JP2006126069A - 走行装置、形状測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】走行体の変位量を正確に検出できる走行装置を提供する。
【解決手段】略平行に配設されたガイドレール３１０、３２０と、ガイドレール３１０、３２０に摺動可能に設けられたスライダ部７１１、７１２および２つのスライダ部７１１、７１２を連結する連結部７２０を有する走行体７００と、推進力を付与する推進力付与手段５００と、ガイドレール３１０、３２０間で配設されたスケール６１０およびスケール６１０に対する変位量を検出する検出ヘッド６２０を有する変位検出手段６００と、を備える。連結部７２０は、スライダ部７１１、７１２を架橋する主ビーム７２１と、両端が主ビーム７２１においてスライダ部７１１、７１２に近接する位置に固定された補助ビーム７２２と、を備える。推進力付与手段５００は主ビーム７２１に推進力を付与し、検出ヘッド６２０は補助ビーム７２２に設けられている。
【選択図】図１

Description

本発明は、走行装置および形状測定装置に関する。

従来、走行体をガイドレールに沿って走行させる走行装置が知られている（例えば、特許文献１）。
図５に、従来の走行装置を示す。
従来の走行装置１１０は、ベース部２００と、ベース部２００の上面において互いに平行に敷設されたガイドレール３１０、３２０と、ガイドレール３１０、３２０にガイド（案内）されてスライド走行する走行体４００と、走行体４００を駆動させる送り手段５００と、走行体４００の変位量を検出する変位検出手段６００と、を備える。

ガイドレール３１０、３２０は、ベース部２００上に所定距離を隔てて互いに平行に配設された二本の直線状のレールで構成されている。
走行体４００は、それぞれのガイドレール３１０、３２０に跨乗するように配設されて各ガイドレール３１０、３２０をスライド移動する２つのスライダ部４１１、４１２と、２つのスライダ部４１１、４１２を架橋する連結部４２０と、を備える。
送り手段５００は、二本のガイドレール３１０、３２０間の略中央においてガイドレール３１０、３２０と略平行に配設された送りねじ５１０と、送りねじ５１０を回転駆動するモータ５２０と、送りねじ５１０に螺合するとともに連結部４２０に取付固定されたナット部５３０と、を備える。
変位検出手段６００は、二本のガイドレール３１０、３２０間の略中央においてガイドレール３１０、３２０と略平行にベース部２００上に配設されたスケール６１０と、スケール６１０に対向した状態で連結部４２０の下面に取付固定されるとともにスケール６１０に対する変位量を検出するとともに検出ヘッド６２０と、を備える。

このような構成において、モータ５２０によって送りねじ５１０が回転駆動されると、送りねじ５１０に螺合したナット部５３０が移動する。すると、ガイドレール３１０、３２０にガイドされながらナット部５３０と一体的に走行体４００がスライド移動される。このとき、検出ヘッド６２０が走行体４００とともに移動され、検出ヘッド６２０によってスケール６１０に対する相対移動量が検出される。すると、走行体４００の変位量が検出される。

特許第２８８９０８３号公報

図６に、走行体４００が静止している状態（図６（Ａ））と、走行体４００がスライド走行している状態（図６（Ｂ））と、を示す。
走行体４００がスライド走行する際には、ガイドレール３１０、３２０とスライダ部４１１、４１２との間に摩擦力が生じるところ、送りねじ５１０がガイドレール３１０、３２０の中央に配置されて走行体４００が連結部４２０の中央で推進力を得るので、図６（Ｂ）に示されるように連結部４２０にたわみが生じる。
すると、連結部４２０にたわみが生じる分、検出ヘッド６２０による走行体４００の変位検出量に誤差が生じる。その結果、走行体４００の位置を高精度に制御することが困難となるという問題が生じる。

本発明の目的は、走行体の変位量を正確に検出でき、位置制御を高精度化できる走行装置、および、測定精度が向上する形状測定装置を提供することにある。

本発明の走行装置は、ベース部と、前記ベース部の上面において所定間隔離隔して互いに略平行に配設された二本のガイドレールと、二本の前記ガイドレールのそれぞれに摺動可能に設けられた２つのスライダ部、および、２つの前記スライダ部を連結する連結部を有する走行体と、前記ガイドレールが案内する方向に前記走行体を変位させる推進力を前記連結部の略中央付近に付与する推進力付与手段と、前記ベース部の上面において二本の前記ガイドレール間の略中央付近で前記ガイドレールと略平行に配設されたスケール、および、前記スケールに対向した状態で前記連結部に取付固定され当該スケールに対する相対変位量を検出する検出ヘッドを有する変位検出手段と、を備えた走行装置において、前記連結部は、２つの前記スライダ部を架橋する主ビームと、両端が前記主ビームにおいて前記スライダ部に近接する位置あるいは前記スライダ部に取付固定されて前記主ビームに並設された補助ビームと、を備え、前記推進力付与手段は、主ビームに前記推進力を付与し、前記検出ヘッドは、前記補助ビームに設けられていることを特徴とする。

また、本発明の走行装置は、ベース部と、前記ベース部の上面において所定間隔離隔して互いに略平行に配設された二本のガイドレールと、二本の前記ガイドレールのそれぞれに摺動可能に設けられた２つのスライダ部、および、２つの前記スライダ部を連結する連結部を有する走行体と、前記ガイドレールが案内する方向に前記走行体を変位させる推進力を前記連結部の略中央付近に付与する推進力付与手段と、前記ベース部の上面において二本の前記ガイドレール間の略中央付近で前記ガイドレールと略平行に配設されたスケール、および、前記スケールに対向した状態で前記連結部に取付固定され当該スケールに対する相対変位量を検出する検出ヘッドを有する変位検出手段と、を備えた走行装置において、前記連結部は、２つの前記スライダ部を架橋する主ビームと、一端が前記主ビームにおいて前記スライダ部に近接する位置あるいは前記スライダ部に取付固定され他端が前記スケール近傍に位置する補助ビームと、を備え、前記推進力付与手段は、主ビームに前記推進力を付与し、前記検出ヘッドは、前記補助ビームの前記他端に設けられていることを特徴とする。

この構成において、推進力付与手段によって主ビームの中央付近に推進力が付与される。すると、スライダ部がガイドレールを摺動し、走行体がガイドレールに沿って移動（走行）する。補助ビームに設けられた検出ヘッドが走行体ととともに移動し、スケールに対する相対変位量が検出ヘッドで検出されて、走行体の位置が検出される。
ここで、スライダ部とガイドレールとの間に摩擦力が働くと、推進力が直に付与される主ビームにたわみが生じる場合がある。このときでも、主ビームとは別に設けられた補助ビームがたわむことはないので、補助ビームに設けられた検出ヘッドにより走行体の位置が正確に検出される。そして、例えば、このように正確に検出された走行体の位置に基づいて走行体の位置制御が高精度に行われる。

なお、「主ビームにおいて前記スライダ部に近接する位置」とは、スライダ部から主ビームの中心までの距離を二等分する点よりもスライダ部側の位置であることが好ましく、さらに、スライダ部から主ビームの中心までの距離を３等分する点よりもスライダ部側の位置であることがより好ましく、さらに、スライダ部から主ビームの中心までの距離を６等分する点よりもスライダ部側の位置であることがより一層好ましい。

本発明では、前記推進力付与手段は、二本の前記ガイドレール間の略中央において前記ガイドレールと略平行に配設された送りねじと、前記送りねじを回転駆動するモータと、前記主ビームの略中央付近に設けられ前記送りねじに螺合するナット部と、を備えることが好ましい。
この構成において、モータの駆動力によって送りねじが回転駆動されると、送りねじに螺合したナット部が移動する。すると、ナット部と一体的に走行体が移動する。

本発明の形状測定装置は、被測定物の表面を検知する検知部と、前記走行装置を有し前記被測定物と前記検知部とを相対移動させる移動機構と、前記検知部からのデータに基づいて前記被測定物の形状あるいは寸法を解析する解析部と、を備えることを特徴とする。

この構成によれば、検知部により検知されたデータに基づいて解析部により被測定物の形状が解析される。本構成では、走行装置の走行体を高精度に位置制御可能であるので、検知部により取得されるデータとそのときの検知部の座標値とを正確に対応させて、被測定物の形状、寸法を正確に測定することができる。

ここで、形状測定装置は、二つの前記スライダ部に両端が立設されて前記走行体と一体的に移動するフレームを備え、前記検知部は、このフレームに設けられていることが好ましい。
この構成では、推進力が付与される主ビームにはたわみが生じる一方で、スライダ部とともに移動するフレームにはたわみ等が生じない。すなわち、前記フレームに設けられた検知部の座標は主ビームではなくスライダ部の位置に対応することとなるが、本発明では、主ビームとは別に補助ビームが設けられており、この補助ビームに設けられた検出ヘッドによりスライダ部の位置を検出できるので、検知部の位置を正確に検出できる。その結果、検知部により取得されるデータとそのときの検知部の座標値とを正確に対応させて、被測定物の形状、寸法を正確に測定することができる。
さらには、補助ビームに設けられた検出ヘッドによって検知部の位置を常に正確に検出できることから、走行体が走行中であっても検知部の位置を正確に検出することができる。すると、検知部で被測定物を検知するにあたって、走行体を静止させずに移動させながら連続的に被測定物の表面を検知した場合でも検知した座標を正確に特定できる。よって、検知部を走行体で連続的に移動させながらの連続検出が可能となり、その結果として測定時間が短縮されて、高精度かつ短時間の測定を実現できる。

なお、検知部としては、被測定物を撮像する撮像手段（例えば、ＣＣＤカメラ）や、接触式プローブや、非接触式プローブなど、被測定物を検出できればその構成は特に限定されない。

以下、本発明の実施の形態を図示するとともに図中の各要素に付した符号を参照して説明する。
（第１実施形態）
本発明の走行装置に係る第１実施形態について図１ないし図３を参照して説明する。
図１は第１実施形態の全体斜視図であり、図２は走行体の進行方向から第１実施形態を見た正面図である。
第１実施形態の基本的構成は、背景技術で説明した走行装置の構成に同様であり、ベース部２００と、走行体７００と、ガイドレール３１０、３２０と、送り手段（推進力付与手段）５００と、変位検出手段６００と、を備える。
ここで、ベース部２００、ガイドレール３１０、３２０、送り手段５００および変位検出手段６００は、背景技術（図５）で説明した構成に同様であるので同一要素には同一符号を付し、その説明を割愛する。なお、変位検出手段６００の構成は特に限定されず、検出ヘッド６２０によってスケール６１０に対する相対変位量を検出できればよく、光学式、静電容量式あるいは磁気式の変位検出手段が例としてあげられる。

走行体７００は、それぞれのガイドレール３１０、３２０に跨乗するように配設されて各ガイドレール３１０、３２０をスライド移動するスライダ部７１１、７１２と、２つのスライダ部７１１、７１２を架橋する連結部７２０と、スライダ部７１１、７１２上に立設されて走行体７００と一体的に移動される門型フレーム７３０と、を備えている。

連結部７２０は、２つのスライダ部７１１、７１２の間に梁状に設けられ２つのスライダ部７１１、７１２を架橋する主ビーム７２１と、２つのスライダ部７１１、７１２との間で主ビーム７２１に並設された補助ビーム７２２と、を備える。
補助ビーム７２２は、図２に示されるように、送り手段５００（具体的には送りねじ５１０およびナット部５３０）を間にして主ビーム７２１とは反対側に配設され、補助ビーム７２２の両端は、主ビーム７２１の下面側（ベース部２００に対向する側）においてスライダ部７１１、７１２に近接する位置に取付固定されている。
すなわち、補助ビーム７２２は、主ビーム７２１の下面側において２つのスライダ部７１１、７１２のそれぞれに近接する位置にベース部２００へ向けて垂下するように取付固定された取付軸部７２３、７２４と、主ビーム７２１と略平行に設けられ取付軸部７２３、７２４を繋ぐ梁部７２５と、を備えている。
梁部７２５は、その途中においてスケール６１０を跨ぐようにコ字状に折曲されている。

ここで、送り手段５００のナット部５３０は、主ビームに取付固定されている一方、変位検出手段６００の検出ヘッド６２０は、補助ビーム７２２（詳しくは梁部７２５）においてスケール６１０を跨ぐように折曲形成された位置に取付固定されている。

このような構成を備える第１実施形態の動作について説明する。
図３に、走行体７００が静止している状態（図３（Ａ））と、走行体７００がスライド走行している状態（図３（Ｂ））と、を示す。
モータ５２０によって送りねじ５１０が回転駆動されると、送りねじ５１０に螺合したナット部５３０が移動する。すると、ガイドレール３１０、３２０にガイドされながらナット部５３０と一体的に走行体７００がスライド移動される。
ガイドレール３１０、３２０とスライダ部７１１、７１２との間に摩擦が働くと、図３（Ｂ）に示されるように、主ビーム７２１にたわみが生じることがある。このとき、ナット部５３０が取付固定された主ビーム７２１にたわみが生じても、補助ビーム７２２にはたわみが生じない。
検出ヘッド６２０が補助ビーム７２２に取付固定されているところ、検出ヘッド６２０が走行体７００とともに移動され、検出ヘッド６２０によってスケール６１０に対する相対移動量が検出される。すると、走行体７００の変位量が検出される。

このような構成を備える第１実施形態によれば、次の効果を奏することができる。
（１）走行体７００が走行する際に主ビーム７２１がたわむことがあっても、主ビーム７２１とは別に設けられた補助ビーム７２２がたわむことはない。よって、走行体７００（例えばスライダ部７１１、７１２）に対する検出ヘッド６２０の相対位置は走行状態であっても不変となる。その結果、検出ヘッド６２０により走行体７００の位置を正確に検出することができ、例えば、走行体７００の位置制御を高精度にすることができる。

（２）補助ビーム７２２の真直が保たれることによって走行体７００の位置を検出ヘッド６２０により正確に検出することができるので、主ビーム７２１に（多少の）たわみが生じてもよい。
よって、回転モーメントの発生を防止するために、走行体７００を間にして両側にガイドレール３１０、３２０を配したり、走行体７００（主ビーム７２１）の略中央に推進力を与えたりする構成を採用することができる。
さらには、ガイドレール３１０、３２０の間隔を広げて走行装置１００を大型化してもよく、主ビーム７２１に付与する推進力を大きくして、走行体７００の走行速度を高速化することもできる。例えば、ガイドレール３１０、３２０の間隔をおよそ２ｍにするなどの大型化が可能であり、また、移動速度を秒速２００ｍｍとする高速化も可能である。
主ビーム７２１の剛性を（多少は）低減させてもよいので材料コストを削減でき、このとき、主ビーム７２１をアルミ合金等の軽量材にすることで走行体７００の高速化に資する。
そして、従来の走行装置の基本的構成を用いることができるので、新たな製造ラインを組み立てたり、新たな部品を製造したりするコストを抑制することができる。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態として走行装置を用いた形状測定装置について図４を参照して説明する。
図４は、形状測定装置としての画像測定システム８００の構成を示す図である。
画像測定システム８００は、画像測定機（形状測定機）８１０と、制御部８２０と、入力手段８３０と、出力手段８４０と、を備えている。
画像測定機８１０は、ベースとなる架台８１１と、架台８１１上に配設されワークＷが載置される載物台８１２と、ワークＷを撮像する撮像手段（検知部）８１５と、ワークＷと撮像手段８１５とを三次元的に移動させる移動機構８１６と、を備える。
載物台８１２は、収納空間を有する基台部８１３と、基台部８１３の上面に配設された載物ガラス８１４と、を備えている。載物ガラス８１４の下面には図示しない透過照明などが設けられている。
移動機構８１６は、詳しくは図示しないが、門型フレーム（フレーム）７３０が外部に露出する状態で基台部８１３の収納空間に配設された走行装置１００と、走行装置１００の門型フレーム７３０にスライド可能に設けられたＸスライダ（不図示）と、このＸスライダ内を上下方向（Ｚ方向）へ昇降可能に設けられたＺスライダ（不図示）と、を備えている。Ｚスライダ（不図示）に撮像手段８１５が取り付けられている。
ここで、走行装置１００は、第１実施形態で説明した構成であり、主ビーム７２１のたわみ等に関係なく補助ビーム７２２の真直が保たれることにより、走行体７００の変位量が正確に検出される構成である。

制御部８２０は、移動機構８１６の移動を制御するモーションコントローラ８２１と、撮像手段８１５で撮像された画像データに基づいてワークＷの形状、寸法を解析するホストコンピュータ８２２と、を備えている。
入力手段８３０としてはキーボードなどが例示され、出力手段８４０としてはモニタやプリンタなどが例示される。

このような構成を備える第２実施形態の動作について説明する。
まず、載物ガラス８１４にワークＷを載置する。モーションコントローラ８２１の動作制御により移動機構８１６が駆動され、撮像手段８１５がワークＷの測定部位に応じて移動される。そして、撮像手段８１５によりワークＷが撮像される。
このとき、門型フレーム７３０がスライダ部７１１、７１２に立設されているので、門型フレーム７３０に設けられた撮像手段８１５の座標（Ｙ座標）は、推進力付与によりたわんでしまう主ビーム７２１ではなくスライダ部７１１、７１２の位置に対応することとなる。この点、本実施形態では、主ビーム７２１とは別に設けられた補助ビーム７２２に検出ヘッド６２０が設けられており、この補助ビーム７２２に設けられた検出ヘッド６２０によってスライダ部７１１、７１２の位置が常に正確に検出されることとなり、走行中に主ビーム７２１がたわんだ状態にあったとしても、スライダ部７１１、７１２の位置に対応する撮像手段８１５の位置が常に正確に検出される。
撮像手段８１５による画像データはホストコンピュータ８２２の解析部（不図示）によって解析されて、ワークＷの形状、寸法が出力手段５４０により出力される。

このような構成を備える第２実施形態によれば、次の効果を奏することができる。
（３）走行体７００の位置を検出ヘッド６２０により正確に検出できることから走行体７００の位置制御を高精度に行うことができる。したがって、撮像手段８１５の位置制御が正確となるので、画像データ（測定部位）と座標とを正確に対応させてワークＷの形状、寸法を極めて正確に測定することができる。
特に、走行体７００が移動中には推進力が付与されることにより主ビーム７２１がたわんでしまうが、スライダ部７１１、７１２の位置は補助ビーム７２２に設けられた検出ヘッド６２０により検出するので、走行中でも常に正確にスライダ部７１１、７１２の位置を検出することができ、すなわち、走行中でも撮像手段８１５の位置を正確に検出することができる。すると、撮像手段８１５でワークＷを撮像するにあたって走行体７００および撮像手段８１５を静止させずに、移動させながら連続的に撮像手段８１５で撮像しても撮像した座標を正確に特定可能となる。
よって、撮像手段８１５を走行装置１００で連続的に移動させながらの連続撮像が可能となり、その結果として測定時間を短縮し、高精度かつ短時間の測定を実現することができる。

なお、本発明は前述の実施形態に限定されず、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれる。
送りねじ５１０は、主ビーム７２１とベース部２００との間に配設されている例を示したが、送りねじ５１０が主ビーム７２１を間にしてベース部２００と反対側に配設されていてもよいことはもちろんである。
また、補助ビーム７２２は、送りねじ５１０とベース部２００との間に配設される例を示したが、スケール６１０および検出ヘッド６２０の位置に応じて補助ビーム７２２の配設位置も適宜変更されるのはもちろんである。
補助ビーム７２２は主ビーム７２１の下面に取付固定されるとしたが、補助ビーム７２２の両端がそれぞれのスライダ部７１１、７１２に固定されていてもよいのはもちろんである。
また、補助ビーム７２２の両端が主ビーム７２１あるいはスライダ部７１１、７１２に取付固定されている例を示したが、補助ビーム７２２の一端が主ビーム７２１あるいはスライダ部に取付固定されて補助ビーム７２２が片持ち梁状に設けられていてもよい。

本発明は、走行装置および形状測定装置に利用できる。

本発明の第１実施形態としての走行装置の斜視図。 前記第１実施形態の正面図。 前記第１実施形態において、駆動の様子を示す図。 本発明の第２実施形態としての画像測定システムの全体構成を示す図。 従来の走行装置の斜視図。 従来の走行装置において、駆動の様子を示す図。

符号の説明

１００、１１０…走行装置、２００…ベース部、３１０、３２０…ガイドレール、４００…走行体、４１１、４１２…スライダ部、４２０…連結部、５００…送り手段（推進力付与手段）、５２０…モータ、５３０…ナット部、５４０…出力手段、６００…変位検出手段、６１０…スケール、６２０…検出ヘッド、７００…走行体、７１１、７１２…スライダ部、７２０…連結部、７２１…主ビーム、７２２…補助ビーム、７２３…取付軸部、７２５…梁部、７３０…門型フレーム、８００…画像測定システム（形状測定装置）、８１０…画像測定機、８１１…架台、８１２…載物台、８１３…基台部、８１４…載物ガラス、８１５…撮像手段（検知部）、８１６…移動機構、８２０…制御部、８２１…モーションコントローラ、８２２…ホストコンピュータ、８３０…入力手段、８４０…出力手段、Ｗ…ワーク（被測定物）。

Claims (4)

1. ベース部と、
   前記ベース部の上面において所定間隔離隔して互いに略平行に配設された二本のガイドレールと、
   二本の前記ガイドレールのそれぞれに摺動可能に設けられた２つのスライダ部、および、２つの前記スライダ部を連結する連結部を有する走行体と、
   前記ガイドレールが案内する方向に前記走行体を変位させる推進力を前記連結部の略中央付近に付与する推進力付与手段と、
   前記ベース部の上面において二本の前記ガイドレール間の略中央付近で前記ガイドレールと略平行に配設されたスケール、および、前記スケールに対向した状態で前記連結部に取付固定され当該スケールに対する相対変位量を検出する検出ヘッドを有する変位検出手段と、を備えた走行装置において、
   前記連結部は、２つの前記スライダ部を架橋する主ビームと、両端が前記主ビームにおいて前記スライダ部に近接する位置あるいは前記スライダ部に取付固定されて前記主ビームに並設された補助ビームと、を備え、
   前記推進力付与手段は、主ビームに前記推進力を付与し、
   前記検出ヘッドは、前記補助ビームに設けられている
   ことを特徴とする走行装置。
2. ベース部と、
   前記ベース部の上面において所定間隔離隔して互いに略平行に配設された二本のガイドレールと、
   二本の前記ガイドレールのそれぞれに摺動可能に設けられた２つのスライダ部、および、２つの前記スライダ部を連結する連結部を有する走行体と、
   前記ガイドレールが案内する方向に前記走行体を変位させる推進力を前記連結部の略中央付近に付与する推進力付与手段と、
   前記ベース部の上面において二本の前記ガイドレール間の略中央付近で前記ガイドレールと略平行に配設されたスケール、および、前記スケールに対向した状態で前記連結部に取付固定され当該スケールに対する相対変位量を検出する検出ヘッドを有する変位検出手段と、を備えた走行装置において、
   前記連結部は、２つの前記スライダ部を架橋する主ビームと、一端が前記主ビームにおいて前記スライダ部に近接する位置あるいは前記スライダ部に取付固定され他端が前記スケール近傍に位置する補助ビームと、を備え、
   前記推進力付与手段は、主ビームに前記推進力を付与し、
   前記検出ヘッドは、前記補助ビームの前記他端に設けられている
   ことを特徴とする走行装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の走行装置において、
   前記推進力付与手段は、二本の前記ガイドレール間の略中央において前記ガイドレールと略平行に配設された送りねじと、
   前記送りねじを回転駆動するモータと、
   前記主ビームの略中央付近に設けられ前記送りねじに螺合するナット部と、を備える
   ことを特徴とする走行装置。
4. 被測定物の表面を検知する検知部と、
   請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の走行装置を有し前記被測定物と前記検知部とを相対移動させる移動機構と、
   前記検知部からのデータに基づいて前記被測定物の形状あるいは寸法を解析する解析部と、を備える
   ことを特徴とする形状測定装置。

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