、回転軸Ｄと同軸に配置された本体、本実施例によればスリーブ状キャリア９０の外側面上に配置されている。この外側面は、締結リング８８の半径方向内側下面に適合された断面輪郭を有する。それは、非円領域８９、本例示的な実施形態では扁平部分に対応する、周辺領域を備える。したがって、締結リング８８は、回転軸Ｄを中心にスリーブ状キャリア９０に対して回転するのを防止される。扁平部分の代わりに、たとえば、スリーブ状キャリア９０の側面の軸方向溝、及びこの軸方向溝に係合する、各締結リング８８の半径方向内側下面上の対応する突出部など、他の回転防止手段を設けることもできる。締結リング８８はまた、接着、溶接等などの一体結合接続により、スリーブ状キャリア９０に接続することもできる。
【0073】
本例示的な実施形態のスリーブ状キャリア９０は、電気絶縁材料からなる。電気絶縁材料製の絶縁リング９１が、各場合に２つの直接隣接する締結リング８８の間に配置されている。絶縁リング９１が間に配置された状態の締結リング８８は、スリーブ状キャリア９０の端面フランジ９２と固定リング９３との間に軸方向Ａに固定され、本実施例によれば挟持される。たとえば、固定リング９３は、フランジ９２と反対側の軸端で、スリーブ状キャリア９０に螺合することができる。
【0074】
スリーブ状キャリア９０は、共同回転のために、回転部２０に、本実施例によれば軸方向延在部５９に接続されている。したがって、それは、測定アーム収容ユニット１８の回転部２０又は回転子２７と一緒に、回転軸Ｄを中心にハウジング４９に対して回転する。回転の向きに応じて、螺旋状に巻回されたスパイラル導体８５を巻回又は巻出しすることができ、その個々の巻きが、互いにより近づき、又は互いにさらに遠ざかる。
【0075】
図面から、特に図１０から明らかなように、ここで説明する例示的な実施形態のスパイラル導体８５は、コイルばね９７で形成されている。コイルばね９７は、スリーブ状キャリア９０とハウジング４９との間にトルクを発生させることができ、このトルクは、たとえば、測定アーム１６の重量力によって加えられるトルクの少なくとも部分的な補償のための補償トルクＭＫ（図１４）として機能する。したがって、コイルばね９７は重量補償装置９８を形成する。補償トルクＭＫは、使用される測定アーム１６、特にその長さ及び重量に応じて設定することができ、その結果、所望の測定力を加えるために、モータユニット２４又は電気モータ２５は、できるだけ最小の大きさの回転子トルクを発生させなければならない。回転軸Ｄを中心とする回転角度に依存するコイルばね９７のばね特性曲線は、十分に小さい傾きを有し、その結果、測定アーム１６により回転軸Ｄを中心に発生するトルクの良好な補償が、所望の回転角度測定範囲にわたって可能である。
【0076】
重量補償装置９８は、補償トルクＭＫの大きさを設定するように構成された設定装置９９を有する。設定装置９９は、本実施例によれば、補償トルクＭＫの所望の大きさに達するまで、スリーブ状キャリア９０が回転軸Ｄを中心にハウジング４９に対して回転するように、形成されている（図１４）。この位置では、測定アーム収容ユニット１８の回転部２０へのスリーブ状キャリア９０の接続が生じ、次いで、これが回転軸Ｄを中心とする所望の補償トルクＭＫの作用を受ける。
【0077】
図１２及び図１３には、スリーブ状キャリア９０の領域の電気接触が示してある。各導電性締結リング８８は、導電性接触ピン１０３に当接する。接触ピン１０３はスリーブ状キャリア９０上に配置され、対応する関連付けられた締結リング８８に向かって、回転軸Ｄから離れるように半径方向外側に突出している。各接触ピン１０３は、さらに導体１０４に電気的に接続されている。導体１０４は、本例示的な実施形態ではリボンケーブル１０５の導体である。図１３に概略的に見ることができるように、リボンケーブル１０５は、スリーブ状キャリア９０の半径方向外側の軸方向凹部内を通っている。導体１０４は、リボンケーブル１０５の絶縁体によって電気的に絶縁されている。
【0078】
リボンケーブル１０５は、測定アーム収容ユニット１８の回転部２０に案内される。測定アーム収容ユニット１８の領域で、個々の導体１０４は、測定アーム端子７８の１つと巻線端子７６の１つのどちらかに電気的に接続されている。環状プリント基板１０６が回転部２０に締結されていることが、図６、図８、及び図９に見ることができる。環状プリント基板１０６は、少なくとも電気部品又は電子部品のいずれか一方を搭載することができる。さらに、回転子巻線３２への電気的接続がそこで生じる。
【0079】
したがって、測定システム１５は、測定アーム収容ユニット１８及びそれに接続された測定アーム１６の、回転軸Ｄを中心とする広い事実上無限の測定範囲又は回転角度範囲を可能にすることができる。モータユニット２４及び測定装置６７は回転式に作動し、回転軸Ｄを中心に、特に回転軸Ｄと同軸に配置されている。２アームロッカを有する測定システムの場合のように、測定アームの可能撓み範囲の制限は、本発明による実施形態には存在しない。
【0080】
さらに、測定システム１５は有利な取付けを提供する。玉軸受ガイドスリーブ４０により、軸ピン３０を中心とする低摩擦回転可能性が可能となる。磁気アキシアル軸受装置４６は、測定システム１５の回転可能に取り付けられた構成要素を軸方向Ａに支持し、摩擦なしにその軸方向位置を定める。
【0081】
【0082】
本発明は、測定器１０用の測定システム１５に関する。測定アーム収容ユニット１８は、ハウジング４９に、又は共同回転のためにハウジング４９に接続された軸ピン３０に、回転軸Ｄを中心に回転可能若しくは枢動可能に取り付けられている。測定アーム収容ユニット１８に測定アーム１６を配置することができる。電気モータ２５を有するモータユニット２４を使用して、測定アーム収容ユニット１８に回転軸Ｄを中心にモータトルクを発生させる。モータユニット２４は、回転軸Ｄと同軸に配置された回転子２７を有する。測定アーム収容ユニット１８の回転軸Ｄを中心とする回転角度位置を特定する回転角度が、スケール部６８及び検出ユニット６９を有する測定装置６７によって検出される。スケール部６８は、円弧の形で、環状に、又はディスクの形で、回転軸Ｄを中心に又は回転軸Ｄと同軸に配置されている。測定アーム収容ユニット１８は、回転軸Ｄを中心に周方向に回転可能となり、また回転軸Ｄに沿って軸方向Ａに変位可能となるように、玉軸受ガイドユニット３９の玉軸受ガイドスリーブ４０によって軸ピン３０に取り付けられている。測定アーム収容ユニット１８の軸方向Ａの軸方向位置が、磁気アキシアル軸受装置４６の助けによって定められ、作動中に維持される。
【符号の説明】
【0083】
１０ 測定器
１１ 表面
１２ 物体
１４ 送り軸
１５ 測定システム
１６ 測定アーム
１７ 測定素子
１８ 測定アーム収容ユニット
１９ 収容体
２０ 回転部
２４ モータユニット
２５ 電気モータ
２６ 固定子
２７ 回転子
２８ 永久磁石
２９ 固定子の外端
３０ 軸ピン
３１ 固定子の壁部
３２ 回転子巻線
３３ 積層鉄心
３８ キャリアスリーブ
３９ 玉軸受ガイドユニット
４０ 玉軸受ガイドスリーブ
４１ 玉
４２ リングフランジ
４６ 磁気アキシアル軸受装置
４７ 第１のアキシアル磁気軸受
４８ 第２のアキシアル磁気軸受
４９ ハウジング
５０ ハウジングの外端
５１ ハウジングの壁部
５５ 第１のリング磁石
５６ 支持リング
５７ 第２のリング磁石
５８ 第３のリング磁石
５９ 軸方向延在部
６０ 第４のリング磁石
６１ 第５のリング磁石
６７ 測定装置
６８ スケール部
６９ 検出ユニット
７０ 送信機
７１ 受信機
７２ スケール領域
７６ 電気巻線端子
７７ スターポイント
７８ 電気測定アーム端子
７９ 接触素子
８０ 電気端子装置
８１ 電気端子
８２ 端子クランプ
８３ 板
８４ 電気的接続装置
８５ スパイラル導体
８６ スパイラル導体の外端
８７ 半径方向最内巻き
８８ 締結リング
８８ａ 締結リングの側壁
８８ｂ 締結リングの環状基部
８９ 非円領域
９０ スリーブ状キャリア
９１ 絶縁リング
９２ スリーブ状キャリアのフランジ
９３ 固定リング
９７ コイルばね
９８ 重量補償装置
９９ 設定装置
１０３ 接触ピン
１０４ 導体
１０５ リボンケーブル
１０６ プリント基板
α リード角
Ａ 軸方向
Ｄ 回転軸
Ｆ１ 第１の磁力
Ｆ２ 第２の磁力
Ｆ３ 第３の磁力
Ｆ４ 第４の磁力
Ｍｘ 水平測定方向
Ｍｚ 垂直測定方向
ＭＫ 補償トルク
Ｓ 螺旋経路
Ｕ 周方向
１１ 表面
１２ 物体
１４ 送り軸
１５ 測定システム
１６ 測定アーム
１７ 測定素子
１８ 測定アーム収容ユニット
１９ 収容体
２０ 回転部
２４ モータユニット
２５ 電気モータ
２６ 固定子
２７ 回転子
２８ 永久磁石
２９ 固定子の外端
３０ 軸ピン
３１ 固定子の壁部
３２ 回転子巻線
３３ 積層鉄心
３８ キャリアスリーブ
３９ 玉軸受ガイドユニット
４０ 玉軸受ガイドスリーブ
４１ 玉
４２ リングフランジ
４６ 磁気アキシアル軸受装置
４７ 第１のアキシアル磁気軸受
４８ 第２のアキシアル磁気軸受
４９ ハウジング
５０ ハウジングの外端
５１ ハウジングの壁部
５５ 第１のリング磁石
５６ 支持リング
５７ 第２のリング磁石
５８ 第３のリング磁石
５９ 軸方向延在部
６０ 第４のリング磁石
６１ 第５のリング磁石
６７ 測定装置
６８ スケール部
６９ 検出ユニット
７０ 送信機
７１ 受信機
７２ スケール領域
７６ 電気巻線端子
７７ スターポイント
７８ 電気測定アーム端子
７９ 接触素子
８０ 電気端子装置
８１ 電気端子
８２ 端子クランプ
８３ 板
８４ 電気的接続装置
８５ スパイラル導体
８６ スパイラル導体の外端
８７ 半径方向最内巻き
８８ 締結リング
８８ａ 締結リングの側壁
８８ｂ 締結リングの環状基部
８９ 非円領域
９０ スリーブ状キャリア
９１ 絶縁リング
９２ スリーブ状キャリアのフランジ
９３ 固定リング
９７ コイルばね
９８ 重量補償装置
９９ 設定装置
１０３ 接触ピン
１０４ 導体
１０５ リボンケーブル
１０６ プリント基板
α リード角
Ａ 軸方向
Ｄ 回転軸
Ｆ１ 第１の磁力
Ｆ２ 第２の磁力
Ｆ３ 第３の磁力
Ｆ４ 第４の磁力
Ｍｘ 水平測定方向
Ｍｚ 垂直測定方向
ＭＫ 補償トルク
Ｓ 螺旋経路
Ｕ 周方向
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
